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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Capitulo 2: El Nivel Físico en los
Sistemas de Comunicaciones Móviles
VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción
• Retos: eficiente utilización de los recursos y
manejo de las perturbaciones existentes y la
variabilidad espacio-temporal de las condiciones
de propagación.
• Características del nivel físico condicionan el
diseño de los niveles de enlace de datos y de red.
• El canal radio puede ser modelado por su
atenuación y características dispersivas (tiempo y
frecuencia).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio
• Sistema de telecomunicaciones: red de
acceso y red de transporte.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (2)
• UL. Múltiples MSs que utilizan los recursos
disponibles de la BS.
– Técnicas de acceso múltiple.
– Multiacceso. Efecto de concentración. “muchos a uno”.
• DL. Comunicación de la BS a las MSs.
– Técnica de multiplexación. “uno a muchos”.
• Frecuencias portadoras diferentes para el UL y el
DL. (sub-bandas separadas).
• Par de frecuencias =radiocanal.
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La Interfaz Radio (3)
• Todo proceso de radiocomunicación es
tridimensional.
– Una señal ocupa un volumen definido por:
• Espacio-cobertura (s).
• Frecuencia-Ancho de banda (f).
• Tiempo (t).
• Interferencia. Otro usuario ocupa total o
parcialmente el mismo volumen.
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La Interfaz Radio (4) • Uso compartido y coordinado en la asignación de
las variables (f, t y s).
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• Gestión del espectro: tridimensional.
• La separación espacial entre
comunicaciones radio que utilizan las
mismas frecuencias → principio de
reutilización de frecuencias → incremento de
la capacidad.
• Separaciones (f, t, s) → técnicas
multiacceso.
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La Interfaz Radio (5)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Recursos de frecuencia y de canalización.
– Canalización: subdivisión de una banda en intervalos o
canales de frecuencias, susceptibles de ser asignados a
diferentes emisiones.
– El ancho de banda de canal ≥ ancho de banda de
emisión.
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La Interfaz Radio (6)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Recursos de frecuencia y de canalización (2).
– Limites de sub-bandas (fI, fS) y (fI´,fS´).
– Ancho de las sub-bandas BW= fS-fI= fS´-fI´.
– Separación entre frecuencias homólogas, B. fi y fi´=fi+B.
– La pareja (fi,fi´) constituye un radiocanal.
– Paso de canalización Δf, diferencia entre dos
frecuencias contiguas. Δf=fi+1-fi=fi-fi-1..
– Número teórico de radiocanales:
– Los canales se enumeran:
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La Interfaz Radio (7)
1
´
( 1)n
n n
f f n f
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BWNf
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La Interfaz Radio (8)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio.
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La Interfaz Radio (9)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(2).
– En la interfaz radio (canal radioeléctrico) , se
producen efectos no deseables
(perturbaciones) que afectan la calidad de
funcionamiento del sistema de comunicaciones.
– Perturbaciones más importantes:
• Ruido (externo e interno).
• Desvanecimiento (obstáculos y multitrayectoria).
• interferencia (cocanal y canal adyacente).
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La Interfaz Radio (10)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(3).
– Calidad: SINAD, BER.
– Calidad f(sistema de modulación).
– Calidad: C/N y C/I.
– Canales limitados por ruido.
– Canales limitados por interferencia.
– Valor umbral C/I=Relación de protección (Rp).
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3
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La Interfaz Radio (11)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(4).
– Caracterización de la antena transmisora.
• Potencia transmisor: pt.
• Antena. Ganancia directiva isótropa: g(θ,φ).
• Potencia isótropa radiada equivalente (pire)
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, ,tpire p g
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La Interfaz Radio (12)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(5).
– Caracterización de la antena transmisora(2).
• Intensidad de campo, en condiciones de espacio
libre, producido por una antena, a una distancia d es:
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0
0
, ( ), 173.2
( )
, 74.8 , 20log
pire KWmVe
m d Km
E dBu PIRE dBW d Km
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La Interfaz Radio (13)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(6).
– Caracterización de la antena transmisora(3).
.
• El dipolo de λ/2 tiene una ganancia isótropa de 2.15
dB (1.64 veces), entonces:
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0
0
( ), 222
( )
77 ( ) 20log
pra KWmVem d Km
E dBu PRA dBW d Km
( ) ( ) 2.15PIRE dBW PRA dBW
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (14)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(7).
– Caracterización de la antena receptora.
• Función de la antena receptora: extracción de
energía de la onda electromagnética incidente y su
transferencia al receptor conectado a ella.
• Los parámetros se definen en condiciones ideales de
adaptación de polarización e impedancia.
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r effp S A S Densidad de flujo de potencia onda incidente
Aeff Area efectiva de antena.
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La Interfaz Radio (15)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(8).
– Caracterización de la antena receptora (2).
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2
2
2 2
120
4
120 4
eff r
r r
eS
A g
ep g
e: valor eficaz del campo incidente.
gr: ganancia isótropa de la antena
receptora.
20log 77.2 ( )r rP dBm E dBu f MHz G dBi
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (16)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(9).
– Caracterización del enlace
• Balance de potencias (perdidas y ganancias).
• Perdida del sistema: pt/pr. (Pt-Pr en dBs).
• Perdidas de espacio libre. (perdida mínima asociada
a un trayecto)
• Perdida real (sumando perdida o atenuación en
exceso)
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4
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(10).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
2
24 4
rr eff
gpirep S A
d
2
2 24 4
tr t r
p Cp g g
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pire
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24
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( ) 32.45 20 ( ) 20 ( )
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o
o
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L dB Logf MHz Logd Km
La Interfaz Radio (17)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (18)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(11).
– Caracterización del enlace (3).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
0
0
0
32.45 20log 20log
b ex
ex
L dB f MHz d Km
L L L
L E E
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (19)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(12).
– Caracterización del enlace (4).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
( )
2.2 ( )
20log 77.2
( ) ( ) 20log 79.4
r b r
r b r
r r
b
P dBm PIRE dBm L dB G dBi
P dBm PRA dBm L dB G dBi
P dBm E dBu f MHz G dBi
L dB PRA dBm E dBu f MHz
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (24)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(17).
– Modelo Energético
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (25)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(18).
– Modelo Energético (2)
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' '
100 10010log ; 10log
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L L L L l
L L
G G L G G L
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (25)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(19).
– Balance de un enlace radioeléctrico
Ejemplo: Se considera un enlace entre un transmisor que entrega
una potencia de 10W a una antena de ganancia directiva 8 dB y
eficiencia del 95% a través de un cable de 1.2 dB de pérdida. La
antena receptora tiene una ganancia de 3 dB y una eficiencia del
97.7% y la perdida en el cable de conexión al receptor es de 1 dB.
La perdida básica de propagación es de 120 dB. Se desea conocer
las ganancias de potencia de las antenas del sistema y la potencia
recibida.
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' 'Pdr et tt t b r trP L G L G L
5
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (26)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(20).
