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• Alexander Zuñiga

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Informe de laboratorio de comunicaciones inalámbricas Estudiante: José Meneses 8-885-444 Profesor: Mijail Ochoa Fecha de entrega: 14 de noviembre de 2016 Grupo: 1-IT-252

Introducción General A lo largo de este informe se estará interactuando con temas muy relevantes para los principios de las comunicaciones digitales y así como los efectos de distintos fenómenos, como lo son el ruido, los canales no planos, además del estudio de técnicas de ecualización las cuales serán analizadas con el propósito de medir su capacidad de mejorar el desempeño de los distintos sistemas. Este informe se va a presentar de una manera cronológica la misma que se utilizó para desarrollar cada laboratorio.

Laboratorio N°1: Transmisión inalámbrica sobre un canal de ruido blanco Gaussiano (AWGN) Objetivo: Revisar y comprender el concepto de canal AWGN. Además, de repasar los conceptos de comunicaciones digitales aprendidos en cursos anteriores. Introducción: Un canal AWGN consiste en añadir un ruido blanco Gausiano de promedio cero a la señal transmitida. Es el modelo de un canal de transmisión en el cual sólo se considerada la presencia de un ruido térmico. Se considera que este ruido puede ser causado por el calentamiento de los dispositivos electrónicos (vibraciones térmicas). Es la manera más sencilla de modelar una transmisión inalámbrica.

Figura 1: Resultado del Laboratorio Transmisión inalámbrica sobre un canal de ruido blanco Gaussiano (AWGN)

Resultados:

En nuestra figura 1 se aprecian dos graficas superpuestas en común que hacen referencia a este laboratorio. la curva azul de cruces y la curva verde representan el BER teórico Y el BER simulado. Se puede apreciar que mientras el número de bits va aumentando su valor aproximado esta se va sobreponiendo a la curva teórica, esto significa que se hacen más semejantes la una con la otra .

Laboratorio N°2: Transmisión inalámbrica monoportadora sobre un canal plano en frecuencia Objetivo: Analizar y estudiar el canal plano o no selectivo en frecuencia en una transmisión inalámbrica. Introducción: Un canal plano consiste en multiplicar la señal trasmitida por un factor de atenuación. Este canal se presenta cuando el ancho de banda de coherencia del canal de propagación 𝑊�=1𝜏𝑚𝑎� es mayor que el ancho de banda de la señal transmitida 𝑊=1𝑇�, donde 𝑇� es el tiempo del símbolo y 𝜏𝑚𝑎� es el retraso máximo

Figura 2: Transmisión inalámbrica mono portadora sobre un canal plano en frecuencia

Resultados: En la Figura 2 se puede apreciar específicamente de la curva roja con viñetas circulares como afecta el factor de atenuación a nuestra señal, dado que el canal ya no es plano en frecuencia como se dio en la experiencia anterior de laboratorio la cual si era plana, algo importante a mencionar sobre esta experiencia en particular es el factor de atenuación el cual tiene un comportamiento de la siguiente manera mientras él sea 1 o cercano a 1 la curva teórica y la atenuada serán parecidas mientras él se vaya disminuyendo de 1 se ira alejando de esta similitud, y esto lo observamos directamente en el BER el cual iría en aumento los que nos indica que existen más errores por bits transmitidos.

Laboratorio N°3: Transmisión inalámbrica monoportadora sobre un canal selectivo en frecuencia con ecualización “Zero Forcing” Objetivo: Analizar y estudiar un canal selectivo en frecuencia en una transmisión inalámbrica con una ecualización de tipo “zero forcing”.

Introducción: El paso de una señal inalámbrica por un canal selectivo se representa matemáticamente por medio de una convolución Este canal se presenta cuando el ancho de banda de coherencia del canal de propagación 𝑊�=1𝜏𝑚𝑎� es menor que el ancho de banda de la señal transmitida 𝑊=1𝑇�, donde 𝑇� es el tiempo del símbolo y 𝜏𝑚𝑎� es el retraso máximo. La ecualización de tipo “zero forcing” consiste en realizar una convolución de un vector de ecualización con la señal recibida. Este vector de ecualización se obtiene con el conocimiento de los valores de la respuesta impulsional del canal de propagación.

Figura 3: Transmisión inalámbrica monoportadora sobre un canal selectivo en frecuencia con ecualización “Zero Forcing”

Resultados: Observamos de la ilustración 1 (curva rosada con puntos) el desempeño del sistema cuando se transmite una señal digital sobre un canal selectivo en frecuencia con atenuación y se demodula en el receptor empleando un filtro FIR Zero Forcing. Debe destacarse que de acuerdo a los resultados obtenidos, a pesar de que el Zero Forcing ayuda a aligerar el efecto de la atenuación del canal sobre la señal, se observa que al final, el desempeño está muy por debajo del valor teórico y esta diferencia se incrementa con el incremento de la Eb/No. Por esto concluimos que el Zero Forcing no es el mejor método para ecualizar señales en canales selectivos en frecuencia

