Las bandas ISM (industrial, científica y médica) son frecuencias que no requieren licencia para su uso, lo que significa que cualquiera puede utilizarlas para sus aplicaciones sin necesidad de permiso de alguna entidad. En particular, la banda de 2.4 GHz es una de las más empleadas para aplicaciones inalámbricas de corto alcance, como Wi-Fi (Wireless Fidelity) y BLE (Bluetooth Low Energy). Por lo tanto, no es de extrañar que estas frecuencias estén congestionadas con numerosas comunicaciones, lo que provoca bastantes interferencias en esta banda.
A su vez, las comunicaciones en interiores enfrentan desafíos debido a los componentes del multitrayecto causados por las reflexiones en el entorno. Esto puede crear interferencias constructivas o destructivas, es decir, mejorando o empeorando la comunicación según el caso. Esta combinación de interferencias de otros dispositivos y componentes de multitrayecto dificulta el diseño de un sistema de comunicaciones que trabaje en estas frecuencias.
Para comprender la calidad del espectro, en un anterior PFG se desarrolló una figura de mérito llamada CHI (Channel Health Indicator o Indicador de Salud del Canal), que indica la calidad del espectro para determinadas frecuencias. En ese proyecto, se definieron dos tipos de CHI: uno basado en la distribución de la potencia recibida y otro basado la estadística del número de paquetes recibidos. El primero utiliza el RSSI (Received Signal Strength Indicator o Indicador de Fuerza de Señal Recibida) para evaluar la calidad, mientras que el segundo mide la relación entre los paquetes recibidos sin errores y el total de paquetes transmitidos.
A partir de ello, este proyecto se centra en el desarrollo de un sistema de sondeo de canal que obtiene la “salud” del espectro radioeléctrico utilizando BLE. Este sistema de sondeo caracteriza el espectro, modulando la transmisión de la señal y midiendo cómo se recibe. Así mismo, la señal transmitida se modula utilizando FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum o Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia), que consiste en cambiar rápidamente la frecuencia portadora en un amplio rango. Al analizar estas señales, es posible medir toda la banda de 2.4 GHz.
Para complementar el CHI, en el presente proyecto se proponen múltiples representaciones de la información obtenida. En particular, el sondeo de salud del canal se hace de tres formas: una representación basada en el estado de los paquetes (si contienen algún error o llegaron sin errores), representaciones basadas en el RSSI y una gráfica sobre el CHI de cada canal. Usando cada una de estas herramientas, es factible comprender el espectro radioeléctrico.
Para verificar el sistema, se realizaron pruebas en dos ubicaciones: un laboratorio y una cámara anecoica. El laboratorio está caracterizado por presentar una elevada presencia de multitrayecto debido al entorno y también, interferencias de algunos equipos como los routers. En cambio, la cámara anecoica no presenta ningún tipo de multitrayecto ni alguna interferencia de otros dispositivos, por lo que solo contiene la señal del transmisor.
Los resultados mostraron una fuerte correlación entre ambos CHI y los diferentes gráficos que representan el espectro. En los canales donde aparecían desvanecimientos, el CHI disminuía, mientras que en aquellos donde la señal se recibía con buena potencia y pocos errores, aumentaba. Por lo tanto, el CHI es un buen indicador de la salud del espectro, y el sistema desarrollado cumple con sus objetivos.
Abstract:
The ISM (industrial, scientific, and medical) bands are frequency ranges that do not require a license for use. This means that anyone can use these bands for their applications without permission from an authority. Particularly, the 2.4 GHz band is one of the most utilized for shortrange wireless applications such as Wi-Fi (Wireless Fidelity) and BLE (Bluetooth Low Energy). Consequently, these frequencies are often congested with numerous communications, leading to interference.
Indoor communications also face challenges from multipath components due to reflections in the environment. This can create constructive or destructive interference, either enhancing or deteriorating the communication. The combination of interference from other devices and multipath components makes designing a communication system quite challenging.
To understand the quality of the spectrum, in a previous FDP a figure of merit called CHI (Channel Health Indicator) was developed. In that project, two CHI types were defined: one based on the distribution of the power received and the other based on the statistics about the number of packets received. The first uses RSSI (Received Signal Strength Indicator) to assess quality, while the second measures the ratio of packets received without errors to the total transmitted packets.
Hence, this project focuses on developing a channel sounder that acquire the radio spectrum “health” using BLE. A channel sounder characterizes the spectrum by modulating the signal transmission and measuring how it is received. In this project, the transmitted signal is modulated using FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum), which involves rapidly changing the carrier frequency over a wide band. By analysing these signals, it is possible to measure the entire 2.4 GHz band.
To complement the CHI, the present project proposes multiple representations about the acquired information. In particular, the channel health sounder is implemented in three ways: a representation based on the state of the packets (whether they were received with or without errors), a representation based on RSSI, and finally, a representation of both CHI. Using these tools, it is feasible to comprehend the spectrum.
To verify the system, tests were conducted in two locations: first in a laboratory and the other inside of an anechoic chamber. The laboratory is characterised by a high level of multipath components due to environment and interferences from other devices like routers. On the contrary, the anechoic chamber lacks multipath components and only contains the signal from the transmitter.
The results showed a strong correlation between both CHI and the different graph of the spectrum. In those channels where fading was present, the CHI dropped, while it increased in channels with good reception. Therefore, the CHI is a good indicator of spectrum health, and the developed system fulfils its goal.
Las bandas ISM (industrial, científica y médica) son frecuencias que no requieren licencia para su uso, lo que significa que cualquiera puede utilizarlas para sus aplicaciones sin necesidad de permiso de alguna entidad. En particular, la banda de 2.4 GHz es una de las más empleadas para aplicaciones inalámbricas de corto alcance, como Wi-Fi (Wireless Fidelity) y BLE (Bluetooth Low Energy). Por lo tanto, no es de extrañar que estas frecuencias estén congestionadas con numerosas comunicaciones, lo que provoca bastantes interferencias en esta banda.
