Caracterización del Canal Radio con la técnica de contramedida de diversidad por polarización para un ambiente en interiores a 2.

Transcripción

1 Caracterización del Canal Radio con la técnica de contramedida de diversidad por polarización para un ambiente en interiores a 2.4GHz M.C. Urania Ceseña Borbón M.C. Ramón Muraoka E. M.C. Edith García C. Dr. David Covarrubias R. Curso: Comunicaciones Analógicas Marzo 26

2 Plan de presentación Introducción. Objetivo. Características del escenario. Onda Electromagnética (OEM), Polarización y (O Antenas. Mediciones. Resultados. Imágenes y datos capturados. Niveles de potencia. Conclusiones. Referencias. 2

3 Introducción La señal de propagación sobre el canal radio implementado en un ambiente cerrado presenta pérdidas de la señal por factores como atenuación por propagación, obstáculos, desvanecimientos cortos y largos debido a señales multitrayectoria etc. Para compensar estas pérdidas se encuentran las contramedidas del canal radio como diversidad espacial, por frecuencia, por tiempo, por polarización y en el receptor RAKE. En el presente trabajaremos con la técnica de Diversidad por polarización en el receptor. receptor 3

4 Introducción En la diversidad de polarización la frecuencia es transmitida en una polarización y recibida con una antena formada por dos elementos de antena, uno orientado a una polarización vertical o el otro orientado a una polarización horizontal. Comúnmente se conoce a este tipo de antenas como antena crosspolarizada. Se considera que con esta técnica la ganancia es significativa en comparación a la recepción de antenas de una sola orientación. Ya que independientemente de la posición del móvil al menos una de ellas tiene la misma polarización que el transmisor. 4

5 Objetivo Evaluar el Canal Radio (CR) en ambiente cerrado para el 3er piso de Física Aplicada del Centro de Investigación CICESE con el estándar 82.11b utilizando una contramedida como lo es la diversidad por polarización. El propósito fundamental es además de mostrar una aplicación real de esta contramedida para el CR, demostrar que experimentalmente este tipo de técnicas contribuye con el móvil en la recepción de una mejor señal a pesar de los desvanecimientos por obstáculos de la misma. 5

6 Características del escenario Se presentan situaciones de LoS y NLoS. Altura 3er piso del edificios FA de 2.4m. Distancia máxima de Tx-Rx de 48.15m. Altura del Tx =2m. Tx es un generador de señal Rohde&Schwarz modelo SMIQ3B a 13dBm. (simulando un punto de acceso modelo DI764). Rx es un analizador de spectros Agilent modelo E442B. Microcelular [m 1m]. 6

7 OEM, Polarización y Antenas Una onda Electromagnética (OEM) se compone de campo Eléctrico y campo Magnético. Estos campos son Magnético perpendiculares entre sí, están en fase y son perpendiculares a la dirección de propagación. 7

8 OEM, Polarización y Antenas La polarización de una antena la define la dirección del campo eléctrico máximo. En este ejemplo se tiene una polarización lineal a 45 grados. Para este caso, una antena receptora con polarización vertical, captaría la componente Ey del campo eléctrico resultante E, a su vez, una antena con polarización horizontal haría lo mismo con la componente Ex. 8

9 OEM, Polarización y Antenas E E E E?! El canal radio es un ambiente hostil! Tx Rx 9

10 Esquemas de medición 1

11 OEM, Polarización y Antenas Caracterización de las antenas Para conocer el patrón de radiación de las antenas diseñadas, se llevaron acabo mediciones de potencia alrededor de la antena Objetivo: conocer el ancho y nivel de su lóbulo principal y el de los lóbulos laterales. La máxima radiación nos define la polarización de la antena. 11

12 Videos de medición del patrón de radiación Movimientos para la antena con pol-h Espectro del movimientos de la antena con pol-h Movimientos para la antena con pol-v Espectro del movimientos de la antena con pol-v Movimientos para la antena con pol-h-v Espectro del movimientos de la antena con pol-h-v 12

13 Patrones de radiación 13

14 Patrón de Radiación 14

15 Factores de desvanecimiento en la propagación del CR en interiores Pisos. Techos. Paredes. Divisiones. Distancias. Frecuencia. Posición de escritorios. Puertas abiertas o cerradas. Movimiento de personas. 15

16 Sitios de adquisición de datos 1.98m 2.13m 37.49m 4.26m Aula electró nica 1.98m 19.2m 1.82m Figura. Puntos de medición para 2.4GHz. LOS, NLOS 16

17 Tx Rx Canal Radio Esquema Transmisión-Recepción 17

18 Resultados Antena Rx con Polarización Horizontal 3er Piso de FA Antena Rx Horizontal -1 3er piso de FA Ala izquierda Antena Rx Horizontal Potencia (dbm) a) c) Ala izquierda Distancia (mt) Radiación en Rx con antena en polarización Horizontal dbm 1.98m Ala derecha 3er piso de FA Ala derecha Antena Rx Horizontal Distancia (mt) 2-3 Potencia (dbm) Potencia (dbm) -6 d) 2.13m 37.49m b) m Distancia (mt) Aula electrónica 1.98m 19.2m 1.82m 18