Laboratorio N°4: Transmisión inalámbrica monoportadora sobre un canal selectivo en frecuencia con ecualización “MMSE” Objetivo: Analizar y estudiar un canal selectivo en frecuencia en una transmisión inalámbrica con una ecualización de tipo “mmse”. Introducción: El paso de una señal inalámbrica por un canal selectivo se representa matemáticamente por medio de una convolución [2]. La ecualización de tipo MMSE consiste en realizar una convolución de un vector de ecualización con la señal recibida. Este vector de ecualización se obtiene con el conocimiento de los valores de la respuesta impulsional del canal de propagación

Figura 4: Transmisión inalámbrica monoportadora sobre un canal selectivo en frecuencia con ecualización “MMSE”

Resultados: Observando la ilustración 1 específicamente a la curva verde con viñetas de punto podemos observar de manera clara como la ecualización MMSE se comporta de manera superior a la ecualización zero forcing ya que si toma en cuenta el efecto del ruido sobre el canal de manera que a medida que Eb/N0 aumenta el ecualizador MMSE muestra un mejor comportamiento que el Zero Forcing.

Laboratorio N°5: Transmisión inalámbrica multiportadora sobre un canal selectivo en frecuencia

Objetivo: Analizar y estudiar el resultado de una señal OFDM transmitida sobre un canal de Rayleigh selectivo en frecuencia Introducción: Una transmisión mulitportadora de tipo OFDM consiste en realizar una transformada inversa de Fourier a un bloque de símbolos digitales. Al bloque resultante de la trasformada inversa se le añade un prefijo cíclico, que consiste en repetir una parte del final del bloque al inicio del mismo. El objetivo de una transmisión multiportadora es hacer la señal transmitida más robusta a los efectos del canal de propagación.

Figura 5: Transmisión inalámbrica multiportadora sobre un canal selectivo en frecuencia

Resultados: De la ilustración 1 de la parte más superior de la misma observamos dos curvas que son las pertinentes a este laboratorio y estas son la curva color fucsia y color azul con viñetas de cuadro y punto las cuales representan tanto el canal rayleigh simulado y teórico respectivamente Vemos que a medida que aumenta el número de portadoras, el desempeño se hace mejor debido a que el canal es más plano para cada subcanal, lo que produce que la constante tomada para corregir su atenuación sea más eficaz y la diferencia entre el BER teórico y el aproximado disminuye

Laboratorio N°6: Sincronización de la frecuencia portadora en una transmisión inalámbrica multiportadora Objetivo: Analizar, estudiar y compensar el efecto del retraso de la frecuencia portadora (CFO) en una transmisión OFDM Introducción: Una transmisión multiportadora de tipo OFDM permite hacer la señal transmitida más robusta a los efectos del canal de propagación. Esta característica, aunada a la flexibilidad de la modulación OFDM hacen de esta técnica de una de las preferidas por la industria. Sin embargo, la precisión en frecuencia resulta un factor importante para mantener la ortogonalidad entre las subportadoras. Debido al movimiento de los usuarios y a desaliniamientos entre la frecuencia portadora

del oscilador local del transmisor y el receptor, se puede producir un CFO. Por esta razón es necesario compensar este efecto. Diversos algoritmos han sido propuestos para compensar el efecto, entre estos podemos destacar el algoritmo de Moose y el algoritmo de Schidmt and Cox

Figura 6: Sincronización de la frecuencia portadora en una transmisión inalámbrica multiportadora

Figura 7: Sincronización de la frecuencia portadora en una transmisión inalámbrica multiportadora

Resultados: En esta experiencia de laboratorio se pudo observar la gran capacidad que tiene OFDM como técnica que permite multiplexar de forma eficiente tanto el espacio como el tiempo para la transmisión de señales por medio de portadoras que son ortogonales, reduciendo el ancho de banda necesario para su transmisión. Para los canales selectivos en frecuencia es de gran importancia, ya que OFDM, permite separar una misma señal en N número de símbolos, reduciendo la ISI a la vez que se garantiza que pueda llevarse a cabo el proceso de ecualización para mejorar la calidad de la señal en el receptor, ya sea empleando Zero Forcing o MMSE.

Laboratorio N°7: Transmisión inalámbrica con múltiples antenas sobre un canal selectivo en frecuencia Objetivo: Analizar y estudiar el resultado utilizar múltiples antenas para una transmisión inalámbrica Introducción: Utilizar múltiples antenas para realizar una transmisión inalámbrica permite aumentar el desempeño del sistema de transmisión. El esquema de múltiples antenas funciona para canales planos en frecuencia es por esta razón que se suele asociar con la modulación OFDM. En este laboratorio utilizaremos un esquema básico de bloques de código tiempo

Figura 8: Transmisión inalámbrica con múltiples antenas sobre un canal selectivo en frecuencia

Resultados: De la ilustración 4 se desprende como el código alamouti ya sea simulado o teorico el comportamiento es casi el mismo y esto es debido a una segunda transmisión el cual es compara para obtener la mejor señal.