Caracterización de un canal "indoor" como resultado de medidas en banda estrecha a 1.6 ghz

CARACTERIZACION DE UN CANAL "INDOOR" COMO RESULTADO DE MEDIDAS DE BANDA ESTRECHA A 1.6 GHz. A. V ALDOVINOS, L. RODRIGUEZ, R. AGUSTI Dep . Teo ía de la Señal y Comunicaciones. E.T.S.I.T. Ba celona -U.P.C. Apdo.30.002 -08080 -BARCELONA. Tel . (93) 401.65.24 Fax. (93) 401.68.01 ABSTRACT This pape shows he p elimina y esul s o measu emen s ca ied ou in he E.T.S.I.T.B building wi h he pu pose o indoo adio channel. In pa icula p opaga ion losses s a is ics ha e been conside ed. INTRODUCCION a 1.6 GHz modeling an and ading La posibilidad de ealiza un sis ema de comunicaciones mó iles den o de edi icios es un ema de g an in e és en la ac ualidad po las . en ajas que conlle a en e a los sis emas con encionales de cableado. En pa icula , el usua io pod ía dis u a de o al mo ilidad den o del edi icio y además se e i a ía el endido de cable o, lo que es más impo an e, se e i a ían cos osos ecableados en caso de econ igu a sis emas exis en es o adqui i nue os. La ealización de ales sis emas de comunicaciones in e io es equie e en una p ime a ase la ca ac e ización del canal de ansmisión an o en los que espec a a banda es echa como a banda ancha. En es e a ículo se p e ende p esen a esul ados de medidas en banda es echa e ec uadas en la banda de 1.6 GHz. Las medidas han sido e ec uadas en el edi icio de la Escuela Técnica Supe io de Ingenie os de Telecomunicación de Ba celona 111 y se han encaminado a: l. Ca ac e ización del alo medio de las pé didas de p opagación en unción de la dis ancia. 2. Ca ac e ización de la unción de densidad de p obabilidad de la en ol en e ecibida. 3. Ca ac e ización de la du ación de los des anecimien os y de la co elación asociada en e pe iodos con inuos de des anecimien os y de no des anecimien o con espec o a un de e minado umb al. 4. Ca ac e ización del coe icien e de co elación en e el alo de la ampli ud ecibida en dos an enas sepa adas una dis ancia de e minada. Todas las ca ac e izaciones an e io es se han basado en medidas e ec uadas en si uaciones seleccionadas po lo que espec a al g ado de mo ilidad de las pe sonas en el in e io del edi icio y a la mo ilidad o es aciona idad de los equipos e minales. PERDIDAS DE PROPAGACION. Con las medidas ealizadas se p e ende analiza la a enuación que expe imen a la señal ansmi ida en unción de la dis ancia que sepa a las an enas ansmiso a y ecep o a. Pa a ello, se es udian los casos de que exis a y de que no exis a isión di ec a en e dichas an enas. En ambos casos es udiamos la elación: P (R)/P (l) = R-CX donde P (R) es la po encia ecibida a dis ancia R me os y P (l) es la po encia ecibida a 1 me o. VIS ION DIRECTA: Pa a lle a a cabo es as medidas, se si úa el ecep o en un ex emo del hall del edi icio (posición Y ig.l) y el ansnliSo se mue e en línea ec a has a el ex emo opues o ealizando medidas cada 30 cm. El alo omado en cada dis ancia es la media de 20 en 2 sg. El decaimien o ob enido es siemp e meno que explica se po un e ec o "guía de onda" que educe la señal ¡2¡. (Ve ig.2). mues as adqui idas 2, lo que puede a enuación de la VISION NO DIRECTA: En es e caso, el ecep o se ubica en el labo a o io de Emiso es (posición X) y el ansmiso se a mo iendo a lo la go de odo el edi icio. A una dis ancia dada se e ec úa una medición pa a cada una de dieciseis posiciones di e en es de la an ena ansmiso a en un en o no de ap oximadamen e una longi ud de onda de diáme o ("' 18 cm.). P omediando pos e io men e es as medidas, eliminamos en pa e las luc uaciones p opias de la p opagación mul icamino y nos quedamos con el alo medio. Po o a pa e, en cada una de las dieciseis posiciones, el da o que se oma es la media de 20 mues as omadas en 2 sg, con lo que se disminuye el e ec o de las a iaciones de la señal ecibida. Es as medidas se han ealizado en dos casos di e en es: Con el ansmiso y el ecep o en el mismo piso y en pisos di e en es. En el p ime caso se han ob enido decaimien os con alo es de a en e 3 y 4. En el