presentación de powerpoint - páginas personales de ... · tv digital evolución de las...

Comunicaciones Inalámbricas FIE-UTP Dr. Héctor E. Poveda P.

Comunicaciones Inalámbricas

Héctor Poveda

Universidad Tecnológica de Panamá

[email protected]

www.hpoveda7.com.pa

@hpoveda7

mailto:[email protected]

http://www.hpoveda7.com.pa/


1. Introducción

• Evolución de las comunicaciones inalámbricas

• Un sistema de comunicación inalámbrico

2. El canal de propagación

3. La modulación multiportadora

4. Diversidad

5. Sistemas de Comunicaciones 5G

Evolución de las comunicaciones inalámbricas

Un sistema de comunicación inalámbrico

Plan del curso

Introducción

El canal de propagación

La modulación multiportadora

Diversidad

Sistemas de Comunicaciones 5G


Plan del curso

1. Introducción


• Efectos del canal de propagación

• Modelos matemáticos

• El canal selectivo en frecuencia y variante en el tiempo

• Ecualización de canal


4. Diversidad


Efectos del canal de propagación

Modelos matemáticos

El canal selectivo en frecuencia

Ecualización de canal

Introducción



Diversidad



Introducción



Diversidad


Plan del curso

1. Introducción



• Principios históricos

• OFDM – Descripción matemática

• OFDM y el retraso de la frecuencia portadora

• OFDM como técnica de acceso múltiple

4. Diversidad


Principios históricos

OFDM – Descripción matemática

OFDM y el retraso de la frec. portadora

OFDM como técnica de acceso múltiple


Introducción



Diversidad


Plan del curso

Diversidad temporal

Diversidad frecuencial

Diversidad espacial - MIMO

1. Introducción



4. Diversidad

• Diversidad temporal

• Diversidad frecuencial

• Diversidad espacial - MIMO



Marconi: Primera transmisión inalámbrica




NAMTS: Nippon automatic mobile telephone system

1G: Tecnología analógica

AMPS: advanced mobile phone serviceNMT: Nordic mobile telephone system

TAMS: total access communications system

América

Europa

Asia

Introducción



Diversidad






2G: Tecnología digital

Introducción



Diversidad



Primera ventaja: REGENERACIÓN

distancia 1

forma original

distancia 2

algunas

distorsiones

en la señal

distancia 3

señal degradada

distancia 4

señal mala

distancia 5

amplificación y

regeneración de la

señal

distancia de propagación

Degradación de la señal a lo largo de la propagación


2G: Tecnología digital



Introducción



Diversidad



1. Circuitos digitales más confiables que los analógicos.

2. Producción menos costosa.

3. La implementación sobre circuitos digitales es más flexible.

Los sistemas de comunicación digital son cada vez más “gourmand” del punto de vista

del procesamiento de la señal.

