WirelessBR

WirelessBr é um site brasileiro, independente, sem vínculos com empresas ou organizações, sem finalidade  comercial,  feito por voluntários, para divulgação de tecnologia em telecomunicações 

INTRODUÇÃO ÀS COMUNICAÇÕES MÓVEIS       (5)

Autor: Dayani Adionel Guimarães 

 

O espalhamento espectral por saltos em freqüência, FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum) é uma técnica na qual a seqüência de símbolos de informação bipolar modula, normalmente em freqüência (FSK) [13], uma portadora que possui sua freqüência variável em função de uma seqüência pseudo aleatória. Se a seqüência PN possui taxa muitas vezes superior à taxa de bits de informação, tem-se a implementação de um sistema FH-SS Rápido (Fast Frequency Hopping Spread Spectrum). Se, ao contrário, a seqüência PN possui taxa inferior à taxa de bits originais, tem-se a implementação do sistema FH-SS Lento (Slow Frequency Hopping Spread Spectrum). A Figura 5 ilustra uma possível implementação do processo. 

 

 Figura 4 - Ilustração do processo de geração de um sinal DS-SS (a) por multiplicação e (b) por soma módulo 2.
 

Um sinal de faixa estreita, quando transmitido em um canal de rádio móvel, está sujeito a grandes variações temporais e espaciais. Se, ainda, sua largura de faixa não for consideravelmente inferior à largura de faixa de coerência do canal, estará sujeito ao desvanecimento seletivo e tornar-se-á inevitável a utilização de elaborados equalizadores nos receptores. 

 

Figura 5 - Ilustração do processo de geração de um sinal FH-SS

  

Quando recebido, o sinal de faixa estreita é composto pela soma vetorial de vários sinais vindos de multipercursos que se sobrepõem temporalmente. Como as portadoras utilizadas na prática possuem elevada freqüência (pequenos comprimentos de onda), pequenos deslocamentos espaciais do receptor ou pequenos movimentos dos objetos vizinhos podem causar alterações nas fases dos sinais nos vários multipercursos levando à possibilidade de uma mudança brusca de situação de interferência construtiva para interferência destrutiva entre esses sinais na recepção. Tão maior será a taxa de variação da envoltória do sinal recebido quanto maior for a velocidade de movimentação do receptor ou dos objetos vizinhos, o que pode levar à situação de desvanecimento rápido, dificultando o processo de demodulação e detecção do sinal. 

Um sinal espalhado espectralmente possui, quase sempre, uma largura de faixa muitas vezes superior à largura de faixa de coerência do canal. Dessa forma, é grande a possibilidade desse sinal sofrer desvanecimento seletivo. Porém, como essa diferença entre a largura de faixa do sinal e a Largura de Faixa de Coerência do canal é grande, uma pequena parcela do espectro total do sinal será afetada. Por esse ângulo, intuitivamente pode-se supor que um desvanecimento seletivo seja menos prejudicial a um sinal espalhado espectralmente do que o é a um sinal de faixa estreita. 

No domínio do tempo esta análise se torna mais palpável. Suponha, para isto, que um sinal de um usuário em um sistema de comunicação que utiliza espalhamento espectral seja transmitido simultaneamente com outros usuários e que o canal seja dispersivo. No receptor desejado ter-se-á os sinais dos vários usuários, suas réplicas por multipercursos, o sinal de interesse e também suas réplicas. Através do processo de correlação do sinal recebido com a seqüência PN conhecida no receptor pode-se separar o sinal desejado dos demais. Por se tratar de um sinal de faixa larga, as réplicas do sinal desejado com atrasos maiores que a duração de um chip da seqüência PN não serão sobrepostas e, se estas forem adequadamente combinadas, ter-se-á o efeito de diversidade. Ainda, medidas demonstram que um sinal espalhado espectralmente possui grande correlação de amplitude em um espaço de até 5l,  onde l é o comprimento de onda do sinal [14]. Estas características tornam esse sinal apropriado para a transmissão no severo canal de rádio móvel. 

A Figura 6 ilustra o resultado de um experimento realizado para verificação de um sinal em banda básica recebido em um sistema com espalhamento espectral com 5 usuários, durante um intervalo de tempo correspondente à duração de 1 bit de informação (ou 1 bit codificado) para uma seqüência PN de comprimento igual a 800 , onde foram considerados quatro percursos significativos para o sinal transmitido. Observa-se que os quatro percursos foram afetados por "ganhos" diferentes do canal, sofreram atrasos diferentes e foram separados pelo sistema devido à elevada largura de faixa do sinal transmitido. 

