Figuras y Tablas

Listado de Figuras y Tablas
Apéndice
LISTADO DE FIGURAS Y TABLAS
FIGURAS
Figura 1.1: Tipos de redes inalámbricas ......................................................................... 4
Figura 1.2: Sistema integrado WBAN .............................................................................. 7
Figura 1.3: Red WMAN .................................................................................................. 10
Figura 1.4: El espectro electromagnético ...................................................................... 21
Figura 1.5: Esquema de solapamiento de frecuencias................................................... 22
Figura 1.6: Interferencia de dos ondas desfasadas ....................................................... 24
Figura 1.7: Ejemplo de domicilio típico ........................................................................ 25
Figura 1.8: Estado inicial del entorno de prueba .......................................................... 26
Figura 1.9: Entorno de pruebas con un horno microondas activo ................................ 27
Figura 1.10: Gráfica de rendimiento de una descarga con horno microondas activo.. 28
Figura 1.11: Gráfica acumulada de la descarga cuando el horno microondas está
activo .............................................................................................................................. 28
Figura 1.12: Caída de rendimiento provocada por la introducción de un horno
microondas ................................................................................................................... 279
Figura 2.1 - Interconexión entre el estándar 802.3 y el 802.15 ..................................... 34
Figura 2.2: Stack de protocolos Bluetooth..................................................................... 38
Figura 2.3: paquetes sencillos ....................................................................................... 40
Figura 2.4: Paquetes multi-slot ...................................................................................... 41
Figura 2.5: Paquete bluetooth ....................................................................................... 41
Figura 2.6 Estructura en el tiempo de las Superframes ................................................. 47
Figura 2.7 Espectro de una señal UWB comparada con el espectro de 802.11a .......... 49
Figura 2.8: Topologías del protocolo 802.15.4 ............................................................. 52
Figura 2.9: Transferencia de datos sin Beacon ............................................................. 52
Figura 2.10: Estructura de una supertrama .................................................................. 53
Figura 2.11: Stack de protocolos ................................................................................... 56
Figura 2.12: Partes de una superframe ......................................................................... 58
Figura 2.13: Estructura de canales de IEEE 802.15.4 .................................................. 60
Figura 3.1: Arquitectura peer-to-peer ........................................................................... 68
Figura 3.2: Arquitectura basada en Puntos de Acceso .................................................. 68
Figura 3.3: Utilización de varios Puntos de Acceso: terminales con capacidad de
roaming........................................................................................................................... 69
Figura 3.4: Interconexión de LAN mediante antenas direccionales .............................. 69
Figura 3.5: Adaptadores de red inalámbricos ............................................................... 71
Figura 3.6: Punto de Acceso Cisco Aironet 1100 .......................................................... 71
Figura 3.7: Arquitectura 802.11 .................................................................................... 72
Figura 3.8: Capas del IEEE 802.11 ............................................................................... 72
Figura 3.9: Gráfica de Codificación con Salto en Frecuencia ...................................... 73
Figura 3.10: Formato de la trama FHSS ....................................................................... 74
Figura 3.11: Canales DSSS ............................................................................................ 75
Figura 3.12: Tabla de frecuencias DSSS ....................................................................... 75
Figura 3.13: Codificación de Barker ............................................................................. 76
Figura 3.14: Formato de la trama DSSS ....................................................................... 77
Figura 3.15: Transmisión por Infrarrojos ..................................................................... 78
Modelo de Cobertura para Redes Inalámbricas de Interiores
321
Listado de Figuras y Tablas
Apéndice
Figura 3.16: OFDM ....................................................................................................... 79
Figura 3.17: Espectro de OFDM solapado ................................................................... 80
Figura 3.18:Método CSMA/CA ...................................................................................... 82
Figura 3.19: Ejemplo de nodo escondido ...................................................................... 82
Figura 3.20: Cobertura completa con triangulación ..................................................... 85
Figura 3.21: Asignación de la CEPT para la banda de 5 GHz ..................................... 86
Figura 3.22: Conclusiones de la CMR-2003 en la banda de 5 GHz ............................. 87
