Diversidad Espacial y Entrelazado de Bit en Comunicaciones
Móviles Multitasa con Desvanecimientos de Plazo Corto
Debido al grande consumo que se presenta año tras año con el crecimiento de los clientes en lo que respecta a las comunicaciones móviles es considerable estudiar los posibles efectos de tener tráfico variable y altas tasas de transmisión en el diseño del sistema
Los sistemas de comunicaciones móviles de tercera (3G) y cuarta generación (4G), están pensados para ofrecer
Servicios multimedia, acceso inalámbrico a Internet y altas tasas de transmisión Dichos servicios se caracterizan por cursar distintos tipos de tráfico, cada uno con prioridad y ancho de banda diferente. El estándar europeo de 3G WCDMA ofrece diferentes tasas de transmisión (de, hasta 384 Kbps), mediante el uso de códigos con factor de esparcimiento variable ortogonal (OVSF). Los estándares de redes inalámbricas IEEE 802.11a, e IEEE 802.11g también ofrecen varias tasas de transmisión a los usuarios mediante variaciones en los parámetros de la capa física.
Sin embargo, aún existen problemas asociados a la transmisión multitasa, muchos de ellos están relacionados Con los efectos del canal en las señales que se propagan a través de el. Por esto último, es necesario conocer las Características del canal, con el fin de crear métodos para disminuir los efectos no deseados y mejorar la calidad del Servicio. Se han diseñado e implementado diferentes técnicas para mejorar la calidad de la señal recibida, y Aunque en los últimos años se han utilizado algunas de esas técnicas en sistemas con tasa de transmisión variable, aún se continúa investigando este tema.
DESCRIPCIÓN DEL CANAL RADIO
Las variaciones en la intensidad de las señales que se transmiten en el canal radio se clasifican como de plazo largo y plazo corto. Los desvanecimientos de plazo largo representan la atenuación de la potencia promedio de la señal, ó las perdidas por trayectoria debidas al desplazamiento sobre áreas grandes. Los desvanecimientos de plazo corto se refieren a los cambios dramáticos en la amplitud y en la fase de la señal, como resultado de Cambios pequeños en la distancia entre el transmisor (Tx) y el receptor (Rx) Uno de los fenómenos que se presentan en el canal radio y que más afecta a las señales que viajan a través de el, es el de la propagación multitrayectorias. Esto se refiere a que si se transmite una señal s(t) por éste medio, llegarán al receptor múltiples componentes (ecos) de s(t), que viajaron por trayectorias diferentes, cada uno con factores de atenuación, corrimientos de fase, y tiempos de arribo diferentes, los cuales son producto de los mecanismos de reflexión, difracción y dispersión. Los desvanecimientos de plazo largo son provocados principalmente por el mecanismo de la reflexión, mientras que los desvanecimientos de plazo corto son ocasionados principalmente por el mecanismo de la dispersión. La propagación multitrayectorias se manifiesta como el ensanchamiento de la señal en el tiempo.
Por otra parte, si se considera el movimiento relativo entre Tx y Rx, los desvanecimientos se manifestarán por la variación del canal en el tiempo, esto se debe a que los efectos del canal en la señal transmitida variarán de una posición (tiempo) a otra, ya que la posición de los objetos con los que se refleja, difracta y dispersa la señal, también cambiará. El modelo clásico del canal radio lo describe como un filtro lineal variante en el tiempo, cuya respuesta al impulso
h( t;r ) = n–1n(t)an(t) ejθn(t)s(r-tn(t))
Como se mencionó anteriormente, los ecos de la señal que se propaga en el canal, llegan al Rx con diferentes retardos. Si se grafica la intensidad de los ecos contra el retardo con el que llegan, se tiene lo que se conoce como el perfil de potencia del retardo (PPR), y el tiempo que hay entre la llegada del primer eco significativo y el último eco significativo se conoce como el retardo máximo excesivo (Tm). Lo anterior es la manifestación del ensanchamiento de la señal en el tiempo. Si Tm es mayor que la duración del símbolo (Ts), habrá interferencia entre símbolos (ISI) debido a que se recibirán ecos correspondientes al símbolo n 1 en el tiempo en que se recibe al símbolo n. Se puede hacer una descripción semejante desde el dominio de la frecuencia, ya que a partir del PPR se obtiene el ancho de banda de coherencia mediante la siguiente relación
fo =1/ Tm
en donde fo es el ancho de banda de coherencia y establece la cota máxima para que la señal transmitida no se vea afectada por la distorsión causada por ISI.