segundo, el decaimien o es mayo (a "' 6) debido a una sepa ación me álica en e ambos pisos. No se ha obse ado dependencia con la al u a de las an enas. Pa a inaliza el es udio de la di ec a, analizamos la es adís ica de posiciones a una dis ancia ija. Los es a es adís ica es lognonnal. DESVANECIMIENTOS. p opagación en ausencia de isión la po encia ecibida en dis in as esul ados ob enidos de e minan que Una ez es udiada la dependencia de la señal ecibida espec o a la dis ancia exis en e en e las an enas ansmiso a y ecep o a, p ocedemos al amllisis de las a iaciones empo ales de dicha señal. Dado un en o no de e minado, los des anecimien os su idos po la señal se án debidos bien al mo imien o de pe sonas, maquina ia e c. en los al ededo es del sis ema o bien al mo imien o de las an enas. La señal ecibida cons i uye un p oceso es ocás ico sob e el cual enemos que conside a las hipó esis de es aciona idad y e godicidad pa a que el p oblema sea abo dable analí icamen e. Se han es udiado dos si uaciones di e en es, una p ime a con el ansmiso y el ecep o inmó iles y o a con el ansmiso en mo imien o. En el p ime caso se han e ec uado g abaciones de la señal ecibida du an e 20 minu os mues eando a una elocidad de 20 mues as/sg, con lo que ob enemos 24000 mues as (Ve ig.3). En el segundo caso las g abaciones se lle an a cabo du an e 5 minu os a la misma elocidad de mues eo, con Jo que el núme o de mues as es de 6000. En ambos casos han apa ecido des anecimien os de la señal que llegaban has a los 35 dB po debajo de la po encia media. Po o a pa e, se ha obse ado que no exis e elación di ec a en e la p o undidad de los des anecimien os y la dis ancia en e an enas. El p incipal ac o que a ec a a es os des anecimien os es el mo imien o exis en e en el en o no, habiéndose obse ado que en los momen os de g an mo imien o de pe sonas el ading e a muy p o undo. Cuando la an ena ansmiso a se halla en mo imien o, apa ece un ading muy con inuo y p o undo incluso cuando no hay mo imien o en los al ededo es. Analizando la es adís ica de la en ol en e de la señal ecibida, se ha comp obado que el canal de ansmisión puede ca ac e iza se como un canal de ading Rice en odos los casos obe ados. A medida que el ading se hace más con inuo y p o undo, el pa áme o K de la unción Rice a disminuyendo y nos ace camos a la dis ibución Rayleigh (K = Sd/Sc siendo Sd la po encia de la componen e di ec a y Se la de las componen es e lejadas). 49 En el caso de mo imien o de la an ena ansmiso a el canal es p ác icamen e Rayleigh . En la ig.4 se p esen a una ealización con K = 7.1 que es la co espondien e a la ig.3. ' Po o a pa e, al e ec ua el cálculo de la densidad espec al de la en ol en e de la señal ecibida, ob enemos un espec o p ác icamen e plano (conco dan e con el hecho de que el uido p esen e es blanco) con un pico muy es echo en el o igen ("' 0'2 Hz) co espondien e a una en ol en e de a iación muy len a en el dominio empo al (Ve ig 5). DURACION DE LOS DESVANECIMIENTOS. Pa a inaliza ealizamos el es udio es adís ico de las du aciones de los in e alos de ading e in e ading. Di emos que nos encon a nos en un in e alo de ading cuando la señal ecibida enga un ni el in e io al umb al que de e minemos en cada caso. De igual o ma, un in e alo de in e ading co esponde al iempo en que el ni el de la señal sea supe io al umb al. Llamamos ' a la du ación del p ime o y 6. a la de es e úl imo. De inimos p como el cocien e en e el ni el de ensión e icaz del umb al y el ni el medio de la señal ecibida. Pa a ' hemos encon ado que la es adís ica es exponencial pa a umb ales si uados a más de 9 dB bajo el ni el medio. La unción de ::,::b~c{ió;'e~: :~ ~g . 