Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Autor: Francisco de Borja de los Ríos de la Peña Tutor: Laura M. Roa Romero David Naranjo Hernández Dep. de Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 iii Proyecto Fin de Carrera Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Autor: Francisco de Borja de los Ríos de la Peña Tutor: Laura M. Roa Romero Catedrática de la Universidad David Naranjo Hernández Profesor Externo Dep. de Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 v Proyecto Fin de Carrera: Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Autor: Francisco de Borja de los Ríos de la Peña Tutor: Laura M. Roa Romero David Naranjo Hernández El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2016 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros A mis compañeros ix Agradecimientos Muchas son las personas a las que me gustaría agradecer su apoyo, su compañía y su ánimo a lo largo de toda la carrera. Gracias a mi familia por estar siempre cuando lo necesitaba y por apoyándome cuando algún resultado no era como esperaba. Además gracias por permitirme estudiar la carrera que me gusta. Gracias a mis amigos y compañeros de carrera. Se llega a crear un vínculo y una relación fuerte cuando pasas tantas horas a su lado. Gracias por hacerme más amenas las clases, por hacer que me divierta mientras aprendo. Gracias a mis profesores por enseñarme todo lo que sé de esta carrera y, sobre todo, por hacerme una persona mejor y más madura. Gracias por lograr abrir mi mente y conseguir que los alumnos, entre los que me incluyo, piensen por sí mismos. Por último, me gustaría agradecer enormemente a Laura por ayudarme tanto con la elaboración de esta memoria. Y gracias a David por ayudarme tanto en el laboratorio, por lograr convertirme de una persona que nunca había fabricado nada a una persona capaz de diseñar, simular, crear y construir circuitos por sí sola. Gracias a todos. xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1-1: Algunos objetivos relacionados con el mayor uso de Internet y de las tecnologías de la Agenda Digital para Europa. 1 Tabla 1-2. Máxima densidad media y de pico de PIRE según la banda de frecuencias. 6 Tabla 3-1 Valores de amplitud y duración de los pulsos al simular con distintos valores de componentes. 16 Tabla 3-2 Valores de amplitud y duración de los pulsos al simular con distintos modelos de diodos. 16 Tabla 3-3 Valores de amplitud y duración de los pulsos al simular con distintos modelos de transistores. 16 xix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1. Valor de mercado de la telemedicina y e-Salud en millones de euros desde 2010. 2 Figura 1-2. Máscara espectral establecida por la FCC para interiores. 6 Figura 1-3. Gráfico donde se muestra el alcance según la tasa binaria para distintas tecnologías. 7 Figura 1-4. Densidad espectral de potencia para distintas tecnologías. 8 Figura 2-1 Analizador de espectro “Spectrum Analyzer FSL” de Rohde & Schwarz 10 Figura 3-1 Circuito atenuador. 12 Figura 3-2 Resultados de la simulación del circuito atenuador. La entrada es la señal verde y la salida la señal roja. 12 Figura 3-3 Circuito generador de ruido aleatorio. 13 Figura 3-4 Resultados de la simulación del generador de ruido aleatorio. 13 Figura 3-5 Circuito resultante al unir atenuador y generador de ruido aleatorio. 14 Figura 3-6 Resultados de la simulación tras la unión del circuito atenuador y generador de ruido. La entrada es una señal de pulsos (señal roja) y como salida obtenemos la señal atenuada y sumada al ruido aleatorio (señal verde). 14 Figura 3-7 Circuito generador de pulsos UWB denominado “Prototipo 1”. 15 Figura 3-8 Señal resultante (señal verde) tras la simulación de una señal cuadrada (señal roja) a la entrada. 17 Figura 3-9 Esquema del circuito añadiendo el atenuador y el generador de ruido. 17 Figura 3-10 Pulso resultante del prototipo 1 con ruido y atenuación. 17 Figura 3-11 Diagrama de bloques del segundo prototipo de transmisor. 18 Figura 3-12 Circuito generador de pulsos UWB denominado “Prototipo 2”. 18 Figura 3-13 Señal resultante (señal verde) tras la simulación de una señal cuadrada (señal roja) a la entrada. 19 Figura 3-14 Señal generada por el biestable (señal azul) y señal a la salida del circuito (señal roja). 19 Figura 3-15 En la imagen de la derecha se observa el atenuador y el generador de ruido. 20 Figura 3-16 Señal resultante añadiendo atenuación y ruido. 20 Figura 3-17 Modelo de antena a simular. 21 Figura 3-18 Simulación de la antena con las medidas expuestas en el artículo: W = 30mm, L = 30mm, SW1 = 20mm, SW2 = 14mm, SL1= 1mm, SL2= 3mm, W1 = 3mm, L1 = 16mm y GA = 11mm. 21 Figura 3-19 Simulación 1. W = 40mm, L = 40mm, SW1 = 20mm, SW2 = 14mm, SL1= 1mm, SL2= 3mm, W1 = 3mm, L1 = 16mm y GA = 11mm. Frecuencia inferior: 2.22 GHz. 22 Figura 3-20 Simulación 2. W = 45mm, L = 45mm, SW1 = 20mm, SW2 = 14mm, SL1= 1mm, SL2= 3mm, W1 = 3mm, L1 = 16mm y GA = 11mm. Frecuencia inferior: 1.93 GHz. 22 Figura 3-21 Simulación 3. W = 45mm, L = 45mm, SW1 = 18mm, SW2 = 12mm, SL1= 1mm, SL2= 2mm, W1 = 3mm, L1 = 16mm y GA = 11mm. Frecuencia inferior: 1.91 GHz. 23 Figura 3-22 Diagrama de bloques del receptor. 24 Figura 3-23 Ganancia (GAIN), factor de ruido (NF), punto de compresión a 1dB (P1dB) y punto de intercepto de tercer orden (OI3P) del amplificador ADL5542 en función de la frecuencia. 25 Figura 3-24 Diseño del detector de envolvente. 25 Figura 3-25 Diseño del comparador. 26 Figura 3-26 Resultado de simulación de pulsos periódicos y estrechos a la entrada del receptor. 27 Figura 3-27 Ejemplo de uso del receptor para detector un 1 cada 4 pulsos. 28 Figura 3-28 Simulación del receptor para recibir un bit a 1 cada cuatro pulsos estrechos. 29 Figura 3-29 Conexiones en la capa “bottom” o tierra y creación de la superficie a imprimir. 30 Figura 3-30 Prototipo 1 de circuito transmisor ya fabricado. 30 Figura 3-31 Footprint detallada en el datasheet del transistor BFP420 de Infineon. Todas las medidas están en milímetros. 31 Figura 3-32 Diseño del footprint en OrCad Layout 31 Figura 3-33 Layout completo del circuito transmisor. 32 Figura 3-34 Layout del biestable multivibrador. 32 Figura 3-35 Layout de los inversores y la puerta AND. 33 Figura 3-36 Layout del conector SMA para conectar la antena al circuito. 