El desvanecimiento por lluvia se refiere principalmente a la absorción de una señal de radiofrecuencia (RF) de microondas por la lluvia atmosférica , la nieve o el hielo , y las pérdidas que son especialmente frecuentes en frecuencias superiores a 11 GHz . También se refiere a la degradación de una señal causada por la interferencia electromagnética del borde delantero de un frente de tormenta. El desvanecimiento por lluvia puede ser causado por la precipitación en la ubicación del enlace ascendente o descendente. No es necesario que llueva en una ubicación para que se vea afectada por el desvanecimiento por lluvia, ya que la señal puede pasar a través de la precipitación a muchas millas de distancia, especialmente si la antena parabólica tiene un ángulo de visión bajo . Del 5% al 20% del desvanecimiento por lluvia o la atenuación de la señal satelital también puede ser causada por la lluvia, la nieve o el hielo en el reflector de la antena de enlace ascendente o descendente, el radomo o la bocina de alimentación. El desvanecimiento por lluvia no se limita a los enlaces ascendentes o descendentes de satélite, ya que también puede afectar a los enlaces de microondas punto a punto terrestres (aquellos en la superficie de la Tierra).
La atenuación por lluvia se suele estimar experimentalmente y también se puede calcular teóricamente utilizando la teoría de dispersión de las gotas de lluvia. La distribución del tamaño de las gotas de lluvia (DSD) es una consideración importante para estudiar las características de la atenuación por lluvia. [1] Por lo general, se utilizan varias formas matemáticas, como la función gamma, las formas lognormales o exponenciales, para modelar la DSD. La teoría de dispersión de Mie o Rayleigh con coincidencia de puntos o el enfoque de matriz t se utiliza para calcular la sección transversal de dispersión y la atenuación específica por lluvia. Dado que la lluvia es un proceso no homogéneo tanto en el tiempo como en el espacio, la atenuación específica varía con la ubicación, el tiempo y el tipo de lluvia.
La atenuación total de la lluvia también depende de la estructura espacial del campo de lluvia. La extensión horizontal, así como la vertical, de la lluvia varía de nuevo para los diferentes tipos de lluvia y la ubicación. El límite de la región de lluvia vertical se supone que coincide habitualmente con la isoterma de 0˚ y se denomina altura de lluvia. La altura de la capa de fusión también se utiliza como límite de la región de lluvia y se puede estimar a partir de la firma de banda brillante de la reflectividad del radar. [2] Se supone que la estructura de la lluvia horizontal tiene una forma celular, llamada célula de lluvia. Los tamaños de las células de lluvia pueden variar desde unos pocos cientos de metros hasta varios kilómetros y dependen del tipo de lluvia y la ubicación. Recientemente se ha observado la existencia de células de lluvia de tamaño muy pequeño en la lluvia tropical. [3]
La atenuación de la lluvia en las comunicaciones por satélite se puede predecir utilizando modelos de predicción de atenuación de la lluvia que conducen a una selección adecuada de la técnica de mitigación de desvanecimiento (FMT). [4] Los modelos de predicción de atenuación de la lluvia requieren datos de la tasa de lluvia que, a su vez, se pueden obtener de los mapas de predicción de lluvia, que pueden reflejar una predicción inexacta del rendimiento de la lluvia, o de los datos de lluvia medidos reales que brindan una predicción más precisa y, por lo tanto, la selección adecuada de la FMT. Básicamente, la altitud de la Tierra sobre el nivel del mar es un factor esencial que afecta el rendimiento de atenuación de la lluvia. [5] Los diseñadores de sistemas satelitales y los proveedores de canales deben tener en cuenta las deficiencias de la lluvia en la configuración de su canal.
Las posibles formas de superar los efectos de la pérdida de señal por lluvia son la diversidad de sitios , el control de potencia de enlace ascendente, la codificación de velocidad variable y antenas receptoras más grandes que el tamaño solicitado para condiciones climáticas normales.
La forma más sencilla de compensar el efecto de la lluvia en las comunicaciones por satélite es aumentar la potencia de transmisión: esta contramedida dinámica se denomina control de potencia de enlace ascendente (UPC). [6] Hasta hace poco, el control de potencia de enlace ascendente tenía un uso limitado, ya que requería transmisores más potentes, que normalmente podían funcionar a niveles más bajos y cuyo nivel de potencia se podía aumentar mediante órdenes (es decir, de forma automática). Además, el control de potencia de enlace ascendente no podía proporcionar márgenes de señal muy grandes sin comprimir el amplificador de transmisión. [7] Los amplificadores modernos, junto con sistemas avanzados de control de potencia de enlace ascendente que ofrecen controles automáticos para evitar la saturación del transpondedor, hacen que los sistemas de control de potencia de enlace ascendente sean una solución eficaz, asequible y sencilla para el efecto de la lluvia en las señales de satélite. [8]
En sistemas de microondas punto a punto terrestres que van desde 11 GHz a 80 GHz, se puede instalar un enlace de respaldo paralelo junto con una conexión de mayor ancho de banda propensa a la pérdida de señal por lluvia. [9] En esta disposición, se puede calcular que un enlace principal, como un puente de microondas dúplex completo de 1 Gbit/s de 80 GHz, tiene una tasa de disponibilidad del 99,9 % durante el período de un año. [10] La tasa de disponibilidad calculada del 99,9 % significa que el enlace puede estar inactivo durante un total acumulado de diez o más horas por año a medida que los picos de tormentas de lluvia pasan sobre el área. [10] Se puede instalar un enlace secundario de menor ancho de banda, como un puente de 100 Mbit/s basado en 5,8 GHz, en paralelo al enlace principal, con enrutadores en ambos extremos que controlan la conmutación por error automática al puente de 100 Mbit/s cuando el enlace principal de 1 Gbit/s está inactivo debido a la pérdida de señal por lluvia. Con esta disposición, se pueden instalar enlaces punto a punto de alta frecuencia (23 GHz+) para dar servicio a ubicaciones muchos kilómetros más alejadas de las que se podrían atender con un solo enlace que requiere un tiempo de actividad del 99,99 % en el transcurso de un año. [11]
Es posible extrapolar la distribución de atenuación acumulada en una ubicación determinada utilizando la fórmula de interpolación CCIR: [12]
donde Ap es la atenuación en dB excedida durante un porcentaje p del tiempo y A 001 es la atenuación excedida durante el 0,01% del tiempo.
Según la UIT-R, [13] las estadísticas de atenuación por lluvia se pueden escalar en frecuencia en el rango de 7 a 55 GHz mediante la fórmula
dónde
y f es la frecuencia en GHz.
