capítulo 2: simulación de enlace
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Capítulo 2:Simulación de Enlace
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Parámetros del Enlace
Parámetros característicos:
1. EB/N0 necesaria para la calidad objetivo
2. Incremento de potencia (transmit power rise)
3. Margen de potencia (power headroom)
4. Ganancias por traspaso con continuidad
Tanto en la fase de planificación aproximada
como en la detallada, es necesario caracterizar
el enlace radio.
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Relación EB/N0
Definición
Valor promediado respecto a variaciones rápidas
(multitrayecto y bucle cerrado)
“EB/N0” (valor medio)
FER=1%
EB/N0 instantánea
(EB/N0)ref (referencia)
4
-2 0 2 4 6 8 1010
-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
BPSK con canal AWGN y receptor ideal
EB/N
0 (dB)
pB
0 2 4 6 8 1010
-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
BPSK con canal AWGN y receptor ideal
EB/N
0 (unidades naturales)
pB
Efecto de la variabilidad en EB/N0
Variabilidad ⇒ degradación (para un mismo valor medio)
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En general, la variabilidad en la EB/N0 instantánea
degrada la calidad.
Por tanto, cuanto mayores sean las variaciones
instantáneas, mayor EB/N0 media se necesita.
FER=1%
EB/N0 instantánea
FER= 3%
EB/N0 instantánea
FER= 1%
EB/N0 instantánea
t t t
Relación EB/N0
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El valor de la EB/N0 necesaria depende de:
– Objetivo de calidad (por ejemplo, FER)
– Condiciones de propagación
Es necesario simular cada conjunto de
– condiciones de propagación
– servicio portador
– ...
para conocer la EB/N0 necesaria en cada caso.
Relación EB/N0
La EB/�0 necesaria depende del grado de dispersión temporal del canal
multitrayecto. Mientras la dispersión temporal del canal no sea muy grande en
comparación con el periodo de chip, la EB/�0 objetivo disminuye al aumentar
ésta, debido a que se produce una ganancia por diversidad multitrayecto. Por
el contrario, si la dispersión temporal es elevada, un aumento de ésta puede
llegar a ser perjudicial, debido a que el receptor no aprovecha las
componentes multitrayecto adicionales.
El grado de variación temporal del canal influye también en la EB/�0
necesaria. Esto es debido a que el bucle cerrado de control de potencia
funciona siempre con un cierto retardo, producido por la propagación, la
demodulación del bit de control de potencia y el periodo de actualización de
la potencia. En general, cuanto más rápidas sean las variaciones del canal,
esto es, cuanto más deprisa se esté desplazando el móvil, más difícil es para el
bucle cerrado de control de potencia seguir dichas variaciones; esto degrada
las prestaciones y obliga a incrementar el valor de EB/�0 para lograr la calidad
deseada. No obstante, existe por otro lado un efecto en sentido contrario,
derivado del hecho de que la codificación de canal con entrelazado temporal
funciona mejor para variaciones del canal rápidas. El resultado es que hay un
margen de velocidades del móvil para las cuales la EB/�0 necesaria es
máxima; para velocidades más bajas dicha EB/�0 disminuye gracias al mejor
comportamiento del bucle cerrado, mientras que para velocidades elevadas
disminuye por el efecto del entrelazado.
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• (I) Frente al desvanecimiento por sombra:
Dos enlaces independientes ⇒ reducción del
margen log-normal necesario: ganancia.
Valores típicos: 4-5 dB.
• (II) Frente al desvanecimiento multitrayecto:
Dos enlaces independientes ⇒ reducción de las
variaciones por multitrayecto ⇒ puede permitirse
una EB/N0 (media) más baja para una misma
calidad: ganancia.
Valores típicos: 0-3 dB.
Ganancia por Traspaso
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EB/N0 instantánea
tiempo
EB/N0 instantánea
EB/N0 media necesariaEB/N0 media necesaria
base 1 base 2 seleccionada
No traspaso Traspaso
Ganancia (II) por Traspaso
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Depende de
– Variabilidad en las EB/N0 instantáneas.
– Nivel relativo de las EB/N0 (medias) en las bases
Valores típicos: 0-3 dB.
Niveles similares: ganancia grande
tiempo tiempo
Ganancia (II) por Traspaso
Niveles dispares: ganancia pequeña
EB/N0 instantánea EB/N0 instantánea
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Ejemplo de Ganancia por Traspaso
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Incremento de Potencia
• Uso de bucle cerrado de control de potencia ⇒
incremento de potencia media transmitida para
lograr una misma EB/N0 media.
• Producido por la correlación entre atenuación
instantánea y potencia transmitida instantánea.
• La potencia adicional se invierte en reducir las
variaciones de EB/N0 instantánea.
