Features of the Benchmark Case

4.2.1.1 HERRAMIENTA DE SIMULACIÓN

Para la predicción del cubrimiento de la Red, se utilizó un software licenciado de propiedad de la Autoridad Nacional de Televisión, denominado ICS telecom EV, de la empresa ATDI. ICS telecom EV es una herramienta para la planificación de redes de radiofrecuencia, que provee todas las funcionalidades necesarias para diseñar, optimizar y desarrollar redes multipunto o enlaces microondas: terrestres, aeronáuticos y aire-tierra-aire. Además, está especialmente enfocado a aplicaciones militares con objetos y algoritmos que soportan ataques electrónicos, incluyendo funcionalidades relacionadas con radiogoniometría, jamming e intercepción de señal(ATDI, 2012).

ATDI es un líder mundial en el desarrollo e implementación de sistemas automatizados de gestión del espectro y tiene experiencia en desarrollo de software, ingeniería y gestión del espectro. ATDI desarrolla, suministra y respalda un conjunto completo de herramientas de software para la planificación, modelado y regulación de los servicios de radiocomunicaciones (www.atdi.com).

4.2.1.2 BASES DE DATOS GEOGRÁFICAS

Para las simulaciones de cubrimiento, se utilizó el archivo cartográfico del “Marco Geostadístico Nacional” MGN del DANE, el cual está constituido por áreas geoestadísticas (Departamentos, municipios, cabeceras municipales, centros poblados, rural disperso, entre otras), delimitadas principalmente por accidentes naturales y culturales, y que son identificables en terreno. Comprende: 1101 municipios del país, 20 áreas no municipalizadas y la isla de San Andrés. Esta base digital de datos cartográficos tiene una resolución planimétrica de 30 m y una resolución altimétrica de ±30 m, así como una capa de clutter con los diferentes usos del suelo.

Los límites de los departamentos y municipios que conforman la vigencia del MGN se basan en los límites oficiales suministrados por el IGAC (Instituto Geográfico Agustín Codazzi).

107 El MGN se encuentra dispuesto en la sección del Geoportal de la página web del DANE (www.dane.gov.co) para tres vigencias (2005, 2012 y 2017), en formato vectorial shapefile que está compuesto por archivos con extensión shx, shp, dbf, sbn y prj. En estos se almacenan digitalmente la localización de los elementos geográficos, sus atributos y sus características (*.shp, *.dbf, *.shx), así como la información del datum y la proyección (*prj). Igualmente, el MGN se puede visualizar y descargar a través de servicios web geográficos(DANE, 2018).

4.2.1.3 MODELOS DE PROPAGACIÓN

El modelo de propagación que se utilizó, de acuerdo con lo establecido en la Resolución 759 de 2013, por la Autoridad Nacional de Televisión ANTV, para la realización de las simulaciones de cubrimiento corresponde con los siguientes modelos determinísticos:

 Modelo para espacio libre: ITU-R 525.  Modelo para difracción: Deygout 94.

 Modelo para atenuación de subtrayectorias: ITU-R 526.

4.2.1.3.1 RECOMENDACIÓN UIT-R P.525-3 CÁLCULO DE LA ATENUACIÓN EN

EL ESPACIO LIBRE

El factor de las pérdidas por propagación en el espacio libre corresponde a una referencia general para la predicción de niveles de intensidad de campo de forma determinística, en escenarios donde existe línea de vista despejada entre los puntos transmisor y receptor. Teniendo en cuenta lo anterior, la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones) ha establecido en su recomendación P.525-3, las expresiones matemáticas unificadas para el cálculo de atenuaciones en el espacio libre de enlaces tipo: punto a zona, punto a punto y radar(UIT, 2016).

El análisis computacional se efectúa por cada pixel correspondiente a la zona de recepción, por lo cual resulta conveniente para la simulación de redes considerar antenas isótropas tanto en trasmisión como en recepción, para realizar los cálculos de las pérdidas básicas de trasmisión, desde el centro transmisor hasta cada punto de análisis de recepción, de forma independiente.

108 Para esto, el modelo de propagación ITU-R P.525 incorpora la expresión teórica de pérdidas básicas de trasmisión que se relaciona en la siguiente ecuación:

Lbf = 20 log (4𝜋𝑑/𝜆) Ecuación 14

Donde:

Lbf = Pérdida básica de transmisión en el espacio libre (dB) D =Distancia

λ = Longitud de onda

d y λ se expresan en las mismas unidades.

