ITU-R INFORME M 2034 SPANISH-2003 Impact of radar detection requirements of dynamic frequency selection on 5 GHz wireless access system receivers《5 GHz无线接入系统接收机动态频率选择雷达检测的要求》.pdf

1、 I. UIT-R M.2034 1 INFORME UIT-R M.2034*Influencia de los requisitos de deteccin del radar de seleccin dinmica de frecuencias sobre los receptores del sistema de acceso inalmbrico de 5 GHz (2003) 1 Introduccin La Recomendacin UIT-R M.1652 sugiere que para facilitar la comparticin con los radares, lo

2、s sistemas de acceso inalmbrico (WAS), incluidas las redes radioelctricas de rea local (RLAN), empleen tcnicas de reduccin de la interferencia en las bandas utilizadas por los radares de 5 GHz. Dicha Recomendacin describe una tcnica de reduccin de la interferencia denominada seleccin dinmica de frec

3、uencias (DFS) que exige la implantacin de un mecanismo de deteccin de radar. Adems, esa Recomendacin tambin presenta los requisitos de deteccin y respuesta que debe satisfacer la DFS. Este Informe considera la manera en que los radares que funcionan en la banda de 5 GHz pueden ser detectados por los

4、 WAS sin imponer excesivas limitaciones en el diseo del terminal de RF o en la capacidad del WAS. La deteccin del radar slo puede ser posible durante los instantes en que no hay transmisin activa en la clula WAS. Durante el tiempo de verificacin de disponibilidad del canal, no hay transmisin durante

5、 un periodo significativo (por ejemplo, 60 s). Durante la comprobacin tcnica en servicio la deteccin tiene lugar en los instantes en que no hay trfico en el enlace ascendente o el enlace descendente. La deteccin de un impulso de potencia del radar por encima del denominado umbral DFS desencadena un

6、procedimiento DFS y el punto de acceso debe abandonar el canal en un breve periode de tiempo. En este Informe se presentan las relaciones entre el umbral DFS, TDFS, la tasa de falsas alarmas del WAS y la tasa de fallos de deteccin del radar por el WAS y se discuten desde el punto de vista de impleme

7、ntacin de una deteccin del radar en un receptor WAS. 2 Abreviaturas y acrnimos ACT: tiempo de verificacin de disponibilidad (del canal) (channel) availability check time) DF: probabilidad de fallo de deteccin (detection failure probability) DFS: seleccin dinmica de frecuencias FA: probabilidad de fa

8、lsa alarma ( false alarm probability) FRI: frecuencia de repeticin de impulsos MDFO: mltiplex por divisin de frecuencia ortogonal RLAN: red radioelctrica de rea local RSS: intensidad de la seal recibida (received signal strength) TDFS: umbral DFS (DFS threshold) WAS: sistema de acceso inalmbrico *Es

9、te Informe fue elaborado conjuntamente por las Comisiones de Estudio 8 y 9 de Radiocomunicaciones, que tambin se ocuparn conjuntamente de cualquier futura revisin. 2 I. UIT-R M.2034 3 Hiptesis y metodologa La deteccin del radar por un WAS se caracteriza por dos medidas del comportamiento: 3.1 Probab

10、lidad de fallo de deteccin (DF) Se trata de la probabilidad de que un radar est presente en el canal pero que el WAS no detecte ningn impulso de radar. DF debe tener el valor ms bajo posible para no interferir con los radares. Se fija como objetivo un valor de DF = 1%. La probabilidad de deteccin va

11、ra con la potencia de la seal del radar con respecto al umbral del detector establecido en el receptor; un nivel de potencia ms elevado aumenta la probabilidad de deteccin. 3.2 Probabilidad de falsa alarma (FA) Es la probabilidad de que el WAS detecte impulsos de interferencia cuando no hay en el ca

12、nal ninguna seal de radar, desencadenando de esa forma un procedimiento DFS innecesario. Esto puede suceder cuando una rfaga de ruido o de interferencia se interpreta equivocadamente como un impulso de radar. Dicha rfaga puede ser provocada por dispositivos WAS que se encuentren en las proximidades

13、y funcionen en el mismo canal o en canales de RF adyacentes del WAS. Una elevada relacin interferencia/ruido de fondo en el receptor WAS aumentar evidentemente la FA. No obstante, esta probabilidad debe ser lo ms baja posible para no desencadenar innecesariamente procedimientos DFS lo cual limatara