6) : (1) O Res o Pa a umb ales has a 9 dB se ha c{om~~o~:d; ~ue se ajus a mejo la unción: F' ( ) = 0 1-e ~ O Res o (2) Pa a mo imien o del ansmiso se da siemp e la exp esión que sea el umb al. (l) cualquie a La du ación media de los in e alos de ading se puede ajus a a una exp esión de la o ma: 1 p 1(p) = K -- ( eP -1) pa (3) donde K es una cons an e de p opo cionalidad y a y P son an o m<ís p óximos a 1 y 2, espec i amen e cuan o más con inuo y p o undo es el ading. De igual o ma, el núme o medio de c uces po segundo de la señal a a és del umb al esponde a la exp esión: ~ NR(p) = K pa e-P con a y ~ más p óximos a y 2, espec i amen e des anecimien os. Cuando la an ena ansmiso a es á en dos exp esiones an e io es a "' 1 y ~ "' 2. Pa a 6. las unciones de dis ibución ob enidas es adís ica de la en ol en e es p óxima a Rayleigh y: { 1- -3 ~ 6 1 1 ~ o F ' ( ) = e O Res o cuando aumen an mo imien o, en son (2) cuando (4) los las la (5) cuando es Rice con mayo pa áme o K, independien emen e del umb al. Pa a la an ena en mo imien o es siemp e exponencial (1). La du ación media esponde a la exp esión: K(p) = K 1/pa (6) 50 con a an o más p oxmm a 1 cuan o mayo es el ni el de ading. Po úl imo, se ha comp obado que las a iables alea o ias ' y !1 es án p ác icamen e inconeladas. TECNICAS DE DIVERSIDAD. Pa a palia los e ec os de los des anecimien os, hemos ealizado un análisis de la u ilización de la di e sidad en espacio con dos an enas ecep o as. Hemos hallado la señal ecibida en cada una de ellas y la máxima y de es a o ma se ha comp obado que el ma gen dinámico del ading se educe conside ablemen e. Pa a que la écnica de di e sidad sea e ec i a, debe exis i un al o g ado de inconelación en e las señales que llegan a cada una de las an enas. Pa a comp oba lo hemos calculado el coe icien e de co elación pa a dis in as sepa aciones de las dos an enas ecep o as. De su análisis se desp ende que no exis e una elación cla a en e el alo de dicho coe icien e y aquella sepa ación. Los alo es ob enidos son gene almen e pequeños. Además, el coe icien e de co elación a ía con el iempo y se ha comp obado que dicha a iación se ca ac e iza po una ley gaussiana con des iaciones ípicas que suelen si ua se en e 0.1 y 0.2. Po o a pa e, la po encia media ecibida en cada an ena es di e en e y su di e encia a ía ambién a lo la go del iempo. Es a a iac 10n es es adís icamen e logno mal con des iaciones ípicas habi ualmen e meno es a 2 dB. AGRADECIMIENTOS Es e abajo o ma pa e del p oyec o TIC 880543 inanciado po la CICYT. REFERENCIAS [1] LORENZO RODRIGUEZ, ANTONIO VALDOVINOS. Ca ac e ización de wz canal mó il in e io a 1.6 GHz a a és de medidas e ec uadas en el edi icio de la E.T.S.l. T. de Ba celona. P oyec o Fin de Ca e a. E.T.S.I.T.B. Junio 1990. [2] J.C. BULTITUDE. Measu emen , Cha ac e iza ion and Modeling o lndoo 8001900 MHz Radio Cluumels o Digi al Communica ions. IEEE Communica ions Magazine. June 1987 -Vol.25, No.6. Fi g. 1 I'I.ANO IJE LA I'I.A:-.'TA IIAJA ll EL l:lliFIOO 51 -10 .. 00 j -20. 00 ~ l! l! -JO .O O ~ i ~-40.00 ~ -so . oo5.l . o=""'~,':'o . . iJ~ , :~ :.o~'2"o'.o~~2~"" . o.,..,.JO' . 'o~' ,..,~ . "'o~ 40 .o~'•,..,s.o R (me o•} Fig. 2 RELACIOS P (R)!P (l) I:H FUNCION DEL DISTANCIA . MEDIDAS EXPER MENT!.I.F..S (SIN PROMEDIAR) Y CURVA DE AJUSTE. ,,e · - · -- --~- -- -- --- -- --- - - ·· ·-- - -~ · -- -- · -- ·· --· - --· ll ' u ¡ N'¡·"'{¡ ·¡ ¡ ¡ i'¡ i1 ' ¡, ~· "1' .:~ .. , I. !A , uk,,l'l'i ¡' J¡¡ ·i '.~:·. - ~ ¡· i '·'i! . ¡ ;/ ! • '(' 1 ' '~ -lll !1 ,'1 "¡' ' '':¡ ¡( . 11 l "n . !¡' '• '.• , 1' :[ [ -20 - 30 L-~~~~~~~~~ ~~~~~~ ~~~~-- o 200 -~00 Goo iempo ( ~n ,umlo~) Fig. 3 PO TE NCIA TNSTA.NTANEA RECIDIOA (EX RESAOA ITN dl1 RHS ECTO A U MEn A) EN UNA REALI7.AC I ON CON GRAOO DE FAOl -iG MEOIO . oo o " ~ D.OO i -1 0. 00 jg 5 ESPECTRO DE POTENCIA PARA UNA REAL17.J C ION CON UN iRAOO MEDIO DE FADING (EX1'RESAOO EN dl1 RESHCTO Al. MAXIMO) . 1 ?00 52 l. O ~ ~ O.B " V ~ ~ 0.6 ~ o ~0 . 4 'i ~0.2 Q, ::: ). P[R : I.!E n -.l FA YL :: GH PI CE 1:= 7 1 / 1 '1 -;;:---- / :; ig. 4 ¡ :uNC I ONES DE OISTRlll UC..lON EXPF.RIMENTAI. Y l"EORICAS Ul! l.A llNVOI.VENTE (l EAI.l7.AC IO N CON FAI>IN(i .WiliO) . + O .Q a·~.0: ~- 0 . .. , "'TT~~TQT.2~- ~nQT.J~~~MQn ,,~~'TTT Q,-,.5 DURACIOH DEL IHTERVN..O DE .'.DlHG (•eo .) Fig. 6 FUNCION DE OISllHBUCION DE LA DURACION 011.1. FADING PARA UN UMBRAL DEIS d!l POR DEIIAIO DE LA I' OTENC IA MEIHA .