Figura 3.23: Modelo HiperLan respecto al modelo OSI ............................................... 92
Figura 3.24: Modelo de capas de HiperLan/2 ............................................................... 94
Figura 3.25: Diagrama de bloques de HiperLan/2 ........................................................ 95
Figura 3.26: Formato de las tramas MAC de HiperLan/2 ............................................ 96
Figura 5.1: Etapas que componen un sistema de comunicación ................................. 118
Figura 5.2: Sistema de comunicación inalámbrico...................................................... 119
Figura 5.3: Funciones de densidad de probabilidad con distribución de Rayleigh .... 121
Figura 5.4: funciones de densidad de probabilidad con distribución de Ricean......... 121
Figura 5.5: Factores que afectan a la cobertura ......................................................... 125
Figura 5.6: Patrón de radiación de una antena yagi ................................................... 126
Figura 5.7: Patrones de radiación: ejemplos ideales .................................................. 127
Figura 5.8: Anchura de haz.......................................................................................... 128
Figura 5.9: Radiación de una antena omnidireccional ............................................... 129
Figura 5.10: Radiación de antenas direccionales........................................................ 129
Figura 5.11: Factores que intervienen en una comunicación...................................... 131
Figura 5.11: Potencia recibida en función de la distancia transmisor–receptor ........ 133
Figura 5.12: Reflexión de una señal ............................................................................ 134
Figura 5.13: Multitrayecto y sus efectos ...................................................................... 135
Figura 5.14: Perfil de retardo típico ............................................................................ 135
Figura 5.15: Comparativa de BER .............................................................................. 136
Figura 5.16: Dispersión de retardo RMS vs Distancia ................................................ 137
Figura 5.17: Estructura de un receptor RAKE ............................................................ 137
Figura 5.18: Procedimiento de los canales en el receptor RAKE ............................... 138
Figura 5.19: Difracción de señal ................................................................................. 139
Figura 5.20: Círculos concéntricos que definen los límites de las Zonas de Fresnel . 140
Figura 5.21: Zonas de Fresnel representadas como elipses ........................................ 140
Figura 5.22: Difracción de objetos puntiagudos ......................................................... 141
Figura 5.23: Dispersión de señal ................................................................................. 141
Figura 6.1: Apertura recibida en una antena .............................................................. 148
Figura 6.2: Pérdidas de trayecto para diferentes valores de n.................................... 150
Figura 7.1: Principales rayos del transmisor al receptor............................................ 163
Figura 7.2: Escena simple en 3D ................................................................................. 167
Figura 7.3: Propagación del trazado de rayos ............................................................ 170
Figura 7.4: Dipolo vertical y su imagen para determinar la reflexión sobre un
conductor ...................................................................................................................... 172
Figura 7.5: Componentes del campo en el punto de reflexión ..................................... 173
Figura 7.6: Rayo directo y reflejado ............................................................................ 174
Figura 7.7: Fuentes eléctricas y magnéticas y sus respectivas imágenes.................... 174
Figura 7.8: Imágenes de primer y segundo orden correspondientes a una fuente (S)
situada entre dos espejos .............................................................................................. 175
Figura 7.9: Situación para la que no es válida una imagen de segundo orden, no se
produce segunda reflexión en esa pared del rayo procedente de la pared 1 ............... 176
Figura 7.10: Longitud adecuada del radio de la esfera para recibir un rayo. 2D ...... 178
Modelo de Cobertura para Redes Inalámbricas de Interiores
322
Listado de Figuras y Tablas
Apéndice
Figura 7.11: Rayos generados desde la fuente en 2D.................................................. 179
Figura 7.12: Escena exterior analizada en 2D ............................................................ 183
Figura 7.13: Generación del árbol del BSP (I)............................................................ 184
Figura 7.14: Generación del árbol del BSP (II) .......................................................... 184
Figura 7.15: Generación del árbol del BSP (III) ......................................................... 184
Figura 7.16: Generación del árbol del BSP (IV) ......................................................... 185
Figura 7.17: Otro ejemplo del árbol del BSP .............................................................. 185
Figura 7.18: Punto P delante y detrás de la faceta (casos a y b respectivamente) ..... 186
Figura 7.19: Localización del transmisor y del receptor en una escena en 2D .......... 187
Figura 7.20: Subdivisión del espacio en voxels y almacenamiento de las facetas para