Ventajas importantes de los sistemas de comunicación digital

Precio a pagar de todas esas ventajas




Introducción



Diversidad



transmisor

análogo

transmisor

digital

Sistema Hertziano 1 banda = 1 canal

TDT 1 banda ≈ 6 canales

antena de casa

antena de casa

TV Digital




Introducción



Diversidad



Potencia

frecuencia

tiempo

frecuencia

Potencia

tiempo

Potencia

tiempo

frecuencia

FDMA TDMA CDMA

usuario 1

usuario 2

usuario U

3/23




Técnicas de acceso múltiple

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




GSM

Downlink: 40kbits/s

Uplink: 10kbits/s

tie

mpo

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




GSM

GPRS

Downlink: 40kbits/s

Uplink: 10kbits/s

Downlink: 170kbits/s

Uplink: 130kbits/s

IS-95

Downlink: 115 kbits/s

Uplink: 115 kbits/s2G

3GPP2

tie

mpo

tiem

po

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




GSM

GPRS

EGDE

Downlink: 40kbits/s

Uplink: 10kbits/s


Uplink: 130kbits/s


Uplink: 360kbits/sIS-95


Uplink: 115 kbits/s

CDMA 2000



3GPP2

tie

mpo

tiem

po

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




GSM

GPRS

EGDE

Downlink: 40kbits/s

Uplink: 10kbits/s


Uplink: 130kbits/s


Uplink: 360kbits/s

EGDEev

Downlink: 1.89 Mbits/s

Uplink: 1.42 Mbits/s

IS-95


Uplink: 115 kbits/s

CDMA 2000



3GPP2

tie

mpo

tiem

po

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




UMTS


Uplink: 384 kbits/s

CDMA EVDO


Uplink: 27 Mbits/s

2G

3GPP2

tie

mpo

tiem

po

3G

3G

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




UMTS

HSDPA

HSUPA


Uplink: 384 kbits/s


Uplink: 5.76 Mbits/sCDMA EVDO


Uplink: 27 Mbits/s

2G

3GPP2

tie

mpo

tiem

po

3G 3G

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




802.16e

Downlink:128 Mbits/s

Uplink: 27 Mbits/s

IEEE

tie

mpo

tiem

po

3G

3G

802.16m


Uplink: 135 Mbits/s

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




HSPA+



802.16e


Uplink: 27 Mbits/s

IEEE

tie

mpo

tiem

po

3G

3G

802.16m


Uplink: 135 Mbits/s4G

LTE

Downlink: 300 Mbits/s

Uplink: 50 Mbits/s

Introducción



Diversidad



3GPP

2G




HSPA+



802.16e


Uplink: 27 Mbits/s

IEEE

tie

mpo

tiem

po

3G

3G

802.16m


Uplink: 135 Mbits/s

4G

4GWimax 2


Uplink: 500 Mbits/sLTE


Uplink: 50 Mbits/s

LTE-A


Uplink: 500 Mbits/s

Introducción



Diversidad



receptortransmisor

bits

tx

bits

rx

𝑋(𝑡) 𝑅(𝑡)




canal de

propagación

Introducción



Diversidad



canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

presentación

aplicación

sesión

transporte

red

data

física




Introducción



Diversidad



Plan del curso

1. Introducción


• Efectos del canal de propagación

• Modelos matemáticos

• El canal selectivo en frecuencia y variante en el tiempo

• Ecualización de canal


4. Diversidad

5. Sistemas de Comunicaciones Inteligentes





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Multitrayectos ℎ(𝑡)

AWGN 𝑏(𝑡)

Retraso de la

frecuencia portadora𝑓𝑑





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Q

00110101010…

modulación

portadora: cos(2𝜋 fct)

I

-filtro de

emisión

modulación

filtro de

emisión

portadora: sen(2𝜋 fct)

𝑋(𝑡)Transmisor





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

00110101010…

portadora: 𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑐𝑡

parte

real

equivalencia

modulaciónmodulaciónfiltro de

emisión

𝑋(𝑡)

AWGN 𝑏(𝑡)

R t = X 𝑡 + 𝑏(𝑡)

Transmisor





Introducción



Diversidad



Tiempo (ms)


canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

AWGN 𝑏(𝑡)

Am

pli

tud

(V

)





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

AWGN 𝑏(𝑡)

2

2

1exp

2

1)(

bbp





Introducción



Diversidad




Multitrayectos h(𝒕)

canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

00110101010…

portadora: 𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑐𝑡

parte

real

equivalencia

modulaciónmodulaciónfiltro de

emisión

𝑋(𝑡)

𝑅 𝑡 = න0

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ 𝜏 ∙ 𝑋(𝑡 − 𝜏) ⅆ𝜏 + 𝑏(𝑡)





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

• Reflexión

• “Scattering”

• Difracción






Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

𝑅 𝑡 = න0

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ 𝜏 ∙ 𝑋(𝑡 − 𝜏) ⅆ𝜏 + 𝐵(𝑡)

• “Path loss”

• “Shadowing”

• Efecto multitrayectos

Caracterización del canal





Introducción



Diversidad



𝑡

ℎ(𝑡)

𝑅 𝑡 = න0

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ 𝜏 ∙ 𝑋(𝑡 − 𝜏) ⅆ𝜏 + 𝑏(𝑡)


canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

𝜏𝑚𝑎𝑥





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

ℎ(𝑛)

𝑛0 1 𝐿 − 1𝜏𝑚𝑎𝑥

𝑇𝑚

𝑅 𝑛 =

𝑙=0

𝐿−1

ℎ (𝑙) ∙ 𝑋(𝑛 − 𝑙) + 𝑏(𝑛)