• Este fenómeno puede verse como un incremento
de atenuación, definida como
P media transmitida / P media recibida.
La existencia de control de potencia en bucle cerrado en un enlace entre una
base y un móvil provoca un aumento de la potencia media de transmisión para
un mismo valor de EB/�0 objetivo y para unas condiciones de propagación
dadas. Este fenómeno se denomina incremento de potencia media
transmitida. El incremento tiene su origen en la correlación existente entre
las variaciones rápidas del canal y el bucle cerrado que intenta compensarlas.
Este fenómeno puede representarse, de forma equivalente, como un
incremento de atenuación, dado que se transmite una mayor potencia media
para lograr un mismo nivel de potencia media en recepción. Este incremento
de atenuación se produce en el trayecto hasta la base deseada (la que está
controlando en potencia al móvil), pero no los trayectos hasta las demás bases
(ya que estos últimos no existe correlación entre las variaciones del canal por
multitrayecto y las variaciones de potencia producidas por del bucle cerrado).
El incremento de atenuación debe tenerse en cuenta en el nivel de sistema
para calcular el nivel de interferencia en cada base.
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Incremento de Potencia
Atenuacióninstantánea
Potenciainstantáneatransmitida
Potenciainstantánea recibida
1,5
0,5
1
1,5
0,5
1,5
0,5
4/3
1
Sin bucle cerrado Con bucle cerrado
2
2/3
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Incremento de Potencia
• Depende de lo efectivo que sea el bucle
cerrado: es mayor para
– Móviles lentos
– Canales con poca dispersión (mayores variaciones
por desvanecimiento multitrayecto)
• Valores típicos: 0-2 dB.
• Para móviles en traspaso, depende de los
niveles relativos: ganancia por traspaso
(respecto al incremento de potencia).
El incremento de potencia transmitida, o el incremento de atenuación por
bucle cerrado, depende de la dispersión temporal, ya que un mayor grado de
diversidad multitrayecto tiende a disminuir las variaciones de potencia
producidas por el control en bucle cerrado. Depende también de la variación
temporal del canal, es decir, de la velocidad del móvil, puesto que si el canal
varía rápidamente el control de potencia en bucle cerrado es menos efectivo.
Este fenómeno también se produce para móviles en traspaso. En el enlace
ascendente, puesto que el control en cada instante corre a cargo de la estación
base que requiere menos potencia, es de esperar que el incremento de
potencia sea menor que cuando no hay traspaso, ya que cada base está
controlando en potencia al móvil sólo durante una parte del tiempo total.
Existe así una ganancia por traspaso respecto al incremento de potencia
(diferente de la ganancia definida anteriormente respecto a la EB/�0 objetivo).
En el enlace descendente, si el móvil está asignado a una sola base la
situación es similar a la existente en el ascendente. Si el móvil está en
traspaso, el incremento de potencia transmitida a un móvil por cada una de
sus bases activas depende del nivel con el que se reciba su señal: si una base
se recibe con mucho más nivel que las demás, tendrá más peso en la
combinación efectuada por el receptor Rake, y las órdenes de control de
potencia en bucle cerrado enviadas por del móvil vendrán determinadas
principalmente por las variaciones de esa señal.
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Margen de Potencia
Mayor potencia media ⇒
degradación de calidad ⇒
mayor EB/N0 necesaria
Potencia límite, Plím
Potencia media, P
Potencia transmitida instantánea
tiempo
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Margen de Potencia
4 5 6 7 8 9 10 11 120
2
4
6
8
10
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EB/N
0 necesaria
Pmáx-P
Con control en bucle cerradoSin control en bucle cerrado
EB/N0 necesaria en función de P/Plím
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Margen de Potencia
• El margen necesario depende de la variabilidad
de la potencia instantánea: es mayor para
– móviles lentos
– canales con poca dispersión.
• Valores típicos: 0-8 dB.
• Para móviles en traspaso, depende de los
niveles relativos: ganancia por traspaso
(respecto al margen de potencia).
El traspaso con continuidad modifica también el margen de potencia, ya que,
en general, cuando el móvil se encuentra asignado a dos o más bases, la
macrodiversidad produce una disminución del margen de potencia necesario,
al reducir los picos de potencia transmitida necesaria. Esta ganancia por
traspaso respecto al margen de potencia puede caracterizarse mediante
simulaciones de enlace.
El margen por traspaso influye an las simulaciones en el nivel de sistema, ya
que limita la potencia media que se peude transmitir.
