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UNIVERSIDAD POLITECNICADE MADRID

ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DETELECOMUNICACION

GRADO EN INGENIERIA DE TECNOLOGIAS Y SERVICIOSDE TELECOMUNICACION

Caracterizacion del canal de propagacion para entorno deinteriores en bandas milimetricas.

ANA MARTINEZ MARTINENERO 2020

TRABAJO FIN DE GRADO

Tıtulo: Caracterizacion del canal de propagacionpara entorno de interiores en bandasmilimetricas

Autor: Ana Martınez Martın

Tutor: Luis Mendo Tomas

Grupo de investigacion: Grupo de Tecnologıas de la Informaciony las Comunicaciones

Departamento: Senales, Sistemasy Radiocomunicaciones

Tribunal:

Presidente:

Vocal:

Secretario:

Suplente:

Fecha de lectura:

Calificacion:

Agradecimientos

En primer lugar quiero agradecer a mis padres, Andres Martınez yRaquel Martın, y a mis hermanas, Cecilia Martınez y Laura Martınez elapoyo recibido durante, no solo la realizacion del proyecto, sino a lo largo detodo el grado.

Agradecer a mi tutor, Luis Mendo Tomas y a Domingo Pimienta del Vallepor la atencion recibida a lo largo de todo el proyecto, mostrando interes enel y proporcionandome la ayuda necesaria.

Tambien quiero agradecer a mi companero, Andres Delgado, con el quehe realizado las medidas para la realiacion de este proyecto, pudiendo contarcon su ayuda y apoyo, y a Sergio Hernandez, por su atencion durante todala realizacion del trabajo.

Por ultimo, quiero agradecer a todas las personas que han estado presentesa lo largo de estos anos a mi lado, haciendo un poquito mas facil el dıa a dıa.

Gracias

iii

Resumen

Con el avance de las nuevas tecnologıas y la necesidad de un mayor numerode conexiones de dispositivos, se esta desarrollando una nueva generacion5G. Esta nueva generacion se esta desplegando hasta ahora para bandas dehasta los 3,5 (GHz) principalmente. De todas maneras, en el futuro, el 5G seimplementara en las bandas milimetricas, es decir, bandas cuya longitud deonda es del orden de milımetros. Estas bandas van entre los 30 y 300 (GHz).Para ello, en el Trabajo Fin de Grado presentado, se realiza el estudio de lasperdidas de propagacion de las senales en estas bandas, ası como el ajuste demodelos de propagacion en funcion de las medidas obtenidas.

Este trabajo se ha desarrollado dentro del Departamento de Senales, Sis-temas y Radiocomunicaciones (SSR) de la Universidad Politecnica de Ma-drid, en el edificio C de la Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de Tele-comunicaciones.

El estudio se ha realizado para la banda de 32 (GHz). En este departa-mento se dispone de experiencia previa de proyectos anteriores en las bandasde 26 y 39 (GHz). Ademas, se realizaran estudios para dos casos diferentes:medidas realizadas con vision directa (LOS) y para medidas realizadas sinvision directa (NLOS). Tambien se hara una comparacion de los resultadosobtenidos de las bandas de 26, 32 y 39 (GHz).

Para la realizacion de las medidas se ha hecho uso de dos carritos moviles,donde se encontraban el emisor y el receptor. Esta libertad de movimientode los sistemas permite la realizacion de las medidas para los dos diferentescasos bajo estudio. Una vez se han realizado las medidas, se procesaran losdatos mediante scripts implementados en MATLAB y se obtendran, por unlado, las perdidas de propagacion a la frecuencia de 32 (GHz) en funcion dela distancia, y por otro, se ajustaran algunos modelos seleccionados para elcalculo de estas perdidas. Este ajuste se ha realizado para diferentes modelos,dependientes de la distancia o de la distancia y frecuencia.

Con este proyecto, se quiere contribuir al estudio para el despliegue deesta nueva generacion para el caso de interiores.

Palabras clave: Bandas milimetricas, LOS, NLOS, MATLAB, perdidasde propagacion, modelos, 5G, nueva generacion.

v

Abstract

With the advancement of new technologies and the need for more deviceconnections, a new generation 5G is being developed. This new generationis being deployed so far for bands up to 3.5 (GHz) mainly. However, in thefuture, 5G will be implemented in the millimeter bands, that is bands withwavelengths in the order of millimeters. These bands are between 30 and300 (GHz). To this end, in the End of Degree Project presented, the study ofsignal propagation loss in these bands is carried out, as well as the adjustmentof propagation models according to the measurements obtained.

This work has been developed within the Department of Signals, Systemsand Radiocommunications (SSR) of the Polytechnic University of Madrid, inthe C building of the ETSIT.

The study has been carried out for the 32 (GHz) band. This departmenthas previous experience from previous projects in the 26 and 39 (GHz) bands.In addition, studies will be carried out for two different cases: measurementsmade with Line-Of-Sight (LOS) and for measurements made with Non-Line-Of-Sight (NLOS). A comparison of the results obtained from the 26 32 and39 (GHz) bands will also be made.

Two mobile trolleys were used to carry out the measurements, where thetransmitter and the receiver were located. This freedom of movement of thesystems allows the realization of the measurements for those cases. Once themeasurements have been carried out, the data will be processed using scriptsimplemented in MATLAB. There will be obtained the propagation loss at thefrequency of 32 (GHz) as a function of the distance, and also, some selectedmodels will be adjusted for the results obtained. This adjustment has beenmade for different models, depending on the distance or on the distance andfrequency.

With this project, we want to contribute to the study for the deploymentof this new generation for indoor cases.

Keywords: Millimeter wave bands, LOS, NLOS, MATLAB, propagationloss, models, 5G, new generation.

Indice general

Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

1. Introduccion 1

1.1. Objetivos del trabajo fin de grado . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. Importancia del trabajo fin de grado . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1. Las tecnologıas de la comunicacion . . . . . . . . . . . 2

1.2.2. Organizacion del TFG . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Modelos y caracterısticas de los sistemas 5G 7

2.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.1. Caso LOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.1.2. Caso NLOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2. Modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.1. Modelo CI y CIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.2. Modelo FI y ABG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

vii

INDICE GENERAL viii

3. Descripcion de los equipos y programas utilizados 11

3.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2. Equipo transmisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.2.1. Generador de senal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.2.2. Multiplicador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2.3. Conmutador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2.4. Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2.5. Otros equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2.6. Ordenador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3. Equipo receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3.1. Generador de senal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3.2. Multiplicador de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3.3. Sistema downconverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3.4. Atenuador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3.5. Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3.6. Amplificador de ganancia constante de RF . . . . . . . 24

3.3.7. Amplificador de ganancia variable de RF . . . . . . . . 24

3.3.8. Osciloscopio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3.9. Otros equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4. Otros instrumentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.4.1. Webcam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.4.2. Metro laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5. Programas utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5.1. TeamViewer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

INDICE GENERAL ix

4. Procedimientos de medidas y su procesado. 30

4.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.2. Proceso para la realizacion de las medidas . . . . . . . . . . . 30

4.2.1. Procedimiento de encendido y configuracion del equi-pamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.2. Proceso de captura de los datos . . . . . . . . . . . . . 34

4.3. Proceso de calibracion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.3.1. Caso LOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.3.2. Caso NLOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.4. Procesado de las medidas y ajuste de los modelos . . . . . . . 38

4.4.1. Proceso de diezmado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.4.2. Procesado de los datos recogidos . . . . . . . . . . . . . 39

4.4.3. Obtencion de las perdidas de propagacion . . . . . . . 39

4.4.4. Ajuste de los modelos de interes . . . . . . . . . . . . . 40

5. Perdidas de propagacion y ajustes de modelos 42

5.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.2. Constante de calibracion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.3. Perdidas de propagacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.4. Ajuste de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.4.1. Caso LOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.4.2. Caso NLOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

6. Conclusiones 50

Bibliografıa 51

INDICE GENERAL x

A. Estructura, planificacion, lıneas futuras y tiempo del proyec-to 53

A.1. Estructura del TFG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

A.2. Planificacion en la realizacion del TFG . . . . . . . . . . . . . 54

A.3. Lıneas futuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

A.4. Tiempo dedicado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

A.4.1. Tiempo de medidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

A.4.2. Tiempo de diezmado y procesado . . . . . . . . . . . . 56

A.4.3. Tiempo de obtencion de los resultados . . . . . . . . . 57

B. Impactos del 5G 58

B.1. Impacto tecnologico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

B.2. Impacto socio-economico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

B.3. Impacto medioambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

C. Estudio economico 60

C.1. Costes de material y amortizacion . . . . . . . . . . . . . . . . 60

C.2. Costes de personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

C.3. Coste total del Trabajo de Fin de Grado . . . . . . . . . . . . 63

D. Comparacion con estudios anteriores 64

D.1. Comparacion LOS y NLOS a 32 GHz . . . . . . . . . . . . . . 64

D.2. Comparacion con estudios anteriores . . . . . . . . . . . . . . 65

Indice de figuras

1.1. Internet of Things. Fuente:[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2. Ancho de banda y latencia para nuevas aplicaciones. Fuente:[5] 5

3.1. Sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.2. Pasillo 4a Planta Edificio C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.3. Sistema Transmisor: Diagrama de bloques. . . . . . . . . . . . 13

3.4. Generador de senal N5173B ENG-X-513 . . . . . . . . . . . . 14

3.5. Conmutador WR28 W/G. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.6. Antena: Bocina piramidal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.7. Diagrama de radiacion: Antena piramidal. . . . . . . . . . . . 18

3.8. Sistema Receptor: Diagrama de bloques. . . . . . . . . . . . . 19

3.9. M9362AD01 PXIe Quad Downconverter . . . . . . . . . . . . 21

3.10. Atenuador SA40-15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.11. Antena: Bocina Omnidireccional. . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.12. Sistema Receptor: Diagrama de radiacion: Antena Omnidirec-cional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.13. Amplificador USB U7227F-8F. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.14. Amplificador M9352A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.15. Osciloscopio DSOS104A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.16. Chasis M9018A PXIe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

xi

INDICE DE FIGURAS xii

3.17. Instrumentos utilizados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.18. TeamViewer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.1. Medidas de distancias en caso NLOS. . . . . . . . . . . . . . 32

4.2. Ganancia del amplificador de ganancia configurable. . . . . . . 33

4.3. Configuracion del osciloscopio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.1. Perdidas de propagacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.2. Resultados de medidas a 32 GHz: Comparacion. . . . . . . . . 45

5.3. Ajuste de modelos: LOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.4. Ajuste de modelo ABG: LOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.5. Ajuste de modelos: LOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.6. Ajuste de modelo ABG: NLOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

A.1. Diagrama de estructura del TFG. . . . . . . . . . . . . . . . . 54

A.2. Planificacion temporal del Trabajo Fin de Grado. . . . . . . . 54

D.1. Perdidas de propagacion LOS y NLOS. . . . . . . . . . . . . . 64

D.2. Perdidas de propagacion LOS: Comparacion. . . . . . . . . . . 65

D.3. Perdidas de propagacion NLOS: Comparacion . . . . . . . . . 66

Glosario

CI Close-In free space reference distance

CIF Close-In free space reference distance with Frequency dependentpath loss exponent

eMBB enhanced Mobile Broadband

ETSIT Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de Telecomunicacion

FI Floating-Intercept

GTIC Grupo de Tecnologıas de la Informacion y las Comunicaciones

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

HSUPA High Speed Uplink Packet Access

IoT Internet of Things

IP Internet Protocol

LAN Local Area Network

LOS Line-Of-Sight

MIMO Multiple-input Multiple-output

mMTC massive Machine Type Communications

NLOS Non-Line-Of-Sight

SMS Short Messaging Service

SNR Signal-to-Noise Ratio

SSR Senales Sistemas y Radiocomunicaciones

UPM Universidad Politecnica de Madrid

xiii

Glosario xiv

URLLC Ultra Reliable Low Latency Communications

VGA Video Graphics Array

CAPITULO 1

Introduccion

1.1. Objetivos del trabajo fin de grado

Se trata de un proyecto realizado en el Departamento de Senales, Sistemasy Radiofrecuencia (SSR) de la Universidad Politecnica de Madrid.