𝑋(𝑛) 𝑅(𝑛)





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

• Modelo de Rice

• Modelo de Rayleigh

Modelos estadísticos de canal

𝑅 𝑛 =

𝑙=0

𝐿−1

ℎ (𝑙) ∙ 𝑋(𝑛 − 𝑙) + 𝑏(𝑛)






Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Rice


𝒥0 𝑦 ≜1

2𝜋න0

2𝜋

𝑒−𝑦𝑐𝑜𝑠(𝑧) ⅆ𝑧

𝑅 𝑛 = 𝛼𝐼(𝑛) + 𝑗𝛼𝑄(𝑛)

𝒦𝑟𝑖𝑐𝑒=𝜇𝑟2

2𝜎𝑟2

Ω𝑟=𝜇𝑟2 + 2𝜎𝑟

2

𝒫𝑑𝑓(𝑥) =𝑥

𝜎𝑟2 𝑒

−𝑥2+𝜇

𝑟2

2𝜎𝑟2𝒥0

𝑥𝜇𝑟

𝜎𝑟2 𝑥 ≥ 0





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Rayleigh𝒫𝑑𝑓(𝑥) =

2𝑥

Ω𝑟𝑒−𝑥2

Ω𝑟 𝑥 ≥ 0 𝑅 𝑛 = 𝛼𝐼(𝑛) + 𝑗𝛼𝑄(𝑛)

Ω𝑟=2𝜎𝑟2





Introducción



Diversidad



𝑡

ℎ(𝑡)

𝑅 𝑡 = න0

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ 𝜏 ∙ 𝑋(𝑡 − 𝜏) ⅆ𝜏 + 𝑏(𝑡)


canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

𝜏𝑚𝑎𝑥

Naturaleza de la señal

transmitida

Relación entre 𝑊 y 𝑊𝑐

𝑊 ∝1

𝑇𝑠 𝑊𝑐 =1

𝜏𝑚𝑎𝑥





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Naturaleza de la señal

transmitida

Relación entre 𝑊 y 𝑊𝑐

𝑊 ∝1

𝑇𝑠 𝑊𝑐 =1

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ(𝑛)

𝑛0 1 𝐿 − 1𝜏𝑚𝑎𝑥

𝑇𝑚

𝑅 𝑛 =

𝑙=0

𝐿−1

ℎ (𝑙) ∙ 𝑋(𝑛 − 𝑙) + 𝑏(𝑛)





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

0 1 2 3 4 5 6

x 10-6

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5COST 207 Typical Urban channel impulse response

Time (s)

Am

plit

ude

-2 -1 0 1 2

x 106

-15

-10

-5

0

5COST 207 Typical Urban channel frequency response

Frequency (Hz)

Am

plit

udeTFD

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≪ 𝑇𝑠Canal no selectivo en

frecuencia





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

0 1 2 3 4 5 6

x 10-6

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5COST 207 Typical Urban channel impulse response

Time (s)

Am

plit

ude

-2 -1 0 1 2

x 106

-15

-10

-5

0

5COST 207 Typical Urban channel frequency response

Frequency (Hz)

Am

plit

udeTFD

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≫ 𝑇𝑠Canal selectivo en frecuencia





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Canal no selectivo en

frecuencia





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Canal selectivo en frecuencia





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

v

𝑓𝑑 =𝑣

𝜆𝑐𝑜𝑠𝜃

max 𝑓𝑑 = 𝑓𝑑 =𝑣

𝜆

𝑇𝑐 =1

𝑓𝑑





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

v

𝑓𝑑 =𝑣



𝜆

𝑇𝑐 =1

𝑓𝑑

𝑇𝑠 < 𝑇𝑐

Canal a

desvanecimiento

lento





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

v

𝑓𝑑 =𝑣



𝜆

𝑇𝑐 =1

𝑓𝑑Canal a

desvanecimiento

rápido

𝑇𝑠 > 𝑇𝑐





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

1

Ts

dC f

T 1

max

1

cW

Selectivo

en frecuencia

Selectivo

en frecuencia

No selectivo

en frecuencia

No selectivo

en frecuencia

Desvanecimiento

lento

Desvanecimiento

lento

Desvanecimiento

rápido

Desvanecimiento

rápido

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≪ 𝑇𝑠𝑇𝑠 < 𝑇𝑐

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≪ 𝑇𝑠𝑇𝑠 > 𝑇𝑐

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≫ 𝑇𝑠𝑇𝑠 > 𝑇𝑐

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≫ 𝑇𝑠

𝑇𝑠 < 𝑇𝑐

Ts





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP





Ecualización de canal:

• Ecualización MMSE

• Ecualización Zero Forcing

Introducción



Diversidad



Plan del curso

1. Introducción



• Principios históricos

• OFDM – Descripción matemática

• OFDM como técnica de acceso múltiple

4. Diversidad

5. Sistemas de Comunicaciones Inteligentes





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

g(n) D/A

)2cos( 0tf

bit - símbolo

monoportadora: banda W





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

bit - símboloserie

-

paralelo

g(n) D/A

g(n) D/A

cos(2pf0t)

cos(2pfkt)

g(n) D/A

cos(2pfK-1t)

g(n) D/A

)2cos( 0tf

bit - símbolo

monoportadora: banda W multiportadora: K bandas W/K

Objetivo: ser menos sensible a los efectos del canal de propagación.





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Envío de información en paralelo.

bit - símboloserie

-

paralelo

g(n) D/A

g(n) D/A

cos(2pf0t)

cos(2pfkt)

g(n) D/A

cos(2pfK-1t)

multiportadora: K bandas W/K

Aumento en la duración del símbolo 𝑇𝑠

Objetivo: ser menos sensible a los efectos del canal de propagación.





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

¿Y el factor K? ¿Puede ser arbitrario?

No, un valor de K muy grande nos da como resultado un canal a desvanecimiento rápido.

bit - símboloserie

-

paralelo

g(n) D/A

g(n) D/A

cos(2pf0t)

cos(2pfkt)

g(n) D/A

cos(2pfK-1t)

multiportadora: K bandas W/K

Envío de información en paralelo.

Aumento en la duración del símbolo 𝑇𝑠





Introducción



Diversidad




0 500 1000 1500 20000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Echantillons

Am

pli

tude

0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras


Am

pli

tud

(V

)

muestras





Introducción



Diversidad




0 500 1000 1500 20000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Echantillons

Am

pli

tude

0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras


Am

pli

tud

(V

)

muestras

0 500 1000 1500 20000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Echantillons

Am

plitu

de

Am

pli

tud

(V

)

muestras





Introducción



Diversidad




0 500 1000 1500 20000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Echantillons

Am

pli

tude

0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras


Am

pli

tud

(V

)

muestras

0 500 1000 1500 20000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Echantillons

Am

plitu

de

Am

pli

tud

(V

)

muestras

0 500 1000 1500 20000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Echantillons

Am

pli

tude

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

EchantillonsA

mpli

tude

muestrasmuestras

Am

pli

tud

(V

)

Am

pli

tud

(V

)Principios históricos




Introducción



Diversidad




0 500 1000 1500 20000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Echantillons

Am

pli

tude

0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras


Am

pli

tud

(V

)

muestras

0 500 1000 1500 20000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Echantillons

Am

plitu

de

Am

pli

tud

(V

)

muestras

0 500 1000 1500 20000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Echantillons

Am

pli

tude

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

EchantillonsA

mpli

tude

muestrasmuestras

Am

pli

tud

(V

)

Am

pli

tud

(V

)

ecualización compleja





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Expresión matemática

bit - símboloserie

-

paralelo

g0(t)

gk(t)

gK-1(t)





Introducción



Diversidad




canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

l

K

k

lklk

l

K

k

lTtfj

lk tgSlTtgeStX k

1

0

,,

1

0

)(2

, )()()(

)()()(2

, lTtgetglTtfj

lkk

bit - símboloserie

-

paralelo

g0(t)

gk(t)

gK-1(t)

Expresión matemática





Introducción



Diversidad




señal monoportadora BDBS0 S1 S2S3 S4

S5

S0

S1 cos(2p f1t)

S2 cos(2p f2t)

S3 cos(2p f3t)