33 Figura 3-37 Parte superior del transmisor. 34 Figura 3-38 Parte inferior del transmisor. 34 Figura 3-39 Parte superior del transmisor con el conector SMA y las modificaciones. 35 Figura 3-40 Layout de la antena. 36 Figura 3-41 Resultado de la implementación de las antenas. Parte de señal (imagen superior) y parte de tierra (imagen inferior) 37 Figura 3-42 Parte del amplificador en el layout del receptor con las conexiones básicas recomendadas 38 Figura 3-43 Detector de envolvente en el layout del receptor. 38 Figura 3-44 Comparador en el layout del receptor. 39 Figura 3-45 Layout completo del receptor. 39 Figura 3-46 Receptor implementado. 40 Figura 3-47 Resultado de la prueba del prototipo 1 de transmisor en dB/Hz. 41 Figura 3-48 Señal obtenida a la salida del multivibrador teniendo la segunda parte del circuito aislada 42 Figura 3-49 Circuito transmisor con la resistencia de 100 Ω conectada entre ambas partes del circuito. 42 Figura 3-50 Señal recibida a la entrada de la antena transmisora. 43 Figura 3-51 Esquema de rotación de la antena sobre su eje vertical. 44 Figura 3-52 Escenario para la prueba de distancia y de rotación de las antenas. 45 Figura 3-53 Escenario para las pruebas de las antenas en el cuerpo. Prueba A: cada antena en un brazo. Prueba B: transmisor en un brazo y receptor en la espalda. 45 Figura 3-54 Espectro obtenido con el transmisor apagado. 46 Figura 3-55 Espectro recibido con las antenas enfrentadas a 1’20 metros. 46 Figura 3-56 Espectro recibido con las antenas enfrentadas y a una distancia de 2’40 metros. 47 xxi Figura 3-57 Espectro recibido con las antenas enfrentadas y a una distancia de 3’60 metros. 48 Figura 3-58 Diagrama de radiación de la densidad de potencia en dBm/Hz cada 30º 49 Figura 3-59 Espectro recibido al colocar cada antena en un brazo. 50 Figura 3-60 Espectro recibido con una antena situada en el brazo y la otra en la espalda. 50 Figura 3-61 Señal obtenida a la salida del amplificador del receptor. 51 xxiii Notación TIC Tecnologías de Información y Comunicación WBSN Wireless Body Sensor Network (Redes inalámbricas de sensores corporales) UWB Ultra Wide Band Índice de Figuras 1 INTRODUCCIÓN n la última década se ha producido un crecimiento exponencial de las nuevas tecnologías, sobre todo de tecnologías pensadas para el ámbito doméstico y de ocio. Podemos observar este aumento en el número de dispositivos electrónicos que cada persona posee: al menos un Smartphone, un ordenador portátil o una tableta electrónica. Esto conlleva una gran cantidad de información que se tiene que manejar y es por eso que surgen nuevos conceptos como “la nube” o “Big Data”. Las nuevas tecnologías han llegado a todos los ámbitos de la vida diaria, desde el ocio hasta el trabajo. Se han desarrollado nuevas ciencias, como la robótica y la domótica. La tecnología en general permite mejorar la calidad de vida de sus usuarios, es por ello que grandes organizaciones están invirtiendo de manera considerable en el intento de hacer llegar la tecnología a todos los ámbitos. Un ejemplo que nos concierne es el de la Unión Europea y su “Agenda Digital para Europa” [1]: Tabla 1-1: Algunos objetivos relacionados con el mayor uso de Internet y de las tecnologías de la Agenda Digital para Europa. Media en la Unión Europea Datos en 2014 Objetivo en 2015 Utilización asidua de Internet 47% 50% Población que nunca ha utilizado Internet 20% 15% Ciudadanos que interactúan en línea con la Administración Pública 42% 50% Uno de los ámbitos en el que la tecnología ha sufrido otro gran auge recientemente es en el de la salud, en el cual se centra el presente trabajo. E Introducción Figura 1-4. Densidad espectral de potencia para distintas tecnologías. 1.3 Hipótesis del trabajo La hipótesis que sostiene el presente trabajo es que los problemas inherentes en las redes de sensores corporales (conseguir un bajo consumo, una alta tasa de transmisión, un coste reducido…) pueden solventarse utilizando la tecnología Ultra Wide Band (UWB). 1.4 Objetivos El objetivo principal es la implementación de un transceptor UWB de baja complejidad destinado a redes de sensores corporales. Para lograr el objetivo principal del trabajo se consideran los siguientes subobjetivos: - Diseñar e implementar un transmisor que utilice la tecnología UWB, es decir, que sea capaz de generar y transmitir pulsos estrechos. Además, ha de poder transmitir a frecuencias bajas, para facilitar la transmisión de la señal a través del cuerpo humano. - Diseñar e implementar una antena que sea capaz de transmitir y recibir en un ancho de banda extenso y que presente un buen comportamiento tanto en transmisión como en recepción situadas sobre el cuerpo humano. - Diseñar e implementar un receptor capaz de convertir los pulsos UWB que reciba en señales que puedan ser tratadas en el extremo receptor. - Validación de cada etapa del transceptor UWB. 2 MATERIAL Y MÉTODO a metodología a seguir en el presente trabajo se trata de una metodología cíclica. De acuerdo con este método, el diseño y desarrollo de los dispositivos se ha abordado de forma iterativa (o en espiral), testeando los desarrollos antes y con mayor frecuencia que en el tradicional ciclo de vida en cascada. El coste de corrección es menor cuando se detectan los problemas al principio del proceso de diseño y desarrollo, y aumenta a medida que está más próximo al resultado final, ya que la flexibilidad para implementar la solución óptima disminuye. Esto permite identificar y corregir los problemas con antelación, reduciendo los costes asociados y mejorando la eficacia y seguridad de los desarrollos obtenidos. También se facilita la medida de la fiabilidad de los sensores, ya que cada uno de los componentes del sistema puede ser evaluado independientemente antes de su integración. En primer lugar, se realizó una revisión de la bibliografía existente referente a la e-Salud y a la tecnología UWB. La bibliografía utilizada fue obtenida de la base de datos del IEEE, de la base de datos de Scopus y de la existente en la Universidad de Sevilla. Una vez estudiadas las ventajas de esta tecnología se propuso como posible solución a los retos presentados por las redes de sensores corporales, diseñando e implementando un transceptor. El transceptor