El trabajo fin de grado expuesto trata de la caracterizacion experimentaldel canal de propagacion en espacios de interiores en bandas milimetricas ala frecuencia de 32 (GHz). Para ello, se utilizara el pasillo de la 4a planta deledificio C de la Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de Telecomunicacionde la UPM, Madrid.

La caracterizacion de dicho canal se realizara para dos casos:

El primero de ellos, caso con vision directa (LOS) se realizara a lo lar-go de todo el pasillo, cuya longitud es aproximadamente 60 metros,trantandose de un pasillo recto, con algunos obstaculos (armarios, pa-peleras, etc.).

El segundo de los casos a tratar, sera sin vision directa (NLOS), cu-yas medidas se realizaran en el mismo pasillo, doblando la esquina, yconstara de obstaculos al igual que en el caso anterior.

Dichas medidas se realizaran usando dos carritos moviles, donde se situanel transmisor y el receptor, que quedaran detallados en el Capıtulo 3.El departamento dispone del equipamiento y programas necesarios para surealizacion, ası como de experiencia previa. Dicho equipamiento y programastambien se detallaran en el Capıtulo 3.

1

CAPITULO 1. INTRODUCCION 2

Una vez realizadas las medidas, estas se diezmaran, se procesaran y seobtendran las perdidas de propagacion correspondientes. Para ello, haremosuso de scripts implementados en MATLAB.

Finalmente, los resultados obtenidos se compararan con modelos empıri-cos de estudios anteriores (2.2) y se ajustaran para el caso de entorno deinteriores a la frecuencia de 32 GHz. Ademas, para los modelos dependientesde la frecuencia, se utilizaran los datos obtenidos en proyectos anteriores paralas bandas de 26 GHz para el caso LOS y 26 y 39 GHz para el caso NLOS.

1.2. Importancia del trabajo fin de grado

En los proximos anos, se preve el despliegue del 5G mas generalizado,haciendo uso tıpicamente de bandas de hasta 3,5 (GHz) [1]. En un futuro, el5G se implementara en las bandas milimetricas. Esto supone la necesidad dela caracterizacion del canal en distintos entornos, ası como del ajuste de losmodelos para las nuevas bandas empleadas.

1.2.1. Las tecnologıas de la comunicacion

A lo largo de los anos, con el desarrollo y avances tecnologicos, han idosurgiendo diferentes generaciones de comunicaciones moviles para cubrir lasnecesidades de la sociedad.

Generaciones

La primera generacion de telefonıa movil, 1G, a finales de los anos 70,tenıa su uso restringido a la voz. A principio de los anos 90 la telefonıa pasoa ser digital, dando pie a la segunda generacion, 2G. En esta generacion seconsigue la interconexion de las redes, moviles mas ligeros y portatiles, men-sajerıa movil (SMS) y se consiguo una mayor velocidad de datos (56Kbps).A finales de los anos 90 surgio la tercera generacion, 3G, que tenıa acce-so a internet movil, consiguiendo mayor numero de conexiones respecto al2G, mayor calidad y mayor velocidad de datos, pudiendo llegar hasta los 14(Mbps) con la teconlogıa HSDPA/HSUPA. La cuarta generacion, en los anos2000, aumenta la velocidad de transmision pudiendo llegar a 1 (Gbps). Fi-nalmente, con la quinta generacion se pretende dar una velocidad hasta 100veces mayor respecto al 4G, un mayor ancho de banda para la transmisionde datos, una mayor calidad y una menor latencia (reducirla hasta 1 ms).


Tecnologıas de 5G

Con la 5G se pretende abarcar [2]:

eMBB: Necesidad de mayor tasa binaria.

URLLC: Un retardo muy pequeno y una alta fiabilidad.

mMTC: Conexion masiva de dispositivos con baja tasa binaria

Para ello, se necesitaran redes con un ancho de banda suficientementegrande para poder transmitir la cantidad de datos que los dispositivos envıen,con una alta tasa de velocidad de bajada y un retardo mınimo.

Como podemos observar en la figura (1.1), se espera que para el ano 2020se alcancen los 29.000 millones de dispositivos conectados a internet.

Figura 1.1: Internet of Things. Fuente:[3]

Para poder hacer frente a este crecimiento de la transmision de informa-cion, se debe producir un cambio en las redes, que haran uso de frecuenciaspor encima de los 3 GHz para tener un mayor ancho de banda y mayorvelocidad de transmision.

El Incremento de la frecuencia utilizada tiene un gran inconveniente: lapotencia recibida disminuye con la frecuencia, por lo que aumentan las perdi-das (mala propagacion, menor cobertura). Para las frecuencias utilizadas en


5G, este incremento debera ser compensado con las ganancias de las antenas(tanto la transmisora como la receptora) (beamforming).

La 5G debe conseguir los siguientes aspectos [4]:

Mayor capacidad para comunicaciones masivas

Gran ancho de banda

Velocidades de 10 Gb/s (velocidad entre 10 y 100 veces mayor que laconseguida con 4G)

Conseguir una latencia practicamente nula (1ms)

99, 999 % de disponibilidad

Reduccion del consumo electrico un 90 %

Aplicaciones en el futuro del 5G

En el futuro, la tecnologıa 5G hara uso de las bandas milimetricas. Dichasbandas son aquellas que tienen una longitud de onda (λ) de milımetros (1.1).

λ(m) =c

f=

3 · 108

f(1.1)

con lo que se trata de bandas milimetricas para frecuencias del orden dedecenas de GHz.

Gran parte de las aplicaciones que se pretenden abarcar se pueden ofrecercon las redes actuales. Aun ası, en el futuro, con la llegada del 5G en bandasmilimetricas, se conseguira una menor latencia y mayor ancho de banda quepermitira abrir el abanico a otras aplicaciones, como se puede observar en lafigura (1.2).

1.2.2. Organizacion del TFG

Este proyecto se va a descomponer en 5 secciones donde se detallaran lossiguientes aspectos:

1. En primer lugar se realizara una breve explicacion de los diferentesmodelos que se utilizaran para el posterior calculo de perdidas de pro-pagacion en la banda de 32 (GHz).


Figura 1.2: Ancho de banda y latencia para nuevas aplicaciones. Fuente:[5]


2. Posteriormente, se detallara el equipamiento necesario que ha sido uti-lizado para la realizacion de las medidas del proyecto. Ademas del equi-pamiento, tambien se expondran los programas de simulacion utiliza-dos.

3. En tercer lugar, se explicara el procedimiento seguido durante la reali-zacion de las medidas, ası como el procesado de estas para la obtencionde los datos para ambos casos.

4. Finalmente, se realizara el ajuste de los modelos anteriormente presen-tados, mostrando los resultados obtenidos y los ajustes de los parame-tros de dichos modelos.

5. Tras obtener los resultados, se realizara una breve conclusion.

CAPITULO 2

Modelos y caracterısticas de los sistemas 5G

2.1. Introduccion

En esta seccion se van a introducir los aspectos teoricos previos a larealizacion del TFG. Para ello, se describiran brevemente los modelos deestudios anteriores para la caracterizacion de las perdidas de propagacion,diferenciando entre los dos casos tratados: LOS y NLOS

2.1.1. Caso LOS

Se trata de la caracterizacion de las perdidas de propagacion cuando existevision directa entre el transmisor y el receptor.

Al estar ambos carritos enfrentados sin obstaculos entre ambas antenas,se recibira, principalmente, la potencia del rayo directo. A pesar de ello, altratarse de un pasillo, tambien se recibe potencia debido a las reflexionesy difracciones tanto en las paredes como en los obstaculos (armarios, pa-peleras...), llegando con una potencia mucho menor que la del rayo directo.Ademas, dependiendo de la fase con la que llegue al receptor, la senal debida ala reflexion/difraccion podra ser una contribucion constructiva o destructiva.

A pesar de ello, al recibir una potencia mucho mayor del rayo directo, setrata de un canal poco variable, independientemente del entorno.

7

CAPITULO 2. MODELOS 8

2.1.2. Caso NLOS

Al contrario que en el caso anterior, no existe vision directa entre eltransmisor y el receptor.

Con ello, la potencia total recibida es debida a las componentes de refle-xion y difraccion, es decir, no hay rayo directo, por lo que la potencia recibidatotal sera menor que en el caso de LOS. Ademas, al igual que se ha men-cionado anteriormente, las componentes recibidas pueden ser constructivas odestructivas dependiendo de la fase con la que lleguen.

Al ser componentes debidas a reflexion/difraccion, se trata de un canalque tiene grandes variaciones dependiendo de la posicion en la que se en-cuentra en un entorno y de la frecuencia (desvanecimiento).

2.2. Modelos

Los modelos de estudio para la caracterizacion de las perdidas de propa-gacion son los denominados Large-scale-fading.Hay tres modelos basicos para predecir estas perdidas en funcion de la dis-tancia para las frecuencias en bandas milimetricas: Close-In free space fre-quency distance (CI), Close-In free space frequency distance with a frequency-weighted (CIF) y Foating intercet (FI), tambien conocido como ABG mo-del.[6]

Para los dos casos introducidos anteriormente, se procede a presentarlos estudios mencionados para entorno de interiores que se utilizaran parala posterior caracterizacion del canal en la banda milimetrica de 32 (GHz)(apartado 5.4).

2.2.1. Modelo CI y CIF

Este modelo calcula las perdidas de propagacion en funcion de la distancia(2.1). A pesar de ello, este modelo depende en cierta parte de la frecuencia,teniendola en cuenta en el calculo de las perdidas en espacio libre (FSPL),que se calculan (en este caso) a la frecuencia de 32 GHz, para una distanciade 1 metro.

PLCI(fc, d)[dB] = FSPL(fc, 1[m]) + 10 · n · log(d

1[m]) +XσCI (2.1)


El modelo CIF anade respecto al modelo anterior la dependencia con lafrecuencia y se expresa de la siguiente manera (2.2):

PLCIF (fc, d)[dB] = FSPL(fc, 1[m]) + 10 ·n · (1 + b · fc − f0f0

) log(d

1[m]) +XσFI

(2.2)

PLCI/FI: Son las perdidas de propagacion que se quieren obtener parala frecuencia de 32 GHz en funcion de la distancia.