A su vez, las comunicaciones en interiores enfrentan desafíos debido a los componentes del multitrayecto causados por las reflexiones en el entorno. Esto puede crear interferencias constructivas o destructivas, es decir, mejorando o empeorando la comunicación según el caso. Esta combinación de interferencias de otros dispositivos y componentes de multitrayecto dificulta el diseño de un sistema de comunicaciones que trabaje en estas frecuencias.
Para comprender la calidad del espectro, en un anterior PFG se desarrolló una figura de mérito llamada CHI (Channel Health Indicator o Indicador de Salud del Canal), que indica la calidad del espectro para determinadas frecuencias. En ese proyecto, se definieron dos tipos de CHI: uno basado en la distribución de la potencia recibida y otro basado la estadística del número de paquetes recibidos. El primero utiliza el RSSI (Received Signal Strength Indicator o Indicador de Fuerza de Señal Recibida) para evaluar la calidad, mientras que el segundo mide la relación entre los paquetes recibidos sin errores y el total de paquetes transmitidos.
A partir de ello, este proyecto se centra en el desarrollo de un sistema de sondeo de canal que obtiene la “salud” del espectro radioeléctrico utilizando BLE. Este sistema de sondeo caracteriza el espectro, modulando la transmisión de la señal y midiendo cómo se recibe. Así mismo, la señal transmitida se modula utilizando FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum o Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia), que consiste en cambiar rápidamente la frecuencia portadora en un amplio rango. Al analizar estas señales, es posible medir toda la banda de 2.4 GHz.
Para complementar el CHI, en el presente proyecto se proponen múltiples representaciones de la información obtenida. En particular, el sondeo de salud del canal se hace de tres formas: una representación basada en el estado de los paquetes (si contienen algún error o llegaron sin errores), representaciones basadas en el RSSI y una gráfica sobre el CHI de cada canal. Usando cada una de estas herramientas, es factible comprender el espectro radioeléctrico.
Para verificar el sistema, se realizaron pruebas en dos ubicaciones: un laboratorio y una cámara anecoica. El laboratorio está caracterizado por presentar una elevada presencia de multitrayecto debido al entorno y también, interferencias de algunos equipos como los routers. En cambio, la cámara anecoica no presenta ningún tipo de multitrayecto ni alguna interferencia de otros dispositivos, por lo que solo contiene la señal del transmisor.
Los resultados mostraron una fuerte correlación entre ambos CHI y los diferentes gráficos que representan el espectro. En los canales donde aparecían desvanecimientos, el CHI disminuía, mientras que en aquellos donde la señal se recibía con buena potencia y pocos errores, aumentaba. Por lo tanto, el CHI es un buen indicador de la salud del espectro, y el sistema desarrollado cumple con sus objetivos.
Abstract:
The ISM (industrial, scientific, and medical) bands are frequency ranges that do not require a license for use. This means that anyone can use these bands for their applications without permission from an authority. Particularly, the 2.4 GHz band is one of the most utilized for shortrange wireless applications such as Wi-Fi (Wireless Fidelity) and BLE (Bluetooth Low Energy). Consequently, these frequencies are often congested with numerous communications, leading to interference.
Indoor communications also face challenges from multipath components due to reflections in the environment. This can create constructive or destructive interference, either enhancing or deteriorating the communication. The combination of interference from other devices and multipath components makes designing a communication system quite challenging.
To understand the quality of the spectrum, in a previous FDP a figure of merit called CHI (Channel Health Indicator) was developed. In that project, two CHI types were defined: one based on the distribution of the power received and the other based on the statistics about the number of packets received. The first uses RSSI (Received Signal Strength Indicator) to assess quality, while the second measures the ratio of packets received without errors to the total transmitted packets.
Hence, this project focuses on developing a channel sounder that acquire the radio spectrum “health” using BLE. A channel sounder characterizes the spectrum by modulating the signal transmission and measuring how it is received. In this project, the transmitted signal is modulated using FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum), which involves rapidly changing the carrier frequency over a wide band. By analysing these signals, it is possible to measure the entire 2.4 GHz band.
To complement the CHI, the present project proposes multiple representations about the acquired information. In particular, the channel health sounder is implemented in three ways: a representation based on the state of the packets (whether they were received with or without errors), a representation based on RSSI, and finally, a representation of both CHI. Using these tools, it is feasible to comprehend the spectrum.
To verify the system, tests were conducted in two locations: first in a laboratory and the other inside of an anechoic chamber. The laboratory is characterised by a high level of multipath components due to environment and interferences from other devices like routers. On the contrary, the anechoic chamber lacks multipath components and only contains the signal from the transmitter.
The results showed a strong correlation between both CHI and the different graph of the spectrum. In those channels where fading was present, the CHI dropped, while it increased in channels with good reception. Therefore, the CHI is a good indicator of spectrum health, and the developed system fulfils its goal. Read More
Related posts:
Diseño de un sistema de filtrado de audio basado en FFT para su implementación en placas de desarrollo Nexys A7
Compact exposimeter device for the characterization and recording of electromagnetic fields from 78 MHz to 6 GHz with several narrow bands (300 kHz)
Configurable High-Frequency Alternating Magnetic Field Generator for Nanomedical Magnetic Hyperthermia Applications
Diseño de una transición de guía de onda para el uso de cable radiante a frecuencias de microondas
Desarrollo de un sistema de adquisición de registros y generación de alarmas guiado por inteligencia artificial
How does spectrum affect mobile network deployments? : empirical analysis using crowdsourced Big Data