se dividió en transmisor, antena y receptor para facilitar tanto la simulación de cada parte, como su implementación y validación. Para permitir la evaluación de las prestaciones del transceptor se diseñó un atenuador y un generador de ruido aleatorio [14] para simular un posible canal real sobre la piel y observar el comportamiento de la señal ante el mismo. Posteriormente se diseñaron y simularon los prototipos de transmisor basados en los diseños extraídos de la bibliografía. Se realizaron los cambios necesarios en los diseños para ajustar el resultado de la simulación al deseado. Además, se diseñó y simuló el prototipo escogido para el receptor observando cómo era capaz de recibir los pulsos estrechos y, según la modulación escogida, obtener una salida u otra. Los diseños y las simulaciones de los prototipos se llevaron a cabo utilizando el conjunto de herramientas software OrCad 16.0. Se utilizó la herramienta Capture para los diseños y la herramienta PSpice para obtener los resultados de las simulaciones. Para implementar los circuitos se utilizó el software Layout, permitiendo ajustar la colocación de las footprint o marcas de los componentes sobre la placa. Los ficheros gerber generados por este software y necesarios para el correcto funcionamiento de la fresadora fueron gestionados con el software CircuitCAM 5.2. A continuación, se diseñó un prototipo de antena basándose en su capacidad para transmitir sobre y a través del cuerpo humano. Posteriormente se reajustaron sus medidas para mejorar los resultados obtenidos consiguiendo un mayor ancho de banda. Para el diseño y simulación de la antena se utilizó el software HFSS 13.0. L Material y método 10 Una vez se obtuvieron resultados positivos para cada una de las partes del transceptor, tanto en diseño como en simulación, se prosiguió con su implementación usando para ello el material y la maquinaria existente en el laboratorio. Para la creación de las placas de circuito impreso se utilizó la fresadora ProtoMat S62 de LPKF Laser & Electronics controlada por el software BoardMaster 5.0. Posteriormente se soldaron los componentes sobre las mismas. Para la validación del transmisor y del receptor se realizaron una serie de pruebas y mediciones. Además, para la validación de las antenas implementadas se realizó un protocolo a seguir para lograr la mayor veracidad en los resultados. Se utilizó el osciloscopio para comprobar en tiempo los pulsos generados por el transmisor y los recibidos por el receptor. Para analizar el espectro generado y recibido por las antenas se usó el analizador de espectro “Spectrum Analyzer FSL” de Rohde & Schwarz. Posteriormente, los datos recogidos por ambos equipos fueron tratados con Excel y MATLAB. Figura 2-1 Analizador de espectro “Spectrum Analyzer FSL” de Rohde & Schwarz Finalmente, con los resultados obtenidos de la validación del transceptor se obtuvieron las conclusiones finales del trabajo. 3 RESULTADOS n este capítulo se destallará todo el proceso de diseño, simulación, análisis, implementación y validación tanto del transmisor, antenas y receptor. Para empezar, se diseñará y simulará un canal (atenuador y generador de ruido) para comprobar la validez de las señales generadas tras pasar por el cuerpo humano. A continuación, se diseñarán y simularán los prototipos de transmisores propuestos. Para la antena se realizarán una serie de cambios en su diseño para lograr un mayor ancho de banda. Por último se simulará el receptor y se propondrán varios métodos de modulación. Tras comprobar que las simulaciones obtienen resultados positivos se pasará a la implementación de transmisor, antena y receptor. Y, finalmente, se realizarán las pruebas de valudación de cada módulo. 3.1 Resultados de diseño y simulación A efectos de simular la señal recibida después de pasar a través del canal se incluirá un atenuador y un generador de ruido al esquema del transmisor que generarán los efectos propios del canal. El artículo [14] describe un posible modelo de canal corporal, exponiendo un circuito atenuador a efectos de simular el paso de la señal a través del cuerpo humano. Al modelo presentado en dicho artículo se le han realizado una serie de cambios para que nos proporcione la atenuación que deseamos a nuestra señal. En primer lugar la rama situada en la parte inferior se ha colocado a tierra, con el objeto de simplificar las simulaciones. Para mantener la atenuación y las constantes de tiempo se han modificado se han modificado los valores de los componentes situados en la rama superior doblando el valor de las resistencias y dividiendo entre dos el valor del condensador. A partir de ahí se fueron modificando los valores de dicha rama superior hasta llegar a la atenuación deseada, en este caso de 37 dB. Se debe tener en cuenta que los valores de los componentes no pueden variar arbitrariamente: el factor multiplicativo que se le de a las resistencias debe ser el factor por el que dividir el valor del condensador. Esto se debe llevar a cabo para mantener la constante de tiempo en un valor fijo. En las siguientes imagenes se muestra el esquema del atenuador y a continuación el efecto que produce a una señal de prueba que se introduce a la entrada: E Resultados 12 Figura 3-1 Circuito atenuador. Figura 3-2 Resultados de la simulación del circuito atenuador. La entrada es la señal verde y la salida la señal roja. Para poder simular y añadir ruido pseudoaleatorio en el programa SPice se utiliza el componente llamado “pwlf” que se encuentra en la librería “sourc”e. Además, se realiza un programa en el software MATLAB que genera un fichero con los valores de ese ruido pseudoaleatorio. Posteriormente, ese fichero denominado pwlFile.in, se debe colocar en el directorio bias del proyecto del circuito donde se desea añadir el ruido. Una vez realizado esto, la fuente pwlf será el componente encargado de generar el ruido pseudoaleatorio. En el programa diseñado para MATLAB se pueden introducir parámetros para indicar tiempo en el que se inicia y se finaliza la simulación, voltaje medio, etc. El código correspondiente a dicho programa se proporciona en el Anexo A. En las siguientes imagenes se muestra el componente generador de ruido y la salida de dicho componente al simular: Figura 3-3 Circuito generador de ruido aleatorio. Figura 3-4 Resultados de la simulación del generador de ruido aleatorio. Una vez se consigue la atenuación y el ruido deseados se deben colocar ambos circuitos en el proyecto del transmisor. Para ello, la salida del transmisor la conectamos con el atenuador y a la salida del atenuador se introduce en serie el generador de ruido. Resultados 14 14 Figura 3-5 Circuito resultante al unir atenuador y generador de ruido aleatorio. Figura 3-6 Resultados de la simulación tras la unión del circuito atenuador y generador de ruido. La entrada es una señal de pulsos (señal roja) y como salida obtenemos la señal atenuada y sumada al ruido aleatorio (señal verde). Los resultados de la simulación presentan la atenuación y el ruido esperados en este trabajo. 