Caracterización experimental y Modelado del Canal de Propagación inalámbrico A 5.8 GHZ en entornos marinos

Doktorarbeit / Dissertation , 2013 , 281 Seiten , Note: Apto Cum Laude

Informatik - Angewandte Informatik

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.

Inhaltsverzeichnis

• Introducciön
• Contexto y motivaciön
• Objetivos
• Revisiön de la literatura
• Estructura de la Tesis
• Modelado de canales de propagaciön inalåmbricos
• Introdueei6n
• Mecanismos de propagaciön de una Onda electromagnética
• Mötodos de modelado de canal
• Caracterizaciön de canales inalåmbricos
• Modelo de canal lineal y variante en el tiempo
• Modelos de Canal de banda estreeha y banda ancha
• Banda estrecha: variaciones de la potencia de la Senal recibida
• Modelo de desvanecimiento a gran escala: pördida de trayecto
• Modelo de desvanecimiento a gran escala: distribuciön de los niveles medios locales de la serial recibida
• Modelos de desvanecimiento a pequetia escala
• Banda ancha: paråmetros de canales multitrayecto
• Retardo medio
• Dispersiön (valor efica7) del retardo
• Ancho de banda de coherencia
• Sondeo de canal: medidas de propagaciön
• Introducciön
• Descripciön del escenario de propagaciön
• Elementos del sistema de medida: boya y embarcaciones
• Sistema de medida de banda estreeha
• Sistema de medida de banda ancha
• Caracterizaciön en banda estrecha
• Introducciön
• Planificaciön de las campanas de medidas
• Campana experimental Boya-Buque
• Campaia experimental Boya-Bote
• Campana experimental Barco-Costa
• Modelos teöricos de referencia
• Resultados experimentales. Campana Boya-Bote
• Modelo a gran escala
• Modelo a pequeia escala
• Resultados experimentales. Campana Boya-Buque
• Modelo a grau escala
• Modelo a pequena escala
• Resultados experimentales. Campana Barco-Costa
• Modelo a gran escala
• Modelo a pequeüa eseala
• Resumen de resultados
• Modelo a gran escala
• Modelo a pequeüa escala
• Caracterizaciön en banda ancha
• Introducciön
• Planificaciön de la campaia de medidas
• Anålisis preliminar
• Definiciön de los intervalos de anälisis
• Procesado de los perfiles
• Resultados
• Potencia media de la Senal recibida
• Caracterizaciön a p equeüa escala
• Caracterizaciön a gran escala
• Conclusiones y lineas futuras de investigaciön
• Conclusiones
• Trabajos futuros
• Cödigo Matlab. Caracterizaciön en banda estrecha
• Introducciön
• Modelo de dos rayos
• Anålisis del desvanecimiento a gran escala
• Anålisis del desvanecimiento a pequeüa escala
• Cödigo Matlab. Caracterizaciön en banda ancha
• Introducciön
• Obtenciön de paråmetros multitrayecto
• Resultados complementarios al estudio de banda estreeha
• Introdueeiön
• Simulaciön de paråmetros del modelo de dos rayos
• Anålisis del desvanecimiento a gran escala
• Campana Roya-Buque
• Campana Boya-Bote
• Campana Barco-Costa
• Anälisis del desvanecimiento a pequeia escala
• Resultados complementarios al estudio de banda ancha
• Introducciön
• Estudios de correlaciön
• Perfiles del retardo de potencia

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der experimentellen Charakterisierung und Modellierung des drahtlosen Übertragungskanals bei 5,8 GHz in marinen Umgebungen. Ziel ist es, ein besseres Verständnis der Ausbreitungseigenschaften von Radiowellen in diesen komplexen Umgebungen zu gewinnen und so die Entwicklung von drahtlosen Kommunikationssystemen zu unterstützen, die in maritimen Umgebungen optimal funktionieren. Die Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen in verschiedenen marinen Szenarien, wobei sowohl der Sender als auch der Empfänger auf unterschiedlichen Plattformen installiert werden, wie z. B. Bojen, hydrographischen Schiffen, Booten und stabilen Plattformen auf See.

• Die Auswirkungen der Ausbreitung von Radiowellen in marinen Umgebungen auf die Leistung drahtloser Kommunikationssysteme
• Die Modellierung von drahtlosen Übertragungskanälen bei 5,8 GHz in marinen Umgebungen unter Berücksichtigung von Groß- und Kleinsignal-Fading
• Die Entwicklung von Messmethoden und -systemen für die Charakterisierung von drahtlosen Übertragungskanälen in marinen Umgebungen
• Die Validierung von Modellen durch experimentelle Messungen in verschiedenen marinen Szenarien
• Die Analyse der Auswirkungen von Hindernissen, wie z. B. Schiffen, Bojen, Küstenlinien und Wellen, auf die Ausbreitung von Radiowellen

Zusammenfassung der Kapitel

Die Dissertation gliedert sich in sechs Kapitel, die sich mit verschiedenen Aspekten der drahtlosen Übertragung in marinen Umgebungen befassen. Kapitel 1 führt die Arbeit ein und erläutert die Motivation, die Ziele und den Stand der Forschung. Kapitel 2 behandelt die Modellierung von drahtlosen Übertragungskanälen, wobei die Besonderheiten von marinen Kanälen hervorgehoben werden. Kapitel 3 beschreibt die verwendeten Messtechniken und die Methodik der experimentellen Messungen. Kapitel 4 und 5 präsentieren die Ergebnisse der Messungen und Modellierungen. Kapitel 4 konzentriert sich auf die Charakterisierung des Kanals im schmalbandigen Bereich, während Kapitel 5 die Eigenschaften des Kanals im breitbandigen Bereich untersucht. Schließlich fasst Kapitel 6 die Ergebnisse zusammen und skizziert mögliche zukünftige Forschungsrichtungen.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen den drahtlosen Übertragungskanal, die Ausbreitung von Radiowellen in marinen Umgebungen, die Modellierung von Übertragungskanälen, die Charakterisierung von drahtlosen Kanälen, Groß- und Kleinsignal-Fading, das WiMAX-Standard, Messmethoden und -systeme, Bojen, Schiffe, Küstenlinien, Wellen, Hindernisse, die Ausbreitung von Radiowellen in komplexen Umgebungen und die Entwicklung von drahtlosen Kommunikationssystemen für maritime Anwendungen.

• Hochschule: Universidad de Cádiz
• Note: Apto Cum Laude
• Autor: José Carlos Reyes Guerrero (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2013
• Seiten: 281
• Katalognummer: V229957
• ISBN (eBook): 9783656457763
• ISBN (Buch): 9783656458418
• Sprache: Spanisch
• Schlagworte: caracterización, modelado, canal, propagación