COST 231

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1.Descripción

El modelo COST 231 [1-2] es un modelo semi-empírico de predicción de las pérdidas en un trayecto, resultado de la combinación de los modelos Walfisch-Bertoni [3] e Ikegami [4]. Es recomendado para macro-células en escenarios urbanos y suburbanos, con buenos resultados de las pérdidas en el trayecto para antenas transmisoras situadas por encima de la altura media de los tejados. Sin embargo, el error en las predicciones aumenta considerablemente a medida que la altura del transmisor se acerca a la altura de los tejados, llegando a tener un rendimiento muy pobre para transmisores situados por debajo de ese nivel.

Respecto a modelos precedentes como Okumura-Hata, el modelo COST 231 incluye una serie de parámetros adicionales al proceso de cálculo, además de ampliar el rango de frecuencias en el cual puede usarse (800 - 2000 MHz). El modelo realiza un cálculo más detallado de la atenuación, basándose en cuatro parámetros adicionales:

Altura de los edificios.

Ancho de las calles.

Separación entre edificios.

Orientación de la calle respecto a la dirección de propagación.

La pérdida básica de propagación, Lb, es calculada como la suma de tres componentes: la pérdida de propagación en condiciones de espacio libre, L0; la pérdida por difracción del tejado a la calle, Lrts, producida en el interior de la calle en la que se encuentra el receptor, como resultado de la difracción en el tejado adyacente a éste; y la pérdida por difracción multipantalla Lmsd, producida por múltiples difracciones en los tejados de los edificios situados a lo largo del trayecto. El modelo distingue además casos LOS y NLOS.

En general, las restricciones para el modelo son las siguientes:

f = 800 – 2000 MHz

hb = 4 – 50 m (altura de transmisor)

hm = 1 – 3 m (altura de receptor)

d = 0.02 – 50 km (distancia entre transmisor y receptor)

Δhb > 0 m (altura relativa del transmisor respecto a los edificios)

2.Desarrollo

a) Para escenarios LOS, la pérdida de propagación considera únicamente la pérdida en espacio libre, Lb = L0(LOS) donde:

cost231_1

(1)

donde d es expresada en km y f en MHz.

b) El trayecto NLOS típico descrito en el modelo COST 231, se representa en las Figuras 1a y 1b.

cost231_img_1

Figura 1a: Escenario típico de propagación NLOS usado en el modelo COST 231. Vista perfil.

cost231_img_2

Figura 1b: Escenario típico de propagación NLOS usado en el modelo COST 231. Vista superior.

Los parámetros definidos en el modelo COST 231 son los siguientes:

hr: altura media de los edificios (m)

w: anchura de la calle (m)

b: separación media entre edificios (m)

φ: ángulo formado por la dirección de propagación y el eje la calle (grados)

hb: altura de la antena de la estación base (m)

hm: altura de la antena del dispositivo móvil (m)

Δhm = hr – hm (m)

Δhb = hb – hr (m)

l: distancia total entre el primer y el último edificio del trayecto (m)

d: distancia entre estación base y dispositivo móvil (km)

f: frecuencia (MHz)

La pérdida básica de propagación para el escenario NLOS viene dada por:

cost231_2

(2)

La pérdida de propagación en condiciones de espacio libre, L0, se obtiene según la expresión:

cost231_3

(3)

El término Lrts tiene en cuenta la anchura de la calle y su orientación con respecto a la dirección de propagación del rayo. Su definición está basada en los principios de difracción tejado-calle dados por el modelo de Ikegami [4]. La expresión para el cálculo de Lrts es aceptada por la Rec. UIT-R P.1411 [5] y viene dada por:

cost231_4

(4)

donde:

cost231_4b

(5)

El término Lori es un factor de corrección que cuantifica las pérdidas debido a la orientación de la calle. En caso de que el valor de Lrts< 0, se debe considerar Lrts = 0.

La pérdida por difracción multipantalla, Lmsd, es función de la frecuencia, la distancia entre el dispositivo móvil y la estación base, además de la altura de ésta y la de los edificios. Al igual que Lrts, en caso de que Lmsd sea negativo, se considera Lmsd = 0. Su valor se calcula mediante la expresión:

cost231_5

(6)

donde:

cost231_6

(7)

es un término que depende de la altura de la estación base. Además se definen los siguientes parámetros:

cost231_7

(8)

cost231_8

(9)

cost231_9

(10)

El término ka presenta el incremento de la pérdida en el trayecto para el caso de estaciones bases ubicadas por debajo de la altura media de los edificios. Los términos kd y kf controlan la dependencia de Lmsd respecto a la distancia y a la frecuencia, respectivamente. En el caso de que no existieran datos sobre los edificios en el trayecto, el modelo COST 231 recomienda emplear:

-

hr = 3 m x (Nº de pisos) + altura del techo

 

-

cost231_10

-

b = 20 – 50 m

-

w = b / 2

-

φ = 90º

3.Referencias

[1] E. Damosso, "Digital Mobile Radio: Towards Future Generation Systems", European Commission, Final Report of the COST 231 Project, Chapter 4, 1998.

[2] L. M. Correia, "A view of the COST 231-Bertoni-Ikegami model," 2009 3rd European Conference on Antennas and Propagation, Berlin, 2009, pp. 1681-1685.

[3] J. Walfisch and H. L. Bertoni, "A theoretical model of UHF propagation in urban environments," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 36, no. 12, pp. 1788-1796, Dec 1988. doi: 10.1109/8.14401

[4] F. Ikegami, T. Takeuchi and S. Yoshida, "Theoretical prediction of mean field strength for urban mobile radio," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 39, no. 3, pp. 299-302, Mar 1991. doi: 10.1109/8.76325

[5] ITU-R Recommendation P.1411-4, "Propagation data and prediction methods for the planning of short-range outdoor radiocommunication systems and radio local area networks in the frequency range 300 MHz to 100 GHz", ITU, Geneva, Switzerland, 2007.