FSPL: Se trata de las perdidas en espacio libre. Estas perdidas son de-pendientes de la frecuencia a una distancia de 1 metro. Dichas perdidasse calculan de la siguiente manera:

FSPL(fc, 1[m])[dB] = 92, 45 + 20 · log(fc[GHz]) (2.3)

n: Este factor muestra la dependencia de las perdidas de propagacioncon la distancia.

fc: Es la frecuencia central de la banda de estudio en GHz.

d: Es la distancia total que hay entre ambos sistemas.

X: Representa las fluctuaciones existentes en las perdidas. Se trata deuna variable aleatoria gaussiana con desviacion tıpica σ y media nulaen el caso de realizar un ajuste correcto.

2.2.2. Modelo FI y ABG

El modelo FI calcula las perdidas de propagacion ajustando dos coeficien-tes, siendo unicamente dependiente de la distancia (2.4).

PLFI(fc, d)[dB] = 10 · α · log(d) + β +XσFI (2.4)

El modelo ABG, anade a este modelo anterior otro coeficiente, anadiendo ladependencia con la frecuencia (2.5).

PLABG(fc, d)[dB] = 10 · α · log(d) + β + 10 · γ · log(fc) +XσABG (2.5)

PL: Perdidas de propagacion.

α: Representa la pendiente en funcion de la distancia.


d: Es la distancia total que hay entre ambos sistemas.

β: Representa un offset en dB (fija la ordenada en el orgien).

γ: Reperesenta la dependencia de las perdidas con la frecuencia.

fc: Es la frecuencia central de la banda de estudio en GHz.

X: Muestra las fluctuaciones existentes en las perdidas. Se trata de unavariable aleatoria gaussiana con desviacion tıpica σ y media nula en elcaso de realizar un ajuste correcto.

CAPITULO 3

Descripcion de los equipos y programas

utilizados

3.1. Introduccion

En esta seccion se detallaran los sistemas de transmision y recepcion uti-lizados para la realizacion de las medidas del proyecto.Con ello, se detallaran los programas utilizados para el procesado y la simu-lacion de los datos obtenidos.

El departamento del SSR disponıa previamente del equipamiento necesa-rio y experiencia previa. El equipamiento consta de dos sistemas (3.1): Unsistema transmisor y un sistema receptor. Cada sistema se encuentra mon-tado en un carrito desplazable, de tal manera que se pueden mover parapermitir la realizacion de medidas a diferentes distancias con facilidad, tantolas medidas realizadas con LOS y NLOS.

Las medidas se han realizado en el siguiente pasillo (3.2), del edificio C,4º planta, de la Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de Telecomunicacionde la UPM, Madrid. El pasillo utilizado para la realizacion de las medidasdel caso LOS tiene una longitud de 60 metros. Para el caso NLOS, ademas,se utilizo el pasillo a la vuelta de la esquina, cuya longitud es de unos 20metros.

En la Tabla 3.1 se muestra el rango de frecuencias tratado para el estudioen la banda milimetrica de 32 (GHz).

Como puede verse en la tabla anterior, la diferencia de frecuencia deloscilador y la de la senal transmitida es fija para conseguir una frecuenciaintermedia de 11,4 (MHz).

11

CAPITULO 3. EQUIPOS Y PROGRAMAS 12

(a) Sistema Transmisor. (b) Sistema Receptor.

Figura 3.1: Sistemas

(a) Pasillo Largo Edificio C. (b) Pasillo Corto Edificio C.

Figura 3.2: Pasillo 4a Planta Edificio C.


Frecuencia TX Frecuencia oscilador RX

32, 1114 (GHz) 32, 10 (GHz)32, 1314 (GHz) 32, 12 (GHz)32, 1514 (GHz) 32, 14 (GHz)32, 1714 (GHz) 32, 16 (GHz)32, 1914 (GHz) 32, 18 (GHz)32, 2114 (GHz) 32, 20 (GHz)32, 2314 (GHz) 32, 22 (GHz)32, 2514 (GHz) 32, 24 (GHz)

Tabla 3.1: Frecuencias.

A continuacion, se presentaran los siguientes sistemas y los componentesde los que consta, anadiendo toda la informacion de interes de los compo-nentes comerciales.

3.2. Equipo transmisor

El equipo transmisor es el sistema que envıa la senal sinusoidal de lacual mediremos la potencia recibida en el sistema receptor para el posteriorcalculo de perdidas de propagacion de la senal.

Para ello, esta compuesto por cuatro elementos que se pueden apreciaren la figura 3.3: Generador de senal, multiplicador, conmutador y antenas detransmision, que se detallaran mas adelante.

Figura 3.3: Sistema Transmisor: Diagrama de bloques.

Dicho equipo es el que se ha ido moviendo respecto al sistema receptorpara la realizacion de medidas a diferentes distancias, al ser el carrito demejor manejo.


Finalmente, cabe mencionar que el sistema receptor se ha manejado porel usuario a traves de este sistema mediante el uso del TeamViewer, definidoen el apartado 3.5.1

3.2.1. Generador de senal

El generador utilizado para la relizacion del proyecto es el N5173B ENG-X-513 (3.4) cuyas especificaciones [7] mas destacables quedan descritas en laTabla 3.2.

Especificacion Descripcion

Rango de frecuencias 9 (kHz) - 13 (GHz)Maxima potencia de salida 18dBmForma de senal (utilizada) SinusoidalImpedancia nominal de entrada 50 Ω

Tabla 3.2: Especificaciones: Generador de senal.

(a) (b)

Figura 3.4: Generador de senal N5173B ENG-X-513

Dicho generador genera una sinusoide a la frecuencia deseada establecida.Para ello, inicialmente se grabo en la memoria del generador de senal lafrecuencia de inicio y un salto de frecuencias fijo de 5 (MHz). Con ello, se vaaumentando sucesivamente para abarcar todo el rango de frecuencias para elestudio de la banda milimetrica de 32 (GHz).

La senal se genera a las frecuencias indicadas en la Tabla 3.3. Esta senalpasa posteriormente por el multiplicador de frecuencia, cubriendo ası toda labanda de interes (especificada anteriormente en la Tabla 3.1). Esto es debidoa que el generador de senal del que se dispone, no cubre la banda bajo estudio,por lo que se hace uso de un multiplicador, permitiendo ası poder utilizar elgenerador disponible del departamento.


Frecuencia generador TX Frecuencia generador RX

8, 02785 (GHz) 8, 025 (GHz)8, 03285 (GHz) 8, 030 (GHz)8, 03785 (GHz) 8, 035 (GHz)8, 04285 (GHz) 8, 040 (GHz)8, 04785(GHz) 8, 045 (GHz)8, 05285 (GHz) 8, 050 (GHz)8, 05785 (GHz) 8, 055 (GHz)8, 06285 (GHz) 8, 060 (GHz)

Tabla 3.3: Frecuencias generador.

3.2.2. Multiplicador

El multiplicador utilizado para cubrir la banda de frecuencias deseada esel MAX4M260400, cuyas especificaciones [8] mas relevantes quedan mostra-das en la Tabla 3.4


Rango de frecuencias de entrada 6, 5 (GHz) - 10 (GHz)Factor de multiplicacion 4Potencia mınima de entrada 10 (dBm)Potencia maxima de entrada 13 (dBm)Potencia maxima de salida 18 (dBm)

Tabla 3.4: Especificaciones: Multiplicador.

Para la realizacion del proyecto, se establecio una potencia de 10 (dBm)en el generador de senal, por lo que se encuentra en el rango de potencianecesario del multiplicador. Ademas, como se mostro en la Tabla 3.3, lasfrecuencias de entrada se encuentran dentro del rango del multiplicador.

3.2.3. Conmutador

El modelo del conmutador del que se disponıa es el WR28 W/G switchseries (3.5), cuyas especificaciones [9] mas relevantes se muestran en la Ta-bla 3.5

Para este estudio solo es necesaria una antena transmisora, por lo que elconmutador se encuentra conectado inicialmente a la bocina y no se realizara



Rango de frecuencia 26, 5 (GHz) - 40(GHz)VSWR 1,15 : 1 MAX, 1,10 : 1 TYPAislamiento 55 (dBm)Perdidas de insercion 0, 15(dB)Tiempo de conmutacion 50(ms)

Tabla 3.5: Especificaciones: Conmutador.

Figura 3.5: Conmutador WR28 W/G.


la conmutacion a la antena omnidireccional. Este elemento se encuentra enel equipamiento debido a que este sistema transmisor ha sido utilizado enproyectos anteriores para estudios de tipo MIMO, donde sı era necesariodicho componente.

3.2.4. Antenas

El sistema transmisor consta de dos antenas, como se ha mostrado en eldiagrama de bloques (3.3): Una de ellas de tipo bocina, y la otra de tipoomnidireccional.

Para el estudio de las perdidas de propagacion para casos LOS y NLOS,se utilizara unicamemnte la antena de tipo bocina piramidal ya que, como seha mencionado en el apartado anterior, la antena omnidireccional se utilizapara el estudio de tipo MIMO.

La antena de tipo bocina escogida es la QSH-SL-26-40-K-20 , (3.6) cuyascaracterısticas [10] mas relevantes quedan recogidas en la Tabla 3.6 y cuyadirectividad viene mostrada en la figura (3.7)


Rango de frecuencia 26, 5 (GHz) - 40 (GHz)VSWR Typically < 1,3 : 1Ganancia 17,7 (dBi) - 20,9 (dBi)Factor de antena 41 (dB/m) -41,4 (dB/m)Ancho de haz (3dB) 14°- 22°Tamano maximo 37 (mm) × 29 (mm) (apertura externa)

× 100 (mm) (largo)

Tabla 3.6: Especificaciones: Bocina.

Esta antena se utilizara para la calibracion (apartado 4.3) del sistema.Esta calibracion se realizara a una distancia a la que se puede suponer campolejano. Para poder calcular esta distancia, sera necesario saber la aperturade la bocina. Ademas cabe destacar que el rango de frecuencias de la bandabajo estudio esta dentro del rango de frecuencias de trabajo de dicha antena.

3.2.5. Otros equipos

El sistema transmisor tambien cuenta con un equipo auxiliar para larealizacion de las medidas, que quedara descrito a continuacion.


(a) (b)

Figura 3.6: Antena: Bocina piramidal.

(a) 30 (GHz) (b) 34 (GHz)

Figura 3.7: Diagrama de radiacion: Antena piramidal.


3.2.6. Ordenador

Mediante el ordenador del transmisor, se ha manejado el generador defunciones de los dos sistemas. Se trata de un ordenador portatil Axus del quese disponıa en el departamento del SSR.

Para el caso del transmisor, el generador se conectaba a dicho equipomediante una conexion LAN, obteniendo la interfaz del generador en el na-vegador. En el caso del generador del receptor, este es controlado mediantedicho equipo a traves del TeamViewer (apartado 3.5.1).