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10010log 0.2
95
10010log 0.1
97.7
at
ar
L dB
L dB
'
'
8 0.2 7.8
3 0.1 2.9
t
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G dB
G dB
' 'P
40 1.2 7.8 120 2.9 1 71.5
dr et tt t b r tr
dr
P L G L G L
P dBm
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (27)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(21).
– Estudio y evaluación de la interferencia
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Interfaz Radio (28)
• Entidades y parámetros de la interfaz radio
(22).
– Estudio y evaluación de la interferencia (2)
Zona de cobertura protegida de un transmisor
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P
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rD tD tD bD rD
rI tI tI bI rI
P G L G
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10
1
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Cp
I
pC R
I
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos
• Ruido es una perturbación eléctrica que limita la
calidad de funcionamiento de un sistema
radioeléctrico.
• Fuentes de ruido: naturales y artificiales.
• Fuentes de ruido: internas y externas.
• La evaluación de la influencia del ruido sobre la
calidad de funcionamiento del sistema receptor, se
efectúa mediante el valor normalizado de la
potencia total de ruido (ganancia neta de la red
igual a uno).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Donde:
K, constante de Boltzman: 1.38*10-23 J/K.
To, temperatura de referencia: To=290°K.
B, ancho de banda de pre-detección (Hz).
fsis, factor de ruido del sistema receptor.
Ganancia Normalizada
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0n sisP KT bf
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(2)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Factor de ruido de un sistema receptor.
Temperatura de ruido equivalente de antena
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0
na
Pf
KT b
0a aT f T
1010arL
arl 1010trL
trl
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(3)
6
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Factor de ruido de un sistema receptor (2). Formula de Friis:
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32 41
1 1 2 1 2 3
11 1...
ff ff f
g g g g g g
11 1 11
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g
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(4)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Factor de ruido de un sistema receptor (3).
Degradación por ruido artificial: incremento de la potencia
de ruido en recepción debido al ruido artificial captado
por la antena.
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a
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a
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f
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(5)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Ejemplo 1. Receptor sin preamplificador ni
divisor de potencia. Haciendo fpa=gpa=1 y
ld=1
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1 1
1
ar trsis a pa ar tr r d
pa
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l lf f f l l f l
g
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Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(6)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Ejemplo 2. Receptor de estación base con
antena de perdidas despreciables,
preamplificador y divisor de potencia. lar=1
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1 1
1 1
ar trsis a pa ar tr r d
pa
trsis a pa tr r d
pa
l lf f f l l f l
g
lf f f l f l
g
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(7)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Ejemplo 2. (2). Suponiendo Ltr=3.5 dB;
Gpa=20 dB; Fpa=3 dB; Ld =15 dB; Fr=6 dB;
Fa=15 dB.
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1.5
0.35
0.3
2
1.5
0.6
10 31.6
10 2.24
10 2
10 100
10 31.6
10 4
a
tr
pa
pa
d
r
f
l
f
g
l
f
'
'
37.9
15.8
7.3
8.6
5.2
7.2
sis
sis
sis
sis
f
F dB
f
F dB
d
D dB
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(8)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Si el factor de ruido del sistema receptor es
fsis, la potencia de ruido de recepción a la
entrada del demodulador se evalúa
mediante la expresión:
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0
0
pa
n sis
ar tr d
n sis
gP KT bf
l l l
P KT bf g
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(9)
7
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Relación portadora/ruido.
– La entrada al demodulador es el punto de referencia.
– Se supone antena ideal (lar=1; Lar=0 dB) y que la
potencia de señal pr se define a la salida del circuito de
acople de antena.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
pa
c r
d
gp p
l
0
r
sis
tr
pc
KT bfnl
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(10)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Relación portadora/ruido(2).
– Ejemplo 1.
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1 ; 1
1
sis a ar tr r ar
sis a tr r
f f l l f l
f f l f
0
0
1
r r
sis artr
tr
p pc
KT bfn fKT b fl
l
0
; 1ra
r
pcf
n KT bf
Ruido en los Sistemas Radioeléctricos(11)
expresión clásica utilizada en
sistemas receptores de
radioenlaces fijos.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica
• En los enlaces de comunicaciones móviles, las ondas que
llegan por diferentes caminos al receptor encuentran
diferentes condiciones de propagación.
• La señal recibida por el móvil es la suma de componentes que
se propagan por múltiples trayectos.
• Por lo tanto las comunicaciones móviles se caracterizan por
amplias variaciones de campo eléctrico (potencia) en función
de la variación de la ubicación del receptor (variación
espacial) y en función del tiempo (variación temporal).
• Las variaciones de campo eléctrico-potencia
(desvanecimiento) se asocian a distintas distribuciones
estadísticas.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (2)
Fuente:Wikipedia.
• Distribución normal
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Distribución normal de campo.
– Condiciones de desvanecimiento lento.
– Variación de la intensidad de campo (dBu), con
las ubicaciones se representa por una
distribución Normal o Gaussiana.
– Función de densidad de probabilidad.
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (3)
2
1 1exp
22 LL
E Ef E
Valor medio
Desviación estándar.
E
L
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Distribución normal de campo (2).
– σL depende de la frecuencia y de la extensión y
de la irregularidad del terreno.
• PMR. Cobertura BS relativamente grande. Informe
ITU-R RPN 358 para terrenos medianamente
ondulados. – Bandas de 150-200 MHz: 8dB.
– Banda de 450 MHz: 10dB.
• PMT. Radio celular pequeño. Radio celular pequeño. – 900 MHz: 7 dB.
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (4)
8
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Distribución normal de campo (3).
– Eu: valor umbral.
– Cuando se trabaja con potencia (Unidades de
dB).
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (5)
Pr
Pr 1
corte u u
cobert u u corte
p F E ob E E
P G E ob E E p
2
1 1exp
22 LL
P Pf P
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Distribución normal de campo (4).
– Si la potencia se expresa en unidades naturales
(mw). Función de densidad de probabilidad es
Log-Normal.
• La distribución log-normal se aplica para el
cálculo de la interferencia múltiple.
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (6)
2
2
10 10
ln /1 1exp ; 0
22
10 ; 10 ; 0.23
nn
P P
n L
p pf p p
p
p p
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (7)
• Distribución de Rayleigh.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Distribucíón Rayleigh(2).
– En radiocomunicaciones describe la variación
estadística de la envolvente de la señal
resultante de la propagación multitrayecto,
cuando los diferentes rayos tienen amplitudes
similares y fases aleatorias.
– r=envolvente(amplitud). La función de densidad
de probabilidad.
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (8)
2
22exp ; 0
2
r rp r rbb
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Distribución Rayleigh + Log-Normal (RLN)
– En radiocomunicaciones móviles en medios
urbanos, el campo a lo largo de una zona (por
ejemplo, una calle) sigue una distribución de
Rayleigh con una media variable que se
distribuye de unas zonas a otras según una
distribución normal.
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (12)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Distribución Nakagami-Rice
– Describe estadísticamente las variaciones de
intensidad de una señal constituida por una
fuente determinística (trayecto dominante
despeado, LOS) y varias componentes
aleatorias (multitrayecto, NLOS).