15 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales 3.1.1 Diseño y simulación del transmisor 3.1.1.1 Diseño y simulación del prototipo 1 El artículo [15] muestra un circuito generador de pulsos UWB en baja frecuencia. Es interesante para este trabajo el intentar transmitir a una señal a baja frecuencia para facilitar la transmisión a través del cuerpo humano, es por ello que se analiza el circuito expuesto en dicho artículo. Su funcionamiento es el siguiente: El mecanismo de conmutación depende de los valores de la resistencia y del condensador. Por otro parte, el funcionamiento del diodo es el siguiente: durante el flanco de bajada, la puerta del transistor FET cae rápidamente a través del diodo en ON hacia el voltaje de entrada negativo. Esto causa un apagado abrupto del transistor el cual dirige la corriente hacia la conexión L-C de la salida, lo que genera el pulso UWB. Para el flanco de subida, la puerta del transistor y el condensador de 470 pF tienen que descargar a través de la resistencia con lo que el diodo se pone en OFF. Esto ralentiza el encendido del transistor y la corriente aumenta gradualmente. Este encendido gradual conduce a un pulso de salida débil producido por la conexión L-C en los flancos de subida de la señal de entrada. El artículo [15] muestra dos opciones diferentes para la generación de pulsos UWB. La primera de ellas genera un pulso en cada flanco de subida y de bajada de la señal de entrada, el segundo modelo solo genera un pulso en el flanco de subida o en el de bajada dependiendo de si el voltaje constante es positivo o negativo respectivamente. El circuito que se va a diseñar y simular es esta segunda opción con pulsos estrechos en los flancos de subida. Utilizando el programa Capture de OrCad 16.0 se realiza el diseño del modelo: Figura 3-7 Circuito generador de pulsos UWB denominado “Prototipo 1” Tanto el transistor como el diodo utilizados en el diseño y en la simulación han sido elegidos teniendo en cuenta sus características (alta velocidad de transición para su correcto funcionamiento en tecnología UWB). Al depender la salida de este circuito de los valores de los condensadores y de la bobina se hicieron varias simulaciones manteniendo constante los valores de las resistencias donde los resultados se recogen en la siguiente tabla (donde Amplitud y Duración son los respectivos valores del pulso de salida): Resultados 16 16 Tabla 3-1 Valores de amplitud y duración de los pulsos al simular con distintos valores de componentes Condensador C1 Condensador C2 Condensador C3 Bobina L1 Amplitud Duración 470 pF 1 nF 1 nF 800 nH 449.3 mV 2 ns 470 pF 1 nF 1 µF 800 nH 446.7 mV 1.73 ns 470 pF 1 nF 1 nF 100 nH 359.2 mV 1.43 ns 10 nF 1 nF 1 µF 100 nH 358.9 mV 1.24 ns Se puede observar que la mejor relación entre mayor amplitud y menor duración del pulso de salida se obtiene con unos condensadores de 470pF, 1nF y 1nF, y con un valor de la bobina de 800nH (tal y como se muestra en la imagen de su diseño). Sin embargo, también existen varias opciones de diodos y transistores que hacen variar los resultados obtenidos dependiendo de sus valores. Por ejemplo, un transistor con mayor frecuencia de transición proporcionará unos pulsos más estrechos, lo cual es uno de los objetivos, al hacer una conmutación a mayor velocidad. Las simulaciones anteriores se realizaron con el diodo 1N4617 y el transistor mosfet BC264A. A continuación, se detallan en las tablas los resultados de las simulaciones con otros componentes, habiendo comprobado antes su disponibilidad para su adquisición: Tabla 3-2 Valores de amplitud y duración de los pulsos al simular con distintos modelos de diodos. Modelo del diodo Amplitud Duración 1N4617 449.3 mV 2 ns 1PS76SB40 50 mV 1 ns DMUR420RL 445.84 mV 1.7 ns Tabla 3-3 Valores de amplitud y duración de los pulsos al simular con distintos modelos de transistores. Modelo de transistor Amplitud Duración BC264A 449.3 mV 2 ns 2N7002 800 mV 8ns BFS17P 250 mV 1.64 ns BFR92P 216 mV 1.4 ns BFP420 66 mV 1.15 ns Por lo tanto, se observa que los mejores resultados en cuanto a relación amplitud/duración del pulso de salida se obtiene con los valores de condensador y bobina citados anteriormente además de con el diodo DMUR420RL y con el transistor BFR92P de INFINEON. Al ser los transistores del mismo fabricante (INFINEON) tienen la misma “footprint” o marca en el esquema para la implementación del circuito y, por lo tanto, una vez fabricado el circuito es posible cambiar, si se desea obtener varios resultados de validación, entre un modelo de transistor y otro sin tener querealizar de nuevo el diseño y volverlo a implementar. Los resultados de la simulación una vez escogidos los componentes de nuestro circuito se muestran en las siguientes imágenes: 17 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Figura 3-8 Señal resultante (señal verde) tras la simulación de una señal cuadrada (señal roja) a la entrada. Figura 3-9 Señal resultante (señal verde) tras la simulación de una señal cuadrada (señal roja) a la entrada. Una vez obtenidos los resultados de la simulación se desea conocer la señal resultante tras el pasar por el canal (sufriendo atenuación y sumándose ruido). Para ello nos basamos en lo expuesto en el apartado 3.1 de este trabajo. Figura 3-10 Esquema del circuito añadiendo el atenuador y el generador de ruido Resultados 24 24 3.1.3 Diseño y simulación del receptor A la hora de diseñar el receptor UWB se han tenido en cuenta los objetivos