La ecuación (14) puede también escribirse en función de la frecuencia en vez de la longitud de onda:

Lbf = 32.4 + 20 log f + 20 log d (dB) Ecuación 15 Donde:

F = frecuencia (MHz) D = distancia (km)

Teniendo en cuenta que el modelo de propagación ITU-R P.525 hace referencia a comunicaciones con línea de vista despajada, sin la presencia de obstrucciones entre los puntos transmisor y receptor y donde los fenómenos de difracción son despreciables, se requiere complementar este modelo, con métodos de cálculo para escenarios donde se obstruya parcial o totalmente los elipsoides de Fresnel y propagación resulte por la difracción de las señales.

4.2.1.3.2 DEYGOUT 94

La difracción se produce cuando el trayecto directo entre dos terminales está bloqueado por uno o más obstáculos opacos. En esta situación, a pesar de que la intensidad de campo en el terminal receptor será menor de lo que sería si no existieran esos obstáculos, alguna señal se recibirá mediante el proceso de difracción. Además, los obstáculos que se acercan al trayecto con visibilidad directa pero que realmente no lo bloquean pueden tener un efecto significativo en la intensidad de campo recibida. En general, los obstáculos que se consideran son las características del terreno terrestre o de la superficie del mar. Las

109 características del terreno tendrán casi siempre una forma irregular. Por consiguiente, casi siempre se han aproximado a diversas formas estilizadas a fin de realizar los cálculos prácticos de la pérdida esperada debida a la difracción. Entre esas formas cabe citar las aristas (filo de cuchillo), cuñas, cilindros y esferas(UIT, 2002).

La forma más simple utilizada para modelizar el terreno es la arista (filo de cuchillo). En este enfoque, el terreno se aproxima a una serie de este tipo de aristas. Luego se puede utilizar, en forma conveniente, el método de Fresnel para calcular la pérdida por difracción en la arista. Se trata de construir una superficie imaginaria, conocida como superficie de Huygens, por encima de la arista, como se muestra en la Figura No 31.

Figura No 32: Difracción en arista Fuente: (UIT, 2002)

El principio de Huygens estipula que cada punto de esta superficie actúa como un radiador secundario. El cálculo del campo difractado consiste en integrar contribuciones desde puntos de la superficie, desde el borde superior de la arista hasta el infinito.

Esta integración se muestra gráficamente en la espiral de Cornu de la Figura No 32. La espiral se normaliza en términos de un parámetro ν, donde:

110 Donde:

Δd: diferencia en longitud entre el trayecto directo entre los terminales y el que pasa sólo sobre la arista.

La intensidad de campo en el espacio libre viene representada por la distancia entre dos puntos asintóticos, Z1 y Z2. Cuando parte del frente de onda está obstruido por la arista, el valor de la intensidad de campo está representado por la distancia entre el punto de la espiral correspondiente al pico de la arista y el punto asintótico apropiado (Z1 o Z2). A menudo, un trayecto de propagación contendrá varios obstáculos, de forma que para modelizarlo por entero se necesitarán varias aristas. Existen varias técnicas que se han propuesto para abordar las aristas múltiples.

Figura No 32a.Representación de la difracción en arista mediante la espiral de Cornu

111 El método de Deygout consiste en calcular la pérdida para cada arista en ausencia de todas las demás aristas. La que da la pérdida mayor se identifica como la arista principal, y este valor de pérdida se toma como el valor para esta arista. Entonces, la arista principal se considera como un terminal y los subtrayectos a cada lado se tratan de la misma manera. El trayecto se subdivide hasta que se han considerado todas las aristas y entonces la pérdida de trayecto total es la suma (dB) de todas las pérdidas de las aristas individuales. El método Deygout siempre sobrestima las pérdidas de un trayecto con aristas múltiples; por consiguiente, se pueden aplicar factores de corrección.

El modelo Deygout 94 supone una reducción significativa en la complejidad computacional, dado que se reduce el número de cálculos por obstáculo para determinar los niveles de intensidad de campo en una zona sin línea de vista directa con el transmisor.