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (13)
9
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Distribución Tipo de
desvanecimiento
Tipo de Entorno Aplicación Típica
gaussiana Lento (sombra) Rural
Urbano
SD/SI
CA
Rayleigh Rápido
(multitrayecto)
Urbano
NLOS
SD
CD
Rayleigh-LN Mixto Urbano
NLOS
SI
CD
Rice Rápido Urbano
LOS-NLOS
SD/SI
CD
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Distribuciones Estadísticas de la
Propagación Radioeléctrica (14)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Generalidades Sistemas Inalámbricos
• ¿Diferencia entre un sistema cableado y un
sistema inalámbrico?
– La variabilidad del canal.
– La movilidad del usuario.
– El ancho de banda disponible.
• Los sistemas móviles celulares tienden a
imitar el comportamiento de los sistemas
fijos.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
• Ventajas de la Tecnología Inalámbrica
– «Mayores velocidades de transmisión de datos»
• Graficas, video, audio.
– Conveniencia y reducción de costo
• Las redes y los servicios pueden ser implementados de manera
más rápida que las redes fijas cableadas.
• No costo de planta de cable.
• El servicio es móvil, casi en cualquier momento y lugar.
• Inalámbrico es conveniente en soluciones rápidas, flexibles y
escalables y es mucho más económico.
Generalidades Sistemas Inalámbricos (2)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
• ¿Por qué los sistemas inalámbricos (algunas
veces) no trabajan?
– Multitrayectoria-Desvanecimiento.
– Limitaciones de potencia.
– Interferencia y ruido.
– Tipo de antena y orientación.
– Cobertura.
– Congestión (Limitaciones de Capacidad).
Generalidades Sistemas Inalámbricos (3)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Generalidades Sistemas Inalámbricos (8)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Principios de Propagación
• Desvanecimiento
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10
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (2)
Principios de Propagación (2)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (3)
Principios de Propagación (3)
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C
ciaciaDiferenDistardo
tanRe
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (4)
Principios de Propagación (4)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (5)
Principios de Propagación (5)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (6)
Principios de Propagación (6)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (7).
Principios de Propagación (7)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Received
Power
Delay Spread t
( ) ij
i i
i
h t a e t t
11
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (7)
– Variaciones de campo asociadas a desvanecimiento son
descritas a través de diferentes distribuciones
estadísticas: Distribución normal o Gaussiana y
Distribución de Rayleigh.
– Multitrayectoria genera desvanecimiento e ISI (BER).
– Soluciones: Diversidad en transmisión y recepción,
ecualización, receptores tipo Rake (CDMA), OFDM,
códigos espacio-temporales(MIMO).
– Clasificación del desvanecimiento: Lento (shadow
Fading, sombra) y Rápido.
Principios de Propagación (8)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Sombra (Shadowing)
– La señal recibida es afectada por obstrucciones tales
como montañas y edificios.
– Variaciones en la potencia media de la señal recibida.
– Implicaciones:
• Cobertura no uniforme.
• Incrementa la potencia de transmisión requerida
Principios de Propagación (9)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
0, ,4 10
r r S
S S S
P dB P dB G
G N
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Sombra (2)
Principios de Propagación (10)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
R P = Pr0
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (8)
Principios de Propagación (11)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desvanecimiento (9)
Principios de Propagación (12)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Sistema de Comunicaciones Inalámbrico
12
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Sistema de Comunicaciones Inalámbrico (2)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Transmisor
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Sistema de Comunicaciones Inalámbrico (3)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Receptor
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Sistema de Comunicaciones Inalámbrico (4)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
• Datos analógicos a señal digital.
– Pulse Code Modulation (PCM).
• G.711. 64 Kbps.
– Differential Pulse Code Modulation (DPCM).
– Delta modulation (DM).
– Adaptative Differential Pulse Code Modulation (ADPCM).
• G.721. 32 Kbps; G.726. 6, 24, 32, y 40 Kbps; G.723. 24 y 40 kbps.
– Vector Sum Excited Linear Prediction (VSELP).
– Linear Prediction Coding (LPC).
– Adaptative Multirate (AMR).
Codificación de Fuente
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (1)
• Técnicas de modulación analógica
–Datos analógicos a señal analógica
•Modulación lineal.
–Modulación en Amplitud (AM).
•Modulación angular o exponencial.
–Modulación en Frecuencia (FM).
–Modulación en Fase (PM).
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (2)
• AM
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 10 12 14
13
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (3)
• FM
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (4)
• PM
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Técnicas de Modulación Digital
–Datos Digitales a Señales
Analógicas.
• Amplitude-Shift Keying (ASK).
• Frequency-Shift Keying (FSK).
• Phase-Shift Keying (PSK).
Modulación (5)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (6)
• Técnicas de Modulación Digital (2)
– Objetivos de las técnicas de modulación digital
• Altas velocidades de transmisión de datos.
• Alta eficiencia espectral.
• Alta eficiencia de uso de energía.
• Bajo complejidad de implementación.
• Robustez .
• Bajo costo de implementación.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Técnicas de Modulación Digital (3)
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Modulación (7)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Amplitude-Shift Keying (ASK)
– Un digito binario es representado por la presencia de la portadora, en amplitud constante.
– El otro digito binario es representado por la ausencia de la portadora (OOK).
– Requiere alta SNR.
– Circuitería de baja complejidad.
• Donde la señal portadora es Acos(2πfct)
ts tfA c2cos
0
1 binario
0 binario
Modulación (8)
14
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• ASK(2)
– Alto consumo de energía (ineficiente).
– Aplicaciones: Transmisión de datos sobre fibra.
– Utilizada en líneas con grado de voz, utilizado a
1200 bps.
– Detección:
• Coherente (Detector de producto).
• No coherente (Detector de envolvente).
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Modulación (9)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• ASK (3)
Modulación (10)
1
2 2
1
2 2
b
nulo nulo
nulo nulo
R BT
BW R B
R B bps
BW B Hz
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (11)
• Frequency-Shift Keying (FSK)
– Dos dígitos binarios son representados por dos
frecuencias diferentes cerca a la frecuencia portadora.
– Menor susceptibilidad al ruido que ASK.
• Donde f1 y f2 son variaciones a partir de una frecuencia
portadora fc por igual
ts tfA 12cos
tfA 22cos 1 binario
0 binario
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• FSK (2)
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Modulación (12)
1
2( ) 2( )
2( )
b
nulo nulo
nulo nulo
R BT
BW f B f R
R B bps
BW f B Hz
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• FSK (3)
– En líneas con grado de voz, utilizada a 1200 bps
(módems de baja velocidad).
– Utilizadas en transmisión por radio(3 a 30 MHz).
– Circuitería de mediana complejidad.
– Detección:
• Coherente (detector de producto).
• No coherente (detector de frecuencia).
Modulación (13)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Minimun Shift Keying (MSK)
– Es una variación de la FSK, pero el cambio en
frecuencia se da en forma continua.