propuestos para este trabajo: - Reducir complejidad. - Reducir coste. - Recibir el mayor ancho de banda posible (además de recibir las frecuencias bajas). Es por ello que, como en el transmisor, no se incluyeton filtros en el diseño. El problema del receptor UWB es que los componentes utilizados deben ser de una velocidad elevada para poder tratar con los pulsos de duración de nanosegundos característicos en UWB. Dichos componentes se detallarán más adelante. En la siguiente figura se muestra el diagrama de bloques a utilizar para el receptor: Figura 3-22 Diagrama de bloques del receptor El funcionamiento del circuito es similar al expuesto en el artículo [17]: Los pulsos UWB son captados por la antena, los cuales pasan por el amplificador de banda ancha para aumentar su potencia. A continuación, un detector de envolvente se encarga de almacenar energía de esos pulsos recibidos. Cuando dicha energía llega a un valor suficiente provoca que el comparador se active y dé un voltaje de salida elevado. Otros autores realizaron el esquema del receptor usando un componente que eleva al cuadrado la señal recibida [19][20][21]. Esto favorece la recepción de la misma gracias a que elimina la parte negativa y aumenta la potencia. Sin embargo, aumentaría la complejidad, lo cual no favorece al presente trabajo, y es por ello que se ha descartado para el diseño final. Se realizó a continuación el diseño de los bloques del receptor en OrCad Capture para su simulación: El amplificador se trata del ADL5542 de Analog Devices utilizado en [17], el cuál amplifica las señales recibidas en un ancho de banda que va desde lo 500 MHz hasta los 5 GHz. 25 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Figura 3-23 Ganancia (GAIN), factor de ruido (NF), punto de compresión a 1dB (P1dB) y punto de intercepto de tercer orden (OI3P) del amplificador ADL5542 en función de la frecuencia A continuación, la señal llega al detector de envolvente. Éste se compone de un diodo que elimina la parte negativa de la señal y de una resistencia y un condensador en paralelo. Se han usado unos valores de 4.7 nanofaradios y de 1000 Ω para el condensador y la resistencia del detector de envolvente respectivamente. No obstante, se podría utilizar otra configuración en función de la velocidad de detección deseada. Con esta configuración se pueden captar pulsos que se trasmiten cada 60 nanosegundos aproximadamente. El diodo es el SMS7621, utilizado en [22]. El diseño se muestra en la siguiente figura: Figura 3-24 Diseño del detector de envolvente. Por último, la señal generada en el detector de envolvente (causada por el almacenamiento de energía de los pulsos UWB recibidos) llega al comparador. Se trata del comparador TLV3501, de Texas Instrument, el cuál tiene una velocidad de respuesta de unos 4.5 ns. Resultados 26 26 El diseño del comparador se muestra en la siguiente figura: Figura 3-25 Diseño del comparador Observamos que se alimenta a 5V y que el voltaje con el que compara la señal de entrada es de 15mV (introducido por el pin negativo del comparador). Una vez se ha diseñado el receptor se procede a su simulación. Para simularlo se ha usado una señal periódica de pulsos de 2 nanosegundos como señal de entrada. Además el amplificador no se ha podido simular ya que no se encontraba disponible para el software. El resultado de la simulación es el siguiente con los valores de 1 nanofaradio, 1 kΩ en los componentes del detector de envolvente y de 15 milivoltios como voltaje que se le introduce al comparador: 15m 27 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Figura 3-26 Resultado de simulación de pulsos periódicos y estrechos a la entrada del receptor Se observa como el receptor es capaz de captar la suficiente energía de cada pulso estrecho individual (línea verde) como para poder disparar el comparador. Gracias a ello se obtiene a la salida (línea roja) una señal de 5V de amplitud después de cada pulso recibido. Además, el receptor es capaz de volver a poner a 0V la señal de salida antes de la llegada del siguiente pulso (lo consigue en unos 30 nanosegundos). Esto es gracias a la velocidad del detector de envolvente y del comparador. Teniendo en cuenta que el transmisor diseñado en este trabajo se encarga de transmitir pulsos cada 50 nanosegunos. En conclusión, se han diseñado los bloques del receptor con una velocidad y una sensibilidad tal que son capaces de detectar pulsos estrechos y obtener una amplitud de 5V a la salida. 3.1.3.1 Modulación Toda comunicación digital se basa en la transmisión y recepción de bits. Un bit es la unidad minima dentro de las comunicaciones y pueden tener el valor de “1” ó “0”. Normalmente tener voltaje en la recepción significa que el bit tiene valor de “1” y no tener voltaje representa el valor de bit a “0”. Como se describió anteriormente en la simulación del segundo prototipo de transmisor, su funcionamiento consistía en introducir un voltaje contínuo para conseguir una señal cuadrada gracias al multivibrador y obtener gracias a dicha señal los pulsos estrechos periódicos. Sin embargo, con la transmisión de dichos pulsos periódicos no se consigue transmitir información en forma de “1” ó “0”. En este trabajo se quiere destacar dos procedimientos distintos para convertir en recepción los pulsos recibidos en un voltaje superior con el uso del detector de envolvente y el comparador. Uno de los procedimientos para recibir los bits enviados por el transmisor consiste en tratar cada pulso estrecho como 1 si existe dicho pulso o como 0 si no existe. El muestreador se encargaría de muestrear la señal de salida cada 50 nanosegundos para comprobar el valor del bit transmitido. En este caso se obtiene la ventaja de una velocidad de transmission elevada. Si se consigue transmitir un bit cada 50 nanosegundos se conseguiría una velocidad de transmisión 20 Gbps teóricamente. Los inconvenientes de este procedimiento es que el receptor depende mucho de que la señal llegue de manera correcta, que exista poco ruido y poca atenuación, algo que en la realidad no ocurre. Además se necesitaría un muestreador capaz de muestrear cada 50 nanosegundos, algo que conllevaría componentes de difícil implementación y, por lo tanto, de mayor coste. Además, se podrían recibir bits con el valor de 