una escena exterior simple en 2D ................................................................................ 188
Figura 7.21: Definición de anxel ................................................................................. 189
Figura 7.22: Almacenamiento de las facetas en el plano AZB .................................... 189
Figura 7.23: Ejemplo de una escena exterior en 2D dividida en 8 anxels .................. 190
Figura 7.24: Test de sombreado. Solo se examina la faceta 17................................... 191
Figura 7.25: Rectángulo AZB para una fuente imagen ............................................... 192
Figura 7.26: Definición de los parámetros angulares a, b para el AZB del borde de
difracción ...................................................................................................................... 183
Figura 7.27: Definición del rectángulo AZB para un borde de difracción ................. 193
Figura 7.28: La difracción-reflexión se reduce a una simple difracción calculando la
imagen de la fuente y la imagen del borde con respecto a la faceta reflexiva............. 195
Figura7.29: Rectángulo AZB del borde imagen. Se muestra el cuadrilátero
correspondiente a la faceta reflexiva ........................................................................... 195
Figura 8.1: Estructura prototipo para el software del trazado de rayos ..................... 198
Figura 8.2: Ejemplo de un entorno de interiores con las ventanas y las puertas ........ 199
Figura 8.3: Punto imagen S respecto de un plano ....................................................... 200
Figura 8.4: Punto imagen S respecto de una recta ...................................................... 200
Figura 8.5: Árbol de las imágenes a partir del TX para las trayectorias de reflexión 201
Figura 8.6: Combinación de dos árboles de imágenes para incluir la difracción ...... 201
Figura 8.7: Definición de onda plana .......................................................................... 203
Figura 8.8: Patrones de antena para una antena isotrópica (izquierda) y para una
antena directiva (derecha)............................................................................................ 204
Figura 8.9: Polarización vertical ................................................................................. 204
Figura 8.10: Polarización horizontal........................................................................... 205
Figura 8.11: Geometría de la reflexión ....................................................................... 208
Figura 8.12: Ángulo de reflexión en 2D....................................................................... 208
Figura 8.13: Coeficiente de reflexión para una polarización horizontal en función del
ángulo de incidencia. Material..................................................................................... 209
Figura 8.14: Coeficiente de reflexión para una polarización vertical en función del
ángulo de incidencia..................................................................................................... 210
Figura 8.15: Ejemplo de 3 medios diferentes. η1 y η3 se definen como medios
infinitamente anchos ..................................................................................................... 210
Figura 8.16: Coeficiente de reflexión dependiente del espesor, para una polarización
horizontal y en función del ángulo de incidencia ......................................................... 211
Figura 8.17: Coeficiente de reflexión dependiente del espesor, para una polarización
vertical y en función del ángulo de incidencia. Material ............................................. 211
Figura 8.18: Reflexiones internas ................................................................................ 212
Figura 8.19: Situación general de reflexión y refracción ............................................ 213
Figura 8.20: Elevación del punto de difracción........................................................... 216
Figura 8.21: Difracción vista desde arriba (2D) ......................................................... 216
Modelo de Cobertura para Redes Inalámbricas de Interiores
323
Listado de Figuras y Tablas
Apéndice
Figura 8.22: Diagrama de flujo del trazado de rayos en 3D ....................................... 223
Figura 8.23: Ejemplos de trayectorias de la altura para un entorno exterior y un
entorno interior respectivamente.................................................................................. 224
Figura 8.24: Trayectoria de la propagación proyectada, trayectoria de la altura y
fusión de ambas, respectivamente ................................................................................ 225
Figura 8.25: Resultado de la trayectoria fusionada en 3D.......................................... 225
Figura 8.26: Ejemplo de fusión de trayectorias ........................................................... 226
Figura 9.1: Ejemplo de habitación en 2D .................................................................... 230
Figura 9.2: Efecto de una abertura en una pared. La abertura actúa como foco emisor
...................................................................................................................................... 232
Figura 9.3: Resumen de los posibles casos entre el transmisor y el receptor ............. 233
Figura 9.4: Rayo reflejado. Corte por el plano de incidencia ..................................... 235
Figura 9.5: Imagen de la fuente respecto a una faceta ................................................ 236
Figura 9.6: Espacio de reflexión de una faceta ........................................................... 237