4.2.1.3.3 RECOMENDACIÓN UIT-R P.526 PROPAGACIÓN POR DIFRACCIÓN

Aunque la difracción se produce únicamente por la superficie del suelo u otros obstáculos, para evaluar los parámetros geométricos situados en el plano vertical del trayecto (ángulo de difracción, radio de curvatura, altura del obstáculo) ha de tenerse en cuenta la refracción media de la atmósfera en el trayecto. Para ello, se traza el perfil del trayecto con el radio ficticio de la Tierra que convenga (Recomendación UIT-R P.834). De no disponerse de otras indicaciones, se puede tomar un radio ficticio de la Tierra de 8 500 km(UIT, 2009).

La difracción de las ondas radioeléctricas sobre la superficie de la Tierra se ve afectada por las irregularidades del terreno.

El estudio de los fenómenos de difracción permite identificar, con un alto grado de certeza, zonas cubiertas donde regularmente no existe línea de vista entre el transmisor y el punto de recepción, o cuando más del 60% del elipsoide de Fresnel se encuentra obstruido. Este aspecto resulta ser relevante por cuanto, identificar las zonas cubiertas por difracción de las señales, maximiza el potencial de cobertura de una estación y reduce el número de frecuencias o canales requeridos para la operación de una red de radiodifusión(UIT, 2009). La recomendación ITU-R P.526 propone los métodos de cálculo determinísticos de niveles de intensidad de campo en trayectos de propagación por difracción, asumiendo formas geométricas tipo filo de cuchilla o redondeadas de los obstáculos que se presenten. De

112 igual manera, la recomendación incluye el cálculo de las pérdidas debido a una obstrucción y la característica eléctrica de su superficie(A. López & Gaona, 2017).

4.2.1.3.3.1 DIFRACCIÓN EN UNA TIERRA ESFÉRICA

La pérdida adicional de transmisión debida a la difracción en una Tierra esférica puede calcularse por la fórmula clásica de la serie de residuos.

Para largas distancias transhorizonte, sólo es importante el primer término de esa serie de residuos. Incluso cerca o sobre el horizonte, puede utilizarse esta aproximación con un máximo margen de error de unos 2 dB, en la mayoría de los casos.

El primer término de esa serie puede expresarse como el producto de un término de distancia, F, y dos términos de ganancia de altura, GT y GR. En las siguientes ecuaciones se describe cómo pueden obtenerse estos términos a partir de fórmulas sencillas.

El grado en que las características eléctricas de la superficie de la Tierra influyen en la pérdida por difracción puede determinarse calculando un factor normalizado de admitancia de superficie K, obtenido por las siguientes fórmulas.

K

H

= 0,36(a

e

f)

(-1/3)

[(Є-1)

2+ (18 000 σ/f)2

]

-1/4 Ecuación 17.

K

V

= K

H

[(Є)

2+ (18 000 σ/f)2

]

1/2 Ecuación 18.

Donde:

a

e: Radio ficticio de la Tierra (km)

Є

: Permitividad relativa efectiva σ: Conductividad efectiva (S/m) f: Frecuencia (MHz)

113 Figura No 33.Valores típicos de K

114 El valor relativo de la intensidad de campo por difracción, E, con respecto a la intensidad de campo en el espacio libre, E0, viene dado por la fórmula siguiente:

20 log E/E0 = F (X) + G (Y1) + G (Y2) dB Ecuación 19. Donde X es la longitud normalizada del trayecto entre las antenas de alturas normalizadas Y1 , Y2, (y donde 20 log E/E0 es generalmente negativa).

En unidades coherentes:

X = β [/λa

e2

]

1/3

d

Ecuación 20.

Y = 2β [

2

_/λ

2

_a

_e

_]

1/3

_h

_{Ecuación 21}

Donde:

d: Longitud del trayecto (km)

a

e: Radio ficticio de la Tierra (km)

h: altura de la antena (m) f: frecuencia (MHz).

4.2.2 SIMULACIONES DE CUBRIMIENTO

La configuración del sistema de Transmisión Móvil es la definida, en forma anterior, en la Tabla No 25.

TABLA No 25. Modo de Transmisión DVB-T2-Lite

MODCOD FFT GIF PP

QPSK 1/2 8K 19/256 PP4

Fuente: Elaboración Propia

Conforme a estos parámetros, al C/N del sistema calculado, y los parámetros de los sistemas de transmisión de la Red de Transmisión actual de Canal Capital, de sus tres estaciones de Calatrava, El Cable y Cruz verde, se realizan las simulaciones de cubrimiento sobre con las herramientas definidas, con el software de simulación ICS telecom EV y las bases de datos geográficas del DANE.

