Doppler Shift Characterization of Wideband Mobile Radio Channels

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On the influence of the non-WSSUS condition in the performance of IEEE 802.11-based channel estimators for vehicular communications

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención EléctricaLas redes de comunicación vehiculares que potencialmente podrán mejorar la seguridad víal, están generando un gran interés en la comunidad científica. Ya que algunas de estas redes vehiculares utilizan el medio radio eléctrico para la propagación, la estimación de canal es fundamental. La mayor parte de las técnicas de estimación de canal se diseñan asumiendo que el canal es estacionario en el sentido amplio y que los dispersores están no correlacionados entre si. Estas dos condiciones son llamadas la condición WSSUS para el modelamiento de canal, por sus siglas en inglés. Sin embargo, una serie de campañas de medición llevadas a cabo a través de todo el mundo, sugieren que la condición WSSUS podría no cumplirse en un entorno vehicular. En este trabajo estudiamos un model de canal de móvil a móvil que es no-WSSUS, como resultado de su lógica de modelamiento. Este modelo de canal permite la incorporación de cambios de velocidad en los móviles. Esta característica particular del modelo de canal seleccionado, lo convierte en un modelo que puede ser apropiadamente usado para simular entornos de propagación vehicular. Caracterizamos estadísticamente el proceso estocástico inducido por el canal, incluyendo la Función de Correlación, la cual permite estudiar el cumplimiento, o no, de las condición WSSUS. Con la correcta caracterización estadística del canal realizada, se caracteriza el efecto Doppler de canales de Radio de Gran Ancho de Banda, como los que se ocupan en el protocolo IEEE 802.11p. Habiendo estudiado las características estadísticas del modelo de canal seleccionado, se utilizan simulaciones para comparar el rendimiento de tres técnicas de estimación de canal, basadas en el estándar IEEE 802.11p, en términos de su tasa de error de bit (BER). Comparamos los resultados de BER de las diferenres técnicas variando el valor de parámetros relacionados con el efecto Doppler, dígase, la aceleración de los móviles y la distancia entre ellos. Nuestros resultados muestran que las no estacionaridades causadas por el efecto Doppler, son la razón principal de la degradación del rendimiento del sistema. Utilizamos la función de correlación para tener un conocimiento previo de como se comportará el BER en los distintos escenarios. También mostramos que el rendimiento de BER de los esquemas de estimación tiempo-frequencia, son áltamente afectados por la distancia entre los móviles. Sin embargo, éstos esquemas de estimación no son afectados por la aceleración de los móviles. Por otra parte, mostramos que el rendimiento de BER de los esquemas de estimación de dominio del tiempo, no son afectados ni por la distancia entre los móviles, ni por las aceleraciones de estos.Proyecto FONDECYT Iniciacion Grant No. 11160517 y ERANet-LAC Grant No. ELAC2015/T10-076