S4 cos(2p f4t)

S5 cos(2p f5t)

T

señal multiportadora

Si nos ponemos en el instante l=0 la transmisión de 6 símbolos sería la siguiente:

Am

pli

tud

(V

)

tiempo





Introducción



Diversidad



T TT2

1

T2

1

a = 0.1


Filtro coseno elevado

Primera solución





Introducción



Diversidad



Tkfk

1

gk,l , g ¢ k , ¢ l =dk, ¢ k dl, ¢ l

Tkfk

1

Tkfk

1)1(1

f


Emitiendo el símbolo en la frecuencia k

𝑊

𝐾=1 + 𝛼

𝑇= Δ𝑓

Primera solución





Introducción



Diversidad



0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras

bit - símboloserie

-

paralelo

g(t)

g(t)

cos(2pf0t)

cos(2pfkt)

g(t)

cos(2pfK-1t)


l

K

k

tfj

lk lTtgeStX k

1

0

)(2

, )()(

Primera solución





Introducción



Diversidad



0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras


No hay cambios en la tasa de transmisión y la tasa de error en presencia de ruido con

respecto a una modulación monoportadora

bit - símboloserie

-

paralelo

g(t)

g(t)

cos(2pf0t)

cos(2pfkt)

g(t)

cos(2pfK-1t)

l

K

k

tfj

lk lTtgeStX k

1

0

)(2

, )()(

Primera solución





Introducción



Diversidad



0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras


Concepción difícil de K moduladores independientes

bit - símboloserie

-

paralelo

g(t)

g(t)

cos(2pf0t)

cos(2pfkt)

g(t)

cos(2pfK-1t)

l

K

k

tfj

lk lTtgeStX k

1

0

)(2

, )()(

Primera solución





Introducción



Diversidad



0 500 1000 15000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Echantillons

Am

pli

tude

Am

pli

tud

(V

)

muestras


Sistema abandonado para utilizar los sistemas multiportadora de recubrimiento

bit - símboloserie

-

paralelo

g(t)

g(t)

cos(2pf0t)

cos(2pfkt)

g(t)

cos(2pfK-1t)

l

K

k

tfj

lk lTtgeStX k

1

0

)(2

, )()(

Primera solución





Introducción



Diversidad



Tf 1


Am

pli

tud

(V

)

muestras

Difícil recuperar las subportadoras sin interferencia entre ellas utilizando filtros analógicos

Segunda solución

l

K

k

lTtfj

lk lTtgeStX k

1

0

)(2

, )()(

bit - símboloserie

-

paralelo

g0(t)

gk(t)

gK-1(t)





Introducción



Diversidad



m

mmf

TT

Kf

1

TltlT )1( mmm TKlTnTlTTlTlT )1(,,,,,

1

0

2

,

1

0

2

,

1

01

2

, )(][)(

K

k

K

knj

lk

K

k

K

Tn

T

kj

lk

K

k

m

nTfj

lkm

eSeS

nTgeSnxnTlTx mk

T

kfk =

l

K

k

lklk

l

K

k

lTtfj

lk tgSlTtgeStx k

1

0

,,

1

0

)(2

, )()()(

x[n] = Sk,lej2p

kn

K

k=0

K-1

å

IDFT






Introducción



Diversidad



OFDMORTHOGONAL FREQUENCY

DIVISION MULTIPLEXING

OFDM

𝑥(𝑛) =

𝑘=0

𝐾−1

𝑆𝑘,𝑙 𝑒𝑗2𝜋

𝑘𝑛𝐾





Introducción



Diversidad



Forma de matriz:

OFDM

))1((

)(

)(

)(

m

m

m

TKlTx

nTlTx

TlTx

lTx

X

l

lK

lk

l

l

K

K

KKj

K

kKj

K

Kj

K

Knj

K

nkj

K

Kj

K

kj

Kj

m

m

m

S

S

S

S

eee

ee

eee

TKlTx

nTlTx

TlTx

lTx

X

S

,1

,

,1

,0

)(

)1)(1(2

)1(2

)1(2

)1(22

)1(22

12

1

1

1

111

))1((

)(

)(

)(

F





Introducción



Diversidad



))1((

)(

)(

)(

m

m

m

TKlTx

nTlTx

TlTx

lTx

X

l

lK

lk

l

l

K

K

KKj

K

kKj

K

Kj

K

Knj

K

nkj

K

Kj

K

kj

Kj

m

m

m

S

S

S

S

eee

ee

eee

TKlTx

nTlTx

TlTx

lTx

X

S

,1

,

,1

,0

)(

)1)(1(2

)1(2

)1(2

)1(22

)1(22

12

1

1

1

111

))1((

)(

)(

)(

F

Matriz de Fourier inversa

Forma de matriz:

