CMO - Aula 04

Comunicação Móvel

O que é comunicação móvel:

• Serviço de Radio-Frequência provido dentro de uma determinada área de abrangência.

Algumas tecnologias que provêm este serviço:

• Celular

• Radio-amador

• Walkie-Talkie

• Wi-Fi

• PTT

• Trunking

• WiMAX

• Etc

Definição de Serviço de Comunicação móvel:

• Comunicação onde existe a possibilidade de movimento relativo entre partes envolvidas

Exemplos:

• Comunicação entre aeronaves

• Comunicação entre veículos

• Telefonia celular

• Computação móvel

• Sistemas de telemetria

• etc.

A comunicação fixa (link de microondas entre uma Estação Radio Base e a CCC) não caracteriza

comunicação móvel, mas pode fazer parte do sistema de comunicação móvel.

Canais associados

Podem ser agrupados em dois tipos:

• Canal via satélite

• Canal terrestre

Canais Via Satélite

• Youtube: Satélites

• • http://www.youtube.com/watch?v=ydbbd-4oEds

O canal de comunicação via satélite é caracterizado:

• Por ter o Canal AWGN (Additive White Gaussian Noise)

• Predominam fortes atenuações

• Muitas vezes grandes atrasos de propagação do sinal.

Termo AWGN

• Utilizado em modelagens matemáticas

• Canais com tipo de ruído responsável por degradar a comunicação

• Ruído branco adicionado ao sinal

Ruído branco:

• Ruído é um dos mais “bem comportados”

• Sinal aleatório e largura de faixa infinita

• Sua média é nula e correlação nula entre amplitudes

• O valor da amplitude do ruído em um determinado instante independe daquele observado em outro instante de tempo.

Termo gaussiano:

• Ruído possui uma função densidade de probabilidade gaussiana

• Média nula e desvio padrão igual à tensão rms (root-mean-square)

• Variância igual à potência dissipada em um resistor de 1W.

O ruído branco é por definição aquele que tem a sua potência distribuída uniformemente no espectro de freqüência

Sw (f) = Nw é uma constante.

O nome ruído branco advém da analogia com o espectro eletromagnético na faixa de luz. A luz branca contém todas as freqüências do espectro visível.

Na natureza

• encontramos ruídos com essa característica constante

• até cerca de 1.000 GHz

• em freqüências mais altas, a amplitude do ruído decresce.

Teoria de Gauss

Propriedade dos ruídos branco e rosa

• Distribuição Gaussiana

• Valor médio nulo

Distribuição desses sinais

• Função Densidade de Probabilidade

Curva de Gauss

Categorias do sistemas Via Satélite

GEO – Geostationary Earth Orbit

• Satélites de órbita geossíncrona

• Parecem estar parados para um observador na terra

MEO - Medium Earth Orbit

• Satélites de órbita média

LEO - Low Earth Orbit

• Satélites de órbita baixa

• Mais próximos da superfície da terra

• Para se manterem nessa órbita necessitam viajar a uma velocidade superior à de rotação da terra, não possuindo cobertura fixa.

Distâncias

A tabela abaixo mostra:

• A distância dos vários satélites à terra

• A porcentagem da superfície da terra “vista” por cada um (footprint)

• A largura de faixa de operação

• O atraso de propagação (somente subida ou descida).

Canais Via Terrestre

Característica principal:

• propagação por multipercursos

• efeito Doppler

O sinal recebido pelo terminal móvel é composto pela soma (vetorial) dos vários sinais oriundos de diferentes caminhos entre o transmissor e o receptor.

Multipercursos

• Multipercursos são formados por espalhamento e/ou difração e/ou reflexão

• Do sinal transmitido em estruturas próximas ao receptor, tais como:

Edifícios, árvores, postes, morros, árvores, postes, morros, etc.

É a soma vetorial dos vários sinais dos multipercursos pode resultar em uma interferência construtiva ou destrutiva no sinal recebido.

Com o movimento, as estruturas em torno do receptor vão se modificando e, por conseqüência, as interferências passam constantemente da situação construtiva para a destrutiva, fazendo com que a intensidade do sinal recebido varie rapidamente.

Quanto maior a velocidade de movimentação, mais rápidas serão as variações no sinal recebido.

Alteração na intensidade do sinal recebido fenômeno conhecido como desvanecimento por multipercursos.

Efeito Dopler

Fonte sonora se aproximando de um observador parado:

• A freqüência do som recebida é maior do que se a fonte estivesse em repouso

Fonte se afastando do observador parado:

• a freqüência é menor do que se ela estivesse em repouso.

Isso é fato:

• Posicione-se numa rua ou avenida

• Preste atenção no barulho do motor dos veículos ou sirene

• Aproximação: o som é mais agudo

• Afastamento: o som é mais grave.

A diferença entre a freqüência percebida e a freqüência real do som foi estudada pelo físico austríaco Christian Johann Doppler (1803-1853), e seu estudo ficou conhecido como Efeito Doppler.

Numa situação real:

• o sinal é recebido por várias direções

• as características das estruturas variam conforme a posição do móvel

• cada um dos sinais dos multipercursos sofrerá diferentes desvios Doppler

• Resultado: tem-se não mais um desvio, mas um espectro Doppler.