Figura 9.7: Ejemplo de reflexión de segundo orden .................................................... 237
Figura 9.8: F2 se encuentra fuera de la RS de F1 y no puede haber doble reflexión . 237
Figura 9.9: Transmisión debido a la ocultación de la imagen .................................... 238
Figura 9.10: Ejemplo de imágenes de primer orden ................................................... 240
Figura 9.11: Ejemplo de imágenes de segundo orden ................................................. 240
Figura 9.12: Ejemplo de imágenes de primer y segundo orden válidas ...................... 243
Figura 9.13: Ejemplo de imágenes de primer y segundo orden no válidas ................. 245
Figura 9.14: Difracción en una esquina. ..................................................................... 246
Figura 9.15: Importancia de la posición de la fuente respecto a la esquina en su
análisis .......................................................................................................................... 247
Figura 9.16: Ejemplos de consideración de la cara 0 y la cara n de la esquina de
difracción ...................................................................................................................... 248
Figura 9.17: Orientación de las paredes que pueden formar una esquina de difracción
...................................................................................................................................... 249
Figura 9.18: Procedimiento para evaluar la dirección de llegada de la fuente o del
receptor al punto de difracción .................................................................................... 249
Figura 9.19: Pasos seguidos por la función diff_values.m .......................................... 250
Figura 9.20: Ejemplo de dirección invalidada por la función diff_values.m .............. 251
Figura 9.21: Plano de difracción de una esquina para una incidencia normal .......... 252
Figura 9.22. Caso presentado para la deducción en las expresiones de R0 y Rn ...... 252
Figura 9.23: Ejemplo de trayectoria de difracción simple .......................................... 254
Figura 9.24: Ejemplo de trayectoria doblemente difractada ....................................... 255
Figura 9.25: Ejemplo de trayectoria de doble reflexión - difracción .......................... 256
Figura 9.26: Ejemplo de trayectoria de difracción - doble reflexión .......................... 257
Figura 9.27: Cobertura en ambos modelos sin facetas internas ................................. 259
Figura 9.28. Cobertura en ambos modelos con una faceta (muro) interna ................ 260
Figura 9.29: Cobertura de los rayos difractados ........................................................ 261
Figura 9.30: Cobertura de los rayos según el material de la faceta .......................... 261
Figura 9.31: Cobertura de la red WI-FI en una vivienda ........................................... 262
Figura 9.32: Ejemplo del simulador 3D para reflexiones de orden 3 ......................... 263
Figura 9.33: Ejemplo del simulador 3D para reflexiones de orden 4 ........................ 264
Figura 9.34: Ejemplo del simulador 3D para reflexiones de orden 8 ......................... 264
Figura A.1: Incidencia soft. Corte por el plano de incidencia .................................... 273
Figura A.2: Incidencia hard. Corte por el plano de incidencia ................................... 273
Figura B.1: Regiones de transición y sistema de coordenadas para la cuña ............. 278
Figura B. 2: Incidencia oblicua sobre una cuña de paredes conductoras .................. 279
Modelo de Cobertura para Redes Inalámbricas de Interiores
324
Listado de Figuras y Tablas
Apéndice
Figura B.3: Función de Transición de Fresnel. (a) Módulo y (b) Fase ..................... 282
Figura C.4: Intersección rayo-plano ........................................................................... 289
Figura C.5: Intersección rayo-segmento en un plano ................................................. 292
Figura D.1: Ejemplo de predicción con un modelo de predicción indoor .................. 296
Figura D.2: Área con 4 células. Asignación de la localización de los MS a los AP ... 297
Figura D.3: Área del mejor servidor. Asignación de la localización de los MS a las
portadoras .................................................................................................................... 297
Figura D.4: Máxima potencia recibida en el RX. Máxima potencia que puede recibir
una estación móvil en el enlace de bajada .................................................................. 298
Figura D.5: SNIR Fichero de salida sólo para las portadoras asignadas en el mapa del
mejor servidor ............................................................................................................. 298
Figura D.6: Wise. Predicción de la cobertura de un pequeño edificio de oficina con dos
estaciones-base ............................................................................................................. 300
Figura D.7: Wise. Trazado de rayos ............................................................................ 300
Figura D.8: Volcano. Predicción de la atenuación de radio alrededor del transmisor
omnidireccional E02 con una antena direccional receptora ...................................... 301
Figura D.9: Volcano. Trayectorias de los rayos principales entre el transmisor y una
localización del receptor particular ............................................................................. 301
Figura D.10: Volcano. Predicción de la propagación de la señal en varias plantas . 302
Figura D.11: Cindoor. Mapa de cobertura ................................................................. 303