OFDM





Introducción



Diversidad



XFuente de símbolos

Sl = S0,l, S1,l, S2,l, ,SK-1,l{ }S/P TFDI D/AP/S

Reconstrucción des symbolesP/S TFD A/DS/PSl = S0,l, S1,l, S2,l, ,SK-1,l{ }

OFDM





Introducción



Diversidad



La utilización de la IDFT suprime utilizar un banco de filtros

Como escogemos K un múltiplo de 2, podemos utilizar una transformada rápida.!

K portadoras

duración T

Symbole l-1 Symbole l Symbole l+1

OFDM





Introducción



Diversidad



Comportamiento en un canal selectivo en frecuencia

trayecto N°2

t12max

trayecto N°1

OFDM





Introducción



Diversidad




trayecto N°2

t12max

trayecto N°1

trayecto N°1 :

señal OFDM deseada

l-1

OFDM

l l+1 l+2





Introducción



Diversidad




trayecto N°2

t12max

trayecto N°1

trayecto N°1 :

señal OFDM deseada

l-1

trayecto N°2 :

señal OFDM interferida

interferencias

OFDM

l l+1 l+2





Introducción



Diversidad



•Versiones retrasadas de los símbolos OFDM se superponen

• Interferencia entre símbolos OFDM

• Recuperación imposible

símbolo l-1 símbolo l símbolo l+1



trayecto directo

trayecto

retrasado1

trayecto

retrasado 2

t


OFDM





Introducción



Diversidad



•Versiones retrasadas de los símbolos OFDM se superponen

• Interferencia entre símbolos OFDM

• Recuperación imposible




trayecto directo

trayecto

retrasado1

trayecto

retrasado 2

recuperación

imposible

t


OFDM





Introducción



Diversidad



El intervalo de guardia debe ser mayor que el retraso.


OFDM

intervalo de guardia





Introducción



Diversidad



símbole l-1 símbolo l símbolo l+1



trayecto directo

trayecto retrasado 1


t


OFDM





Introducción



Diversidad



Que debemos usar como IG?

símbole l-1 símbolo l símbolo l+1



trayecto directo



Recuperación

Posible ?

t

IG

IG

IG

IG

IG

IG


OFDM





Introducción



Diversidad



T

sin IG

con IGTG

8

1

OFDM






Introducción



Diversidad



Sin IG entre 2 símbolos OFDM consecutivos hay interferencia entre los

mismos

OFDM





Introducción



Diversidad



Sin IG entre 2 símbolos OFDM consecutivos hay interferencia entre los

mismos

Si utilizamos un IG (no transmitir)

de largo ∆G > 𝜏max, suprimimos la interferencia. Sin

embargo, el cambio brutal de forma de onda genera

componentes espectrales parásitas que generan

interferencias entre subportadoras

OFDM





Introducción



Diversidad



distorsiones

OFDM






Introducción



Diversidad



Espectro de señales transmitidas sin IG y con IG.

interferencia entre subportadoras

OFDM






Introducción



Diversidad



Si copiamos el final del símbolo OFDM al principio, obtenemos un

IG que no causa discontinuidad en la señal.

Llamamos a esto el prefijo cíclico (CP).

OFDM






Introducción



Diversidad



TSin IG

Con IG sin CP

Con IG y CP

TG8

1

OFDM






Introducción



Diversidad



TSin IG

Con IG sin CP

Con IG y CPT

TG8

1

OFDM






Introducción



Diversidad



Inserción del CP en el IG -> Supresión del cambio brutal de forma de

onda. Evitamos las interferencias entre subportadoras.