– Mayor eficiencia espectral que FSK
– La diferencia entre la frecuencia de marca y
espacio es igual a la mitad de la velocidad de
transmisión de datos (Las formas utilizadas para
representar un uno y un cero difieren
exactamente en medio periodo de portadora).
Modulación (14)
15
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• MSK (2)
– La representación de marca y espacio son señales
ortogonales. (cambio de fase continuo, menor ancho de
banda)
– Incremento de complejidad.
– Aplicaciones: Bluetooth (GMSK) y GSM (GMSK).
– Detección:
• Coherente.
Modulación (15)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
•MSK (3)
•Mínimo espaciamiento que permite a dos frecuencias ser
ortogonales.
•Espectralmente eficiente, fácilmente generado.
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Modulación (16)
1 21 2
1
2
4
b
f fh T f f
R
Rf
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
•MSK (4)
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Modulación (17)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK)
– La GMSK es una modulación simple y robusta.
– Modificación de MSK.
– Los lóbulos laterales del espectro se reducen al
pasar la señal codificada en NRZ a través de un
filtro conformador de pulso gaussiano.
– Utilizado en tecnología celular de segunda
generación (GSM)
Modulación (18)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (19)
• GMSK (2)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Phase-Shift Keying (PSK)
– PSK de dos niveles (BPSK)
• Utiliza dos fases para representar dígitos binarios
ts tfA c2cos
tfA c2cos
1 binario
0 binario
tfA c2cos
tfA c2cos
1 binario
0 binario
Modulación (20)
16
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
– Simple de implementar, ineficiente uso del ancho de
banda.
– Muy robusta, utilizada extensivamente en
comunicaciones satelitales.
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Modulación (21)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• BPSK (3)
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Modulación (22) 1
2 2
1
2 2
b
nulo nulo
nulo nulo
R BT
BW B R
R B bps
BW B Hz
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• BPSK (4)
– Envolvente constante.
– Cada bit transmitido debe contener un numero
entero de ciclos de portadora.
– Desempeño superior a FSK. Requiere de menor
potencia con respecto a FSK y ASK para una
probabilidad de error dada.
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Modulación (23)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (24)
• BPSK(5)
– Circuiteria de mediana complejidad.
– Aplicaciones: WLAN, RFID, Zigbee.
– Detección:
• Coherente (Detección sincrónica).
• Problemas: ambigüedad de fase, detección
sincrónica.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (25)
• PSK Diferencial (DPSK)
– La fase cambia con referencia a un bit previo
• 0 Binario – Señal con la misma fase que la señal previa
• 1 Binario – Señal de fase opuesta a la señal previa
• Se puede considerar a DPSK como la versión no
coherente de PSK. Se elimina la necesidad de un
oscilador de referencia en el receptor
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (26)
• PSK Diferencial (DPSK) (2)
17
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• MPSK –Señalización tipo PM.
–Los bits son representados por cambios de fase en la portadora.
–Envolvente constante.
–Mayor eficiencia espectral a cambio de un menor desempeño ante los errores.
–Aplicaciones: WLAN,
–Detección: •Coherente (Detección sincrónica). Desempeño superior pero requiere detección sincrónica.
–Problemas: •ambigüedad de fase
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Modulación (27)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (28)
• PSK de cuatro fases o en cuadratura(QPSK)
– Cada elemento representa más de un bit
ts
42cos
tfA c 11
4
32cos
tfA c
4
32cos
tfA c
42cos
tfA c
01
00
10
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• QPSK(2)
• Técnica de modulación multinivel : 2 bits por símbolo.
• Eficiente espectralmente, un receptor más complejo.
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Modulación (29)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (30)
• QPSK(3)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (31)
• QPSK(4)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• π/4-Shifted QPSK
– Variaciones sobre QPSK.
– Los elementos de señalización son
seleccionados de manera alternada de dos
constelaciones QPSK.
– Popular en sistemas celulares de segunda
generación (IS-54).
Modulación (32)
18
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• π/4-Shifted QPSK (2)
– Uso de dos constelaciones idénticas con
diferencia de 45º (/4).
– Aplicación: TDMA-Celular.
Modulación (33)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• O-QPSK.
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Modulación (34)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tipos de QPSK
Modulación (35)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• 8PSK
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Modulación (36)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (37)
• Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
– QAM es una combinación de ASK y PSK
• Dos diferentes señales enviadas simultáneamente
sobre la misma frecuencia portadora (Modulación en
amplitud sobre dos portadoras)
– Uso extensivo en enlaces de radio-microondas
digitales
tftdtftdts cc 2sin2cos 21
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• QAM (2)
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Modulación (38)
19
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• QAM (3)
• Los bits son representados por cambios
de amplitud y fase en la portadora.
• Mayor eficiencia espectral a cambio de un
menor desempeño ante los errores.
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Modulación (39)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• QAM (4)
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Modulación (40)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Modulación (41)
• Consideraciones en la escogencia del esquema de modulación – Demodulación: Proceso de remover la señal portadora.
– Detección: Proceso de decisión de símbolo.
• Detección Coherente – El receptor utiliza la fase de la portadora para detectar la señal.
– Correlaciona la señal en el receptor con una replica de la portadora.
– Compara con un nivel de umbral para tomar una decisión.
• Detección No Coherente – No explota la información de referencia de fase.
– Menos complejo el receptor, peor desempeño.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (42)
• Desempeño
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (43)
• Desempeño (2)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (44)
• Desempeño (3)
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20
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (45)
• Desempeño (4)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Modulación (46)
• Desempeño (5)
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Eficiencia de Ancho de Banda
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Desempeño (6)
Modulación (47)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal
• Un sistema de comunicaciones digital, libre de
errores no es posible, debido a a imperfecciones
en la transmisión.
• En el extremo receptor, debe existir un mecanismo
para detectar errores y si es posible su corrección.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(2)
• Errores
– Aleatorios.
– Rafaga.
• Generados por disturbios repentinos (rayos).
• Generan errores en bits consecutivos.
• Desempeño del sistema de comunicaciones.
– BER
• Detección y corrección de errores es realizada a
través de la codificación de canal.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(3)
• Detección de errores
– Paridad (Parity)
– Códigos bloque
• Checksum.
• Verificación de Redundancia Ciclica (CRC, Cyclic Redundancy
Check).
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21
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(4)
• Corrección de errores
– Corrección de errores en el destino (FEC, Forward error
Correction).
– Tasa de código es n/(n+k).
– Incremento del ancho de banda y retardo de
procesamiento.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Control de enlace – Canal radio es altamente variable.
• Desvanecimiento lento y rápido.
• Ruido en el canal.
• Interferencia.
– Técnicas
• FEC.
• Solicitud de Retransmisión Automática (ARQ, Automatic
Request Query).
• Hibridos (Concatenación de códigos: FEC + ARQ rígido, FEC +
ARQ adaptativo).
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Codificación de canal(5)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(6)
• Códigos FEC
– Códigos correctores de errores (ECC, Error Correcting
Code).
– Adiciona redundancia haciendo uso de un algoritmo
predefinido.
– Dos tipos de categorías principales.
• Códigos bloque.
– Operan sobre bloques o paquetes de longitud fija.