Figura D.12: Cindoor. Trazado de rayos .................................................................... 303
Figura D.13: LANPlanner. Predicción de la cobertura de la señal ........................... 304
Figura D.14: LANPlanner. Predicción de la potencia de la señal recibida para
múltiples puntos de acceso .......................................................................................... 304
Figura D.15: EDX Signal Pro. Área de predición de la cobertura ............................ 305
Figura D.16: EDX Signal Pro. Área ........................................................................... 306
TABLAS
Tabla 1.1: Comparación entre las tecnologías WLANs ................................................. 10
Tabla 1.2: Características de HomeRF ........................................................................... 12
Tabla 1.3: Principales estándares de la familia IEEE 802.11 ....................................... 14
Tabla 1.4: Relación de bandas de frecuencias ............................................................... 21
Tabla 1.5: Porcentaje de caída de rendimiento de la red inalámbrica por prueba....... 29
Tabla 2.1: Modelo ISO-OSI vs. Modelo IEEE 802.15 ................................................... 34
Tabla 2.2: Características de las UWB .......................................................................... 50
Tabla 2.3: Parámetros técnicos según las frecuencias .................................................. 60
Tabla 2.4: Frecuencias de canales IEEE 802.15.4 ........................................................ 61
Tabla 3.1: Comparativa WLAN - LAN cableadas .......................................................... 66
Tabla 3.2: Comparativa de los estándares IEEE y ETSI de las WLAN ......................... 67
Tabla 3.3: Comparativa asignación del espectro WLAN en la banda 5 GH ................. 87
Tabla 3.4: Tasas de transmisión de hiperLan/2 ............................................................. 95
Tabla 4.1: Características de las bandas WiFi ............................................................ 102
Tabla 4.2. Niveles de referencia y decisión .................................................................. 108
Tabla 4.3: Metodología para el desarrollo de proyectos de redes inalámbricas ........ 111
Tabla 5.1: Niveles de potencia de transmisión para diferentes regiones .................... 131
Tabla 5.2: Sensibilidad de recepción de Cisco Aironet 1100 ...................................... 132
Modelo de Cobertura para Redes Inalámbricas de Interiores
325
Listado de Figuras y Tablas
Apéndice
Tabla 5.3: Transmisión a través de diferentes tipos de materiales .............................. 139
Tabla 6.1. Variable de pérdida de trayecto .................................................................. 150
Tabla 6.2: Valores medios de los factores de pérdida según categoría ...................... 151
Tabla 7.1: Datos relativos a los materiales y coordenadas de las facetas de la figura
7.2 ................................................................................................................................. 167
Tabla 7.2: Datos relativos a la topología y a los vectores normales de las facetas de la
figura 7.1 ...................................................................................................................... 168
Tabla 7.3: Datos relativos a los bordes de la escena de la figura 7.1 ......................... 168
Tabla 8.1: Propiedades dieléctricas de diferentes materiales a una frecuencia de 1 GHz
...................................................................................................................................... 206
Tabla 9.1: Matriz de definición de los materiales ........................................................ 229
Tabla 9.2: Matriz de definición de las facetas (facetas de reflexión) .......................... 230
Tabla 9.3: Matriz de definición de las facetas (facetas de difracción) ........................ 231
Tabla 9.4: Parámetros del transmisor en la matriz de las imágenes ........................... 239
Tabla 9.5: Parámetros de las imágenes del ejemplo anterior ..................................... 241
Tabla 9.6: Valores fijos de las intersecciones de reflexión .......................................... 242
Tabla 9.7: Matriz “TRAYECTORIAS” para una trayectoria con dos .............................. 243
Tabla 9.8: Intersección de reflexión para la trayectoria de reflexión simple de la figura
9.12 ............................................................................................................................... 243
Tabla 9.9: Trayectoria de reflexión simple de la figura 9.12 ...................................... 244
Tabla 9.10: Intersecciones de reflexión para la trayectoria de reflexión doble de la
figura 9.12 .................................................................................................................... 244
Tabla 9.11: Trayectoria de reflexión doble de la figura 9.12 ...................................... 244
Tabla 9.12: Intersección de difracción para la trayectoria de difracción simple de la
figura 9.22 .................................................................................................................... 253
Tabla 9.13: Trayectoria de difracción simple de la figura 9.22 .................................. 153
Tabla 9.14: Valores fijos de las intersecciones de transmisión ................................... 257
Tabla B.1: Contribuciones en cada región del espacio .............................................. 277
Modelo de Cobertura para Redes Inalámbricas de Interiores
326