CP: extensión del símbolo OFDM en el IG

T

Podemos ver 2 señales sinusoidales plenas

OFDM






Introducción



Diversidad



distorsiones

OFDM






Introducción



Diversidad



Espectro de las señales luego de la extracción del CP

OFDM






Introducción



Diversidad



Espectro QPSK-OFDM, con y sin IG para 16, 64 et 256 subportadoras

OFDM





Introducción



Diversidad



OFDM





Introducción



Diversidad



OFDM y el retraso de la frec. port.

1 - 𝑓𝑑: retraso de la frec. port. (CFO)





canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Introducción



Diversidad





2 - ℎ(𝑡): multitrayectos

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ(𝑡)

𝑡 𝑊

2𝑓

𝑃(𝑓)

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≪tiempo de símbolo plano en frecuencia

𝑅 𝑡 = 𝑒𝑖2𝜋𝑓𝑑𝑡න0

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ 𝜏 ∙ 𝑋(𝑡 − 𝜏) ⅆ𝜏 + 𝐵(𝑡)





𝑓𝑙𝑜𝑟

𝑓𝑙𝑜𝑥

canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Introducción



Diversidad







𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ 𝜏 ∙ 𝑋(𝑡 − 𝜏) ⅆ𝜏 + 𝐵(𝑡)

𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ(𝑡)

𝑡 𝑊

2𝑓

𝑃(𝑓)

𝜏𝑚𝑎𝑥 ≫tiempo de símbolo selectivo en frecuencia





𝑓𝑙𝑜𝑟

𝑓𝑙𝑜𝑥

canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Introducción



Diversidad






𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ(𝑡)

𝑡 𝑊

2𝑓

𝑃(𝑓)



𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ 𝜏 ∙ 𝑋(𝑡 − 𝜏) ⅆ𝜏 + 𝐵(𝑡)





𝑓𝑙𝑜𝑟

𝑓𝑙𝑜𝑥

canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

Introducción



Diversidad





2 - ℎ(𝑛): multitrayectos

𝑅 𝑛 = 𝑒𝑖2𝜋𝑓𝑑𝑡

𝑙=0

𝐿−1

ℎ (𝑙) ∙ 𝑋(𝑛 − 𝑙) + 𝐵(𝑛)

ℎ(𝑛)

𝑛 𝐹𝑚2

𝑓

𝑃(𝑓)

0 1 𝐿 − 1𝜏𝑚𝑎𝑥

ℎ(𝑡)

𝑇𝑚






canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

𝑓𝑙𝑜𝑥

Introducción



Diversidad




CFO

𝑓

𝑃(𝑓)

𝐾∆𝑓2∆𝑓∆𝑓

canal de

propagación

bits

tx

𝑋(𝑡)

RFD/ADSP

bits

rx

𝑅(𝑡)

RF A/D DSP

𝑓𝑙𝑜𝑥





𝑅 𝑛 = 𝑒𝑖2𝜋𝜀𝑛𝐾

𝑙=0

𝐿−1

ℎ 𝑙 ∙ 𝑋 𝑛 − 𝑙 + 𝐵(𝑛)


Introducción



Diversidad


Estimación de CFO :• Método de Moose

• Método Schmidl & Cox


Potencia

tiempo

frecuencia

OFDMA

OFDMAUsuario 1

Usuario 2

Usuario U





Introducción



Diversidad



Diversidad Temporal

Diversidad Frecuencial

Diversidad Espacial - MIMO

Diversidad

Diversidad temporal: Multiples trayectos, entrelazamiento, FEC

Introducción



Diversidad



Diversidad Temporal



Diversidad

Diversidad frecuencial: OFDM, espectro expandido

Introducción



Diversidad



Diversidad Temporal



Diversidad

Diversidad espacial: STBC, MIMO

Introducción



Diversidad



Sistemas de 5G

Incremento en el número de usuarios y de aplicaciones de los

sistemas inalámbricos

La demanda del aumento de la tasa de transmisión continua

Los sistemas de 4G nos brindan un ancho banda importante

Introducción



Diversidad


Introducción

Acceso dinámico al espectro

WiGig y LTE-U



Sistemas convencionales: bandas de frecuencias estáticas y predeterminadas

5/23


transmisor convencionalcanal de

propagación receptor convencional

bits Tx 1 bits Rx 1

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U

Comunicaciones Inalámbricas FIE-UTP Dr. Héctor E. Poveda P.107


Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U



Sistemas de radio inteligencia : nueva tecnología utilizada para mejorar el uso del

espectro de frecuencias.

mundo

exterior

observar

decidir

actuar

aprender

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U



actuar

Sin embargo, al mismo tiempo hay una infrautilización de este espectro de

frecuencias. Existen bandas de frecuencias asignadas cuyo porcentaje de

utilización es bajo

[1] Nokia Research Center, Cognitive Radio.

