Orientador: Evandro Conforti

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: Os efeitos provocados pelo ambiente de propagação sobre o sinal transmitido, assim como as condições impostas pela mobilidade do receptor, afetam diretamente a qualidade de serviço em sistemas de comunicação sem fios. Portanto, é necessário compreender e analisar os efeitos de degradação que...

Resumo: Os efeitos provocados pelo ambiente de propagação sobre o sinal transmitido, assim como as condições impostas pela mobilidade do receptor, afetam diretamente a qualidade de serviço em sistemas de comunicação sem fios. Portanto, é necessário compreender e analisar os efeitos de degradação que o canal terá sobre um dado sistema de comunicação de dados e, dessa forma, avaliar a necessidade de medidas para mitigar os eventuais efeitos prejudiciais do canal. Neste trabalho, apresenta-se uma caracterização estatística do canal de rádio móvel, a partir de medições em campo nas bandas de 1800, 2500 e 3500 MHz, através de uma técnica simples de aquisição da envoltória do sinal. Em particular, são calculadas, para a envoltória, funções de distribuição de probabilidade, taxas de cruzamentos, duração de desvanecimento e sua distribuição, funções de correlação espacial e em frequência, tempo de coerência e largura de banda de coerência. Realiza-se, igualmente, uma análise comparativa destes resultados com os seguintes modelos estatísticos: Rayleigh, Nakagami, Rice, Weibull, Hoyt (Nakagami-q) e ?-?. Além disso, é dada ênfase à estimação de parâmetros dos modelos de canal de rádio, através de dois métodos: momentos (MoM) e máxima verossimilhança (ML). Neste contexto, obtém-se expressões para a variância e o intervalo de confiança, assintóticos, de estimadores ML, baseadas na informação de Fisher que uma amostra aleatória contém a respeito do parâmetro a ser estimado. De forma geral, foi observado um bom ajuste entre as medidas em campo e correspondentes curvas teóricas, para estatísticas de primeira e segunda ordem da envoltória. As medições em campo deste trabalho mostraram que os estimadores ML agruparam mais as curvas teóricas, em torno da curva experimental, quando comparados aos estimadores MoM. Adicionalmente, a matriz de covariância dos estimadores ML para ? e ?, obtida a partir das medições em campo, mostrou que a variância do estimador de ? é, pelo menos, dez vezes maior que aquela do estimador de ?. Igualmente, valores medidos de correlação espacial apresentaram bom ajuste aos modelos teóricos, em termos de uma tendência geral de variação. Em particular, curvas de distribuição cumulativa do tempo de coerência, , para medidas em campo em 3500MHz, mostraram que é maior que 1,7 ms, para 90% do tempo, quando o receptor se move a 30 km/h. Por fim, medidas em campo da largura de banda de coerência, em 1800MHz, revelaram que um valor de ?f < 60 kHz irá garantir um nível de correlação da envoltória maior que 0,9, para 90% do tempo

Abstract: The propagation environment effects on the transmitted signal as well as the conditions imposed by the receiver mobility directly affect the quality of service (QoS) in wireless communication systems. Therefore, it is necessary to understand and analyze the degradation effects inflicted by...

Abstract: The propagation environment effects on the transmitted signal as well as the conditions imposed by the receiver mobility directly affect the quality of service (QoS) in wireless communication systems. Therefore, it is necessary to understand and analyze the degradation effects inflicted by the channel on a given data communication system, in order to evaluate the measures to mitigate these deleterious effects. In this thesis, we present a statistical characterization of the mobile radio channel based on field measurements performed over the 1800, 2500, and 3500 MHz bands, using a simple technique for acquiring the signal envelope. In particular, envelope statistics for probability distribution functions were calculated, as well as the crossing rates, duration of fading and its distribution, spatial and frequency correlation functions, coherence time, and coherence bandwidth. A comparative analysis of these results was also carried out against the following statistical models: Rayleigh, Nakagami, Rice, Weibull, Hoyt (Nakagami-q), and ?-?. Also, emphasis is given to the parameter estimation of radio channel models using two methods: moments (MoM) and maximum likelihood (ML). In this context, expressions for the asymptotic variance and confidence interval of ML estimators were obtained, based on the Fisher information a random sample contains over the parameter to be estimated. In general, there was a good fit between the field measurements and corresponding theoretical curves for envelope statistics of first and second order. Field measurements of this work have shown that ML estimators grouped more the theoretical curves around the experimental one, when compared to MoM estimators. Additionally, the covariance matrix of ML estimators for ? and ?, obtained from field measurements, showed that the variance of ? estimator is at least ten times greater than the one of ? estimator. Moreover, measured values of spatial correlation showed a good .t to the theoretical models, in terms of a general tendency of variation. Particularly, cumulative distribution curves of the coherence time , for field measurements at 3500MHz, showed that is greater than 1,7 ms for 90% of time when the receiver is moving at 30 km/h. Finally, 1800- MHz field measurements of coherence bandwidth revealed that a value of ?f < 60 kHz will ensure a level of envelope correlation greater than 0.9 for 90% of time