3.3. Equipo receptor

En el sistema receptor, se capta la senal que transmite el sistema receptory la captura a traves del oscilocopio, donde se puede ver la potencia de lasenal recibida.

Dicho sistema esta compuesto por los elementos mostrados en el diagrama3.8: Generador de senal, multiplicador, atenuador, dos antenas de recepcion,dos amplificadores de ganancia constante, un sistema downconverter, dosamplificadores de ganancia configurable y un osciloscopio, que se detallaranmas adelante.

Figura 3.8: Sistema Receptor: Diagrama de bloques.


El sistema receptor ha sido manejado a traves del sistema transmisor, atraves de TeamViewer. Este equipo tambien esta montado sobre un carritodesplazable. A pesar de ello, este carrito se posicionaba cada dıa al inicio enuna posicion y permanecıa quieto, moviendo el transmisor, debido a que esmas pesado.

3.3.1. Generador de senal

El generador de senal del sistema receptor es el mismo modelo que el delsistema transmisor, por lo que no se volvera a especificar. Se pueden consultarsus especificaciones en el apartado (3.2.1).

En el caso del receptor, este generador de senal genera una senal OL. Estasenal se utilizara para trasladar la senal recibida del transmisor a la frecuenciaintermedia establecida mediante el sistema downconverter, detallado en elapartado 3.3.3. Este se configurara igual que el generador de senal del sistematransmisor con una diferencia de valor igual a la frecuencia intermedia.

3.3.2. Multiplicador de frecuencia

El multiplicador de frecuencia ×4 es el mismo que el utilizado para elsistema transmisor, por lo que sus especificaciones se pueden consultar en elapartado 3.2.2

3.3.3. Sistema downconverter

Se hace uso de un downcoverter tipo M9362A-D01 PXIe Quad Downcon-verter (3.9), cuyas especificaciones [11] mas relevantes quedan definidas en laTabla 3.7.

La senal recibida del equipo transmisor se quiere trasladada a la frecuenciaintermedia. Para ello se utiliza dicho sistema.

Como se aprecia en sus especificaciones mostradas, este sistema tiene unamaxima potencia de entrada de 4 (dBm) por lo que sera necesario el uso deun atenuador (apartado 3.3.4) para limitar la potencia del generador de senaldel receptor y cumplir ası las especificaciones del componente.

Finalmente mencionar que el sistema downconverter se encuentra dentrodel chasis (apartado 3.3.9).



Rango de frecuencia RF: 0,01 a 26,5 (GHz)LO: 0,01 a 26,5 (GHz)IF: 0,01 a 1.5 (GHz)

Maxima potencia de entrada RF: 10(dBm) (26,5 a 50 (GHz))LO: 4 (dBm) (26,5 a 50 (GHz))

Eficiencia de conversion −10 a −25 (dB) (26,5 a 50 (GHz))Aislamiento entre canales < −55 (dB) (26,5 a 50 (GHz))

Tabla 3.7: Especificaciones: Downconverter F50.

(a) (b)

Figura 3.9: M9362AD01 PXIe Quad Downconverter


3.3.4. Atenuador

El atenuador utilizado es del tipo SA40-15,(3.10) cuyas especificacionesmas relevantes son las mostradas en la Tabla 3.8.


Rango de frecuencias 0 − 40 (GHz)Atenuacion 10 (dB)Precision ±0,5 - ±1

Tabla 3.8: Especificaciones: Atenuador.

Figura 3.10: Atenuador SA40-15.

Con dicho atenuador se consigue la potencia de entrada requerida para elsistema downconverter mostrado anteriormente.

3.3.5. Antenas

El sistema receptor consta de dos antenas, tal y como ha quedado definidoen el diagrama de bloques: Una antena tipo bocina piramidal y una tipoomnidireccional.

Ambas antenas son iguales tanto en el transmisor como en el receptor. Apesar de ello, como se menciono en el apartado de antenas del transmisor,dicho sistema unicamente hacıa uso de la antena tipo bocina. En el caso delreceptor, ambas antenas reciben la senal del transmisor y se utilizan para elcalculo de las perdidas de propagacion, obteniendo en el osciloscopio (3.3.8)un resultado para el canal 1 (antena tipo bocina) y otro para el canal 2(antena tipo omnidireccional). Es decir, la senal se transmite desde el sistematransmisor a traves de la antena tipo bocina y se recibe la senal mediante lasdos antenas del receptor.

La antena tipo bocina piramidal quedo definida en el apartado (3.2.4),por lo que se procede a la especificacion de la antena tipo omnidireccional.

La antena omnidireccional escogida es la QOM-SL-26-40-K-SG-R , (3.11)cuyas caracterısticas [12] mas relevantes quedan recogidas en la Tabla 3.9 ycuya directividad viene mostrada en la figura (3.12)



Rango de frecuencia 26 (GHz) - 40 (GHz)VSWR < 2,0 : 1Ganancia 2 (dBi) - 4 (dBi)Tamano maximo (diametro) 46 (mm)

Tabla 3.9: Especificaciones: Bocina Omnidireccional.

(a) (b)

Figura 3.11: Antena: Bocina Omnidireccional.

Figura 3.12: Sistema Receptor: Diagrama de radiacion: Antena Omnidirec-cional.


3.3.6. Amplificador de ganancia constante de RF

El sistema receptor consta de dos amplificadores de ganancia constantedel tipo USB U7227-8F, (3.13) cuyas especificaciones [13] quedan definidasen la Tabla 3.10.


Rango de frecuencia 2 (GHz) - 50(GHz)Ganancia 24 (dB)Figura de ruido < 8 (dB) (4 a 40 (GHz))VSWR 2, 265SWR entrada > 8(dB) (2 (GHz) a 40(GHz))SWR salida > 8(dB) (26,5 a 40 (GHz))

Tabla 3.10: Especificaciones: Amplificador de ganancia constante.

(a) (b)

Figura 3.13: Amplificador USB U7227F-8F.

El sistema receptor cuenta con estos dos amplificadores de ganancia cons-tante a la salida de las antenas del receptor para mejorar la relacion SNR dela senal recibida del transmisor.

3.3.7. Amplificador de ganancia variable de RF

La senal amplificada y trasladada a la frecuencia intermedia pasa porun amplificador de ganancia variable (3.14), del modelo M9352A, con lassiguientes especificaciones [14] (3.11)



Rango de frecuencias 10 (MHz) a 1 (GHz)Ancho de banda 1 (GHz)Maxima potencia de entrada 5 - 36 (dB)Eficiencia de conversion 3 (dB)Aislamiento entre canales 60 (dB)

Tabla 3.11: Especificaciones: Amplificador de ganancia variable.

(a) (b)

Figura 3.14: Amplificador M9352A.


Dichos amplificadores se encuentran antes de la entrada de la senal alosciloscopio. Esto es debido a que es conveniente aumentar la potencia de lasenal que se va a introducir en este para poder ver una potencia suficiente-mente apreciable en el osciloscopio. La ganancia de estos amplificadores esvariable y habra que configurarla en el encendido del equipamiento.

Estas ganancias establecidas para los diferentes casos estaran dentro delrango de ganancias que soportan los amplificadores de ganancia variable.

Este componente, se encuentra dentro del chasis (3.16).

3.3.8. Osciloscopio

Finalmente, la senal resultante se visualiza mediante el uso de un oscilos-copio. El sistema receptor consta de un osciloscopio DSOS104A, (3.15) cuyascaracterısiticas [15] destacables se especifican en la Tabla 3.12:


Canales 4Ancho de banda 1 (GHz)Tasa de muestreo maxima 20 (Gmuestras/s)Figura de ruido 14 (dB)Sensibilidad −160 (dBm/Hz)Resolucion en tiempo 1 (ps)Resolucion vertical 10 - 16 bitsSistema operativo Windows

Tabla 3.12: Especificaciones: Osciloscopio.

(a) (b)

Figura 3.15: Osciloscopio DSOS104A.

Una vez la senal llega al osciloscopio, esta se ve representada, pudiendoapreciar su potencia y el nivel de ruido recibido. En el caso estudiado, se


distinguen los dos canales: En el canal 1 quedara definida la senal recibidapor la antena tipo bocina y por el canal 2 la senal recibida por la antenaomnidireccional. Esta informacion se guarda en ficheros, con formato HDF5que, posteriormente, se procesan en MATLAB.

En el osciloscopio, ademas, se han diezmado los ficheros, mediante unprograma en MATLAB (4.4.1) realizado previamente, con el objetivo de re-ducir el tamano de los ficheros generados, obteniendo ficheros en formato.mat para el posterior procesado de los datos.

Ademas, el manejo del generador de senal del sistema receptor se realizabaa traves del osciloscopio.

3.3.9. Otros equipos

En el sistema receptor se ha hecho uso de otros equipos para la realizacionde las medidas. Estos equipos se detallaran a continuacion.

Chasis M9018A PXIe

El chasis utilizado en el sistema receptor es el M9018A PXIe [16] (3.16).Este consta del sistema downconverter (apartado 3.3.3) y del amplificadorde ganancia variable (apartado 3.3.7) detallados anteriormente.

Este chasis trabaja con una interfaz de tipo PCI para la configuraciondel amplificador de ganancia variable requerida. Finalmente, cabe mencionarque este equipo debe ser el primero en encender para que se detecten losmodulos internos mencionados anteriormente .

(a) (b)

Figura 3.16: Chasis M9018A PXIe.

Ordenador

El sistema receptor tiene ademas un ordenador para poder trabajar conuna interfaz tipo PCI.


3.4. Otros instrumentos

3.4.1. Webcam

Para la realizacion de las medidas NLOS, se ha situado una webcam (3.17)en el sistema receptor para poder ver desde el transmisor la actividad en elpasillo. De esta manera nos aseguramos de que las medidas realizadas sonvalidas.

3.4.2. Metro laser

Al tratarse de carritos moviles, estos se han ido moviendo para la rea-lizacion de medidas a diferentes distancias. Para el posterior procesado dedichas medidas, es necesario saber la distancia, tanto para el caso de LOScomo el de NLOS entre el sistema transmisor y el receptor. Para ello, se hahecho uso de un metro laser de alcance 100 metros (3.17). Con ello podemosobtener la distancia de forma precisa entre ambos sistemas.

(a) Webcam. (b) Metro laser

Figura 3.17: Instrumentos utilizados.

3.5. Programas utilizados

Durante la realizacion de las medidas se ha utilizado principalmente elTeamviewer, que sera detallado a continuacion.


Cabe mencionar que se ha utilizado un script realizado en MATLAB parael diezmado de los datos capturados, obteniendo finalmente un fichero .matpara su posterior procesado. Esta parte se detallara en el procesado de losdatos en el apartado 4.4.1, a pesar de haberse realizado en el osciloscopio ala vez que se realizaban las medidas.