El ancho de banda de coherencia es el ancho de banda en donde el canal trata a los componentes frecuencia les de la Señal transmitida s(t), con aproximadamente la misma ganancia en amplitud y en fase. Si el ancho de banda de s(t) es menor que el ancho de banda de coherencia, se producirán desvanecimientos planos en frecuencia y Solamente se tendrá una degradación en la SNR, en el caso contrario, se tendrán desvanecimientos selectivos en Frecuencia, que son los que provocan la distorsión por ISI. El ancho de banda de coherencia se puede calcular también mediante la transformada de Fourier (TF) del PPR ó por la auto correlación de la respuesta del canal en función de la frecuencia Desde el punto de vista de la variación del canal en el tiempo, el intervalo de tiempo en que el canal permanece de manera correlacionada se conoce como tiempo de coherencia (To). To indica el tiempo en el que las características del canal permanecen relativamente constantes, es decir, el canal muestra un comportamiento invariante en el tiempo. To establece la duración mínima del símbolo para evitar ISI, ya que si Ts es mayor que To el símbolo se distorsionará y habrá ISI. A este tipo de desvanecimientos se les llama desvanecimientos rápidos.
Cuando Ts es menor que To se tendrán desvanecimientos lentos, cuyo efecto es producir una degradación en la SNR. Este tipo de comportamiento se puede analizar también desde el dominio de la frecuencia mediante la TF de la auto correlación de la respuesta del canal en función del tiempo, obteniéndose el espectro Doppler
CONTRAMEDIDAS
No se puede utilizar simplemente un código corrector de errores para mejorar el Rendimiento del sistema, ya que la probabilidad de error es aproximadamente del 50%. Sin embargo, se pueden Emplear diferentes técnicas para mejorar el BER y aproximarlo al BER del canal AWGN.
Para contrarrestar los efectos de los desvanecimientos rápidos
- modulación robusta y no-coherente Como GMSK,
- ó diferencial coherente como 8-PSK diferencial
- combinación de entrelazado con corrección de errores y algún tipo de filtrado
Para contrarrestar los efectos de los desvanecimientos selectivos en frecuencia
- Técnicas de igualación de canal adaptativa
- Esquema de modulación de espectro esparcido (SS) como CDMA de secuencia directa ó modulación multiportadora como OFDM
Técnicas para aproximar a el BER
- Igualación de Canal
Los igualadores de canal pretenden disminuir la ISI introducida por el canal. Esto se hace utilizando un banco de filtros adaptativos para disminuir las distorsiones de amplitud y de fase, ocasionadas por la propagación multitrayectorias del canal Un método comúnmente utilizado para remover la ISI en receptores con alta relación señal a ruido, es la técnica conocida como zero-forcing equalization (ZF), la cual aplica inversión de canal a la señal recibida. El coeficiente de igualación está dado por [11]:
G Zf = h* (t)/ h(t) 2
En donde GZF es el coeficiente de igualación, * denota el complejo conjugado y h(t) es el vector del canal.
Entrelazado de bit
Debido a que los errores se presentan a ráfagas en el canal radio, se utilizan técnicas de entrelazado y códigos correctores de errores para disminuir el BER. Básicamente, existen dos tipos de entrelazado, el entrelazado de símbolo y el entrelazado de bit. el entrelazado de bit, es el proceso en el cual los bits no son transmitidos en el orden en que fueron generados, sino que son colocados en un buffer y transmitidos utilizando un patrón de permutación conocido tanto por el transmisor como por el receptor. Con esta técnica, los errores aparecen aislados en el receptor en lugar de aparecer a ráfagas, permitiendo utilizar códigos correctores de errores para disminuir el BER. En el entrelazado de bit, los bits se almacenan matricialmente para su transmisión.
- Diversidad
Si se toman 2 o más muestras de una señal, de manera que los desvanecimientos de las muestras sean independientes, entonces la probabilidad de que todas las muestras estén por debajo de un mismo nivel a un mismo tiempo es mínima, permitiendo seleccionar ó combinar a las muestras para obtener una señal afectada con desvanecimientos menos severos que si se considerara solo a una muestra, permitiendo así recuperar a la señal que se transmitió de manera más adecuada y con menos errores. Existen varios métodos de diversidad en el tiempo, en la frecuencia y en el espacio, pero en este artículo se consideran únicamente los siguientes métodos de combinación por diversidad en el espacio: Combinación por igual ganancia (EGC): El receptor corrige la rotación de la fase de las señales recibidas causada por la dispersión, y combina las señales de diferentes trayectorias con un peso igual. El coeficiente de igualación está dado
Radiopropagicion Saia B 