Sondeo de canal

El sondeo de canal es una técnica que evalúa el entorno radioeléctrico para la comunicación inalámbrica , especialmente en sistemas MIMO . Debido al efecto del terreno y los obstáculos, las señales inalámbricas se propagan por múltiples trayectorias ( efecto multitrayectoria ). Para minimizar o aprovechar este efecto, los ingenieros utilizan el sondeo de canal para procesar la señal espacio-temporal multidimensional y estimar las características del canal. Esto facilita la simulación y el diseño de sistemas inalámbricos.

Motivación y aplicaciones

El rendimiento de la comunicación por radio móvil se ve afectado significativamente por el entorno de propagación de radio . ^{[ 1 ]} El bloqueo por edificios y obstáculos naturales crea múltiples trayectorias entre el transmisor y el receptor, con diferentes variaciones temporales, fases y atenuaciones. En un sistema de entrada única, salida única (SISO), las múltiples trayectorias de propagación pueden crear problemas para la optimización de la señal. Sin embargo, gracias al desarrollo de sistemas de entrada múltiple, salida múltiple (MIMO), se puede aumentar la capacidad del canal y mejorar la calidad del servicio (QoS) . ^{[ 2 ]} Para evaluar la efectividad de estos sistemas de antenas múltiples, es necesaria una medición del entorno de radio. El sondeo de canal es una técnica que permite estimar las características del canal para la simulación y el diseño de conjuntos de antenas. ^{[ 3 ]}

Planteamiento del problema y conceptos básicos

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)
Retraso de tiempo
desplazamiento Doppler
Matriz de pesos de trayectoria polarimétrica compleja

Para caracterizar la trayectoria 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 tipo impulso se denomina respuesta impulsional del canal (CIR) . ^{[ 5 ]} Al obtener la función de transferencia de la CIR, podemos estimar el entorno del canal y mejorar el rendimiento.

Descripción de los enfoques existentes

Sonda de canal vectorial MIMO

Basado en múltiples antenas tanto en transmisores como en receptores, un analizador de canal vectorial MIMO puede recopilar eficazmente la dirección de propagación en ambos extremos de la conexión y mejorar significativamente la resolución de los parámetros de trayectoria múltiple. ^{[ 1 ]}

Modelo K - D de propagación de ondas

Los ingenieros modelan la propagación de ondas como una suma finita de ondas discretas y localmente planas, en lugar de un modelo de trazado de rayos. Esto reduce los cálculos y disminuye los requisitos de conocimientos de óptica. Se considera que las ondas son planas entre los transmisores y los receptores. Otras dos suposiciones importantes son:

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

Sobre la base de tales supuestos, el modelo de señal básico se describe como:

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

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

Sondeo de canales MIMO de banda ultraancha en tiempo real

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

Señal de excitación

Se elige una señal multitonal como señal de excitación.

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

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

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

Procesamiento posterior de datos

SONDEO RUSK. es la frecuencia Doppler máxima. es la duración máxima de la respuesta impulsional y S es la dispersión del canal (el rectángulo rojo en la figura). ^[⁴^] $\alpha _{max}$ $\tau _{max}$

{\displaystyle \alpha _{max}} — SONDEO RUSK. es la frecuencia Doppler máxima. es la duración máxima de la respuesta impulsional y S es la dispersión del canal (el rectángulo rojo en la figura). ^[⁴^] $\alpha _{max}$ $\tau _{max}$

Se realiza una DFT sobre K-1 formas de onda (una forma de onda se pierde debido a la conmutación de la matriz) medidas en cada canal (K: formas de onda por canal).
En cada muestra, se seleccionan muestras en el dominio de la frecuencia correspondientes a las frecuencias multitono . $(K-1)^{th}$
La función de transferencia del canal estimada se obtiene mediante: ${\hat {H}}(f)$

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

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

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

Sonda de canal RUSK

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

Véase también

Estimación de canal

Referencias

1 2 3 Thomä, RS; Hampicke, D.; Richter, A.; Sommerkorn, G.; Trautwein, U (2001). "Medición de sonda de canal vectorial MIMO para evaluación de sistemas de antenas inteligentes" . Transacciones europeas en materia de telecomunicaciones . 12 (5): 427– 438. doi : 10.1002/ett.4460120508 .
1 2 Belloni, Fabio. "Canal de sonido" (PDF) .
↑ Laurenson, D.; Grant, P. (septiembre de 2006). Una revisión de las técnicas de sondeo de canales de radio (PDF) . EUSIPCO . ISSN 2219-5491 .
1 2 3 "Hoja de datos RUSK MIMO" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 22/12/2015.
↑ Thoma, RS; Landmann, M.; Sommerkorn, G.; Richter, A. (mayo de 2004). Sondeo de canal multidimensional de alta resolución en radio móvil . IMTC. Vol. 1. págs. 257–262 . doi : 10.1109/IMTC.2004.1351040 .
^ Sangodoyin, S.; Salmi, J.; Niranjayan, S.; Molisch, AF (marzo de 2012). Sondeo de canal MIMO de banda ultraancha en tiempo real (PDF) . EUCAP. págs. 2303–2307 . doi : 10.1109/EuCAP.2012.6206288 .

[MIMO-1] 1 2 3 Thomä, RS; Hampicke, D.; Richter, A.; Sommerkorn, G.; Trautwein, U (2001). "Medición de sonda de canal vectorial MIMO para evaluación de sistemas de antenas inteligentes" . Transacciones europeas en materia de telecomunicaciones . 12 (5): 427– 438. doi : 10.1002/ett.4460120508 .

[cs-2] 1 2 Belloni, Fabio. "Canal de sonido" (PDF) .

[3] Laurenson, D.; Grant, P. (septiembre de 2006). Una revisión de las técnicas de sondeo de canales de radio (PDF) . EUSIPCO . ISSN 2219-5491 .

[RUSK-4] 1 2 3 "Hoja de datos RUSK MIMO" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 22/12/2015.

[5] Thoma, RS; Landmann, M.; Sommerkorn, G.; Richter, A. (mayo de 2004). Sondeo de canal multidimensional de alta resolución en radio móvil . IMTC. Vol. 1. págs. 257–262 . doi : 10.1109/IMTC.2004.1351040 .

[6] Sangodoyin, S.; Salmi, J.; Niranjayan, S.; Molisch, AF (marzo de 2012). Sondeo de canal MIMO de banda ultraancha en tiempo real (PDF) . EUCAP. págs. 2303–2307 . doi : 10.1109/EuCAP.2012.6206288 .

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