3.5.1. TeamViewer

El Teamviewer (3.18) es un software que permite la asistencia remota aotro equipo en tiempo real. Esto se ha utilizado para el manejo del sistemareceptor a traves del sistema transmisor. Esto ha permitido realizar las medi-das por una sola persona simultaneamente, pudiendo cambiar las frecuencaisdel generador de funciones del sistema receptor y realizando las capturas delas medidas en el osciloscopio a traves del ordenador situado en el transmisorde manera instantanea.

Figura 3.18: TeamViewer.

CAPITULO 4

Procedimientos de medidas y su procesado.

4.1. Introduccion

En este capıtulo se va a profundizar en el procedimiento seguido para larealizacion de las medidas para el estudio de las perdidas de propagacion enla banda de 32 GHz para los dos casos bajo estudio: LOS y NLOS. Ambosestudios se expondran juntos, al seguir el mismo procedimiento para la ob-tencion de las medidas. Los aspectos en los que se diferencien se especificaranpor separado.

Inicialmente, se explicara el procedimiento de encendido del equipamientodetallado en el capıtulo anterior, seguido por la configuracion de los sistemas,el proceso de calibracion que se realizo al inicio del proyecto y metodo de cap-turas de los datos de interes, detallando el diezmado y el posterior procesadode los datos. Finalmente, se realizara el procesado de los datos para el pos-terior ajuste de los coeficientes de los modelos propuestos en el apartado 2.2para este proyecto.

4.2. Proceso para la realizacion de las medi-

das

Como se explico en el apartado 3.1, el entorno utilizado para la realiza-cion de las medidas es un pasillo con pocos obstaculos. Ademas, se ha tenidoprecaucion en realizar las medidas sin otros obstaculos entre el transmisor yel receptor, realizando las medidas en momentos sin trafico en el pasillo.

30

CAPITULO 4. PROCEDIMIENTOS 31

Por otro lado, antes de empezar cada dıa a realizar las medidas, se hacomprobado que las antenas (de cada sistema) estuvieran alineadas, al mis-mo nivel de manera que quedaran bien enfrentadas. Para ello, inicialmente,se enfrentaban ambos carritos y se colocaban adecuadamente, utilizando unnivel. Ademas, se ha comprobado periodicamente que las conexiones esta-ban bien apretadas ya que, de no ser ası, la atenuacion podrıa cambiar yla calibracion realizada al inicio no serıa valida. De esta manera, se fueronajustando si era necesario.

Ademas, hay que diferenciar la colocacion de los carritos para cada caso:

Caso LOS: Inicialmente, se han colocado ambos sistemas enfrentados yse han ido separando para la realizacion de las medidas a diferentes dis-tancias, procurando que las antenas quedaran siempre bien enfrentadas.

Caso NLOS: En este caso, tras comprobar lo anterior, se ha movido unode los sistemas a la vuelta de la esquina del mismo pasillo, procurandoque la direccion de apuntamiento entre las antenas de los sistemas seaperpendicular.

Una vez colocados los sistemas adecuadamente, se procede a la realizacionde las medidas. Para ello, el carrito del sistema transmisor se ha ido moviendo,midiendo en todo momento la distancia entre ambos sistemas mediante unmetro laser (3.4.2). En este caso, cabe diferenciar entre los casos de LOS yNLOS:

Caso LOS: La distancia entre ambos sistemas es directa, situandonosen el sistema transmisor y, mediante el metro laser, midiendo la dis-tancia hasta el sistema receptor.

Caso NLOS: En este caso, se han realizado las medidas de cada sistemaa una caja colocada en el pasillo, tal y como se muestra en la figura(4.1) de tal manera que:

1. Se ha medido la distancia del sistema receptor a la caja hastaobtener la distancia deseada. Tras situar este sistema, este ha per-manecido quieto durante las mediciones.

2. Se ha medido la distancia a la que se querıa comenzar del siste-ma transmisor a la caja. Posteriormente, este sistema se ha idomoviendo y se han ido midiendo continuamente estas distancias.


Con ello, podemos saber en todo momento las distancias entre ambossistemas, sumando la distancia a la que se ha situado el receptor respec-to la caja y las distancias a las que se ha ido situando el transmisor. Seha tenido especial cuidado en situar la caja siempre en el mismo sitio,para garantizar que las distancias han sido medidas siempre respecto ala misma referencia.

Figura 4.1: Medidas de distancias en caso NLOS.

4.2.1. Procedimiento de encendido y configuracion delequipamiento

Inicialmente se realiza el encendido del sistema receptor y su configuraciony posteriormente se enciende y configura el sistema transmisor.

Sistema Receptor

Como se menciono en el apartado 3.3.9, el primer equipo que se enciendees el chasis para que se detecten los modulos que tiene internos. Tras elencendido del chasis, se enciende el resto del equipamiento de dicho sistema(se debe comprobar que la fuente de alimentacion es aproximadamente de 15(V)).

Una vez encendido todo el equipamiento:


(a) Estudio LOS (b) Estudio NLOS

Figura 4.2: Ganancia del amplificador de ganancia configurable.

1. Se inicia sesion en el ordenador del sistema y se configura el amplificadorvariable mediante el Keysight Connection Expert, estableciendo unaganancia de 8 (dB) para el caso de LOS y de 39,5 para el estudio enNLOS (4.2)

2. Se conecta el teclado, raton y VGA al osciloscopio para manejarlo desdela pantalla del ordenador.

3. En el navegador web del osciloscopio, se introduce la direccion IP delgenerador de senales del receptor para acceder a su configuracion web.Despues, este se configura con las frecuencias deseadas. Para no reali-zar esta configuracion cada dıa de medicion, se introdujo la frecuenciainicial del receptor (8,025 (GHz)), un incremento de 5 (MHz) y una po-tencia de 10 (dBm) y se guardo, de tal manera que se establecıa todala configuracion necesaria al darle a User Preset. Se debe comprobarademas que el TeamViewer se esta ejecutando, para poder conectarlocon el sistema transmisor.

4. El osciloscopio se configura con Customize Multipurpose, de tal maneraque se puedan realizar medidas seguidas. Se fija inicialmente la carpetaen la que se quieren guardar los datos obtenidos, con el nombre deseadoy estableciendo el formato .h5. Ademas, se selecciona la opcion de Allwaveforms para guardar los dos canales (un canal proveniente de cadaantena del receptor)(4.3).

5. Finalmente, en el caso de estudio NLOS, se enciende la aplicacion dela Webcam para poder comprobar desde el sistema transmisor (siste-ma que se maneja durante la realizacion de las medidas) que no hayapersonas y otros obstaculos en el pasillo.


Figura 4.3: Configuracion del osciloscopio.

Sistema Transmisor

Se encienden todos los equipos del sistema, comprobando que la fuentede alimentacion esta ajustada a 15 (V) aproximadamente.

Una vez que se tiene todo el equipamiento encendido:

1. En el ordenador del transmisor, se introduce en el navegador web ladireccion IP del Generador de senal del transmisor para su configura-cion y manejo. Este, se configura con las frecuencias deseadas. Al igualque en el caso del receptor, para no realizar esta configuracion cadadıa de medicion, se introdujo la frecuencia inicial del receptor (8, 02785(GHz)), un incremento de 5 (MHz) y una potencia de 10 (dBm) y seguardo, de tal manera que se establecıa toda la configuracion necesariaal darle a User Preset.

2. Por otro lado, se ejecuta el TeamViewer, conectandolo con el sistemareceptor. Una vez que esta conectado, se visualizara en el ordenadordel transmisor la pantalla del osciloscopio, pudiendo manejarlo desdeeste sistema.

4.2.2. Proceso de captura de los datos

Una vez se tiene todo el equipamiento encendido y configurado adecua-damente, se realiza la captura de los datos para su posterior procesado.

Para ello, desde el sistema transmisor, se realiza el siguiente proceso:


1. Se presiona el boton Single y se espera hasta que se toma la medida.Una vez que se ha activado el boton Stop, se guarda la medida pulsandoDo Multipurpose, donde se guardara el fichero con formato .h5, conel nombre establecido en la configuracion anterior y un sufijo que vaaumentando automaticamente.

2. Para cada frecuencia (Tabla 3.3), se realizan 3 medidas. De esta manera,para cada distancia, se obtienen 24 medidas.

4.3. Proceso de calibracion

El objetivo de este proyecto es la obtencion de las perdidas de propaga-cion en el la banda de 32 GHz.La senal obtenida ha sufrido tanto perdidas de propagacion como perdidas delos propios equipos, por lo que se busca obtener dichas perdidas, para obtenerlas perdidas de propagacion. Para ello, se realiza un proceso de calibracionpor el cual se obtiene una constante de calibracion (K), obteniendo ası lasperdidas debidas a los propios equipos y sus conexiones.

Esta calibracion se realizara de tal manera que no se reciban reflexionesde la senal, es decir, que la unica senal recibida sea la proveniente del rayodirecto. Por ello, ambos carritos se colocaran enfrentados (con vision directaen todo momento) y a distancias para las cuales se puede considerar propa-gacion en espacio libre. La distancia mınima a la que podemos hacer estasuposicion viene dada por la condicion de campo lejano (4.1):

Distancia(m) =2 ·D2

λ(4.1)

siendo D la maxima apertura de la antena tipo bocina. De las especifi-caciones de la Tabla (3.6) obtenemos una maxima apertura de 0,036 (m) ysabiendo que la frecuencia de trabajo son 32 (GHz), obtenemos una distanciade (4.2):

Distancia(m) =2 · (0,036)2

3·10832·109

= 0,276(m) (4.2)

Dado que la distancia a la que podemos asumir campo lejano es muypequena, realizaremos la calibracion entre 3 y 15 metros. Con estas distanciasse puede suponer propagacion en espacio libre, al ser una distancia mayor


que la mınima condicion calculada anteriormente y una distancia maxima de15 metros para asegurar que las aportaciones por reflexiones sean mınimas.

Una vez realizadas las medidas, se utiliza un script en MATLAB para laobtencion del valor de la constante de calibracion.

4.3.1. Caso LOS

Este script calcula la K de la siguiente manera (4.3)

Pr(dBm) = Pt(dBm) − Lf (dB) −K ′bocinaLOS(dB) +∑

G(dB) (4.3)

donde Pr (dBm) y Pt (dBm) son la potencia recibida y la potencia trans-mitida respectivamente, Lf las perdidas en espacio libre y G las gananciasde las de los diferentes componentes.

En el caso de vision directa, la ganancia del amplificador de gananciaconfigurable se establece en 8 (dB).

Antena tipo bocina

En primer lugar, se realizara el calculo para la antena tipo bocina, por loque Gt y Gr seran iguales.

LlamandoKbocinaLOS = K ′bocinaLOS + Pt +

∑G (4.4)

se obtiene la expresion (4.5)

Pr(dBm) = KbocinaLOS − Lf (dB) (4.5)

Estas perdidas en espacio libre se pueden calcular (4.6):

Lf (dB) = 92,45 + 20 · log10(d) + 20 · log10(f) (4.6)

Siendo d las distancias en metros y f la frecuencia de la banda bajoestudio en GHz (32 (GHz)).