1 aunque el receptor no los transmitiera si existiera alguna perturbación que provocara que el comparador se disparase. Resultados 28 28 El otro procedimiento para recibir los bits consistiría en disparar el comparador cuando hayan llegado un número determinado de pulsos. La clave para lograr transmitir esos bits está en el funcionamiento del transmisor. El segundo prototipo de transmisor no solo funciona al introducirle un voltaje constante, sino que también es capaz de generar pulsos cuando se le introduce una señal cuadrada con una amplitud en el tiempo suficiente como para generar una señal oscilada después del multivibrador y, con ello, generar un cierto número de pulsos que serán transmitidos. Por ejemplo, si la señal generada después del multivibrador tiene un periodo de 50 nanosegundos, al introducir una señal cuadrada donde la duración de la señal con voltaje superior a 0 voltios tiene una duración de 200 nanosegundos se lograrán generar y enviar 4 pulsos estrechos. Las siguientes gráficas representan el ejemplo anteriormente expuesto: Figura 3-27 Ejemplo de uso del receptor para detector un 1 cada 4 pulsos. El gráfico A representa la señal que se introduce en el multivibrador del transmisor. En este caso, para 4 pulsos por cada bit a 1 enviado, se necesita una anchura de unos 200 nanosegundos. El gráfico B representa la señal a la salida del multivibrador. Vemos como dentro de los 200 nanosegundos se produce la oscilación necesaria para que se produzcan 4 pulsos. El gráfico C representa en rojo los pulsos estrechos transmitidos, en azul el funcionamiento del detector de envolvente, el cual carga energía con cada pulso recibido. En verde se observa la salida del comparador y que cuando llega el cuarto pulso se obtiene la suficiente energía almacenada como para dispararse. El tiempo de muestreo en este caso sería de 250 nanosegundos. En la figura se representa con la línea punteada tm el instante donde se muestrearía. De esta forma se gana robustez en el sistema ya que, al tener que recibir varios pulsos, el que se produzca una perturbación en el ambiente que recibiera el receptor no sería con suficiente energía como para dispararse el comparador. Además se muestrearía en un intervalo de tiempo mayor, lo que disminuiría la complejidad del muestreador y, por ende, el coste. 29 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales La desventaja es que se disminuiría la velocidad máxima teórica de transmisión de bits ya que ahora cada bit se obtiene con varios pulsos estrechos. Si se usasen 10 pulsos estrechos para representar un 1, por ejemplo, se podría llegar a transmitir a 2 Gbps, y el muestreador debería muestrear cada 500 nanosegundos. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de simulación de este último caso. En el ejemplo, el comparador se enciende al recibir 4 pulsos estrechos. Para ello se ha configurado el condensador y la resistencia del detector de envolvente a los valores de 10 nanofaradios y 1 kΩ respectivamente. Además se le ha introducido un valor de voltaje de comparación al comparador de 15 mV. Figura 3-28 Simulación del receptor para recibir un bit a 1 cada cuatro pulsos estrechos En lo referente al diseño del receptor escogido y comprobando los resultados de las simulaciones obtenidos se puede concluir que cumple con los requisitos de este trabajo consiguiendo demodular una señal compuesta de pulsos estrechos y de baja energía. Resultados 30 30 3.2 Resultados de implementación 3.2.1 Implementación del prototipo 1 Para la implementación de los circuitos sobre placas se deben realizar los diseños sobre el software Layout previamente. Para el prototipo 1 el layout resultante es el siguiente: Figura 3-29 Conexiones en la capa “bottom” o tierra y creación de la superficie a imprimir Cabe resaltar que en lugar de una resistencia de 50Ω se usó una de 20Ω y de 30Ω en serie, ya que eran las que estaban disponibles en el laboratorio a la hora de su implementación. Se utilizó la parte inferior de la placa o bottom para conectar todos los pines de los componentes que estuvieran situados en tierra. En la parte izquiera se situaron los pines donde se conectará la entrada de la señal cuadrada periódica. En la parte derecha del diseño se encuentran las entradas para la alimentación y los pines donde se medirá la señal generada. Una vez realizado el circuito transmisor en el layout se procede a su implementación. Primero se procede a la impresión del circuito en la placa. En la siguiente imagen se observa el circuito impreso con los componentes ya soldados: Figura 3-30 Prototipo 1 de circuito transmisor ya fabricado 31 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales 3.2.2 Implementación del prototipo 2 Para este prototipo solo es necesario realizar el footprint del transistor BFP420 de Infineon. En este caso se trata de un componente de 4 conexiones y, según el datasheet proporcionado por el fabricante, el footprint tiene la siguiente forma: Figura 3-31 Footprint detallada en el datasheet del transistor BFP420 de Infineon. Todas las medidas están en milímetros. Se procede a su realización en el programa OrCad Layout. Para facilitar la labor posteriormente a la hora de realizar el Layout de todo el circuito se colocan las letras de B (base), E (emisor) y C (colector) en el diseño y además se sigue el mismo orden de numeración de las conexiones que en el datasheet: Figura 3-32 Diseño del footprint en OrCad Layout Resultados 32 32 Figura 3-33 Layout completo del circuito transmisor Para el diseño de este circuito se han creado dos planos en la parte inferior de la placa o bottom que corresponden con alimentación (plano situado en la parte superior) y tierra (plano situado en la parta inferior). A continuación, se muestran las diferentes partes del circuito: Figura 3-34 Layout del biestable multivibrador 33 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Figura 3-35 Layout de los inversores y la puerta AND Figura 3-36 Layout del conector SMA para conectar la antena al circuito Resultados 40 40 Una vez obtenido el diseño del receptor en layout se procede a su implementación. Los resultados son los siguientes: Figura 3-46 Receptor implementado Además, después de soldar los componentes, se añadió un pin a la salida de la antena para poder medir fácilmente la señal recibida. 