Esta Tesis Doctoral proporciona modelos del canal de propagación inalámbrico a partir de la caracterización estadística del mismo en entornos marinos a 5.8 GHz, basado en medidas experimentales de banda estrecha y banda ancha. Se presentan medidas de propagación experimentales para enlaces boya-buque, boya-bote, barco-costa y boya-costa. Las propiedades de un canal inalámbrico se pueden describir mediante varios parámetros. La atención se centra en la pérdida de transmisión y en las características de dispersión del retardo para trayectos LOS y NLOS.
Se han llevado a cabo tres campañas de medidas, que contemplan diferentes condiciones operacionales, empleando señales de sondeo de banda estrecha para caracterizar la pérdida de transmisión. Esta característica proporciona la información necesaria para establecer el balance de potencias del enlace y predecir la cobertura de un sistema inalámbrico. Se han identicado tres causas principales que afectan a la pérdida de transmisión: la distancia entre transmisor y receptor, la obstrucción de la señal, y el multitrayecto. Dichas causas imponen tres tasas de variación a la pérdida de transmisión: variaciones muy lentas y lentas (gran escala), y rápidas (pequeña escala). La caracterización de los parámetros de banda estrecha permite llevar a cabo tareas de despliegue de sistemas WiMAX en estos entornos tan complejos.
Las tareas de modelado del canal inalámbrico requieren caracterizar la respuesta impulsiva del canal. Dicha caracterización ayuda a diseñar transmisores y receptores más eficientes. Este proceso se suele realizar típicamente cuantificando la dispersión del retardo que experimenta la señal en propagación, mediante el sondeo del canal con señales de banda ancha. En particular, el sondeo de canal se ha llevado a cabo mediante una señal periódica pulsada. Las características dipersivas del canal se cuantican generalmente mediante el análisis estadístico de los parámetros de dispersión del retardo (el retardo medio y la dispersión ecaz del retardo, principalmente). La dispersión eficaz del retardo es útil para estimar la tasa de datos máxima de un canal sin la necesidad de implementar técnicas de procesado de señal adicionales como, por ejemplo, ecualización. Además, se analiza la dependencia de los parámetros del retardo con el entorno de propagación y otros aspectos, tales como las condiciones operacionales y los patrones de radiación de las antenas.
Índice de capítulos
1. Introducción
1.1. Contexto y motivación
1.2. Objetivos
1.3. Revisión de la literatura
1.4. Estructura de la Tesis
2. Modelado de canales de propagación inalámbricos
2.1. Introducción
2.2. Mecanismos de propagación de una onda electromagnética
2.3. Métodos de modelado de canal
2.4. Caracterización de canales inalámbricos
2.4.1. Modelo de canal lineal y variante en el tiempo
2.4.2. Modelos de canal de banda estrecha y banda ancha
2.5. Banda estrecha: variaciones de la potencia de la señal recibida
2.5.1. Modelo de desvanecimiento a gran escala: pérdida de trayecto
2.5.2. Modelo de desvanecimiento a gran escala: distribución de los niveles medios locales de la señal recibida
2.5.3. Modelos de desvanecimiento a pequeña escala
2.6. Banda ancha: parámetros de canales multitrayecto
2.6.1. Retardo medio
2.6.2. Dispersión (valor eficaz) del retardo
2.6.3. Ancho de banda de coherencia
3. Sondeo de canal: medidas de propagación
3.1. Introducción
3.2. Descripción del escenario de propagación
3.3. Elementos del sistema de medida: boya y embarcaciones
3.4. Sistema de medida de banda estrecha
3.5. Sistema de medida de banda ancha
4. Caracterización en banda estrecha
4.1. Introducción
4.2. Planificación de las campañas de medidas
4.2.1. Campaña experimental Boya-Buque
4.2.2. Campaña experimental Boya-Bote
4.2.3. Campaña experimental Barco-Costa
4.3. Modelos teóricos de referencia
4.4. Resultados experimentales. Campaña Boya-Bote
4.4.1. Modelo a gran escala
4.4.2. Modelo a pequeña escala
4.5. Resultados experimentales. Campaña Boya-Buque
4.5.1. Modelo a gran escala
4.5.2. Modelo a pequeña escala
4.6. Resultados experimentales. Campaña Barco-Costa
4.6.1. Modelo a gran escala
4.6.2. Modelo a pequeña escala
4.7. Resumen de resultados
4.7.1. Modelo a gran escala
4.7.2. Modelo a pequeña escala
5. Caracterización en banda ancha
5.1. Introducción
5.2. Planificación de la campaña de medidas
5.3. Análisis preliminar
5.3.1. Definición de los intervalos de análisis
5.3.2. Procesado de los perfiles
5.4. Resultados
5.4.1. Potencia media de la señal recibida
5.4.2. Caracterización a pequeña escala
5.4.3. Caracterización a gran escala
6. Conclusiones y líneas futuras de investigación
6.1. Conclusiones
6.2. Trabajos futuros
Objetivos y temas de la investigación
El objetivo principal de esta tesis es caracterizar y modelar experimentalmente los canales de propagación inalámbricos en entornos marinos a la frecuencia de 5.8 GHz, con el fin de optimizar el despliegue de redes inalámbricas de banda ancha (como WiMAX) en escenarios marítimos complejos.