115 En la Figura No 34, se muestra la simulación de cubrimiento de la red de las estaciones de Calatrava, El Cable y Cruz Verde, en SFN.

Figura No 34: Simulación de cubrimiento SFN de las estaciones de Calatrava, El Cable y Cruz Verde

Fuente: Elaboración Propia.

En las Figuras No 35, 36, 37, 38, 39 y 40, se encuentran la información relativa a los parámetros técnicos de la estación Calatrava utilizados para la simulación de cubrimiento, como son los parámetros generales de transmisión y recepción, el patrón de radiación, la ubicación con coordenadas geográficas, los parámetros avanzados de Tx/Rx, los parámetros del umbral de difusión, y los parámetros de la potencia de ruido.

116 Figura No 35: Parámetros generales Tx/Rx, estación Calatrava

Fuente: Elaboración Propia.

Figura No 36: Patrón del sistema de antenas, estación Calatrava Fuente: Elaboración Propia.

117 Figura No 37: Ubicación, coordenadas, estación Calatrava

Fuente: Elaboración Propia.

Figura No 38: Parámetros avanzados Tx/Rx, estación Calatrava Fuente: Elaboración Propia.

118 Figura No 39: Parámetros de umbral de difusión, estación Calatrava

Fuente: Elaboración Propia.

Figura No 40: Parámetros de potencia de ruido, estación Calatrava Fuente: Elaboración Propia.

119 En las Figuras No 41, 42, 43, 44, 45 y 46, se encuentran la información relativa a los parámetros técnicos de la estación El Cable utilizados para la simulación de cubrimiento, como son los parámetros generales de transmisión y recepción, el patrón de radiación, la ubicación con coordenadas geográficas, los parámetros avanzados de Tx/Rx, los parámetros del umbral de difusión, y los parámetros de la potencia de ruido.

Figura No 41: Parámetros generales Tx/Rx, estación El Cable Fuente: Elaboración Propia.

Figura No 42: Patrón del sistema de antenas, estación El Cable Fuente: Elaboración Propia.

120 Figura No 43: Ubicación, coordenadas, estación El Cable

Fuente: Elaboración Propia

Figura No 44: Parámetros avanzados Tx/Rx, estación El Cable Fuente: Elaboración Propia

121 Figura No 45: Parámetros de umbral de difusión, estación El Cable

Fuente: Elaboración Propia.

Figura No 46: Parámetros de potencia de ruido, estación El Cable Fuente: Elaboración Propia.

122 En las Figuras No 47, 48, 49, 50, 51 y 52, se encuentran la información relativa a los parámetros técnicos de la estación Cruz Verde utilizados para la simulación de cubrimiento, como son los parámetros generales de transmisión y recepción, el patrón de radiación, la ubicación con coordenadas geográficas, los parámetros avanzados de Tx/Rx, los parámetros del umbral de difusión, y los parámetros de la potencia de ruido.

Figura No 47: Parámetros generales Tx/Rx, estación Cruz Verde Fuente: Elaboración Propia.

Figura No 48: Patrón del sistema de antenas, estación Cruz Verde Fuente: Elaboración Propia.

123 Figura No 49: Ubicación, coordenadas, estación Cruz Verde

Fuente: Elaboración Propia

Figura No 50: Parámetros avanzados Tx/Rx, estación Cruz Verde Fuente: Elaboración Propia

124 Figura No 51: Parámetros de umbral de difusión, estación Cruz Verde

Fuente: Elaboración Propia.

Figura No 52: Parámetros de potencia de ruido, estación Cruz Verde Fuente: Elaboración Propia.

En la Figura No 53, se encuentra una comparación entre la simulación de cubrimiento lograda con las condiciones actuales de transmisión (Figura No 34), de las estaciones de

125 Calatrava, El Cable y Cruz Verde, frente a una simulación de cubrimiento con un incremento de potencia de 3dB en el sistema de transmisión, de cada una de las estaciones. De esta manera se observa el efecto de un cubrimiento mayor del servicio móvil sobre la ciudad, con este supuesto.

Figura No 53: Comparación de simulación de cubrimiento SFN de las estaciones de Calatrava, El Cable y Cruz Verde, con incremento de potencia de Tx.

126

127

In document Essays on dynamic political economy (Page 37-39)