14、severamente la capacidad del WAS, especialmente en los casos de instalaciones de gran densidad. Durante el tiempo de verificacin de disponibilidad del canal es suficiente asegurar que el canal no se considera ocupado durante un pequeo porcentaje de tiempo. Se observar que este porcentaje es una func

15、in muy abrupta del umbral DFS del WAS y unos pocos dB modifican la FA varios rdenes de magnitud. El WAS realiza mediciones de potencia promediadas a lo largo de una duracin rss_meas_duration, estando las mediciones signal_rss espaciadas por la duracin media. Por lo tanto, durante el tiempo de verifi

16、cacin de disponibilidad (ACT) del canal, por ejemplo, el nmero de mediciones efectuadas es: nb_trials = round (ACT / rss_meas_duration) La seal del radar se recibe a un nivel de radar_ pulse_ power (dBm), equivalente a TDFSen la notacin de la Recomendacin UIT-R M.1652 y los impulsos tienen una durac

17、in de radar_ pulse_ duration (ns). La anchura de banda de la seal del radar (MHz) se denomina B. Muchos radares envan impulsos de forma peridica a la frecuencia de repeticin de impulsos (FRI). En el caso de un radar giratorio, el WAS recibir peridicamente una rfaga de impulsos de manera que el nmero

18、 de impulsos que aparecen durante el ACT del canal, denominado nb_RADAR_ pulses_ per_ACT, ser mayor que uno. El periodo de muestreo de la mltiplex por divisin de frecuencia ortogonal (MDFO) de la RLAN de 5 GHz utilizado es T = 50 ns. 4 Criterio de deteccin El criterio de deteccin utilizado se basa e

19、n las mediciones absolutas de la potencia de seal. Si la potencia medida rebasa un cierto valor umbral se supone que se ha detectado un radar. Se supone tambin que las muestras de seal son ruido blanco gaussiano promediado. Por lo tanto, una medicin realizada durante rss_meas_duration consiste en (r

20、ss_meas_duration / T) variables I. UIT-R M.2034 3 gaussianas complejas independientes. Por consiguiente, la funcin de densidad de probabilidad del ruido es una funcin de 2centrada en noise_floor con: noise_free_deg = 2rss_meas_duration / T grados de libertad. No hay datos disponibles sobre las carac

21、tersticas de la seal recibida o los valores estadsticos de un impulso de radar, propagado en un entorno urbano, rural o de otro tipo. En algunos casos, la duracin del impulso del radar puede ser ms breve que rss_meas_duration. La anchura de banda de la seal de radar normalmente es ms pequea que la a

22、nchura de banda de una seal MDFO de 18 MHz, de manera que las muestras de impulsos de radar recogidas durante las mediciones de potencia estarn correladas. Si los impulsos de radar se muestrean a una velocidad T_RADAR = 1 / B, las muestras no presentan correlacin. Se supone que la funcin de densidad

23、 de probabilidad de potencia cuando se mide un impulso de radar presenta una distribucin 2centrada en: meas_avg_radar_ power = radar_ pulse_ power + 10 log10(min(radar_ pulse_duration, rss_meas_duration) / rss_meas_duration) con unos grados de libertad de: radar_free_deg = 2 round(min(radar_ pulse_d

24、uration / T_RADAR, rss_meas_duration / T_RADAR) La funcin de densidad de probabilidad ( pdf ) de las mediciones de potencia noise_rss_ pdf y radar_rss_ pdf se representa en dBm en la Fig. 1 para un radar de tipo K recibido a un nivel de 67 dBm y una relacin de interferencia/ruido de fondo de 84 dBm

25、(vase el 5). Una vez conocidas las dos distribuciones noise_rss_ pdf y radar_rss_ pdf, pueden calcularse las probabilidades DF y FA. DF = (prob(radar_rss_ pdf rss_threshold)nb_trialsObsrvese que rss_threshold es el umbral de intensidad de la seal recibida (RSS) del receptor WAS fijado, cuyo valor de

26、be encontrarse entre noise_floor y meas_avg_radar_ power, de manera que satisfaga el criterio de probabilidad requerido de DF y FA. 5 Resultados En los clculos se utilizan los siguientes valores: rss_meas_duration = 1 s radar_ pulse_ power = 67 dBm, 64 dBm, 62 dBm radar_ pulse_duration = 1 s interfe