- Caracterización de la propagación en condiciones de línea de vista (LOS) y no línea de vista (NLOS).
- Análisis experimental de la pérdida de trayecto a gran escala mediante tres campañas de medición específicas.
- Modelado estadístico del desvanecimiento a pequeña escala en canales con multitrayecto.
- Evaluación de parámetros de banda ancha como el retardo medio, la dispersión del retardo y el ancho de banda de coherencia.
Auszug aus dem Buch
2.2. Mecanismos de propagación de una onda electromagnética
En la Figura 2.2 se muestran algunas de las interacciones entre los elementos que conforman un escenario particular marítimo y las ondas electromagnéticas que se propagan por el medio, cuando estas son radiadas y finalmente recibidas por una antena transmisora y una antena receptora, respectivamente. La señal es emitida por una estación costera (TX), y recibida por el equipo receptor instalado en la boya (RX). Como se puede observar, a diferencia de los canales cableados, el canal inalámbrico se caracteriza por la interferencia de un conjunto, posiblemente numeroso, de componentes multitrayecto que van desde el transmisor al receptor. Una onda electromagnética transmitida a través del espacio sufre diversas perturbaciones debido a diferentes mecanismos físicos que tienen lugar durante la propagación. De forma general, estos son la pérdida en espacio libre, la absorción, la reflexión, la dispersión, la difracción y la refracción.
Resumen de los capítulos
1. Introducción: Presenta el contexto histórico de las comunicaciones inalámbricas en el entorno marino y justifica la necesidad de nuevos modelos de propagación para redes de banda ancha.
2. Modelado de canales de propagación inalámbricos: Explora los fundamentos teóricos del modelado de canales, incluyendo los mecanismos de propagación, el modelo de canal variante en el tiempo y las características del desvanecimiento a gran y pequeña escala.
3. Sondeo de canal: medidas de propagación: Describe la metodología experimental, el escenario de pruebas en la bahía de Cádiz y el diseño técnico de los sistemas de medición utilizados.
4. Caracterización en banda estrecha: Detalla las tres campañas experimentales realizadas, analizando los resultados estadísticos de la pérdida de trayecto y el desvanecimiento a pequeña escala.
5. Caracterización en banda ancha: Analiza los perfiles de retardo de potencia, la dispersión del retardo y el ancho de banda de coherencia obtenidos tras el procesado de las medidas de banda ancha.
6. Conclusiones y líneas futuras de investigación: Resume los hallazgos principales de la tesis y propone direcciones para futuros estudios sobre propagación en entornos marinos.
Palabras clave
Propagación inalámbrica, entornos marinos, 5.8 GHz, WiMAX, redes de sensores, pérdida de trayecto, desvanecimiento, multitrayecto, perfil del retardo de potencia, retardo medio, dispersión del retardo, ancho de banda de coherencia, modelado experimental, sondeo de canal.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el propósito central de esta investigación?
El propósito es caracterizar y modelar el canal de propagación inalámbrico en entornos marinos a 5.8 GHz para permitir un despliegue eficiente de tecnologías de banda ancha como WiMAX en el mar.
¿Cuáles son los temas fundamentales que aborda el trabajo?
El trabajo cubre la modelización de canales, el diseño de sistemas de sondeo (medida), y el análisis experimental detallado de desvanecimientos a gran y pequeña escala, así como parámetros de dispersión en banda ancha.
¿Cuál es la pregunta de investigación principal?
Se busca determinar cómo las condiciones específicas del entorno marino (oleaje, obstáculos, plataformas móviles) afectan la propagación de ondas a 5.8 GHz, un ámbito aún poco investigado en comparación con los entornos terrestres.
¿Qué metodología científica se emplea?
Se utiliza un enfoque empírico basado en campañas de medidas experimentales, utilizando señales de onda continua (CW) para banda estrecha y pulsos para banda ancha, procesando posteriormente los datos mediante análisis estadístico.
¿Qué temas se tratan en el cuerpo principal de la tesis?
El cuerpo principal se divide en capítulos dedicados a los fundamentos teóricos, la descripción del sistema de medida, la caracterización detallada de los resultados en banda estrecha (pérdida de trayecto) y en banda ancha (parámetros de retardo).
¿Qué palabras clave definen mejor esta tesis?
Propagación inalámbrica, entornos marinos, 5.8 GHz, WiMAX, pérdida de trayecto, desvanecimiento, multitrayecto y perfil del retardo de potencia.
¿Cómo influyen los obstáculos como buques o infraestructuras costeras en los resultados?
La tesis identifica que estos obstáculos provocan desvanecimientos severos a gran escala (superiores a 22 dB en algunos casos) debido a mecanismos de absorción, difracción y dispersión.
¿Qué importancia tiene la estabilidad de la antena en los resultados de banda ancha?
El autor destaca que la estabilidad de los elementos radiantes es crítica, ya que el movimiento dinámico en el mar afecta significativamente la estabilidad de los perfiles del retardo de potencia medidos.
- Citar trabajo
- José Carlos Reyes Guerrero (Autor), 2013, Caracterización experimental y Modelado del Canal de Propagación inalámbrico A 5.8 GHZ en entornos marinos, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/229957
