Análisis de parámetros de conectividad en 4G con SDR para la transmisión de datos de los biosensores del proyecto Biosensing-IoT.
Este proyecto de investigación aborda los desafíos asociados con la implementación efectiva de sistemas de transmisión de datos en el contexto del proyecto Biosensing-IoT desarrollado por el Biosignal Processing and Wearable Device Lab de la Universidad de Connecticut. El objetivo principal es anali...
- Autores:
-
Sierra Barrera, Edith Sofia
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Militar Nueva Granada
- Repositorio:
- Repositorio UMNG
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.umng.edu.co:10654/47611
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/10654/47611
- Palabra clave:
- Comunicación inalámbrica
SDR
4G LTE
srsRAN
Wireless communication
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- openAccess
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Este proyecto de investigación aborda los desafíos asociados con la implementación efectiva de sistemas de transmisión de datos en el contexto del proyecto Biosensing-IoT desarrollado por el Biosignal Processing and Wearable Device Lab de la Universidad de Connecticut. El objetivo principal es analizar los parámetros de conectividad en 4G con SDR (Radio Definida por Software) para la transmisión de datos de los biosensores, con el fin de proporcionar una guía esencial para la implementación eficiente de sistemas de comunicación inalámbrica en este ámbito. El estudio se centra en cuatro objetivos específicos. Primero, se modelan las señales transmitidas por los módulos relacionados con el proyecto Biosensing-IoT para comprender los requerimientos de transmisión. Luego, se configuran dispositivos SDR en el WiridLab que cumplen con las características necesarias para la transmisión en 4G. A continuación, se diseñan escenarios de prueba para evaluar el funcionamiento de los dispositivos SDR con tecnología 4G junto con los módulos del proyecto Biosensing IoT. Por último, se documentan y analizan los parámetros de transmisión sobre el modelo desplegado. Este trabajo se justifica por la necesidad de comprender a fondo los parámetros de conectividad en redes 4G y su impacto en la transmisión de datos de los biosensores. La investigación se basa en implementaciones previas de SDR y el módulo SIM7600A-H 4G HAT, y proporciona una guía detallada para futuras integraciones entre estos componentes. Los resultados de este estudio no solo contribuyen al avance de la conectividad y transmisión de datos en diversas aplicaciones, sino que también enriquecen el conocimiento general de las tecnologías SDR y 4G LTE en entornos específicos. |
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Primero, se modelan las señales transmitidas por los módulos relacionados con el proyecto Biosensing-IoT para comprender los requerimientos de transmisión. Luego, se configuran dispositivos SDR en el WiridLab que cumplen con las características necesarias para la transmisión en 4G. A continuación, se diseñan escenarios de prueba para evaluar el funcionamiento de los dispositivos SDR con tecnología 4G junto con los módulos del proyecto Biosensing IoT. Por último, se documentan y analizan los parámetros de transmisión sobre el modelo desplegado. Este trabajo se justifica por la necesidad de comprender a fondo los parámetros de conectividad en redes 4G y su impacto en la transmisión de datos de los biosensores. La investigación se basa en implementaciones previas de SDR y el módulo SIM7600A-H 4G HAT, y proporciona una guía detallada para futuras integraciones entre estos componentes. Los resultados de este estudio no solo contribuyen al avance de la conectividad y transmisión de datos en diversas aplicaciones, sino que también enriquecen el conocimiento general de las tecnologías SDR y 4G LTE en entornos específicos.This research project addresses the challenges associated with the effective implementation of data transmission systems within the context of the Biosensing-IoT project developed by the Biosignal Processing and Wearable Device Lab at the University of Connecticut. The main objective is to analyze the connectivity parameters in 4G with Software Defined Radio (SDR) for the transmission of biosensor data, aiming to provide an essential guide for the efficient implementation of wireless communication systems in this domain. The study focuses on four specific objectives. Firstly, the signals transmitted by the modules related to the Biosensing-IoT project are modeled to understand the transmission requirements. Next, SDR devices are configured in the WiridLab to meet the necessary characteristics for 4G transmission. Subsequently, test scenarios are designed to evaluate the performance of the SDR devices with 4G technology alongside the Biosensing-IoT project modules. Finally, the transmission parameters are documented and analyzed based on the deployed model. This work is justified by the need to thoroughly understand the connectivity parameters in 4G networks and their impact on biosensor data transmission. The research builds upon previous SDR implementations and the SIM7600A-H 4G HAT module, providing a detailed guide for future integrations between these components. The results of this study not only contribute to the advancement of connectivity and data transmission in various applications but also enrich the general understanding of SDR and 4G LTE technologies in specific environments.Agradecimientos ............. 2 Resumen............... 3 Abstract ...............4 1. Introducción ...........14 1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1.1. Identificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2. Pregunta de investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.5. Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2. Marco Teórico 20 2.1. Evolución de las redes móviles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.2. Cuarta Generación (4G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3. Arquitectura LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3.1. Envolved Packet Core (EPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3.2. Evolved Universal Terrestrial Access Network - E-UTRAN . . . . . . 26 2.3.3. User Equipment - UE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.4. Software Defined Radio (SDR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.4.1. USRP B200 (Universal Software Radio Peripheral) . . . . . . . . . . 27 2.5. Software Radio Systems Radio Access Network (srsRAN) . . . . . . . . . . . 28 2.6. Arquitectura de srsRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.7. IoT y redes LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ii 2.7.1. Raspberry Pi 400 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.2. Modulo SIM7600A-H 4G HAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.8. Comandos AT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.9. Analizador de espectro Anritsu Spectrum Master MS2722C . . . . . . . . . . 