• Códigos convolucionales.
– Operan sobre flujos de bits de medida arbitraria.
– Decodificación algoritmo de Viterbi.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(7)
• Códigos FEC(2)
– Códigos bloque.
• Códigos Reed-Solomon (CD, DVD, Disco Duro).
• Binary Golay Code.
• BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem).
• Hamming.
– Corrección de un error y detección de errores en 2 bits por
bloque.
• Reed-Muller.
• Verificación de Paridad de Baja Densidad (LPDC,
Low Density Parity Check). UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(8)
• Técnicas ARQ
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(9)
• Técnicas FEC
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22
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(10)
• Técnica FEC(2)
– Concatenación de códigos
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(11)
• Técnica FEC(3)
– Entrelazado (interleaving)
• Convertir errores en ráfaga en errores aislados.
• Parámetro: profundidad de entrelazado.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(12)
• Técnica Hibrida I
– FEC + ARQ (Rígido)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Codificación de canal(13)
• Técnica Hibrida 2
– FEC + ARQ (Adaptativo)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Multiplexación
• La capacidad del medio de transmisión
usualmente excede la capacidad requerida
para la transmisión de una única señal
• Multiplexación – Transportar señales
multiples sobre un unico medio
– Mayor eficiencia en el uso del medio de
transmisión
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Multiplexación (2)
23
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Multiplexación (3)
• Técnicas de Multiplexación
– FDM (Frequency-Division Multiplexing)
• Toma ventaja del hecho que el ancho de banda útil
del medio excede el ancho de banda requerido para
una señal dada.
– TDM (Time-Division Multiplexing)
• Toma ventaja del hecho que la velocidad de
transmisión de datos alcanzable en el medio excede
la velocidad de transmisión de datos requerida por
una señal digital.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Multiplexación por División de Frecuencia
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Multiplexación (4)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Multiplexación por División de Tiempo
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Multiplexación (5)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Duplexación
• Transmitir y recibir simultaneamente
• Frequency Division Duplexing (FDD).
– Dos distintas frecuencias al mismo tiempo en las dos
direcciones.
– La separación de frecuencias es coordinada por
tecnología RF.
– Una frecuencia para cada usuario.
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• Time Division Duplexing (TDD)
– Dos distintos conjuntos de intervalos de tiempo sobre
la misma frecuencia en las dos direcciones
– Latencia en el tiempo debido a que es cuasi-duplex
– No necesita Duplexor de RF
Duplexación (2)
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• Frequency Division Multiple Access (FDMA) – Asigna bandas de frecuencia diferentes a usuarios o
circuitos individuales.
– Banda de frecuencia (“canal”) asignado bajo demanda a usuarios quienes requieren el servicio.
– El espectro disponible dividido en un número de canales “banda estrecha” .
– Transmisión continua. No implica tramas, bits de sincronización, etc.
– Requiere filtrado de RF para minimizar la interferencia de bandas adyacentes.
– Costosos filtros pasabandas en las estaciones base eliminan la radiación espuria.
– Usualmente combinado con FDD para la duplexación.
Técnicas de Acceso
24
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• FDMA (2)
Técnicas de Acceso (2)
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• FDMA (3)
Técnicas de Acceso (3)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Time Division Multiple Access (TDMA) – Usuarios múltiples comparten la misma banda de frecuencia,
y a cada usuario se le asigna un intervalo tiempo.
– canal == intervalo de tiempo especifico reocurrente cada trama de N intervalos.
– Necesidad de ecualización adaptativa para altas velocidades de transmisión de símbolos.
– Encabezado – bits de sincronización.
– Bits de guarda para las variaciones de retardo en la propagación.
– Usualmente combinado con TDD o FDD.
– TDMA/TDD: Mitad de los intervalos en una trama son utilizados en el UL, mitad en el DL.
– TDMA/FDD: Tramas idénticas, sobre dos frecuencias.
Técnicas de Acceso (4)
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• TDMA (2)
Técnicas de Acceso (5)
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• TDMA (3)
Técnicas de Acceso (6)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• FDMA/TDMA Hibrido – TDMA “puro” con una sola banda de frecuencia es no
deseable.
– Requiere de tolerancias en el tiempo.
– FDMA/TDMA híbrido= múltiples portadoras con múltiples intervalos de tiempo por portadora
– canal == (banda de frecuencia, intervalo de tiempo)
– Puede hacer saltos de frecuencia para combatir el desvanecimiento rápido (TDFH, Time Division Frequency Hopping)
– Incrementa la capacidad del sistema
Técnicas de Acceso (7)
25
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• FDMA/TDMA Hibrido (2)
Técnicas de Acceso (8)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Code Division Multiple Access (CDMA) – Múltiples transmisores ocupan el mismo espacio
frecuencia-tiempo.
– Las transmisiones son codificadas con códigos que presentan muy baja correlación cruzada. (Códigos ortogonales).
– El receptor recupera una transmisión especifica con su correspondiente código
– CDMA puede ser combinado con TDMA o FDMA
Técnicas de Acceso (9)
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• CDMA (2)
Técnicas de Acceso (10)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• CDMA (3)
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Técnicas de Acceso (11)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• CDMA (4) – Los usuarios se distinguen por códigos.
– Técnica de transmisión: Espectro Ensanchado (Spread Spectrum).
– El Tx multiplica la señal de usuario con un código especial de alta velocidad para su transmisión. La señal resultante es de alta velocidad y por lo tanto de mayor ancho de banda (ensanchamiento) que la señal de usuario original. La señal es multiplicada en el Rx por el mismo código, así se desensancha, se recupera la señal de usuario y retorna a su BW original.
– Otras señales creadas con otros códigos solo aparecen en el receptor como ruido aleatorio.
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Técnicas de Acceso (12)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• CDMA (5). SSM.
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Técnicas de Acceso (13)
26
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• CDMA (6). SSM (2).
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Técnicas de Acceso (14)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• CDMA (7). SSM (3).
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Técnicas de Acceso (15)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Ventajas de CDMA y el Espectro Ensanchado
– Resistente a la interferencia de banda estrecha – afecta de manera mínima a la señal.
– Permite a múltiples usuarios con diferentes códigos compartir el mismo rango de frecuencias de manera simultanea.
– El sistema puede operar efectivamente a bajas SNR.
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Técnicas de Acceso (16)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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• Ventajas de CDMA y el Espectro Ensanchado (2)
– Pseudo-noise (PN) significa que la señal parece ruido excepto para todos aquellos quienes conocen como reconstruir la secuencia.
– No se puede decodificar la señal, aun cuando se reconozca ya que luce como ruido.
Técnicas de Acceso (17)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tipos de SS – Secuencia Directa (DS, Direct Sequence)
• Multiplicando la señal banda base por la señal de alta velocidad (código PN).
• bits muestreados a una frecuencia muy alta (e.g. 1.228 Mcps en IS-95, 3.84 Mcps en WCDMA).
• La nueva señal tiene mayor velocidad de transmisión de datos.
