sonido del canal

Técnica de análisis de señal inalámbrica.

El sondeo de canales es una técnica que evalúa un entorno radioeléctrico para comunicación inalámbrica , especialmente sistemas MIMO . Debido al efecto del terreno y los obstáculos, las señales inalámbricas se propagan en múltiples rutas (el efecto de rutas múltiples ). Para minimizar o utilizar el efecto multitrayectoria, los ingenieros utilizan el sondeo de canales para procesar la señal espacial-temporal multidimensional y estimar las características del canal. Esto ayuda a simular y diseñar sistemas inalámbricos.

Motivación y aplicaciones

El rendimiento de las comunicaciones por radio móviles se ve significativamente afectado por el entorno de propagación de radio. ^[1] El bloqueo por edificios y obstáculos naturales crea múltiples caminos entre el transmisor y el receptor, con diferentes variaciones de tiempo, fases y atenuaciones. En un sistema de entrada única y salida única (SISO), múltiples rutas de propagación pueden crear problemas para la optimización de la señal. Sin embargo, basándose en el desarrollo de sistemas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), puede mejorar la capacidad del canal y mejorar la QoS . ^[2] Para evaluar la eficacia de estos sistemas de antenas múltiples, es necesaria una medición del entorno radioeléctrico. El sondeo de canales es una técnica que puede estimar las características del canal para la simulación y diseño de conjuntos de antenas. ^[3]

Planteamiento del problema y conceptos básicos

Sonido MIMO ^[4]

En un sistema multitrayecto, el canal inalámbrico depende de la frecuencia, del tiempo y de la posición. Por lo tanto, los siguientes parámetros describen el canal: ^[2]

• Dirección de salida (DOD)
• Dirección de llegada (DOA)
• Tiempo de retardo
• desplazamiento Doppler
• Matriz de pesos de trayectoria polarimétrica compleja

Para caracterizar la ruta de propagación entre cada elemento transmisor y cada elemento receptor, los ingenieros transmiten una señal de prueba multitono de banda ancha. La secuencia de prueba periódica continua del transmisor llega al receptor y se correlaciona con la secuencia original. Esta función de autocorrelación similar a un impulso se denomina respuesta al impulso del canal (CIR) . ^[5] Al obtener la función de transferencia de CIR, podemos hacer una estimación del entorno del canal y mejorar el rendimiento.

Descripción de los enfoques existentes

Sonda de canal vectorial MIMO

Basada en múltiples antenas tanto en transmisores como en receptores, una sonda de canal vectorial MIMO puede recopilar de manera efectiva la dirección de propagación en ambos extremos de la conexión y mejorar significativamente la resolución de los múltiples parámetros de ruta. ^[1]

Modelo KD de propagación de ondas.

Modelo de onda plana

Los ingenieros modelan la propagación de ondas como una suma finita de ondas localmente planas discretas en lugar de un modelo de trazado de rayos. Esto reduce la computación y reduce los requisitos de conocimientos de óptica. Las ondas se consideran planas entre los transmisores y los receptores. Otros dos supuestos importantes son:

• El ancho de banda relativo es lo suficientemente pequeño como para que el retardo de tiempo pueda transformarse simplemente en un cambio de fase entre las antenas.
• La apertura del conjunto es lo suficientemente pequeña como para que no haya variación de magnitud observable.

Con base en tales suposiciones, el modelo de señal básico se describe como:

${\displaystyle h(\alpha ,\tau ,\psi _{R},\upsilon _{R},\psi _{T},\upsilon _{T})=\sum _{p=1}^{P}\gamma _{p}\delta (\alpha -\alpha _{p})\delta (\tau -\tau _{p})\cdot \delta (\psi _{R}-\psi _{R_{p}})\delta (\upsilon _{R}-\upsilon _{R_{p}})\cdot \delta (\psi _{T}-\psi _{T_{p}})\delta (\upsilon _{T}-\upsilon _{T_{p}})}$

¿Dónde está la TDOA (diferencia horaria de llegada) del frente de onda ? son DOA en el receptor y son DOD en el transmisor, es el desplazamiento Doppler. ^[1] ${\displaystyle \tau _{p}}$ ${\displaystyle p}$ ${\displaystyle \psi _{R_{p}},\upsilon _{R_{p}}}$ ${\displaystyle \psi _{T_{p}},\upsilon _{T_{p}}}$ ${\displaystyle \alpha _{p}}$

Sonido de canal MIMO de banda ultraancha en tiempo real

Un mayor ancho de banda para la medición de canales es un objetivo para futuros dispositivos de sondeo. La nueva sonda de canal UWB en tiempo real puede medir el canal en un ancho de banda mayor, desde casi cero hasta 5 GHz. El sonido del canal UWB MIMO en tiempo real mejora enormemente la precisión de la localización y detección, lo que facilita el seguimiento preciso de los dispositivos móviles. ^[6]

señal de excitación

Se elige una señal multitono como señal de excitación.