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Simulación de Enlace
•Evaluación de la transmisión móvil-base(s)
•Simulación de la señal deseada y sus
transformaciones
•Resolución mejor que el periodo de chip
• Inclusión de “comportamiento no ideal”:
– Recuperación de portadora y de sincronismo
– Estimación de canal en el receptor Rake
– Errores en las órdenes de control de potencia
– Otros
La simulación de enlace se lleva a cabo representando las secuencias de bits y
de chips correspondientes al usuario de referencia y las señales que se
obtienen a partir de éstas, modelando adecuadamente los procesos que las
generan, hasta obtener finalmente la secuencia de bits demodulada en el
receptor. Las señales, al ser funciones definidas en un dominio continuo,
deben describirse mediante muestras. Habitualmente se emplea la
representación paso bajo equivalente, utilizando señales complejas. Para una
buena representación, normalmente se utilizan resoluciones del orden de 1-10
muestras por periodo de chip.
En la simulación se incluyen todas las etapas de generación y proceso de
señal, o al menos las más significativas, para caracterizar el comportamiento
no ideal de los mecanismos utilizados:
• Modulación y demodulación
• Codificación y decodificación de canal.
• Canal variante multitrayecto.
• Estimación de canal en el receptor.
• Bucle cerrado de control de potencia.
• Diversidad.
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Simulación de Enlace: Datos
• Parámetros generales del sistema– Tasa de chip, modulación
– Mecanismo de control de potencia
– Receptor
• Servicio considerado:– Velocidad binaria
– Profundidad de entrelazado
• Canal de propagación:– Perfil multitrayecto (dispersión temporal)
– Velocidad del móvil (dispersión Doppler)
• Valor de referencia (EB/N0)ref del bucle cerrado
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Simulación de Enlace: Resultados
Se obtienen los parámetros característicos del
enlace radio:
– EB/N0 necesaria
– Parámetros asociados al bucle cerrado: incremento
de potencia, margen de potencia, ganancias por
traspaso.
En función de las condiciones de entrada los
resultados son diferentes ⇒ tablas.
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Ejemplo: simulación de bucle externo
Características del bucle externo:
– Parámetro de calidad: BLER. Valor objetivo: BLERobj.
– Se compara con BLER objetivo y se ajusta la SIR (EB/N0)
de referencia, SIRref, utilizada por el bucle interno.
Algoritmo convencional:
– Subir SIRref un paso ∆ (dB) cuando se recibe un bloque
incorrecto (se sabe gracias al CRC).
– Bajar SIRref un paso ∆’ (dB) cuando se recibe un bloque
correcto.
obj
obj
1'
BLER
BLER
−∆=∆
– Habitualmente: ∆ = 0.25 – 1 dB; BLERobj = 1% - 0.1%:
∆<<∆'
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Ejem
plo: simulación d
e bucle ex
terno
SIR SIR TargetTarget ((dBdB))
Tim
e (m
in.)
Tim
e (m
in.)
SIR SIR TargetTarget ((dBdB))
Tim
e (m
in.)
Tim
e (m
in.)
-5 -3 -1 1 3 5 7
0
1,4
2,8
4,2
5,6
7
8,4
9,8
11,2
12,6
14
15,4
16,8
18,2
19,6
21
22,4
23,8
25,2
26,6
28
29,4
30,8
32,2
33,6
35
36,4
37,8
39,2
40,6
42
43,4
44,8
DL DL RxRx SIR (SIR (dBdB))
Tim
e (
Tim
e (s
ec
sec.) .)
-5 -3 -1 1 3 5 7
0
1,4
2,8
4,2
5,6
7
8,4
9,8
11,2
12,6
14
15,4
16,8
18,2
19,6
21
22,4
23,8
25,2
26,6
28
29,4
30,8
32,2
33,6
35
36,4
37,8
39,2
40,6
42
43,4
44,8
DL DL RxRx SIR (SIR (dBdB))
Tim
e (
Tim
e (s
ec
sec.) .)
Medidas en term
inales comerciales
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Ejemplo: simulación de bucle externo
Características del simulador
• Objetivo: estudiar el bucle externo
• Para ello es necesario simular:
– Canal multitrayecto: dispersión temporal, variación temporal
– Bucle interno
– Codificación de canal (convolucional/turbo; entrelazado)
– Adaptación de tasa
– Traspaso / no
– Algoritmo de bucle externo
• Se modelan analíticamente (no se simulan):
– Receptor Rake (ideal: combinación MRC)
– Modulación (curvas ideales + margen de implementación)
– Estimación de canal (ideal)
– Estimación de SIR recibida (ideal + error aleatorio)
– CRC (ideal)
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Ejemplo: simulación de bucle externo
Cambio en condiciones de propagación: de canal “malo” a “bueno”
Algoritmo
convencional
Algoritmo
mejorado
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Ejemplo: simulación de bucle externoCambio de canal “malo” a “bueno”: BLER obtenida
Algoritmo convencional Algoritmo mejorado
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Ejemplo: simulación de bucle externoCambio de canal “malo” a “bueno”: BLER obtenida
Algoritmo convencional Algoritmo mejorado