35 3. Estado del arte 37 3.1. Implementación de srsRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.2. Implementación del modulo SIM7600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4. Modelado de señales 40 5. Implementación de srsRAN 42 5.1. Instalación UHD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.2. Instalación srsGUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.3. Instalación srsRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.4. Programación de USIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.4.1. PCSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.4.2. PsyCARD-pySIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.4.3. Programación USIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.5. Configuración en srsRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.5.1. Configuración srsepc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.5.2. Configuración user_db.csv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.5.3. Ejecución Script de enmascaramiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5.5.4. Configuración srsenb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.5.5. Modificación de parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5.5.6. Banda de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5.5.7. Ancho de banda y Physical Resource Block (PRB) . . . . . . . . . . 60 5.5.8. Ganancia y Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.6. Despliegue de la Red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 iii 5.6.1. Conexión de equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5.6.2. Inicialización de srsRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.6.3. Mensajes EPC (srsEPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.6.4. Mensajes eNodeB (srsENB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.6.5. Punto de Acceso (APN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.6.6. Inicialización srsGUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6. Resultados de srsRAN 71 6.1. Escenarios srsRAN y resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 6.2. Escenario 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.2.1. Resultados Analizador de espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6.2.2. Resultados eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.2.3. Resultados speed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.2.4. Resultados Qualipoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.3. Escenario 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.3.1. Resultados Analizador de espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.3.2. Resultados eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 6.3.3. Resultados speed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.3.4. Resultados Qualipoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 6.4. Escenario 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.4.1. Resultados Analizador de espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6.4.2. Resultados eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.4.3. Resultados speed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.4.4. Resultados Qualipoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.5. Escenario 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.5.1. Resultados Analizador de espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.5.2. Resultados eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 6.5.3. Resultados speed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 iv 6.5.4. Resultados Qualipoc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7. Implementación del modulo SIM7600A-H 4G HAT 119 7.1. Configuración del modulo SIM7600A-H 4G HAT . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.2. Configuración de software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 7.3. Configuración de GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 7.4. Configuración para enviar mensaje de texto (SMS) . . . . . . . . . . . . . . 125 8. Resultados del modulo SIM7600A-H 4G HAT 128 8.1. Escenario módulo SIM7600A-H 4G HAT y resultados . . . . . . . . . . . . . 128 8.2. Escenario con GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 8.3. Escenario envió de mensaje de texto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 9. Conexión del modulo SIM7600A-H 4G HAT con srsRAN 132 9.1. Conexión con srsRAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 9.2. Creación APN en el modulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 9.3. Verificación de la conexión a la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.4. Conexión a internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 10.Resultados modulo SIM7600A-H 4G HAT con srsRAN 136 10.1. Resultados Analizador de espectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 10.2. Resultados eNodeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 10.3. Resultados speed test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 11.Distancia máxima teórica 142 12.Conclusiones y Trabajo Futuro 150 12.1. Trabajo Futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 13.Referencias 153 v 14.Anexo 1 158 14.1. LTE Channel Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 14.2. LTE Spectral Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 14.3. LTE Channel Spectrum y Spectral Emission - modulo con srsRAN . . . . . . 168Pregradoapplicaction/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 InternationalAcceso abiertohttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Análisis de parámetros de conectividad en 4G con SDR para la transmisión de datos de los biosensores del proyecto Biosensing-IoT.Analysis of connectivity parameters in 4G with SDR for the transmission of data from the biosensors of the Biosensing-IoT project.Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fIngeniería en TelecomunicacionesFacultad de IngenieríaUniversidad Militar Nueva Granada3GPP. (2020a). Ts 136 300 - v16.2.0 - lte; evolved universal terrestrial radio access (e-utra) and evolved universal terrestrial radio access network (e-utran); overall description; stage 2 (3gpp ts 36.300 version 16.2.0 release 16). 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Desarrollo de un sistema de estetoscopio digital para apoyo en consultas de telemedicina mediante transmisión gsm e internet. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC). Descargado de https://repositorioacademico.upc.edu.pe/handle/10757/658663Comunicación inalámbricaSDR4G LTEsrsRANWireless communicationSDR4G LTEsrsRANORIGINALSierraBarreraEdithSofia2024.pdfSierraBarreraEdithSofia2024.pdfTrabajo de gradoapplication/pdf11781438https://repository.umng.edu.co/bitstreams/969e16b5-9d6e-4752-8768-b6bf6d28b6b1/download0ecac101fa55b04ec7d18deef2107e3dMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-83420https://repository.umng.edu.co/bitstreams/b036320c-1ead-4555-82f9-352ebbe46469/downloada609d7e369577f685ce98c66b903b91bMD52THUMBNAILSierraBarreraEdithSofia2024.pdf.jpgSierraBarreraEdithSofia2024.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg3392https://repository.umng.edu.co/bitstreams/91ada00e-39e8-41e1-830b-78f7f77b7443/downloade301d283592d281b6390e7641dee80b6MD5310654/47611oai:repository.umng.edu.co:10654/476112025-11-08 03:02:00.689http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/open.accesshttps://repository.umng.edu.coRepositorio Institucional 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