Espectro Dopler

Formado a partir da variação aleatória da freqüência percebida em cada multipercurso conforme a variação das estruturas ao redor do receptor

Origina:

• Ruído FM Aleatório (Random FM Noise)

• Para quem entende de música: Estrondo sônico

• Responsável pela existência de um patamar mínimo para a probabilidade de erro de bit em vários sistemas de comunicação móvel digital

• Patamar não se reduz nem com o aumento da potência de transmissão.

fa : freqüência aparente (freqüência percebida pelo observador)

• Quando há aproximação entre o observador e a fonte, o observador recebe mais ondas do que receberia se estivesse parado e, neste caso, fa > fr

• Quando há afastamento entre o observador e a fonte, o observador recebe menos ondas do que receberia se estivesse parado e, neste caso, fa < fr

Resumindo:

Aproximação: fa > fr

Afastamento: fa < fr

Qualquer que seja o movimento relativo entre observador e fonte, podemos calcular a freqüência aparente pela relação:

fa = fr

v ± v0 v ± vf

• fa = frequência aparente

• fr = frequência real do sinal

• v = velocidade do sinal (som)

• v0 = velocidade do observador

• vf = velocidade da fonte

Problemas

1) No esquema abaixo, A é uma ambulância que se move a 108 km/h e C é um carro que se move opostamente à ambulância a uma velocidade de 36 km/h.

A ambulância, tocando sirene, emite um som de freqüência 900 Hz. Se a velocidade do som no ar (supostamente parado) é de 330 m/s, calcule a freqüência aparente do som ouvido pelo motorista de C:

a) antes do cruzamento de seu carro com a ambulância

b) depois do cruzamento de seu carro com a ambulância.

2) Um automóvel, deslocando-se à velocidade de 108 km/h, toca sua buzina, cujo som é uma senóide pura de freqüência igual a 1 200 Hz. Um homem parado ao lado da estrada percebe uma variação brusca no som, no instante em que o automóvel passa pelo ponto onde se encontra.

Qual a variação de freqüência percebida pelo observador?

a) Antes do cruzamento.

b) Depois do cruzamento

Espalhamento Temporal

Quando um sinal é transmitido em um canal de rádio móvel terrestre, no receptor tem-se réplicas desse sinal oriundas de vários multipercursos.

O resultado é um espalhamento temporal do sinal, espalhamento este que pode ser quantificado (valor médio, rms ou máximo) através do Perfil de Intensidade de Potência mais conhecido como MIP (Multipath Intensity Profile).

De onde se obtém o espalhamento por atraso entre Multipercursos (Multipath Delay Spread) ou simplesmente Espalhamento Temporal.

O espalhamento temporal pode levar à possibilidade de ocorrência de desvanecimento seletivo.

Interferência Intersimbólica

Provoca, em sistemas digitais, a uma sobreposição temporal de símbolos vizinhos recebidos na saída da canal no momento de decisão dos bits e leva à necessidade de redução da taxa de transmissão através desse canal ou à implementação de técnicas para minimizar os efeitos

Figura:

Cancelamento de Interferências

• O elevado grau de auto-interferência, ou seja, aquela interferência gerada pelo próprio sistema é um dos grandes problemas em sistemas de comunicação móvel.

• Interferências em um sistema de comunicação móvel:
  • Interferência Co-canal
  • Interferência de Canal Adjacente.

Interferência de Canal Adjacente.

• A interferência no sinal desejado causada por sinais adjacentes em freqüência que ocorrem, principalmente, devido à produtos de intermodulação gerados nos amplificadores dos transmissores e não eliminados pelos filtros de canal dos receptores.

• Pode ser minimizado através de elaborados filtros de recepção e de uma adequada alocação de freqüências para cada usuário.

• Uma alocação adequada implica no uso de faixas de freqüência não contíguas em uma mesma região.

• Alguns sistemas de comunicação móvel reutilizam conjunto de freqüências em áreas diferentes

Interferência de Co-Canal

• Interferência em um sinal desejado causada por um sinal de mesma freqüência.

• A redução da interferência co-canal se dá pela adequada separação física entre as fontes dos sinais interferentes.

• Em um sistema de comunicação móvel celular, por exemplo, se o tamanho de cada célula é aproximadamente o mesmo, a interferência co-canal é independente da potência de transmissão e torna-se função do raio da célula (r) e da distância ao centro da célula que utiliza o mesmo set de freqüências (d), células estas denominadas de co-células.

• Aumentando a relação d/r a separação entre as co-células relativa à área de cobertura das mesmas torna-se maior.

Exercícios

01. Qual o critério usado para se definir um serviço de comunicação móvel?

02. Porquê o link de microondas entre uma ERB e uma CCC não é considerado comunicação móvel?

03. O que é PTT e como funciona?

04. O que é trunking e como funciona?

05. Quantos satélites são necessários para cobrir toda a terra?

06. Qual a característica do ruído branco tão importante para a comunicação?

08. Como se obtém o espalhamento temporal?

09. Cite uma situação onde a interferência intersimbólica pode ser prevista?

10. Cite um dos problemas que podem ser minimizados reutilizando as frequências em áreas geográficas diferentes.