i. El documento analiza los efectos de distorsión en el canal de propagación de un sistema de comunicaciones WiMAX de banda ancha basado en plataformas de altitud alta (HAPS). ii. Describe el modelo de canal HAPS y los efectos de desvanecimiento a largo y corto plazo. También explica el uso de la tecnología WiMAX fija. iii. Resume los resultados de simulaciones que muestran el funcionamiento del sistema con bajos índices de error y niveles de SNR, a pesar de los efectos de desvanec

1. Efectos de Distorsión Presentes en el Canal de
Propagación en un Sistema de Comunicaciones
de Banda-Ancha WiMAX basado en HAPS
Autores:
Israel-Romualdo Palma-Lázgare,
José-Antonio Delgado-Penín
ipalma@tsc.upc.edu, delpen@tsc.upc.edu
Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) – Campus Nord
Union Radio Scientifique Internationale | XXIII Simposium URSI España
Universidad Complutense de Madrid, 22-24 Septiembre 2008 1

2. Contenido
Objetivos
Background
Conclusiones
Resultados
Sistema WiMAX-HAPS
2
Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS

3. i. Correcto modelo de canal para el diseño de un sistema
basado en HAPS.
ii. Desglose del proceso de efectos de distorsión en
downlink: desvanecimientos a largo y corto plazo.
iii. Uso de la tecnología de acceso inalámbrico de banda-
ancha: Fixed-WiMAX.
iv. Aproximación del performance del sistema HAPS-
WiMAX por medio de la simulación.
Objetivos
3
Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS

4.  Futuro panorama: proporcionar rápido despliegue,
fácil escalamiento, y mayor flexibilidad.
 Servicios de comunicaciones de banda-ancha con
amplias coberturas.
 Requerimientos de mayores velocidades de
transmisión y de servicios de calidad.
 Modelo de canal preciso para la optimización del
sistema radio.
 Caracterización apropiada de efectos críticos sobre
el modelado de canal de propagación de banda-
ancha.
Background
4
Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS

5. Sistema WiMAX-HAPS (1/3)
Rx
Short-term fading
Long-term fading
Señal transmitida
desde el HAPS
1 2
( , ) ( ( )) ( , ( ))shn
k
c t g p t h p t
d
 
   
      
%%
High altitude plaform
station (HAPS)
( ) ( ) ( )overall LOS LOS shadowing shadowingf r p f r p f r   
0 log 0 00
( ) (1 )· ( ) · ( | ) ( )·Lutz Rice Rayleigh normalp S A p S A p S S p S dS

   
5
Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS

6. Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS
Sistema WiMAX-HAPS (2/3)
G0
AWGN
Gi
τi
G2
τ2
G1
τ1
Σ
Tx
Rx
h(t,0) h(t,Δτ1) h(t, Δτ2)
h(t, Δτi)
τA + τB
( , ) ( ( ))· ( ( ))i i i i
i
h t A t t     
Terminal
de usuario
HAPS
Rayo directo (LOS)
, ángulo de elevación
hHAP
r, radio de cobertura en el
entorno urbano,  ≥ 30º
d
Ecos cercanos y lejanos (NLOS)
Señal directa (LOS)
τ
 ( 1)
0( ) · 2K S
Ricep S K e I K S 
 
0
0
0
1
( | )
S
S
Rayleighp S S e
S

 
τ
τ
Exponential
1
(τ )
τ
i
av
i
av
p e

 
( ) ( ) ( , ) ( )r t s t h t n t  
, 1,2,...,i i i n   
2
0
2
(10log )
2
log 0
0
10 1( ) · ·
2 ln10
S
normalp S e
S





6

7. Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS
Sistema WiMAX-HAPS (3/3)
Data source
Data
sink
Outer
encoder
Inner
encoder
Subcarrier
modulator
CP
insertion
HAP
channel
Outer
decoder
Inner
decoder
Subcarrier
demodulator
CP
removalEqualization
Channel
estimation
……
……
IFFT
P/S
S/P
……
……
FFT
S/P
P/S
1 1
2 · ·
0 0
( ) · ( ) ·
FFT FFT
k
N N
j f t
k k k
k k
s t D t D e 
 

 
   
Frecuencia de trabajo = 2 GHz,
Altura del HAP = 21 km
Factor de Rice = 5.5 dB Fading =
Rayleigh/Log-normal ó Rice
BW = 5, 10 MHz
Zona HAP de cobertura urbana, α = 43º Modelo WSSUS, i-taps = 8, Δτ = 0.1μs fDmax = 2 Hz M-QAM = 4, 16, 64
Porcentaje tiempo shadowing, A = 54 Pot. media @ Rx (dB), Si = -15, -27, -
26, -28, -30, -32, -32, -35
NFFT = 256, Ndata = 192 FEC (RS-CC)= 1/2,
2/3, 3/4
Nivel potencia media shadowing = -13.6 dB Ecos cercanos = [0,0.5 μs] Npilots = 8, Nnull = 55, NDC = 1 Rb,max = 15.53 Mbps
Desviación lognormal shadowing = 2.9 dB Ecos lejanos = [>0.6μs] G = 1/4, 1/32 η64QAM = 1.55
7

8. Resultados
Canal estratosférico (shadowing &
multicamino), M-QAM RS-CC ½ &
¾, G=1/32, BW=5MHz.
Canal estratosférico (shadowing &
multicamino), 4-QAM (FEC ½),
16-QAM (FEC ½), 64-QAM (FEC
2/3), NFFT = 256, G = ¼, BW = 10
MHz.
8
Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS

9. Conclusiones
 Resultados de funcionamiento del sistema con índices de
error y nivel de SNR bajos.
 Aproximación del modelo de canal HAPS es correcto +
IEEE-802.16-2004 = sistema flexible.
 Los efectos de fading en downlink son contrarrestados.
 Desventajas: valores altos en codificación y CP, mejoras
para un mayor aprovechamiento del espectro, terminales
fijos.
 Trabajo futuro: terminales móviles, otras técnicas
avanzadas de transmisión.
9
Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS

10. Gracias!
I. R. Palma-Lázgare, J. A. Delgado-Penín
ipalma@tsc.upc.edu, delpen@tsc.upc.edu
Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones
Universidad Politécnica de Cataluña - Campus Nord
C/Jordi Girona 1-3, 08034, Spain
10
Efectos de distorsión presentes en el canal de propagación en un sistema de comunicaciones de banda-ancha WiMAX basado en HAPS