19 Resultados Antena Rx con Polarización Vertical 3er piso de FA Antena Rx Vertical 3er piso de FA Ala derecha Antena Rx Vertical Potencia (dbm) -2 c) Potencia (dbm) a) -3-4 Ala Derecha -5 Ala Izquierda Distancia (mt) -9 Distancia (mt) Radiación en Rx con antena en polarización Vertical 3er piso de FA Ala izquierda Antena Rx Vertical dbm 1.98m b) d) m 37.49m Potencia (dbm) m m Distancia (mt) Aula electrónica 19.2m 1.82m 19

20 Resultados Antena Rx con Polarización cruzada 3er piso de FA Antena Rx polarización cruzada 3er piso de FA Ala derecha Antena Rx polarización cruzada -1 a) c) Potencia (dbm) Potencia (dbm) -2-3 Ala derecha -4 Ala izquierda Distancia (mt) -8 3er piso de FA Ala izquierda Antena Rx polarización cruzada Distancia (mt) Radiación en Rx con antena en polarización Horizontal - Vertical 35 dbm Potencia (dbm) b) 1.98m d) m m -8 Distancia (mt) 4.26m Aula electrónica 1.98m 19.2m 1.82m 2

21 Resultados Pérdidas por propagación Distancia vs. Potencia (dbm) utilizando una frecuencia de 2.4GHz Potencia (dbm) -3-4 Rx Horizontal -5 Rx Cross Polarización Rx Vertical Distancia (mt) 21

22 Conclusiones Este trabajo muestra la evaluación del canal radio del estándar 82.11b en ambientes cerrados utilizando como técnica de contramedidas la diversidad por polarización. Nuestras mediciones revelaron una interesante e importante propagación para un ambiente microcelular a 2.4Ghz. Los resultados de la señal de propagación consiste en LOS, NLOS, reflejos en pisos, reflejos en paredes, en techos, difracción en esquinas entre otros. El numero de multitrayectorias en el receptor es generalmente grande y la potencia de cada trayectoria es diferente debido a la diferencia de las longitudes que recorre la señal, causados por los mecanismos de propagación, difracción y reflexión. El transmisor y el receptor estuvieron estáticos en cada punto de adquisición de nuestras muestras. Cada muestra de nuestro experimento fue medida en una separación de 3.4m a lo largo del sitio de medición. La potencia máxima recibida es dbm y la mínima fue de dbm 22

23 Conclusiones El patrón de radiación de la antena crosspolarizada mostró un comportamiento más uniforme con respecto a las antenas con polarización vertical u horizontal solamente. De acuerdo a los datos obtenidos, se observan mayores pérdidas en las mediciones del lado izquierdo del 3er piso, conforme se aleja el Rx del Tx. Esto se atribuye a que existen mayor cantidad de obstáculos (paredes, objetos en el pasillo, etc) que del lado derecho. La potencia sufre una reducción notoria cuando el receptor no se encuentra en camino de visibilidad directa. Las Pérdidas por propagación Distancia vs. Potencia (dbm) son menores cuando se utilizan los dos elementos de antena, es decir, con la Diversidad de polarización en el Receptor. Diagrama de niveles de potencia muestran de forma grafica como la caída de potencia es critica conforme el receptor se aleja del transmisor. Y como la máxima recepción se presenta cuando tanto el receptor como el transmisor se encuentran en línea de vista. 23

24 Trabajo Futuro En el presente trabajo se llevaron a cabo la Diversidad por polarización en el Receptor, Receptor pero en la literatura la mayoría de los autores sugieren que esta técnica sea implementada en la estación base, debido a su inmovilidad, ya que con el móvil el usuario se ajusta a la mejor recepción de la señal. En el trabajo presentado se evaluó la señal recibida con diferentes tipos de antenas para demostrar de forma experimental la ganancia que presenta el receptor con antenas con polarización cruzada, pero sería interesante por ejemplo medir el retardo por desvanecimiento, es decir el delay spread, cuando se envía una unidad de información. Seriía interesante también comparar los resultados con algún modelo teórico que evalué esta contramedida del canal radio. Primer resultado: Artículo aceptado en el Congreso Electro25 en Chihuahua. Octubre de 25 24

25 Referencias [1] Raymond Steele, Lajos Hanzo Mobile Radio Communications Second Edition 1999, ISBN X. [2] Agilent Technologies, Inc. Testing and Troubleshooting Digital RF Communications Receiver Designs, Application Note 1314, 22. [3] Theodore S. Rappaport, Wireless communications : principles and practice Prenntice Hall communications engineering and emerging technologies, 2. ed., 22. [4] Regis Bates, Wireless broadband handbook McGraw-Hill, 21. [5] Jerry D. Gibson, The Mobile Communications handbook, CRC, [6] Mohamed Otmani, Michael Lecours.Indoor Radio Impulse Response Measurements with polarization diversity. IEEE. [7] Huey-Ru Chuang, Liang-Chen Kuo. 3-D FDTD Design Análisis of a 2.4 GHz Polarization-Diversity Printed Dipole Antenna with Integrated Balun and Polarization-Switching Circuit for WLAN and Wireless Communication Applications. IEEE Transactions on Microwave Theory an Techniques. Vol. 51. No. 2. February 23. pp [8] Jay Weitzen, Mark Wallace. Analysis of Diversity Performance of Space Diversity and Cross Polarization for PCS Base Sations /98 IEEE. [9] María José Salmerón. Radiación, propagación y antenas. Para onda larga, onda corta y microondas. Editorial Trillas, México,