${\displaystyle x(t)=\sum _{k=-N_{c}/2}^{N_{c}/2-1}\sin(2\pi (f_{c}+k\cdot \Delta f)\cdot t+\theta _{k})}$

donde es la frecuencia central ( es el ancho de banda, es el número de multitonos), es el espaciado de tonos y es la fase del tono. podemos obtener por ${\displaystyle f_{c}}$ ${\displaystyle \Delta f=B/N_{c}}$ ${\displaystyle B}$ ${\displaystyle N_{c}}$ ${\displaystyle \theta _{k}}$ ${\displaystyle k^{th}}$ ${\displaystyle \theta _{k}}$

${\displaystyle \theta _{k}={{(\pi \cdot k)}^{2} \over N_{c}/2}}$

Postprocesamiento de datos

SONIDO DE BRUJO. es la frecuencia Doppler máxima. es la duración máxima de la respuesta al impulso y S es la extensión del canal (el rectángulo rojo en la figura). ^[4] ${\displaystyle \alpha _{max}}$ ${\displaystyle \tau _{max}}$

1. Se realiza una DFT sobre las formas de onda K-1 (una forma de onda perdida debido al cambio de matriz) que se miden en cada canal (K: formas de onda por canal).
2. Las muestras del dominio de la frecuencia en las frecuencias multitono se seleccionan en cada muestra. ${\displaystyle (K-1)^{th}}$
3. Una función de transferencia de canal estimada se obtiene mediante: ${\displaystyle {\hat {H}}(f)}$

${\displaystyle {\hat {H}}(f)={X_{ref}(f)^{*}\cdot Y(f) \over {\left|X_{ref}(f)\right|}^{2}+c\cdot {\hat {\sigma }}_{N}^{2}(f)}}$

donde es la potencia del ruido, es una señal de referencia y son las muestras. El factor de escala c se define como ${\displaystyle {\hat {\sigma }}_{N}^{2}(f)}$ ${\displaystyle X_{ref}(f)}$ ${\displaystyle Y(f)}$

${\displaystyle c={{\bar {\sigma }}_{ref}^{2} \over max{({\bar {\sigma }}_{Y}^{2}}-{\bar {\sigma }}_{N}^{2}),{\bar {\sigma }}_{N}^{2}}}$

Sonda de canal RUSK

Una sonda de canal RUSK excita todas las frecuencias simultáneamente, de modo que se puede medir la respuesta de frecuencia de todas las frecuencias. La señal de prueba es periódica en el tiempo con período . El período debe ser mayor que la duración de la respuesta al impulso del canal para capturar todos los componentes retardados de trayectorias múltiples en el receptor. La figura muestra una respuesta de impulso de canal (CIR) típica para una sonda RUSK. Se introduce una variable de tiempo secundaria para que el CIR sea función del tiempo de retardo y del tiempo de observación . Se obtiene un espectro Doppler de retardo mediante transformación de Fourier. ^[4] ${\displaystyle t_{p}}$ ${\displaystyle \tau _{max}}$ ${\displaystyle \tau }$ ${\displaystyle t}$

Ver también

• Estimación del canal

Referencias

1. Thomä, RS, Hampicke, D., Richter, A., Sommerkorn, G. y Trautwein, U. (2001). Medición de sonda de canal vectorial MIMO para evaluación de sistemas de antenas inteligentes. Transacciones europeas de telecomunicaciones, 12(5), 427-438.
2. Belloni, Fabio. "Canal de sonido" (PDF) .
3. Laurenson, D. y Grant, P. (septiembre de 2006). Una revisión de las técnicas de sondeo de canales de radio. En Proc. EUSIPCO.
4. "Hoja de datos de RUSK MIMO" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de diciembre de 2015.
5. Thoma, RS, Landmann, M., Sommerkorn, G. y Richter, A. (mayo de 2004). Canal multidimensional de alta resolución sonando en radio móvil. Actas del 21º IEEE. En Conferencia sobre tecnología de instrumentación y medición, 2004. IMTC 04. (Vol. 1, págs. 257-262).
6. Sangodoyin, S., Salmi, J., Niranjayan, S. y Molisch, AF (marzo de 2012). Sondeo de canal MIMO de banda ultraancha en tiempo real. En Sexta Conferencia Europea de Antenas y Propagación (EUCAP), 2012 (págs. 2303-2307).