• La energía de la señal se dispersa sobre un amplio rango de frecuencias (e.g. 1.25 MHz in IS-95, 5 MHz en WCDMA).
– Saltos de Frecuencia (FH, Frequency Hopping) • Aletoriamente cambia la frecuencia del canal con el tiempo en
función del código PN.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Técnicas de Acceso (18)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• DSSS
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Técnicas de Acceso (19)
27
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• FHSS
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Técnicas de Acceso (20)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• FHSS (2)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Técnicas de Acceso (21)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
• Space Division Multiple Access (SDMA)
– Control de la energía radiada para cada usuario
en el espacio.
– Antenas sectorizadas.
– Áreas diferentes servidas por diferentes antenas
o lóbulos.
– Antenas inteligentes (conformación de haces,
Beamforming).
Técnicas de Acceso (22)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• SDMA(2)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Técnicas de Acceso (23)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
– OFDM. Técnica de transmisión. Multiplexación por división
de frecuencia. Técnica de modulación multiportadora
digital.
– Divide un canal de alta velocidad en canales múltiples,
paralelos de baja velocidad.
– altas velocidades de transmisión de datos y disponibilidad.
– Utilizado en IEEE 802.11a,g (WLANs), WiMAX
(IEEE802.16), LTE, radio digital y televisión digital.
– Compensa efectos del canal sin complejos ecualizadores.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Técnicas de Acceso (24)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• OFDM (2)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Técnicas de Acceso (25)
28
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• OFDM (3)
– La ortogonalidad requiere que el espaciamiento
entre sub-portadoras Δf = k/(TU) Hertz, donde TU
segundos es la duración del simbolo, y K es un
entero positivo, tipicamente igual a 1.
– Con N sub-portadoras, el ancho de banda total
sera B ≈ N·Δf (Hz).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Técnicas de Acceso (26)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• OFDM (4)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Técnicas de Acceso (27)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• OFDM (5)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Técnicas de Acceso (28)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Calidad de Fidelidad
• Cuantificar en que medida la señal
demodulada es una replica fiel de la señal
transmitida.
• Formas:
– Objetiva (SNR, BER) .
– Subjetiva (Inteligibilidad f(Índice de nitidez), Nota
Media de Opinión (MOS, Mean Opinion Score).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Calidad de Fidelidad(2)
• Relación señal a ruido FM.
– Salida del demodulador de un receptor monocanal.
– β=Δf/fm, (índice de modulación)
– Δf, Desviación de frecuencia
– fm, Frecuencia de señal moduladora (tono sinusoidal)
– fr, factor de ruido del receptor.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
23
2
r
r m
ps
n KTf f
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Calidad de Fidelidad(3)
• Relación señal a ruido FM (2).
– Sistema con β=5/3 (canalización 25 KHz) y fm=3 KHz.
– En terminos de la tensión de entrada, si la impedancia
de RF es 50Ω
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
175.8 20log 10logr r m
SdB P dBm F f
N
145.4 ( )r r
SdB P dBm F dB
N
38.4 ( )r
SdB V dBu F dB
N
29
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Relación señal a ruido FM (3).
– BT es el ancho de banda de transmisión.
– Factor de mejora de FM
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
23
2
T
m
Bs c
n f n
Calidad de Fidelidad(4)
23
2
T
m
B
f
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Características prácticas fidelidad FM.
– SNR interés puramente teórico.
– SINAD (Rec. UIT-R 331)
– Portadora modulada al 60% con un tono de
1000 Hz.
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Calidad de Fidelidad(5)
10log s n d
n d
p p pSINAD
p p
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Dimensionamiento Interfaz Radio
• Determinación del número de recursos que deben
asignarse a un sistema de comunicaciones móviles
para que puedan efectuarse en ella las
comunicaciones con unas características de calidad
determinadas.
• Canales = recursos radio .
– FDMA. Un canal=una o dos frecuencias.
– TDMA. Un canal=dos intervalos de tiempo
– CDMA. Un canal= un código.
– OFDMA. Un canal=un numero definido de
subportadoras.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Dimensionamiento Interfaz Radio (2)
• Grado de Servicio (GoS, Grade of Service): mide
la dificultad de utilizar un canal cuando es
necesario realizar una comunicación.
• GoS: Probabilidad que una llamada en un grupo
de circuitos sea bloqueada (probabilidad de
bloqueo) o tenga que esperar un tiempo superior
a un valor especificado (probabilidad de espera).
• Objetivo del dimensionamiento: lograr un equilibrio
entre la calidad y el número de radiocanales
disponibles.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Métodos de asignación de canales.
– Asignación rígida o proporcional: a un grupo
de M móviles se le asigna un radiocanal en su
zona de cobertura.
– Asignación troncal: a un grupo de M móviles
se les asigna un grupo de N canales. Una
estación móvil puede tomar cualquier
radiocanal.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (3)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico).
– Generador o fuente de llamadas. M elementos
productores de llamada.
– Conjunto de N servidores (radiocanales) o circuitos que
cursan las llamadas (N<<M).
– Régimen de llegada de las llamadas a los servidores de
tipo Poissoniano, con número de intentos de llamada por
unidad de tiempo constante, λ.
– El tiempo entre llegadas de llamadas sucesivas sigue
una ley exponencial negativa de tasa también igual a λ
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (4)
30
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (2).
– Tiempo de servicio (ocupación de un servidor o
radiocanal por llamada) variable según una ley
exponencial de tasa negativa μ (implica que duración
media de una llamada es H=1/ μ).
– Los estudios de tráfico y dimensionamiento se refieren a
la Hora Cargada (BH, Busy Hour).
– Si cada móvil efectúa, por término medio, L llamadas en
la BH, la tasa de oferta de llamadas es:
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (5)
3600
ML
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (3).
– Intensidad de tráfico (tráfico) ofrecido a los N servidores.
– El tráfico puede interpretarse como la relación entre el tiempo
total de ocupación de los radiocanales (si se logra cursar todas
las llamadas) y el tiempo de referencia. (Erlangs).
– Un aparato telefónico que efectué 1 llamada de 90 segundos de
duración media en la hora ocupada (BH), ofrece un tráfico:
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (6)
3600
MLHA H
900.025 .
3600A E
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Dimensionamiento Interfaz Radio (7)
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (4).
– Si estando ocupando los N servidores, se genera una
nueva tentativa de llamada. Se dice entonces que hay
congestión o bloqueo en la red.
– Las redes se clasifican según la forma en que reacciona
el terminal ante una situación de bloqueo .
• Sistemas con pérdidas.
• Sistemas con espera.
– Cola infinita.
– Cola finita.
– Cola ordenada (FIFO)
– Cola de salida aleatoria.
– Cola con prioridades.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (5).
–El grado de servicio (GOS) para los
sistemas con asignación troncal es igual a
la probabilidad:
• De pérdida (para los sistemas con pérdidas).
• De espera superior a un tiempo determinado
(para sistemas con espera).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (8)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (6).
– Sistemas con pérdidas
• GOS=100p, siendo p la probabilidad de pérdida o de
bloqueo que viene dada por la denominada formula
Erlang B.