Una vez que se han obtenido las perdidas en espacio libre, se procede alcalculo de la constante de calibracion (4.7):

KbocinaLOS = Pr(dBm) + Lf (dB) (4.7)


Antena tipo omnidireccional

Para este segundo caso, la diferencia respecto al anterior es que la Gt yGr no son iguales, al ser la antena transmisora una antena tipo bocina y laantena receptora una antena tipo omnidireccional.

De esta manera se obtiene de la siguiente expresion (4.8):

KomniLOS = Pr +∑

G−K ′omniLOS (4.8)

Como se ha explicado anteriormente, todos los parametros siguen siendoiguales a excepcion de la ganancia de la antena receptora (4.9):

G′r = Gomni = Gr + ∆G (4.9)

Por lo que se obtienen una Komni (4.10):

KomniLOS = KbocinaLOS + ∆G (4.10)

4.3.2. Caso NLOS

En el caso de sin vision directa, el amplificador de ganancia configurablese establece a 39,5 (dB). De igual manera, se obtienen las constantes decalibracion correspondientes para cada tipo de antena de recepcion.∑

GNLOS =∑

GLOS + ∆GAmpV ar (4.11)

siendo el incremento de la ganancia 31,5 (dB) respecto al caso LOS.

Antena tipo bocina

En este caso, con respecto a la constante de calibracion de la bocina en elcaso LOS, unicamente se modifica la ganancia de tal manera que se obtiene(4.11).

De esta manera, la constante de calibracion para NLOS cuando se tienecomo antena de recepcion una tipo bocina es (4.12):

KbocinaNLOS = KbocinaLOS + 31,5(dB) (4.12)


Antena tipo omnidireccional

Para el caso de antena omnidireccional para el caso NLOS, unicamentecambia respecto al caso con vision directa (para esta misma antena) la ga-nancia del amplificador de ganancia variable. Al igual que en el caso anterior,se tiene (4.11).

Con ello se obtiene la constante de calibracion para NLOS cuando se tienecomo antena de recepcion una tipo bocina es (4.13):

KomniNLOS = KomniLOS + 31,5(dB) (4.13)

4.4. Procesado de las medidas y ajuste de los

modelos

En este apartado se va a explicar mas detalladamente el procesado de losdatos una vez capturados en el osciloscopio mediante diferentes scripts deMATLAB.

Este proyecto sigue una de las lıneas de investigacion del GTIC, por lo quepara el diezmado y procesado de los datos se han adaptado los scripts reali-zados anteriormente para las condiciones de este TFG. Por ello, no se entraraen detalle de las funciones de MATLAB utilizadas, pudiendo consultarlas en[17].

4.4.1. Proceso de diezmado

Como se explico en el apartado 3.3.8, las capturas de datos del osciloscopiose guardan en ficheros con formato .h5. Estos ficheros son de gran tamano,pudiendo superar los 500 (MB). Por ello, estos se diezman, guardando losnuevos ficheros en formato .mat de tamano 4KB aproximadamente, que seranlos utilizados para el posterior procesado.

El diezmado se ha ido realizando a la vez que se hacıan las capturas de losdatos mediante un script de MATLAB disponible en el propio osciloscopio.Este script busca dentro de la carpeta deseada (donde se asignaba el guardadode los datos capturados en el osciloscopio) todos los ficheros de formato .h5, dedonde se obtiene la potencia de las senales capturadas. Para ello, se desplazala senal desde una frecuencia de 11,4 (MHz) (frecuencia intermedia) hasta


los 10 (kHz) mediante el uso de una exponencial imaginaria. Posteriormente,se realiza un filtrado paso bajo para conseguir unicamente la senal a 10 kHz.Con ello, se puede utilizar una tasa de muestreo 1000 veces por debajo a lainicial (de 40 (Mmuestras) a 40 (kmuestras)), reduciendo ası el tamano delfichero.

Al finalizar el diezmado de cada fichero, este se sustituye por el nuevo.mat donde se encuentra la informacion deseada para la obtencion de lasperdidas de propagacion.

4.4.2. Procesado de los datos recogidos

Una vez se ha realizado el diezmado, se procede a recopilar toda la in-formacion de las potencias de la senal a las distancias indicadas. De estamanera, se quiere obtener un unico fichero .mat para cada uno de los casos(LOS y NLOS) que obtengan toda la informacion de interes.

Para ello, se hace uso de un filtro tipo Butterworth de orden 4 con unancho de banda muy estrecho (para captar poco ruido) y se va recorriendo eleje de frecuencias en un margen de ±1 (KHz) de tal manera que se guardala potencia cuando capta un maximo. Se sigue este procedimiento ya que,cuando se desplaza la senal en el diezmado a la frecuencia de 10 (kHz), hayuna incertidumbre, de tal manera que la senal puede no encontrarse en dichafrecuencia, sino que puede tener un error de ±300 (Hz).

Finalmente, se guarda toda la informacion de interes recogida (las poten-cias de la senal captada por la antena tipo bocina, las de la senal captadapor la antena tipo omni y las distancias correspondientes) en un fichero .mat.Cabe destacar que en este fichero se guardan las potencias de los 24 puntoscorrespondientes a cada distancia, es decir, a cada distancia le corresponden24 medidas de potencia.

4.4.3. Obtencion de las perdidas de propagacion

Tras obtener tanto la calibracion como las potencias de la senal en funcionde las distancias, se ha procedido al calculo de las perdidas de propagacionpara cada caso. Para ello, se ha realizado un script

Primeramente, se recoge la informacion de la distancia del fichero .matanterior. Cabe destacar que, en el caso NLOS, se tienen dos distancias quese sumaran para trabajar con la distancia total.


A continuacion, se van calculado las perdidas de propagacion correspon-diente a cada distancia, restandole a la media de las potencias de cada dis-tancia la constante de calibracion obtenida anteriormente. Esta K se le restacon el fin de eliminar (o por lo menos reducir lo maximo posible) el efec-to del desvanecimiento multitrayecto. Con ello, se obtienen las perdidas depropagacion para cada distancia.

Finalmente, se representan dichas perdidas en funcion de la distancia.Estas representaciones se muestran en el apartado 5.3.

4.4.4. Ajuste de los modelos de interes

Una vez se han obtenido las perdidas de propagacion en funcion de lasdistancias, se procede al calculo de los coeficientes de los modelos definidosen el apartado 2.2. Para ello, con las nubes de puntos obtenidas para cadacaso (LOS y NLOS) y para cada antena de recepcion, se traza una rectade ajuste dependiente de la distancia para el caso del modelo CI y FI ytambien de la frecuencia para el modelo ABG. Esta recta vendra dada porla ecuacion correspondiente a cada modelo, con unos coeficientes calculadosen este script.

Modelo CI

El modelo CI tiene unicamente un coeficiente libre dependiente de ladistancia. Este coeficiente se obtiene mediante el uso de la funcion definidaen MATLAB fittype. La funcion fittype ajusta una curva en funcion de losdatos impuestos, en este caso, siendo estos datos la nube de puntos obtenidaen cada caso. De esta manera, se ha fijado el origen en el valor correspondientea las perdidas de propagacion en espacio libre (FSPL) y se ha calculado lapendiente de la curva de ajuste (valor del coeficiente deseado).

Modelo FI

Este modelo, a diferencia del anterior, consta de dos coeficientes libres,que se calcularan con la funcion definida en el apartado anterior fittype. Coneste modelo se preve obtener una recta mas ajustada que en el modelo CI,al ajustar tanto la ordenada en el origen como la pendiente de dicha recta.


Modelo ABG

Finalmente, el ultimo modelo de ajuste que se ha realizado anade unadependencia de la frecuencia, obteniendo ası tres coeficientes libres. De estamanera, se obtendra un plano de ajuste, dependiente de la distancia y de lafrecuencia de trabajo.

Para realizar este ajuste, al ser dependiente de la frecuencia, se hara usode datos disponibles de estudios anteriores. Para ello, para el caso LOS, seha realizado el ajuste con datos de las perdidas de propagacion para 26 y 32GHz. Para el caso NLOS, ademas, se han utilizado datos de la banda de 39(GHz).

CAPITULO 5

Perdidas de propagacion y ajustes de modelos

5.1. Introduccion

En este apartado se van a mostrar los resultados obtenidos tras el pro-cesado de los datos, ası como el ajuste de los coeficientes de los modelospresentados en el apartado 2.2.

5.2. Constante de calibracion

Como se ha explicado en el apartado 4.3, se han calculado las constantescorrespondientes a cada estudio realizado y para las distintas antenas derecepcion utilizadas.

Calculando dichas constantes se han obtenido los resultados mostradosen la Tabla 5.1:

Antena Caso LOS Caso NLOSBocina 106,32 137,82

Omnidireccional 90,32 121,8

Tabla 5.1: Constantes de calibracion obtenidas.

Esta constante de calibracion es esencial para el posterior calculo de lasperdidas de propagacion que se realiza en el siguiente apartado.

42

CAPITULO 5. RESULTADOS 43

5.3. Perdidas de propagacion

A continuacion, se van a mostrar los resultados obtenidos de las perdi-das de propagacion para cada tipo de estudios abarcados, separando inicial-mente los datos obtenidos para la recepcion con cada antena y finalmenterepresentandolas conjuntamente para su mejor comparacion.

Una vez que se han obtenido las constantes de propagacion para ca-da antena y estudio, el calculo de las perdidas de propagacion es directo(5.1)(5.2)(5.3)(5.4):

LBocinaLOS = KbocinaLOS − Pr(dBm) (5.1)

LOmniLOS = KomniLOS − Pr(dBm) (5.2)

LBocinaNLOS = KbocinaNLOS − Pr(dBm)+ (5.3)

LOmniNLOS = KOmniNLOS − Pr(dBm)+ (5.4)

De esta manera, las perdidas de propagacion en funcion de la distanciaquedan (5.1):

Comparacion de las perdidas a 32 (GHz)

A continuacion se van a representar las graficas del caso LOS conjunta-mente en una grafica y las del caso NLOS en otra (5.2). De esta manera, sepuede observar como las perdidas para el caso de la antena tipo bocina sonmayores en comparacion de las correspondientes a la antena tipo omnidirec-cional. Ademas, se han comparado tambien con las perdidas en espacio libre,esperando obtener unas perdidas por debajo que en espacio libre para el casode LOS y unas perdidas mayores para el caso NLOS.

Este resultado es el esperado, ya que el campo de vision de la antenabocinal es menor que el de la antena omnidireccional. Esto hace que la senalque no esta dentro de ese campo, no es captada por la antena, haciendo quelas perdidas sean mayores. En cambio, para la antena omnidireccional, tieneun campo de vision muy amplio, por lo que capta toda la senal, teniendo asımenos perdidas. Este diagrama de radiacion de las antenas quedo definido


(a) Resultados de medidas LOS: Bocina (b) Resultados de medidas LOS: Omni

(c) Resultados de medidas NLOS: Bocina (d) Resultados de medidas NLOS: Omni

Figura 5.1: Perdidas de propagacion.


en el apartado 3.2.4 y 3.3.5. Esto se puede apreciar mayormente para elcaso NLOS, ya que para el caso LOS, al estar enfrentadas las antenas ytransmitirse por una antena bocinal (siendo esta muy directiva), la antenade recepcion tipo bocina capta gran parte de la senal, teniendo unas perdidassolo algo mayores que para la antena tipo omnidireccional.

