Experimental characterization of the radio channel for systems with large bandwidth and multiple antennas

Abstract

[SPA] Cada día son necesarias comunicaciones mejores y más eficientes, con mayores anchos de banda y mayores tasas de transferencias de datos. Por un lado los sistemas de múltiples antenas, MIMO, surgieron como una técnica para optimizar el uso de la potencia y el espectro. Por otro lado, los sistemas Ultra-Wideband, UWB, han ganado recientemente el interés de la comunidad científica por su gran ancho de banda combinado con su baja potencia de transmisión. A la hora de diseñar y testear nuevos dispositivos de comunicaciones inalámbricas, es esencial poseer un conocimiento preciso del canal de propagación por el que se propagan dichas señales. Esta tesis, se basa en el modelado del canal de propagación para sistemas de gran ancho de banda y múltiples antenas desde un punto de vista experimental. Primeramente se presentan las mejoras y desarrollos realizados en el ámbito de los sistemas de medida del canal, dado que es necesario disponer de equipos adecuados y precisos para realizar adecuadas medidas del canal. Seguidamente, se analiza el canal MIMO-UWB en interiores. Se realiza un análisis en profundidad de varios parámetros, especialmente parámetros de una antena como las pérdidas de propagación, el factor de polarización cruzada o la dispersión del retardo. Finalmente, la tesis particulariza el análisis del canal en un entorno especial como es el caso de túneles. Se realiza un análisis experimental de parámetros de una antena como multi antena para luego evaluar las prestaciones que pueden brindar varias técnicas de diversidad como es en el dominio de la frecuencia, la polarización, el espacio o el tiempo.

[ENG] Wireless communications have become essential in our society [Rappaport, 1996], [Parsons, 2000]. Nowadays, people need to be connected everywhere and at any time, and demand faster and enhanced communications every day. New applications requires higher data rates and, therefore, higher bandwidths. On the one hand, Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems were proposed as one solution to achieve higher data rates and optimize the use of the spectrum. On the other hand, more recently, systems with an ultra large bandwidth, and particularly Ultra-Wideband (UWB) systems, have gained the interest of the scientific community. Such interest is owing to the extremely high data rates offered and its possible coexistence with existing systems due to the its low transmitted power. However, this improvement in mobile communications involves the development and testing of new wireless communications systems. Precise knowledge of the radio channel is an essential issue to design this new devices and, thus, reach such improvement in wireless communications. In general, the modeling of the radio channel can be undertaken in two main ways: Theoretically, where the channel is characterized by means of simulations and theoretical approaches. - Experimentally, where the radio channel is characterized by means of the analysis of measurements carried out in real scenarios. This thesis is mainly focused on the experimental characterization of the radio channel for systems with large bandwidth and multiple antennas (MIMO). However, characterizing experimentally the MIMO wideband channel implies the availability of adequate and accurate channel sounders.