41 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales 3.3 Validación del transceptor 3.3.1 Validación del transmisor Una vez implementado el transmisor se procede a su validación con el analizador de espectro. Se procedió a utilizar el analizador de espectro para observar su espectro en frecuencia y comprobar que cumple con la definición de UWB. De ser así se debería observar un espectro de una gran anchura. Se recogieron los datos obtenidos del analizador de espectro en un disco extraíble y posteriormente se representó usando MATLAB: Figura 3-47 Resultado de la prueba del prototipo 1 de transmisor en dB/Hz Se hicieron dos medidas para en instantes de tiempo distintos para poder asegurar la veracidad de los datos. Se observa que el circuito implementado no genera señal. Por lo tanto, se descarta este prototipo de transmisor. Una vez descartado el prototipo 1 de transmisor se procede con la validación del prototipo 2. Para la prueba del transmisor se conectó una fuente de 9V para alimentar el circuito. En primer lugar, aislaro los diferentes módulos del circuito para obtener la señal tras cada etapa. Cuando se comprueba que la señal generada es la esperada se procede a la conexión de los módulos y a comprobar su funcionamiento en conjunto. Resultados 42 42 En la siguiente figura se muestra la señal obtenida a la salida del multivibrador: Figura 3-48 Señal obtenida a la salida del multivibrador teniendo la segunda parte del circuito aislada Se observa una serie de pulsos de unos 122 nanosegundos que mantienen una gran periodicidad. Por lo tanto, se concluye que el multivibrador funciona de manera correcta. A continuación, se procedió a conectar ambas partes mediante un “jumper. Al hacerlo se produjo un problema: la señal que se obtenía antes con ambas partes del circuito aisladas se perdía y no se obtenía ninguna señal a lo largo de todo el transmisor. Pese a intentar cambiar los componentes no se obtuvo solución. Se optó por conectar una resistencia de 100 Ω entre ambas partes del circuito. Esto ayudó a mantener el nivel de señal a lo largo del circuito. Figura 3-49 Circuito transmisor con la resistencia de 100 Ω conectada entre ambas partes del circuito 43 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Una vez solucionado el problema, esta es la señal recibida a la entrada de la antena: Figura 3-50 Señal recibida a la entrada de la antena transmisora Se puede observar que se obtienen unos pulsos de unos 60 nanosegundos. Gracias a estos pulsos se consigue transmitir en frecuencia un gran ancho de banda, lo cual es un objetivo del trabajo. Las frecuencias transmitidas se pueden ver en el apartado de “Resultados de simulación de las antenas”. Resultados 44 44 3.3.2 Validación de las antenas Para probar el ancho de banda, la direccionalidad y la capacidad de transmisión en el cuerpo de las antenas se ha seguido un protocolo riguroso para intentar obtener los resultados más reales posibles. Este protocolo consiste en: 1- Una de las antenas se conecta al equipo analizador de espectro “Spectrum Analyzer FSL” de Rohde & Schwarz, del cual se obtendrán las capturas y los datos de la recepción. El analizador se configuró a una frecuencia central de 1.5 GHz y con un barrido desde los 10 MHz a los 3 GHz, donde está comprendida la banda donde mayor señal se recibe del transmisor. 2- Las antenas se sitúan a 1 metro y medio del suelo con el fin de evitar lo máximo posible la reflexión de la señal en el mismo. 3- Se separan una distancia de 1 metro y 20 centímetros. 4- A esa distancia se gira el transmisor 360º a razón de 30º por medición sobre su eje vertical. Los 0º significa que las antenas están enfrentadas por la misma cara y los 180º significa que están enfrentadas, pero por caras opuestas. Figura 3-51 Esquema de rotación de la antena sobre su eje vertical 5- Una vez se han tomado los datos se duplicaba y triplicaba la distancia con el objetivo de observar la atenuación producida por la misma. 45 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales 6- Posteriormente se hicieron pruebas situando las antenas en zonas del cuerpo para observar la capacidad de recepción sobre la piel. En ambas pruebas las antenas están separadas unos 50 centímetros. Figura 3-53 Escenario para las pruebas de las antenas en el cuerpo. Prueba A: cada antena en un brazo. Prueba B: transmisor en un brazo y receptor en la espalda. Una vez obtenidos los datos se han procesado con los programas de Excel y MATLAB. Figura 3-52 Escenario para la prueba de distancia y de rotación de las antenas Resultados 46 46 A continuación se representa el espectro captado por el analizador en el laboratorio sin señal generada por el transmisor. Se puede comprobar como se obtienen señales que contaminan los resultados de las pruebas realizadas. Figura 3-54 Espectro obtenido con el transmisor apagado. Se puede observar como existen ciertos picos a las frecuencias de 84 MHz, 936 MHz, 1.84 GHz y 2.41 GHz. Pueden estar producidas por otras pruebas que se estuvieran llevando a cabo en el laboratorio, por el WiFi o por teléfonos móviles. 3.3.2.1 Prueba de distancia Con el aumento de la distancia entre las antenas se observa el efecto de la atenuación sobre la señal. Figura 3-55 Espectro recibido con las antenas enfrentadas a 1’20 metros. 