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UNIVERSIDAD DEL QUINDIO, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA ELECTRÓNICA.
Laboratorio #1: Efecto Multitrayecto Juán C. Bermeo Tisoy Cód. 1094931596 Programa de Ingeniería Electrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad del Quindío – Colombia jotabermeo@gmail.com Resumen – En el siguiente informe de laboratorio se presenta una reseña del efecto multitrayecto, sus causas, consecuencias, entre otras. Además, se muestra una simulación donde se observa el efecto que se produce en la señal transmitida por diferentes factores como frecuencia, amplitud, retardo, visto en el receptor (Scope). Esto se realiza para señales analógicas y digitales. Palabras clave – Señal analógica, multitrayecto, señal sinusoidal.
I.
señal
digital,
efecto
móvil hay muchos obstáculos. En otros casos como satélites y microondas las antenas pueden ser localizadas donde no existan muchos obstáculos cercanos [2]. Las fuentes de propagación multitrayecto son: reflexión, difracción y scattering. En la Figura 1 se aprecia el fenómeno de multitrayecto [2]:
INTRODUCCIÓN
El efecto multitrayecto es el efecto que sufre una señal transmitida en un transmisor al tomar diferentes trayectorias por las reflexiones, es decir ecos, a partir de rasgos fijos del terreno como colinas, árboles o edificios, y los objetos móviles como vehículos, aeronaves e incluso las personas, con esto el receptor recibe varias versiones retrasadas de la misma señal [1]. Para observar este fenómeno, se requiere enviar una señal por diferentes canales con variaciones en parámetros como: frecuencia, potencia, amplitud, latencia, entre otros, a un mismo receptor; para así, observar los efectos que se generan a su llegada. Esto se realiza por medio de simulación en el software Matlab. II.
OBJETIVOS
Analizar el efecto multitrayecto a través del software Simulink, efectuando variaciones de retardos y de ganancias para señales que viajan por múltiples trayectorias o caminos. Identificar las diferencias del efecto multitrayecto entre las fuentes generadoras de información analógica y digital. III.
Figura 1. Efecto Multitrayecto [2] Se puede apreciar en la imagen anterior que la señal recibida por el usuario del automóvil es el resultado combinado vectorialmente de diferentes ondas aleatorias que llegan al receptor causando distorsión o pérdida [2]. Decaimiento De La Amplitud De La Señal: Es producto de las múltiples ondas reflejadas que están desfasadas con respecto a la señal principal, y cuyas amplitudes se suman a su señal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma [2]:
MARCO TEÓRICO
A. Efecto Multitrayecto En el efecto multitrayecto, los obstáculos reflejan señales causando que múltiples copias con diferentes retardos sean recibidas. Dependiendo de las diferencias en las longitues de las ondas directas y reflejadas, la señal compuesta puede ser más larga o más pequeña que la señal directa. En la telefonía
Figura 2. Decaimiento De La Amplitud De La Señal [2]
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Corrupción: Es causado por el mismo fenómeno del decaimiento de la amplitud de la señal, pero en mayor magnitud. En tal sentido, cuando se suman las amplitudes de las señales desfasadas con la señal principal, la amplitud de la misma puede ser enormemente reducida en vez de un poco reducida como en el caso anterior. La consecuencia es que con la receptividad del receptor este no puede descifrar la información transportada en la señal. Adicionalmente, la señal a ruido es usualmente baja, impidiendo que el receptor distinga entre el ruido y la información transportada por la señal [2].
Aumento De Amplitud De La Señal: Es producto de las múltiples ondas reflejadas que están en fase con respecto a la señal principal y cuyas amplitudes se suman a su señal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma. Sin embargo, hay que notar que bajo ninguna condición la señal resultante que llega al receptor es más fuerte que la señal transmitida en el lado del transmisor. Lo que si puede suceder es que, el producto de la suma de estas señales reflejadas en fase con la señal principal, la señal resultante sea más fuerte que aquella generada de no haberse producido multitrayecto [2].
Figura 3. Aumento De Amplitud De La Señal IV. Figura 3. Corrupción De Una Señal [2] Cancelación: Ocurre cuando múltiples copias de una onda reflejada llegan fuera de fase del receptor y se suman con la señal principal de forma tal que la amplitud de la señal principal es cancelada. Cuando ocurre este fenómeno los componentes tales como el transmisor, receptor o los objetos reflexivos deben moverse ya que la retransmisión de la señal no resuelve el problema [2].
Figura 4. Cancelación De La Señal [2]
ANÁLISIS Y PROCEDIMIENTO
4.1 Haciendo el recurso de Simulink de Matlab analizar el efecto multitrayecto realizando variaciones de ganancias para señales que viajen por distintos trayectos (Figura 6, 7).
Para señales analógicas. Para señales digitales.
Figura 6. Configuración #1 [3]
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realizar el análisis correspondiente a la salida (‘Receptor’, visto desde el punto analítico).
Análisis Señal Analógica
Para esta etapa de la práctica se requiere del siguiente montaje:
Figura 7. Configuración #2 [3] Procedimiento Partiendo del ejemplo postulado por el laboratorio (Figura 6, 7), se procede a realizar el montaje en el software. Para esto se requieren los siguientes componentes para el montaje (Tabla 1): Tabla 1. Dispositivos Necesarios Para Montaje Componente Interfaz Función Bernoulli Binary Genera pulsos Generator cuadrados. Sine Wave Gain
Scope
Add
Delay
Genera una señal analógica. Genera una ganancia al elemento que sea conectado. Permite observar como se comportan las señales en el paso del tiempo. Funciona como sumador de los elementos que se conecten. Genera un retardo a la señal conectada.