27、rence/noise_floor = 84 dBm B = 4 MHz ACT = 60 s nb_RADAR_ pulses_ per_ACT = 1, 10 Las Figs. 1 a 6 representan FA y DF utilizando varios valores elegidos de la lista anterior. Puede observarse que la forma de DF se hace ms abrupta a medida que aumenta el nmero de impulsos. Incrementando TDFSun cierto

28、 nmero de dB se desplaza la curva de DF el mismo nmero de dB a lo largo del eje x. Cabe sealar que un aumento de la relacin interferencia/ruido de fondo desplazar la curva FA horizontalmente hacia la derecha tambin. 4 I. UIT-R M.2034 Rap 2034-01100 90 80 70 60 50 40FIGURA 1Funcin de densidad de prob

29、abilidad de los niveles de potenciade los impulsos de radar y de la relacininterferencia/ruido de fondo0,450,350,250,150,050,40,30,20,10RuidoRadarNivel medido (dBm)Funcin dedensidad deprobabilidadRap 2034-02101011021031041051065055606570758085FIGURA 2DF y FA, un solo impulso de radarTDFS= 67 dBmFals

30、a alarmaFallo de deteccinUmbral de comparacin de potencia (dBm)ProbabilidadI. UIT-R M.2034 5 Rap 2034-03101011021031041051065055606570758085FIGURA 3DF y FA, 10 impulsos de radarTDFS= 67 dBmFalsa alarmaFallo de deteccinUmbral de comparacin de potencia (dBm)ProbabilidadRap 2034-04101011021031041051065

31、055606570758085FIGURA 4DF y FA, un solo impulso de radarTDFS= 64 dBmFalsa alarmaFallo de deteccinUmbral de comparacin de potencia (dBm)Probabilidad6 I. UIT-R M.2034 Rap 2034-05101011021031041051065055606570758085FIGURA 5DF y FA, un solo impulso de radarTDFS= 62 dBmFalsa alarmaFallo de deteccinUmbral

32、 de comparacin de potencia (dBm)ProbabilidadRap 2034-06101011021031041051065055606570758085FIGURA 6DF y FA, 10 impulsos de radar,TDFS= 62 dBmFalsa alarmaFallo de deteccinUmbral de comparacin de potencia (dBm)ProbabilidadI. UIT-R M.2034 7 6 Resumen de los resultados de la simulacin Tasa de falsas ala

33、rmas La tasa de FA en el receptor WAS con un valor de la relacin interferencia/ruido de fondo de 84 dBm es del 1% para un nivel de deteccin del receptor (rss_threshold) de 79 dBm (vase la Fig. 2). La curva cae de forma muy abrupta, pero para asegurar un nivel de calidad de servicio aceptable durante

34、 la transmisin WAS en funcionamiento normal, la FA debe ser varios rdenes de magnitud inferior. No se incluyen los mrgenes de realizacin del circuito de deteccin y se supone que la interferencia de fondo es igual al mayor valor de la sensibilidad del receptor, correspon-diendo tambin por ejemplo a l

35、a interferencia procedente de un punto de acceso de canal adyacente distante de 30 m. Caractristica de deteccin del radar Si se detecta slo un impulso, siendo el nivel de la seal de radar de 67 dBm, la tasa de fallos de deteccin DF es el 1% si el valor de rss_threshold es de 74 dBm. (vase la Fig. 2)

36、. Por lo tanto, hay menos de 2 dB nicamente de margen para la FA y el DF si rss_threshold se fija a un valor comprendido entre los dos criterios. En la prctica, las variaciones en las condiciones de funcio-namiento provocarn fcilmente que se rebase este estrecho margen. Adems, la tolerancia tpica es

37、pecificada para las mediciones de RSS es de 5 dB en las normas RLAN de 5 GHz y el coste de fabricacin a gran escala de dispositivos en una tolerancia ms estricta resultara prohibitivo. Si aparecen varios impulsos de radar, la probabilidad de deteccin mejora. En las Figs. 4, 5 y 6 aparece representado el efecto que supone aumentar el nivel de la seal de radar que debe detectarse, para valores de TDFSde 64 dBm y 62 dBm. La Fig. 6, donde se detectan diez impulsos con un valor de TDFS= 62 dBm, muestra un margen de realizacin mejorado.