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U



5/23



propagación receptor convencional

bits Tx 1 bits Rx 1

Potencia

frecuencia

tiempo

Usuario primario

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U



5/23



propagaciónreceptor convencional

bits Tx 1 bits Rx 1

Potencia

frecuencia

tiempo

Usuario primario

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U



5/23

TI RIbits Tx 2 bits Rx 2

canal

2TC canal

1RC

bits Tx 1 bits Rx 1

Potencia

frecuencia

tiempo

Usuario primario

Usuario secundario

“Spectrum Sensing”: Determinar las bandas de frecuencias libres

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U




canal

2TC RC

bits Tx 1 bits Rx 1

técnica

de acceso

𝑅1 𝑛

conversión

bit/símbolo

𝑋1(𝑛)

RCcanal

1

bits Tx 1 bits Rx 1

canal

1

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U




canal

2TC RC

bits Tx 1 bits Rx 1

técnica

de acceso

𝑅1 𝑛

conversión

bit/símbolo

𝑋1(𝑛)

RCcanal

1

técnica

de acceso

𝑅2(𝑛)

conversión

bit/símbolo

𝑋2(𝑛)

RIcanal

2

bits Tx 1 bits Rx 1

bits Rx 2bits Tx 2

canal

1

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U




canal

2TC RC

bits Tx 1 bits Rx 1

técnica

de acceso

𝑅1 𝑛 = 𝑓11 𝑛 + 𝑓21 𝑛 + 𝐵1(𝑛)

conversión

bit/símbolo

𝑋1(𝑛)

RCcanal

1

técnica

de acceso

𝑅2(𝑛) = 𝑓12 𝑛 + 𝑓22 𝑛 + 𝐵2(𝑛)

conversión

bit/símbolo

𝑋2(𝑛)

RIcanal

2

bits Tx 1 bits Rx 1

bits Rx 2bits Tx 2

𝑓11 𝑛 = 𝑓(𝑋11 𝑛 , ℎ11(𝑛))

𝑓21 𝑛 = 𝑓(𝑋2 𝑛 , ℎ21(𝑛))

𝑓11 𝑛 = 𝑓(𝑋11 𝑛 , ℎ21(𝑛))

𝑓21 𝑛 = 𝑓(𝑋2 𝑛 , ℎ21(𝑛))

canal

1

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U




canal

2TC RC

bits Tx 1 bits Rx 1

técnica

de acceso

𝑅1 𝑛 = 𝑓11 𝑛 + 𝑓21 𝑛 + 𝐵1(𝑛)

conversión

bit/símbolo

𝑋1(𝑛)

RCcanal

1

técnica

de acceso

𝑅2(𝑛) = 𝑓12 𝑛 + 𝑓22 𝑛 + 𝐵2(𝑛)

conversión

bit/símbolo

𝑋2(𝑛)

RIcanal

2

bits Tx 1 bits Rx 1

bits Rx 2bits Tx 2

𝑓11 𝑛 = 𝑓(𝑋11 𝑛 , ℎ11(𝑛))

𝑓21 𝑛 = 𝑓(𝑋2 𝑛 , ℎ21(𝑛))

𝑓11 𝑛 = 𝑓(𝑋11 𝑛 , ℎ21(𝑛))

𝑓21 𝑛 = 𝑓(𝑋2 𝑛 , ℎ21(𝑛))

canal

1

Codificac.

de canal

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U


WiGig y LTE- U

Introducción



Diversidad


Introducción


WiGig y LTE-U

presentación de powerpoint - páginas personales de ... · tv digital evolución de las...

Documents