• Donde N es el número de radiocanales y A es la
intensidad de tráfico ofrecida por las fuentes.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (9)
100 100 ( , )GOS p B N A
0
!( , )
!
N
kN
k
A
Np B N AA
k
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (7).
– Sistemas de perdidas (2)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (10)
31
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (8).
– Sistemas de perdidas(3)
• Tráfico cursado
• Tráfico perdido
• Rendimiento de utilización de radiocanales
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (11)
1 ,A B N A
,AB N A
A
N
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (9).
– Sistemas con espera
• La probabilidad de que una llamada tenga que
esperar es función de la distribución Erlang C.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (12)
1
0
1,
!1 1
!
kN
Nk
C N AA N A
N A k
,,
1 ,
NB N AC N A
N A B N A
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (10).
– Sistemas con espera (2)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (13)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (11).
– Sistemas de espera (3)
• La probabilidad de una espera W superior a un
tiempo dado Wo (Grado de Servicio), para las
llamadas que esperan es:
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (14)
0% 100 ,GOS C N A p W W
0 0exp /p W W N A W H
0
0
% 100 , xp /
(%) 100 , xp ;
GOS C N A e N A W H
GOS C N A e N A W H
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (12).
– Dimensionamiento de redes con asignación
rígida (y espera).
• Asignación rígida: redes pequeñas PMR.
• Un solo radiocanal en la zona de cobertura.
• No cola de espera de llamadas, sino un acceso
controlado. La llamada se realiza cuando se escucha
que el canal se encuentra libre.
• Dimensionamiento →Determinar el número de
móviles por canal para un GOS determinado.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (15)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (13).
– Dimensionamiento de redes con asignación
rígida (2)
• N=1
• M(número de móviles)
• a(tráfico por móvil)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (16)
/M INT A a
3600
LHa
0(%) 100 xp 1 ;GOS A e A W H
0% 100 , xp /GOS C N A e N A W H
32
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (14).
– Dimensionamiento de redes con asignación
rígida (3)
• Ejemplo. Suponiendo que cada móvil efectúa L=1
llamada por BH con H=20 s y se desea un GOS del
5% (Wo=H).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (17)
1*200.0056
3600 3600
LHa E
% 5 100 xp 1
0.121
GOS A e A
A
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (15).
– Dimensionamiento de redes con asignación
rígida (4)
• Ejemplo(2).
– Si la red tiene un número de móviles mayor que el
calculado, es necesario contar con más radiocanales y
dividir los usuarios en grupos.
– Asignación proporcional: Conmutación manual a un canal
de otro grupo cuando el canal propio se encuentra ocupado.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (18)
/ 0.121/ 0.0056 21.6 21M INT A a INT INT
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (16).
– Dimensionamiento de redes con asignación
rígida (4)
• Ejemplo(3). NUMERO DE MOVILES PARA MULTIACCESO PROPORCIONAL
NUMERO DE MOVILES PARA MULTIACCESO PROPORCIONAL
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (19)
Número de
canales, N
Tráfico total A Tráfico por
canal , ac
Número de
móviles M
1 0.121 0.121 21
2 0.242 0.121 42
5 0.605 0.121 105
10 1.21 0.121 210
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (17).
– Dimensionamiento de redes con asignación
rígida (5)
• Ventajas asignación proporcional:
– Sencillez de los equipos.
– Rapidez en el establecimiento de la llamada.
– Canal abierto (comunicación todos con todos).
– Señalización simple.
– Costo reducido.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (20)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (18).
– Asignación troncal
• Principio de concentración: un volumen limitado de recursos N,
se coloca a disposición de un número elevado M de potenciales
usuarios.
• En general N < < M.
• Es posible un funcionamiento eficiente: los usuarios utilizan los
recursos durante un tiempo limitado (en un momento
determinado solo una fracción de los usuarios se encuentra
activa).
• Requisito (principio de concentración) →acceso automático a los
recursos.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (21)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (19).
– Asignación troncal (2)
• Multiacceso = concentración de enlaces o troncal (trunking).
• Los N canales son un deposito de canales (pool) disponible a los
M usuarios.
• Mejora el GOS.
• No asignación rígida de frecuencias.
• Sistemas PAMR, sistemas celulares.
• Sistemas de radio troncalizado (Radio Trunking) . Asignación
troncal. Sistemas con espera. Dimensionamiento con Erlang C.
• Sistemas celulares. Asignación troncal . Sistemas con perdida.
Dimensionamiento con Erlang B.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (22)
33
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (20).
– Asignación troncal (3)
• Requiere protocolos y técnicas de señalización eficaces y
rápidas (proceso de asignación de canales, reducir el efecto de
colisiones (tentativas simultaneas de llamadas) y gestión de
colas).
• Capacidad de señalización para ofrecer servicios adicionales
(datos, mensajes de estado y control, identificación de
terminales, prioridad de llamadas, etc).
• La capacidad de un sistema con asignación troncal (o de
concentración de enlaces), puede desbordar las necesidades de
un usuario concreto, por lo tanto se alquila la capacidad
excedente a terceros. → PAMR.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (23)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (21).
–Asignación troncal (4)
• Ventajas de los sistemas troncales: – Número elevado de móviles con pocos radiocanales.
– Buen desempeño.
– Señalización digital.
– Posibilidad de transmisión de datos.
– Amplia gama de servicios de llamadas.
– Formación sencilla de grupos cerrados de usuarios.
– Cierta privacidad.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (24)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (22).
–Asignación troncal (5)
• Desventajas – Canal no abierto.
– Lentitud en el establecimiento de la llamada.
– Dependencia del controlador del sistema.
– Mayor costo.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (25)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (23).
– Asignación troncal (6)
• Ejemplo. Asignación Proporcional. Una red de
comunicaciones móviles en que los terminales
realizan por termino medio una llamada por BH de
H=20s de duración. Se fija como objetivo GOS=5%.
(Ver Dimensionamiento Interfaz Radio (17))
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (26)
1*200.0056
3600 3600
LHa E
0.121A 21M
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (24).
– Asignación troncal (7)
• Ejemplo (2).
– Para concentración de enlaces (troncalizado) Sistema
con espera.
– GOS=5%
– N(1,2,5,10)
– De forma iterativa obtener A
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Dimensionamiento Interfaz Radio (27)
/M INT A a3600
LHa
0(%) 100 , xp ;GOS C N A e N A W H
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (25).
– Asignación troncal (8)
• Ejemplo (3). NUMERO DE MOVILES PARA MULTIACCESO TRONCAL
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (28)
Número de
canales, N
Tráfico total A Tráfico por
canal , ac
Número de
móviles M
1 0.121 0.121 21
2 0.7 0.35 125
5 3.23 0.646 581
10 7.94 0.794 1429
34
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (26).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales
• Dimensionamiento → problema directo →
N(radiocanales) ? M GOS.
• Dimensionamiento → problema inverso → M? N
(radiocanales) y GOS.