Observa-se ainda que o sinal recebido, após sofrer o processo de correlação com a seqüência PN adequada, permitirá a combinação dos multipercursos - uma característica indesejável do canal é explorada para se obter melhor desempenho do sistema de comunicação, configurando o que é conhecido como diversidade de percursos (path diversity). O receptor que executa este processo de combinação de multipercursos é o receptor RAKE [13], [14], [17].

 Figura 6 - Ilustração do sinal recebido em um sistema com espalhamento espectral (gráfico superior) e da possibilidade de separação dos multipercursos  demonstrada pela função de correlação do sinal recebido com a seqüência PN adequada (gráfico inferior em escala ampliada).  

 Outra característica importante de um sinal espalhado espectralmente se refere à Interferência Intersimbólica. Como pode ser visto na Figura 6, se o atraso provocado pelo canal não for superior à duração de um símbolo transmitido, a interferência intersimbólica será nula. Porém, mesmo que haja certa sobreposição temporal de símbolos vizinhos, é pouco provável que os multipercursos se sobreponham. No processo de detecção os parâmetros do canal são estimados de maneira a informar ao receptor em que instantes de tempo ele deve considerar cada multipercurso como válido para a combinação e posterior decisão. No receptor RAKE, por exemplo, os atrasos entre os multipercursos são estimados através da análise do próprio sinal recebido e dessa forma o receptor consegue combinar somente aqueles percursos que devem ser combinados [17]. Obviamente existem erros e imprecisões no processo de estimação dos parâmetros do canal, mas a possibilidade de diminuição dos efeitos da interferência intersimbólica é nítida e pode levar à possibilidade de um aumento efetivo da taxa de transmissão através do canal.
 

II.2.6. Equalização
 

Como já citado, em um canal dispersivo a sobreposição temporal de símbolos adjacentes recebidos caracteriza a interferência intersimbólica. Tanto mais prejudicial será essa interferência, quanto mais seletivo em freqüência for o canal, ou seja, quanto maior a probabilidade de ocorrência de desvanecimento seletivo.

Se o canal não apresenta resposta em freqüência plana em toda a faixa de freqüências ocupada pelo sinal transmitido, é inevitável a utilização dos equalizadores. Estes têm a função de compensar as distorções em freqüência causadas pelo canal ou, de maneira mais rigorosa, apresentam uma resposta em freqüência inversa à resposta do canal. 

Os equalizadores podem ser classificados em duas famílias: a dos equalizadores fixos e a dos equalizadores adaptativos. Na primeira família, como o próprio nome indica, a resposta em freqüência dos equalizadores é fixa. Tais equalizadores são aplicáveis em sistemas de comunicação fixos em canais aproximadamente invariantes no tempo, como pares metálicos e fibras ópticas. 

Em um canal de rádio móvel, devido à sua variabilidade temporal, é necessária a utilização dos equalizadores adaptativos. Estes possuem sua resposta em freqüência variável em função da resposta em freqüência do canal. Essa resposta do canal é constantemente estimada pelos equalizadores adaptativos através da utilização de processamento digital de sinais, DSP (Digital Signal Processing). 

É importante citar que a formatação dos pulsos transmitidos através do canal também é de fundamental importância na redução da interferência intersimbólica. Os filtros de transmissão e recepção devem, sempre que possível, atender ao critério de Nyquist para interferência intersimbólica nula, critério este que estabelece as condições, em termos de resposta ao impulso do conjunto filtro de transmissão, filtro de recepção e canal, que garantem a inexistência de interferência intersimbólica. Um dos formatos de pulso mais utilizados são os denominados pulsos coseno levantado (raised cosine pulses) e o filtro responsável pela formação desses pulsos é chamado filtro coseno levantado (raised cosine filter) ou filtro de roll-off (roll-off filter) [6].
 

II.2.7. Cancelamento de Interferências
 

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

Basicamente pode-se caracterizar as interferências em um sistema de comunicação móvel como Interferência Co-canal e Interferência de Canal Adjacente. 

A interferência no sinal desejado causada por sinais adjacentes em freqüência é denominada interferência de canal adjacente. Esse tipo de interferência ocorre, principalmente, devido à produtos de intermodulação gerados nos amplificadores dos transmissores e não eliminados pelos filtros de canal dos receptores. Esse tipo de interferência pode ser minimizado através de elaborados filtros de recepção e de uma adequada alocação de freqüências para cada usuário. Uma alocação adequada implica na utilização de faixas de freqüência não contíguas em uma mesma região geográfica. 

Alguns sistemas de comunicação móvel reutilizam um determinado conjunto de freqüências em áreas diferentes. A interferência em um sinal desejado causada por um sinal de mesma freqüência é denominada interferência co-canal. 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.

 

Home WirelessBR                  Anterior                   Próxima