47 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales Se puede observar como el mayor pico se produce a los 336 MHz con -44 dBm. Además, se aprecia el gran ancho de banda que se logra transmitir con el transmisor fabricado y la capacidad de las antenas para recibirlo ya que a lo largo de los 3 GHz representados puede verse señal. Además, gracias al diseño de la antena, es capaz de recibir a bajas frecuencias, lo que será favorable para la transmisión de señales atravesando el cuerpo. Se ha representado también el ruido de fondo (a unos -90 dBm) para observar la diferencia respecto a la potencia recibida. Figura 3-56 Espectro recibido con las antenas enfrentadas y a una distancia de 2’40 metros. Al alejar las antenas el doble de la distancia a la que se realizó el primer experimento (a 2’40 metros) se puede observar la atenuación producida. El mayor pico producido a la frecuencia de 340 MHz ha pasado a tener una potencia de -56 dBm. Los demás picos señalados en la imagen son los ajenos a nuestra prueba. Pese a la distancia se sigue recibiendo una potencia considerable diferenciada del fondo de ruido. Además, se aprecia que aún se consigue recibir un gran ancho de banda. Con la distancia es de esperar que las frecuencias altas se atenúen más que las frecuencias bajas, como se observa en la imagen. Hasta los 950 MHz se recibe una señal con bastante potencia, mientras que de 1.3 GHz a los 3 GHz la potencia disminuye, teniendo el mayor pico de unos -85 dBm. Resultados 48 48 Figura 3-57 Espectro recibido con las antenas enfrentadas y a una distancia de 3’60 metros. La última prueba de distancia es con las antenas separadas 3’60 metros. Los puntos señalados en la imagen son los picos ajenos a nuestras pruebas, excepto el pico a la frecuencia de 348 MHz con una potencia de -60 dBm. Pese a que las frecuencias altas han disminuido hasta casi llegar al ruido de fondo, se puede observar como a frecuencias menores se sigue recibiendo señal, aunque muy atenuada. Con esta prueba de distancia se ha comprobado que: 1- El transmisor ha conseguido transmitir una señal UWB, es decir, con un gran ancho de banda. Por lo tanto, el diseño de la antena escogido permite transmitir ese gran ancho de banda. 2- La antena diseñada es capaz de recibir un gran ancho de banda. Además, también es capaz de recibir las frecuencias bajas, lo cual interesa en el presente trabajo ya que se busca transmitir señales a través del cuerpo. 3- La distancia provoca una atenuación en la señal recibida. No obstante, en el ámbito de este trabajo, no es un problema. UWB no trabaja a grandes distancias ya que es una tecnología de señales de baja potencia. Además, al tratarse de sensores colocados en el cuerpo, no es necesario recibir señales a distancias elevadas. 49 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales 3.3.2.2 Prueba de direccionalidad Con esta prueba se quiere determinar la capacidad de direccionalidad de la antena respecto a su eje vertical. Para ello se hace girar la antena transmisora a razón de 30º por prueba. Figura 3-58 Diagrama de radiación de la densidad de potencia en dBm/Hz cada 30º Para calcular los valores y representarlos en el diagrama de radiación se procedió de la siguiente forma: para cada uno de los ángulos se realizó una suma de las potencias recibidas y se dividió por el ancho de banda en el que se realizaron las medidas (unos 3 GHz), posteriormente se realizó el mismo procedimiento con los resultados de medición sin tener encendido el transmisor (para tener un valor de referencia de la potencia que era recibida por causas ajenas a la prueba). Se restaron dichos valores de densidad de potencia para tener un resultado sin la influencia de la potencia recibida ajena a la prueba y, a continuación, se representaron en un gráfico. Como se puede observar en el gráfico, se produce una mayor recepción de potencia en los ángulos de 30º y de 150º. En los ángulos cercanos a 90º y 210º se observa una reducción de potencia recibida. Cabe destacar de los resultados de la gráfica de radiación que, aunque disminuya el valor de la potencia recibida en los ángulos cercanos a los 90º y 270º se sigue recibiendo potencia. Los resultados por tanto no son de una antena completamente omnidireccional, pero que puede recibir potencia encontrándose a cualquier ángulo de la antena transmisora. Es por ello que los resultados son satifactorios. 0,00E+00 5,00E-08 1,00E-07 1,50E-07 2,00E-07 2,50E-07 3,00E-07 0º 30º 60º 90º 120º 150º 180º 210º 240º 270º 300º 330º Diagrama de radiación de densidad de potencia dBm/Hz Referencias 56 56 [15] Kumar M, Basu A, Koul S. K. «Circuits and active antennas for Ultra Wide Band pulse generation and transmission », Progress In Electromagnetics Research B (23), pp. 251-272, Centre for Applied Research in Electronics (CARE), Indian Institute of Technology, 2010. [16] Gonçalves S, da Silva M, Tomaz L, Soares W, Resende U. «The development of low-complexity ultra wideband circuit transmitter-receiver architecture for digital data transmission using discrete components», SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference Proceedings, Dept. Electromechanics/Electrical Engineering, Minas Gerais, Brasil, 2013. [17] Duncan R, Etienne-Cummings R. «A Low-Cost COTS UWB Transceiver for Biological Applications Achieves 50 Mb/s with < 10-6 Raw BER», 2011 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference, BioCAS 2011 6107754, pp. 169-172, Josh Hopkins University, Baltimore, Maryland, 2011. [18] Jung L, Yoo H, Kim J, Park J, Kim J S. «The design of UWB bandpass filter-combined ultrawide band antenna», Vehicular Technology Conference, pp. 1- 5, September 2008. [19] Gao Y, Zheng Yuanjiin, Heng C. «Low-Power CMOS RF Front-end for Non-Coherent IR-UWB Receiver», ESSCIRC 2008 - Proceedings of the 34th European Solid-State Circuits Conference 4681873, pp. 386-389, National University of Singapore, 2008. [20] Nagaraj S, Rassam F G. «Improved Non-coherent UWB Receiver for Implantable Biomedical Devices», IEEE Trans. Biomedical Engineering, 2015. [21] Liu D, Geng S, Rhee W, Wang Z. «A High Efficiency Robust IR-UWB Receiver Design for High Data Rate CM-Range Communications», Proceedings - IEEE International Symposium on Circuits and Systems 6865531, pp. 1901-1904, Tsinghua University, Beijing, China, 2014. [22] Park Y, Lee S, Yoon C, Seong Y, Kim Kwan, «Low complexity impulse radio based UWB (IR-UWB) transceiver)», IEEE Antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium (Digest) 4395583, pp. 673-676, Kwangwoon University, South Korea, 2007. [23] «Diseño de antenas mediante HFSS». Seminario impartido en el laboratorio de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Sevilla por David Naranjo Hernández. 57 Diseño e implementación de un tranceptor UWB para redes de sensores corporales ANEXO A Código del archivo MATLAB: function out = GenerateGaussianInputNoise(SimulationStartTime, SimulationEndTime, TimeIncrement, Mean, StDev, NominalVoltage) fid = fopen('pwlFile.in','w'); for i=SimulationStartTime:TimeIncrement:SimulationEndTime time=i; x=randn(1)*StDev + Mean; x=NominalVoltage + x; fprintf(fid,'%6.5fe-9 ',time); fprintf(fid,'%4.5f\n',x); end fclose(fid); out=1; end