(a) Resultado de medidas: LOS (b) Resultado de medidas: NLOS

Figura 5.2: Resultados de medidas a 32 GHz: Comparacion.

5.4. Ajuste de modelos

En este apartado se van a mostrar las rectas de ajuste de los modelos, asıcomo el calculo de los coeficientes correspondientes a cada modelo para cadacaso bajo estudio.

5.4.1. Caso LOS

En la figura 5.3, se muestran las curvas de ajuste de los modelos CI y FIobtenidas para cada caso de antena de recepcion.

Como se puede observar, el modelo FI esta algo mas ajustado a las perdi-das de propagacion obtenidas, con una diferencia muy pequena. Esto se debea que en el modelo CI se establece la ordenada en el origen en las perdidasen espacio libre para una distancia de 1 metro, siendo para el caso LOS unvalor muy cercano al ajustado por el modelo FI.

De esta manera, los coeficientes obtenidos son los siguientes (5.2)

Por otro lado, haciendo uso de resultados obtenidos de estudios anteriores,se ha realizado el ajuste del modelo ABG. Los resultados obtenidos quedanrepresentados en la imagen 5.4


(a) Antena: Bocina (b) Antena: Omni

Figura 5.3: Ajuste de modelos: LOS.

Antena Modelo CI Modelo FIn β α

Tipo Bocina 1,3646 65,9706 1,1305Tipo Omnidireccional 1,3657 63,6331 1,2899

Tabla 5.2: Ajustes de coeficientes CI y FI: LOS.

En dicho modelo, se ajustan tres parametros ya que no depende unica-mente de la distancia, sino que tambien depende de la frecuencia de trabajo.Para el caso LOS, se disponıa de las perdidas de propagacion para la bandade 26 (GHz) por lo que se realizara el ajuste en funcion de las frecuencias de26 y 32 (GHz). Estos coeficientes quedan definidos en la Tabla 5.3.

Antena Modelo ABGβ α γ


Tabla 5.3: Ajuste de coeficientes ABG LOS.

Finalmente, para comprobar que dichas curvas son las mas ajustadasposibles, se realizo el calculo de la distancia entre la recta ajustada y elresultado obtenido de cada punto de la nube, realizando posteriormente lamedia de estas distancias. Con ello, se obtuvieron unas medias nulas con loque se puede concluir que las curvas obtenidas estan bien ajustadas.


(a) Antena: Bocina

(b) Antena: Omni

Figura 5.4: Ajuste de modelo ABG: LOS.


5.4.2. Caso NLOS

En la figura 5.5, quedan representadas las curvas de ajuste de los modelosCI y FI obtenidas para cada caso de antena de recepcion.

(a) Antena: Bocina (b) Antena: Omni

Figura 5.5: Ajuste de modelos: LOS.

En este caso, la diferencia entre el ajuste del modelo CI y FI es muydiferente, consiguiendo con el modelo FI una recta mucho mas ajustada.Esto se debe a que esta recta ajusta tanto la ordenada en el origen como lapendiente, al contrario que en el modelo CI, cuya ordenada en el origen sefija en las perdidas de propagacion en espacio libre (FSPL).

Los coeficientes obtenidos para el caso de sin vision directa quedan defi-nidos en la Tabla 5.4.

Antena Modelo CI Modelo FIn β α


Tabla 5.4: Ajustes de coeficientes CI y FI: NLOS.

Por ultimo, se obtuvo el ajuste del modelo ABG. Para este segundo caso,se disponıa, ademas, de perdidas de propagacion para las bandas de 26 y 39(GHz), por lo que el ajuste de este modelo se realizara en funcion de tresfrecuencias, pudiendo obtener ası un mejor ajuste que en el caso anterior. Elajuste obtenido queda mostrado en la figura 5.6

Y sus coeficientes ajustados se encuentran en la Tabla 5.5

En el apartado D.2 quedan representados los resultados de las bandas 26,32 para caso LOS y de 26, 32 y 39 GHz para el caso NLOS.


(a) Antena: Bocina

(b) Antena: Omni

Figura 5.6: Ajuste de modelo ABG: NLOS.

Antena Modelo ABGβ α γ


Tabla 5.5: Ajuste de coeficientes ABG NLOS.

CAPITULO 6

Conclusiones

Tras la realizacion del proyecto, se procede a evaluar de forma objetiva losresultados obtenidos. Primeramente, respecto a las perdidas de propagacionobtenidas en funcion de la distancia, se puede observar como las perdidas sonmayores para el caso sin vision directa con respecto a las obtenidas en el casode tener vision directa entre estos. Ademas, se han realizado una cantidad demedidas para ambos casos considerable, habiendo obtenido finalmente unanube de puntos definida, pudiendo hacer ası un ajuste de los modelos valido.

Por otro lado, se han comparado los resultados obtenidos en estudiosanteriores con los de este proyecto. Con ello, se esperaba mostrar como lasperdidas de propagacion son mayores para la banda de 32 (GHz) respecto alas de la banda de 26 (GHz) y algo menores respecto a las perdidas obtenidasen la banda de 39 (GHz). Con los resultados obtenidos, se pudo comprobarcomo para la banda de 39 (GHz) estas perdidas son significativamente ma-yores (al ser mayor la frecuencia). En cambio, la diferencia entre la banda de26 y 32 (GHz) no es tan apreciable.

Finalmente, respecto al ajuste de los modelos realizados, se puede ob-servar como para el coeficiente dependiente de la distancia es, en todos loscasos, menor que 2. Este valor es el correspondiente a propagacion en espaciolibre. En el caso de este proyecto, no se trata de propagacion en espacio libreal realizarse las medidas en un pasillo. De esta manera, la senal transmitidaqueda confinada en este pasillo, reduciendo este coeficiente dependiente dela distancia.

50

Bibliografıa

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APENDICE A

Estructura, planificacion, lıneas futuras y

tiempo del proyecto

En el siguiente apartado se va a detallar el procedimiento seguido du-rante la realizacion del Trabajo de Fin de Grado. Ademas, se adjunta laplanificacion temporal y las diferentes fases seguidas.

A.1. Estructura del TFG

En el proyecto desarrollado se ha seguido la siguiente estructura:

1. Primeramente, se realizo un estudio profundo sobre la 5G, su funcio-namiento y los estudios de interes para su futuro despliegue.

2. En cuanto al material, se reviso previamente el correcto funcionamientodel equipamiento obtenido por el Departamento de Senales y Sistemasde la Universidad Politecnica de Madrid para estudios anteriores.

3. Posteriormente, se realizaron las medidas en el pasillo de la 4a plantadel Edificio C de la Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de Teleco-municaciones. Estas medidas se realizaron sin obstaculos a lo largo dedos meses y medio (aproximadamente).

4. Paralelamente a la realizacion de las medidas se fue realizando el diez-mado de los datos y su procesado.

5. Finalmente, se obtuvieron los resultados de las perdidas de propagacionpara la banda de 32 GHz y el ajuste de modelos ya existentes.

En el diagrama de la figura A.1 queda representada la descomposicionexpuesta anteriormente del Trabajo de Fin de Grado.

53

APENDICE A. DATOS DE REALIZACION DEL TFG 54

Figura A.1: Diagrama de estructura del TFG.

A.2. Planificacion en la realizacion del TFG

A continuacion, en la figura A.2, se muestra la planificacion temporal delproyecto, desde que se inicio hasta que se finalizo.

Figura A.2: Planificacion temporal del Trabajo Fin de Grado.


A.3. Lıneas futuras

En el proyecto llevado a cabo se ha realizado el estudio de las perdidasde propagacion y el ajuste de modelos ya existentes para la banda de 32GHz. Tras obtener estos resultados, era de gran interes el estudio del des-vanecimiento por sombra y multitrayecto para esta banda. Por ello, con losresultados obtenidos en este proyecto, se han realizado dichos estudios en elTFG [18].

Por otro lado, para el estudio completo en la banda de 32 (GHz), habrıaque realizar el estudio con penetracion de materiales y para caso MIMO, asıcomo realizar estudios para otras bandas mayores.

A.4. Tiempo dedicado

Para la exposicion del tiempo empleado en la realiacion del TFG (desdeque se comenzo a realizar las medidas) se va a distinguir entre diferentes fases:Primeramente, se va a definir el tiempo de medida empleado especificando elnumero de medidas realizadas. Posteriormente, se especificara el tiempo delprocesado de las medidas, ası como del ajuste de los modelos y la obtencionde las perdidas de propagacion.

A.4.1. Tiempo de medidas

Las medidas se han realizado en un tiempo aproximado de dos meses ymedio. Estas medidas se han realizado en conjunto con un companero.

Se realizaron las medidas correspondientes al caso LOS y NLOS (A.1):

Numero de medidas LOS 2784Numero de medidas NLOS 2928

Tabla A.1: Medidas caso LOS.

Para el caso LOS, se realizaron medidas a 116 distancias entre el sistemaemisor y el sistema receptor y para el caso NLOS 122 distancias. Para cadauna de las distancias, se realizaron 24 medidas, es decir, 3 medidas para cadauna de las 8 frecuencias expuestas en la Tabla 3.3.

El tiempo de realizacion de las medidas queda recogido en la Tabla A.2.Este tiempo se calcula de forma aproximada, habiendo realizado medidas 5dıas a la semana, 4 horas diarias, durante unas 11 semanas.


Tiempo medidas LOS 105 horasTiempo medidas NLOS 115 horas

Tiempo total 220 horas

Tabla A.2: Tiempo total de medidas.

A.4.2. Tiempo de diezmado y procesado

Como se ha mencionado anteriormente, el diezmado se fue realizando ala vez que las medidas. Una vez que se obtenıan los ficheros diezmados, serealizaba el procesado. Todo ello se hizo en el mismo periodo de tiempo,teniendo ademas que dedicar un tiempo tras la realizacion de las medidaspara acabar de procesar todos los datos.

En la Tabla A.3 queda mostrado el tiempo dedicado para el procesadototal de los datos para el caso LOS.

Tiempo de diezmado 22,5 horasTiempo de procesado 30 horas

Tiempo total 52,5 horas

Tabla A.3: Tiempo total de procesado de datos LOS.

Por otro lado, en la Tabla A.4 se muestra el tiempo dedicado para elprocesado total de los datos para el caso NLOS.

Tiempo de diezmado 24 horasTiempo de procesado 31,5 horas

Tiempo total 55,5 horas

Tabla A.4: Tiempo total de procesado de datos NLOS.

Para estimar el tiempo dedicado al diezmado se ha tomado como me-dia una hora y media. Hay que tener en cuenta que no todos los dıas sehacıan el mismo numero de medidas, por lo que se ha creıdo conveniente estaestimacion de tiempo medio.

En cuanto a la estimacion del tiempo de procesado, se ha estimado unamedia de dos horas por cada fichero diezmado.


