VegetaciónEs bien conocido que las ondas radioeléctricas sufren gran atenuación al atravesar la vegetación, especialmente en el caso de frecuencias elevadas. Los sistemas móviles se ven mucho más afectados por este fenómeno, pues es más fácil que puedan darse situaciones donde el receptor no tiene visión directa (NLOS) al encontrarse obstruido por árboles o grandes arbustos. En el caso de enlaces punto a punto es menos habitual, pues la planificación previa del radioenlace permite identificar posibles obstáculos y evitarlos convenientemente. Aun así, todavía pueden producirse pérdidas significativas si el haz radioeléctrico transcurre cerca de zonas boscosas.

El cálculo de las pérdidas causadas por la vegetación puede resultar tremendamente complejo, especialmente si se acude a técnicas analíticas como GTD/UTD (Geometrical and Uniform Theory of Diffraction). Afortunadamente, los métodos empíricos suelen ser suficientes en la mayor parte de los casos y ofrecen una buena precisión.

La gran dificultad que entraña la definición de un modelo matemático para el cálculo de la atenuación por vegetación es que depende de gran cantidad de factores y parámetros físicos. Por una parte, tenemos el tipo de vegetación: especies, árboles, arbustos, hoja perenne o caduca, densidad del follaje, etc. Por otra parte, su disposición geométrica (número, posición, altura) y su variabilidad temporal (efectos del viento sobre hojas y ramas o crecimiento a largo plazo). Luego es evidente que tener en cuenta todas estas características resulta prácticamente imposible.

Figura 1: Montaje experimental utilizado para mediciones de atenuación por vegetación.

Figura 1: Montaje experimental utilizado para mediciones de atenuación por vegetación (Fuente: University of Portsmouth).

Entre los diferentes modelos utilizados para estimar la atenuación causada por la vegetación podemos destacar los siguientes: RET (Radiative Energy Transfer) y TS (Trunk Spacing). Se trata de modelos de banda estrecha, siendo los de banda ancha más complejos. El primero de ellos tiene en cuenta el proceso físico, por lo que resulta más difícil de calcular, mientras que el segundo toma como parámetro la densidad con la que se distribuyen los árboles, siendo un modelo más sencillo de aplicar. Precisamente el modelo RET, por ser más completo, es el que se recoge en la Recomendación UIT-R 833. Inicialmente, en dicha Recomendación se incluyeron fórmulas muy simples para estimar la atenuación por vegetación:

Lveg,1 = 15,6 f −0,009 d 0,26,

Lveg,2 = 26,6 f −0,2 d 0,5.

donde d es la distancia en metros recorrida por la onda radioeléctrica a través de la vegetación antes de alcanzar el receptor (figura 2) y f es la frecuencia en GHz. La primera ecuación se refiere al caso de vegetación con hojas, mientras que la segunda se aplica en el caso de que no hayan. La existencia de hojas produce fundamentalmente difracción, además de los propios fenómenos de reflexión y dispersión de las ondas radioeléctricas.

Figura 2: Esquema de un radioenlace afectado por pérdidas en vegetación.

Figura 2: Esquema de un radioenlace afectado por pérdidas en vegetación.

Sin embargo, la gran simplicidad de este método de cálculo motivó el posterior desarrollo de otro modelo más ajustado, dado por la siguiente ecuación:

Lveg = Am [ 1 − exp(−dγ/Am) ],

en donde aparecen dos nuevas variables, γ y Am, que representan una atenuación específica para trayectos cortos de vegetación expresada en dB/m, y la atenuación máxima en dB cuando un terminal está dentro de una zona de vegetación de un tipo y profundidad específicos, respectivamente. En este caso, las pérdidas por vegetación representan el exceso de atenuación incluyendo todos los posibles efectos de propagación (espacio libre, difracción, absorción atmosférica, etc.).

El valor de la atenuación específica depende del tipo de especie y de la densidad de vegetación. En la figura 3 se muestra una gráfica donde se proporcionan valores aproximados en función de la frecuencia para un área boscosa. Por debajo de 1 GHz se observan mayores pérdidas en el caso de polarización vertical, lo cual se debe a la dispersión causada por los troncos de los árboles.

Figura 3: Atenuación específica en zona boscosa.

Figura 3: Atenuación específica en zona boscosa.

En cualquier caso, conviene resaltar que la atenuación debida a la vegetación varía ampliamente por la naturaleza irregular del medio y la gran cantidad de especies, densidades y condiciones de humedad que existen en la práctica. Los modelos anteriores son muy simplificados y solamente sirven para proporcionar estimaciones. Lo mejor es acudir a métodos más completos cuando se requiere precisión, por ejemplo el modelo RET, si bien dada su complejidad no vamos a detallarlo en este artículo y se invita al lector a consultar la Recomendación UIT-R P.833 para obtener información más detallada.

En la figura 4 se representan valores de atenuación obtenidos con distintos métodos para una frecuencia de 11,6 GHz. Puede observarse que todos ellos proporcionan resultados similares, aunque es algo que dependerá lógicamente del escenario particular. El diseñador deberá escoger el método adecuado dependiendo del problema al que se enfrente.

Figura 4: Evaluación de diferentes modelos de atenuación por vegetación.

Figura 4: Evaluación de diferentes modelos de atenuación por vegetación (Fuente: University of Portsmouth).

Como conclusión final, la atenuación causada por la vegetación en enlaces radioeléctricos que se ven obstruidos por árboles o arbustos suele ser bastante elevada (>20 dB en la práctica para frecuencias de microondas), por lo que el diseñador deberá tener muy en cuenta la posibilidad de que esto ocurra durante la fase de planificación del radioenlace, reorientando las antenas o aumentando la altura de los mástiles convenientemente.

Referencias

Rec. UIT-R P.833: “Atenuación debida a la vegetación”.

COST Action 280: “Propagation impairment mitigation for millimetre wave radio systems”.

Un comentario para “Cálculo de la atenuación por vegetación en un radioenlace”