• El dimensionamiento es para los radiocanales de
tráfico a los cuales debe añadirse el (los)
radiocanal(es) de control y/o señalización.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (29)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (27).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(2)
• Problema directo. (Calculo de N radiocanales)
– GOS(%)=5
– Tiempo de espera: W0=20s.
– Duración media de las llamadas: H=20s.
– Número de terminales: M:1000
– Número promedio de llamadas en la hora cargada: L=1
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (30)
1000 1 205.56
3600 3600
MLHA E
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (28).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(3)
• Problema directo. (Calculo de N radiocanales) (2)
– Iterativamente.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (31)
1
0
1,
!1 1
!
kN
Nk
C N AA N A
N A k
0% 100 , xp /GOS C N A e N A W H
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (29).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(4)
• Problema directo. (Calculo de N radiocanales) (3)
– N=7.
» C(7;5.56)=0.474
» exp(-(7-5.56))=0.237
» Producto=0.11(11%). Insuficiente
– N=8.
» C(8;5.56)=0.263
» exp(-(8-5.56))=0.086
» Producto=0.023(2.3%<5%). Luego N=8.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (32)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (30).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(5)
• Problema directo. (Calculo de N radiocanales) (4)
– Se necesitarán 8 canales de tráfico más un canal de
señalización.
– El tiempo medio de espera será:
– Las necesidades operativas crecen y se habilitan nuevos
terminales. ¿Cuántos terminales adicionales podrá admitir
la red con los N radiocanales? (problema inverso).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (33)
20
, 0.263 2.28 5.56
HW C N A s
N A
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (32).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(6)
• Problema inverso. Cálculo del número de terminales
M, conocidos el número de radiocanales N y el GOS.
L y H son conocidos.
– iterativamente
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (35)
1
0
1,
!1 1
!
kN
Nk
C N AA N A
N A k
0% 100 , xp /GOS C N A e N A W H
35
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (33).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(7)
• Problema inverso (2).
– Se obtiene A y con este M.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (36)
/M INT A a
3600
LHa
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (34).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(8)
• Problema inverso (3).
– Condiciones del ejemplo anterior. Se admite un GOS=30%.
– Iteración.
– Incremento de 296 móviles.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (37)
7.2A E
1 200.0056
3600 3600
LHa E
/ 1296M INT A a
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (35).
– Dimensionamiento de los sistemas troncales(9)
• Problema inverso (4).
– La eficiencia de los sistemas troncales disminuye a medida
que aumenta el número de canales.
– La mayoría de los sistemas prácticos se limita a 20 canales.
– Para mayor capacidad se debe disponer de más de un
sistema.
• Se ha considerado un tráfico uniforme.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Dimensionamiento Interfaz Radio (38)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (36).
– Dimensionamiento sistemas con perdidas.
• Caso de la telefonía móvil publica (PMT).
• En PMT, 1%<=GOS<=2% y el tráfico por terminal, de
17 a 25 mE.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (39)
100 100 ( , )GOS p B N A
0
!( , )
!
N
kN
k
A
Np B N AA
k
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (37).
– Dimensionamiento sistemas con perdidas(2)
• Problema directo. N (radiocanales)? M y GOS.
• Datos
– M=500 terminales.
– a=20mE. Intensidad de tráfico por terminal.
– GOS=1%
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Dimensionamiento Interfaz Radio (40)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (38).
– Dimensionamiento sistemas con perdidas(3)
• Problema directo (2).
– Iterativamente o por tabla se determina N.
– Tráfico ofrecido
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Dimensionamiento Interfaz Radio (41)
100 ( , )GOS B N A
0
!( , )
!
N
kN
k
A
Np B N AA
k
3500*20*10 10A M a E
36
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (39).
– Dimensionamiento sistemas con perdidas(4)
• Problema directo (3).
– De la tabla B(N;A)=B(N,10E) para GOS=1%.
» N=17 → A=9.65
» N=18 → A=10.4
– Se elige 18 canales.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (42)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (40).
– Dimensionamiento sistemas con perdidas(5)
• Problema inverso. M? N y GOS.
• Se determina A por iteración o tabla.
• Se calcula M
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Dimensionamiento Interfaz Radio (43)
/
522
M INT A a
M
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Tráfico telefónico (modelo clásico) (41).
– Dimensionamiento sistemas con perdidas(6)
• Ejemplo: Una portadora GSM ofrece 7 canales de
tráfico. Calcular el número de terminales que se
puede dar servicio para un GOS del 1% si el tráfico
por terminal es 25mE.
– Tabla. B(N;A)=B(7;A); GOS=1% → A=2.5E
– Se pueden atender 100 móviles.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (44)
/ 2.5 / 25 100M INT A a INT mE
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Dimensionamiento redes radiopaquetes.
– En comunicaciones móviles se realiza
transmisión de datos por modulación directa.
– Existen canales comunes de señalización
digital.
– Dimensionamiento busca evaluar la capacidad
de estos canales.
– MS→BS. Multiacceso. Protocolos que regulan
esta operación. Técnicas de acceso aleatorio
(random access) o de contienda (contención).
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Dimensionamiento Interfaz Radio (45)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Dimensionamiento redes radiopaquetes(2).
– Acceso aleatorio → No se puede predecir los momentos
en que un terminal emitirá sus paquetes y todos los
terminales compiten ya que no existe un control
centralizado.
– Uno de los protocolos más utilizados hoy en dia es el
ALOHA ranurado (S-ALOHA, slotted ALOHA).
– Tiene una inestabilidad inherente. Cuando sobrepasa el
punto de saturación, la situación es caótica, y la
capacidad se reduce considerablemente (sistema
multiacceso inestable).
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Dimensionamiento Interfaz Radio (46)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Dimensionamiento redes radiopaquetes(3).
– En el enlace de bajada. No multiacceso. La BS
envía mensajes dirigidos a MSs concretas. (no
hay contienda)
– Dimensionamiento → Obtención de la
capacidad de transmisión de paquetes con éxito
para un canal.
– Se compara esa capacidad con la oferta de
tráfico para verificar si basta un solo canal de
señalización o si son necesarios más.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (47)
37
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Dimensionamiento redes radiopaquetes(4).
– Modelo de tráfico.
• Fuente de tráfico: un número elevado de usuarios
que emiten paquetes de longitud constante hacia el
receptor.
• Perturbaciones en el medio (ruido, interferencia)
• En el medio se pueden producir colisiones totales o
parciales .
• Métodos que confirmen al transmisor la recepción
correcta del paquete.
• Las retransmisiones no son inmediatas.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (48)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Dimensionamiento redes radiopaquetes(4).
– Protocolo S-ALOHA
• El tiempo se divide en intervalos (slots) de tamaño
uniforme e igual al tiempo de transmisión de un
paquete.
• Todos los móviles se encuentran sincronizados con la
red o sistema.
• Los paquetes no colisionan o colisionan totalmente.
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Dimensionamiento Interfaz Radio (48)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Dimensionamiento redes radiopaquetes(5).
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Dimensionamiento Interfaz Radio (49)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Dimensionamiento redes radiopaquetes(6).
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Dimensionamiento Interfaz Radio (50)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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