Teniendo en cuenta que se desea analizar el efecto multitrayecto de una señal analógica y digital, el desarrollo de la práctica se divide en dos etapas. La primera de ella consta del análisis con señales analógicas y la segunda con señales digitales. Ahora bien, para desmenuzar el desarrollo de la práctica, en el montaje postulado, se varían distintos parámetros que intervienen en la simulación como lo son: la Ganancia, Frecuencia, Amplitud, Retardo, entre otros; y así
Figura 8. Configuración Para Señal Analógica [Tomada De Matlab] En la primera configuración se varían los valores de retardo y la respuesta del sistema es la siguiente:
Figura 9. Respuesta Del Montaje – Variando Valores De Retardo [Tomada De Matlab] La Figura 9 posee 4 señales las cuales en orden descendente: 1. 2. 3. 4. 5.
Señal generada por el “Sine Wave”. Señal sinusoidal sin retardo. Señal sinusoidal con un retardo de 1 segundo. Señal sinusoidal con un retardo de 4 segundos. Señal en el receptor.
Se puede apreciar que la señal resultante durante el primer segundo en la salida no se generan afecciones ya que solo se encuentra una señal, a diferencia del segundo 2, 3 y 4, donde la presencia de una segunda y tercera señal con retardo, genera interferencia destructiva a la salida, ya que la señales
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se suman entre sí y estas estas desfasadas, lo que provoca que la señal pierda la forma de la señal original. Luego del segundo 4 la señal empieza a tomar la forma de la señal original, aunque con un desfase y una reducción en la amplitud (esto a causa de las ganancias). A continuación, se tienen ganancias similares al igual que la fase, y se observa la siguiente respuesta en el “Scope”:
Figura 11. Respuesta Del Montaje – Variación De Frecuencia Con Retardo E Igual Ganancia [Tomada De Matlab] En la Figura 11 se puede apreciar que la señal con mayor frecuencia (3 señal en la Figura 11) mantiene su forma sinusoidal, pero, siguiendo la forma de la señal con menor frecuencia (2 señal en la Figura 11), esto produce la “modulación AM”. Figura 10. Respuesta Del Montaje – Sin Retardo, Igual Ganancia [Tomada De Matlab] Similar a la Figura 9, la gráfica posee 5 señales y se puede apreciar que no poseen retardo y tiene una ganancia similar, por lo que la señal a la salida (5 señal en la Figura 10) se encuentra en fase con la señal a la entrada (1 señal en la Figura 10) aunque hay un aumento notorio de amplitud. Cabe decir que, si se aumenta la amplitud de cualquiera de las tres señales, estando en fase, aumenta la amplitud en la recepción.
Análisis Señal Digital
Para esta sección del desarrollo de la práctica, se realiza el mismo tratamiento a la señal que en la parte analógica, la diferencia radica es que se trata de una señal digital. La configuración a utilizar es la siguiente:
El paso a seguir es variar la frecuencia de las señales al igual que exista un desfase entre ellas, y se obtiene el siguiente resultado:
Figura 12. Configuración Para Señal Digital [Tomada De Matlab] En la Figura 12 se aprecia la configuración digital con tres ramificaciones de una señal digital creada por el “Bernoulli Generator Binary”, las cuales presentan ganancias y retardos que se suman y se muestran en el “Scope”. En Primera instancia, se presentan señales con diferentes ganancias 0.6, 0.3 y 0.1, además, de un pequeño retardo. El resultado obtenido en el “Scope” es el siguiente:
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Figura 13. Respuesta Del Montaje – Con Retardo, Variación De Amplitud [Tomada De Matlab] Como se observa en la Figura 13, la señal a la salida presenta los 3 pulsos de las 3 señales generadas por el retardo, esto a dado que se suman y la amplitud de cada uno de los pulsos se mantiene original a la señal que la generó. Dado el caso, de no existir retardo, la señal resultante mantiene la forma de la señal original y se suman las amplitudes de cada señal para generar una señal de amplitud mayor, como resultado de la suma de cada amplitud. Así:
Figura 14. Respuesta Del Montaje – Sin Retardo, Variación De Amplitud [Tomada De Matlab]
V.
CONCLUSIONES
Las diferencias entre el efecto multitrayecto entre las señales digitales y analógicas radica en que en las digitales las señales se pueden aprovechar de una manera más elemental, debido a que se puede aprovechar una modulación digital adecuada para
separar cada una de las señales y enviar más información en una menor cantidad de canales. Por tal motivo se aprovecha mejor el ancho de banda. Se puede apreciar mediante cada una de las simulaciones que en las señales analógicas el retardo presenta una enorme dificultad a la hora de recuperar la señal, ya que este puede ocasionar que el mensaje transmitido puede ser totalmente destruido debido al fenómeno de multitrayecto. Efecto llamado corrupción de señal. Una de las posibles aplicaciones importantes para este efecto, es que conociendo su comportamiento es posible encriptar algunos mensajes para así “proteger” alguna información importante. Este fenómeno aplicando los correctos desfases entre señales permite aumentar la amplitud de una señal. VI.
REFERENCIAS
[1] Ramón Ramírez Luz, “Sistemas De Radiocomunicaciones”. 1 Edición, Ediciones Paraninfo, Madrid España 2015. [2] María Elena Villapol, “Factores Que Afectan La Transmisión”. Octubre 2006. [3] Iván Sabogal, “Laboratorio De Sistemas Telecomunicaciones Avanzadas”. Febrero 2016.
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