A.4.3. Tiempo de obtencion de los resultados

Finalmente, tras obtener los datos procesados se obtuvieron las perdidasde propagacion en funcion de la distancia y se realizo el ajuste de los modelosespecificados. Como queda definido en el apartado A.2, la mayor parte de laredaccion del proyecto se realizo en paralelo con la obtencion de los resulta-dos. Para la obtencion de los resultados se dedicaron aproximadamente tressemanas.

1. El trabajo previo se realizo durante el mes de julio de 2019, realizandoel estudio del arte y de proyectos y artıculos de interes.

2. Tras la realizacion de las medidas y su procesado, se obtuvieron losresultados durante el mes de diciembre de 2019,

3. Finalmente, la redaccion de la memoria se realizo mayormente duranteel mes de diciembre y primera semana de enero de 2020.

Con todo ello, se estima que se han dedicado unas 10 semanas, trabajando4 horas diarias, lo que supone un total de 280 horas individuales.

APENDICE B

Impactos del 5G

Este proyecto contribuye al desarrollo para el futuro despliegue del 5Gen bandas milimetricas. Como se ha explicado en la introduccion de esteTFG, la implantacion del 5G en estas bandas permitira la comunicacionmasiva entre dispositivos (IoT). Esto supone una serie de impactos sociales,economicos, tecnologicos y medioambientales que se han de estudiar. Por ello,a continuacion se muestra una breve conclusion sobre dichos impactos.

B.1. Impacto tecnologico

La implementacion de la 5G supone un gran salto en comparacion con lasgeneraciones anteriores. Como se ha hablado anteriormente, la 5G permitirauna conexion masiva entre dispositivos, una velocidad de transmision de entre100 y 1000 veces superior a las actuales, transformando la industria tal y comose conoce hoy en dıa en ambitos como la robotica y la salud [19].

Este despliegue supondra un gran impacto social y economico principal-mente, fomentando la aparicion de nuevas industrias.

B.2. Impacto socio-economico

Respecto al impacto socio-economico [19] promete ser positivo. Con eldesarrollo de la tecnologıa, la sociedad reclama mayor capacidad de trans-mision de datos, ası como las interconexiones entre dispositivos, siendo esto

58

APENDICE B. IMPACTOS DEL 5G 59

posible con el despliegue del 5G. Este despliegue permitira satisfacer las ne-cesidades de la sociedad, ası como permitir el desarrollo de la robotica, IoTetc...

Ademas, con la implementacion del 5G se preve un aumento notable enla creacion de empleos al haber, no solo un impacto positivo en las grandesempresas, sino que tambien abriendo nuevas oportunidades de negocio.

Por otro lado, cabe destacar la gran inversion que supondra a las empresasde telecomunicacion, que se estima que sea de unos 160 mil millones de dolares[20].

B.3. Impacto medioambiental

Por ultimo, cabe mencionar el impacto medioambiental que supone larealizacion de este Trabajo de Fin de Grado.

Primeramente, mencionar que, para la realizacion de dicho TFG se hanutilizado ordenadores y equipamiento que cumple con la normativa vigente.Ademas, la realizacion de este proyecto ha requerido un gran numero de horasde procesado de los datos, realizandose estas tareas por la noche. Para ello, seha programado un auto apagado de los equipos al finalizar estas actividades,reduciendo ası el consumo electrico.

Por otra parte, este estudio permite que, en un futuro, cuando se imple-mente esta nueva generacion, sea posible planificar la red lo mejor posiblepara que esta sea optima y eficiente.

APENDICE C

Estudio economico

Este TFG es un proyecto que sigue la lınea de investigacion del Departa-mento de Senales y Sistemas. Esto quiere decir que se han realizado proyectospara el estudio del 5G para otras bandas milimetricas. Para realizar esos es-tudios, el departamento invirtio en el material necesario. Este material es elque se ha utilizado para este TFG, verificando anteriormente su buen fun-cionamiento.

Ademas, el estudio economico del material se ha realizado en otros proyec-tos, por lo que se mostraran los costes correspondientes de un TFM realizadoel ano pasado en este mismo departamento [17], adaptandolo a los materialesutilizados en este TFG. Cabe destacar que durante la realizacion del proyectono hubo que reemplazar ningun componente. Por otro lado, se realizara elestudio de los costes de personal de este proyecto.

C.1. Costes de material y amortizacion

Obteniendo los costes de los materiales de proyectos anteriores [17] yajustando el estudio economico al material utilizado para este proyecto, semuestran los costes correspondientes al material utilizado para la realizacionde las medidas en la Tabla C.1.

El equipo de medida utilizado tiene un tiempo de amortizacion de 10 anos.Este equipo de medida es el material presentado en la Tabla C.1 exceptuandolos dos ordenadores utilizados. Para estos ordenadores se estima un tiempode amortizacion de 5 anos.

Para la realizacion del TFG se ha hecho uso del material de medidadurante aproximadamente 3 meses. Esto supone un coste de material de C.1:

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APENDICE C. ESTUDIO ECONOMICO 61

Componente Precio unitario Cantidad Total (e)Amplificador de ganancia configurable 9325 1 9325

Amplificador de ganancia constante 11735 2 23470Atenuador 150 1 150

Antena tipo bocina 1630 2 3260Antena tipo omnidireccional 1481 2 2962

Cables y conectores 5496,02 1 5496,02Chasis PXI 7942 1 7942Conmutador 1649,20 1 1649,20

Generador de senal 16756 2 33512Modulo downconverter 12341 1 12341

Multiplicador 3014 1 3014Osciloscopio 24104 1 24104Cable PCI 1670 1 1670Metro laser 12,71 1 12,71

Ordenador sistema receptor 650 1 650Ordenador portatil 700 1 700

Total (e) 130257,93

Tabla C.1: Costes de material.

Coste material de medida =128895,34

120· 3 = 2416,787e (C.1)

Por otro lado, para el procesado de los datos se ha necesitado el siguientematerial y licencias (C.2):

Componente Precio unitario Cantidad Total (e)Ordenador de mesa 1000 1 1000Licencia MATLAB 800 anual 800

Tabla C.2: Costes de material adicional.

El ordenador de mesa se ha utilizado durante el desarrollo de todo el pro-yecto, aproximadamente 4 meses. Se estima que tiene un tiempo de amor-tizacion de 5 anos, por lo que el coste real para este proyecto es de 66,66e.

Por otro lado, la licencia de MATLAB es anual [21], por lo que el costecorrespondiente a los 4 meses de uso es de 266,66 e.

Teniendo en cuenta todos los costes anteriores se concluye que el costedel material total para la realizacion de este TFG es de (C.3):


Material de medida 2416,787Material adicional 66,66

Licencias 266,66Total (e) 2750,107

Tabla C.3: Coste de material total.

C.2. Costes de personal

Por otro lado, se realiza el estudio del coste del personal necesario parala realizacion de las medidas y el procesamiento de los datos.

La realizacion de las medidas se ha realizado entre dos personas, invir-tiendo un total de 220 horas (como quedo definido en el apartado A.4). Porotro lado, una parte del diezmado y procesado de los datos se ha realizado sinsupervision. Por ello, se ha creıdo conveniente estimar un tiempo dedicadodel 25 % de las horas invertidas en ello. Esto supone un tiempo de procesadode (C.2):

Tiempo de procesado invertido = (52,5 + 55,5) · 0,25 = 27(horas) (C.2)

Este tiempo, sumando con el tiempo de medida un tiempo total de 247(horas).

Para realizar una estimacion del coste personal, se estima un salario mediode 25000 e[22] anuales, para jornada completa (8 horas diarias) durante 253dıas. Esto supone un salario para un Ingeniero de Telecomunicaciones mediopor hora de (C.3):

Salario/hora =Salario medio[e/253dias]

253 · 8[horas]=

25000

253 · 8= 12,35[e/hora] (C.3)

La estimacion de los dıas trabajados se ha realizado mediante una calcu-ladora de dıas laborales para el ano 2020 [23].

Con ello se concluye que el coste del personal para la realizacion de lasmedidas y procesado de los datos es de (C.4):

Coste personal para medidas = 12,35 · 247 = 3050,45e (C.4)


Para calcular el coste de personal total en la realizacion del TFG, se debede tener en cuenta el trabajo previo a la realizacion de las medidas, ası comode trabajo posterior, es decir, la obtencion de los resultados y la redaccionde la memoria.

Con el tiempo dedicado expuesto en el apartado A.4.3, se obtiene un costedel personal para realizarlo de (C.5):

Coste personal para trabajo = 12,35 · 280 = 3458e (C.5)

Teniendo en cuenta todas las horas realizadas, se obtendrıa un coste totalde personal de C.4:

Coste de personal medidas 3050,45Coste personal trabajo 3458

Total (e) 6508,45

Tabla C.4: Coste de personal total.

C.3. Coste total del Trabajo de Fin de Grado

A continuacion, se muestra la suma de todos los costes calculados enapartados anteriores, mostrados en la Tabla C.5:

Coste Total del material 2750,107Coste Total del personal 6508,45

Total (e) 9258,557

Tabla C.5: Coste total del TFG.

APENDICE D

Comparacion con estudios anteriores

D.1. Comparacion LOS y NLOS a 32 GHz

En este apartado se van a representar las nubes de puntos obtenidas parael caso LOS y NLOS conjuntamente para cada tipo de antena de recepcionpara su mejor comparacion (D.1).

De esta manera, se quiere comprobar que las perdidas obtenidas en el casode no tener vision directa entre ambos sistemas (transmisor y receptor) encomparacion con las perdidas obtenidas teniendo vision directa, son mayores.

(a) Bocina LOS y NLOS a 32 GHz (b) Omni LOS y NLOS a 32 GHz

Figura D.1: Perdidas de propagacion LOS y NLOS.

Este incremento de las perdidas en el caso NLOS se observa mayormentepara la antena de repecion tipo bocina, obteniendo para el caso de la antenatipo omnidireccional unas perdidas similares.

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APENDICE D. COMPARACION DE RESULTADOS 65

D.2. Comparacion con estudios anteriores

Finalmente, se van a representar conjuntamente las perdidas obtenidasde proyectos anteriores, correspondientes de otras bandas de frecuencias, conlas obtenidas para la banda de 32 (GHz).

Los datos correspondientes a otras bandas de estudio, han sido utilizadospara el ajuste del modelo ABG, teniendo, para el caso LOS los resultadosdel estudio de la banda de 26 (GHz) y para el caso NLOS los resultados delos estudios realizados para las bandas de 26 y 32 (GHz).

En este apartado se representan conjuntamente estos resultados (las nubesde puntos en funcion unicamente de la distancia) para su mejor comparacion.

Con ello, se espera comprobar como las perdidas aumentan para las ban-das de frecuencias mas altas.

(a) Bocina LOS: 26 y 32 GHz (b) Omni LOS : 26 y 32 GHz

Figura D.2: Perdidas de propagacion LOS: Comparacion.

APENDICE D. COMPARACION DE RESULTADOS 66

(a) Bocina NLOS: 26, 32 y 39 GHz (b) Omni NLOS : 26, 32 y 39 GHz

Figura D.3: Perdidas de propagacion NLOS: Comparacion

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