El desvanecimiento por lluvia se refiere principalmente a la absorción de una señal de radiofrecuencia (RF) de microondas por la lluvia , la nieve o el hielo atmosférico , y a las pérdidas que son especialmente frecuentes en frecuencias superiores a 11 GHz . También se refiere a la degradación de una señal provocada por la interferencia electromagnética del borde de ataque de un frente de tormenta. El desvanecimiento por lluvia puede ser causado por precipitaciones en la ubicación del enlace ascendente o descendente. No es necesario que esté lloviendo en un lugar para que se vea afectado por la 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 del satélite también pueden ser causados por la lluvia, la nieve o el hielo en el reflector, el radomo o la bocina de alimentación de la antena de enlace ascendente o descendente. El desvanecimiento por lluvia no se limita a los enlaces ascendentes o descendentes de los satélites, ya que también puede afectar los enlaces de microondas terrestres punto a punto (aquellos en la superficie de la Tierra).
El desvanecimiento de la lluvia generalmente se estima 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 del desvanecimiento por lluvia. [1] Generalmente se utilizan varias formas matemáticas, como la función gamma, las formas lognormales o exponenciales, para modelar el DSD. La teoría de dispersión de Mie o Rayleigh con coincidencia de puntos o enfoque de matriz t se utiliza para calcular la sección transversal de dispersión y la atenuación específica de la lluvia. Dado que la lluvia es un proceso no homogéneo tanto en el tiempo como en el espacio, la atenuación específica varía según 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 de la lluvia tanto horizontal como vertical varía según el tipo de lluvia y la ubicación. Generalmente se supone que el límite de la región de lluvia vertical coincide con la isoterma 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 puede estimarse a partir de la firma de la banda brillante de la reflectividad del radar. [2] Se supone que la estructura de lluvia horizontal tiene una forma celular, llamada célula de lluvia. El tamaño de las células de lluvia puede variar desde unos pocos cientos de metros hasta varios kilómetros y depende 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 por lluvia en las comunicaciones por satélite se puede predecir utilizando modelos de predicción de atenuación por lluvia que conducen a una selección adecuada de la técnica de mitigación del desvanecimiento (FMT). [4] Los modelos de predicción de atenuación de la lluvia requieren datos de la tasa de lluvia que, a su vez, pueden obtenerse de los mapas de lluvia de predicción, que pueden reflejar una predicción inexacta del rendimiento de la lluvia, o de datos de lluvia medidos reales que brindan una predicción más precisa y, por lo tanto, la selección adecuada de FMT. Básicamente, la altitud de la Tierra sobre el nivel del mar es un factor esencial que afecta el rendimiento de la atenuación por lluvia. [5] Los diseñadores de sistemas de satélite y proveedores de canales deben tener en cuenta las perturbaciones causadas por la lluvia en la configuración de sus canales.
Las posibles formas de superar los efectos del desvanecimiento por lluvia son la diversidad de sitios , el control de potencia del enlace ascendente , la codificación de velocidad variable y antenas receptoras más grandes que el tamaño requerido para condiciones climáticas normales.
La forma más sencilla de compensar el efecto de desvanecimiento por lluvia en las comunicaciones por satélite es aumentar la potencia de transmisión: esta contramedida de desvanecimiento dinámico se denomina control de potencia de enlace ascendente (UPC). [6] Hasta hace poco, el control de potencia del enlace ascendente tenía un uso limitado, ya que requería transmisores más potentes, que normalmente podían funcionar a niveles más bajos y podían aumentar su nivel de potencia cuando se lo ordenaba (es decir, automáticamente). Además, el control de potencia del 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 de los sistemas de control de potencia de enlace ascendente una solución eficaz, asequible y fácil para atenuar las señales satelitales debido a la lluvia. [8]
En sistemas de microondas terrestres punto a punto 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 desvanecimiento por lluvia. [9] En esta disposición, se puede calcular que un enlace primario, como un puente de microondas dúplex completo de 80 GHz y 1 Gbit/s, 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 las 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 primario de 1 Gbit/s El enlace está caído debido a que la lluvia se desvanece. Usando este arreglo, se pueden instalar enlaces punto a punto de alta frecuencia (23 GHz+) para dar servicio a ubicaciones muchos kilómetros más lejos de lo que se podría servir con un solo enlace, lo 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 un lugar determinado utilizando la fórmula de interpolación del CCIR: [12]
donde Ap es la atenuación en dB excedida durante un p porcentaje del tiempo y A 001 es la atenuación excedida durante el 0,01% del tiempo.
Según el 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.
