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INTRODUÇÃO ÀS COMUNICAÇÕES MÓVEIS       (6)

Autor: Dayani Adionel Guimarães 

 

Um outra forma de redução do nível de interferências em um sistema de comunicação móvel é baseada no controle de potência. A idéia é utilizar nos transceptores, dinamicamente, a menor potência necessária a uma qualidade aceitável do serviço. Além de elevar a vida útil de eventuais baterias utilizadas nos terminais móveis, a quantidade de interferência é drasticamente reduzida. 

Hoje, com o aumento considerável da velocidade de processamentos dos DSPs (Digital Signal Processsors), sofisticadas técnicas de redução de interferências em um sistema de comunicação móvel têm sido consideradas. São basicamente duas as técnicas que utilizam processamento digital de sinais: as antenas adaptativas e o cancelamento direto do sinal interferente. No primeiro caso um arranjo (array) de antenas colocado nas estações de rádio base  tem as amplitudes e fases das correntes em cada elemento constantemente monitoradas/controladas de forma a maximizar a potência recebida/transmitida de/para um determinado usuário, conformando de maneira adaptativa o padrão de irradiação do arranjo de antenas. Elaborados algoritmos são implementados com a função de maximizar a relação sinal-interferência em um sinal recebido de um determinado usuário, independente da sua posição espacial em relação ao arranjo de antenas. 

Em recentes pesquisas, técnicas de codificação de canal têm sido utilizadas com algoritmos de processamento digital de sinais objetivando, por exemplo, estimar os sinais (ou alguns sinais) interferentes no receptor de forma a subtraí-los do sinal recebido e assim minimizar a probabilidade de erro de decisão sobre o sinal desejado.
 

IiI. técnicas de acesso para sistemas de comunicação móvel
 

As técnicas de acesso são utilizadas para permitir o compartilhamento de uma determinada faixa de rádio freqüência entre vários terminais móveis. O compartilhamento se faz necessário, pois objetiva-se maximizar o número de usuários simultâneos nessa faixa de freqüências [10], [14]. 

Em se tratando de uma comunicação bidirecional, o canal pode ser dividido temporalmente ou na freqüência. No primeiro caso tem-se a duplexação por divisão de tempo (TDD – Time Division Duplexing). Quando o canal é dividido em freqüência, tem-se a duplexação por divisão em freqüência (FDD – Frequency Division Duplexing). Em ambos os casos uma parcela do canal é destinada à transmissão e outra à recepção, independente do canal estar dividido temporalmente ou na freqüência. A técnica de duplexação TDD elimina a necessidade de utilização de faixa de freqüência distintas para transmissão e recepção, mas possui um atraso inerente – a comunicação não é full-duplex no sentido real.

Os sistemas de comunicação móvel podem ser divididos em sistemas de faixa estreita e sistemas de faixa larga. A distinção entre eles é feita baseada na comparação entre a largura de faixa de cada canal de usuário e a largura de faixa de coerência esperada para o canal de comunicação.
 

IiI.1. Acesso fdma
 

No método de Acesso Múltiplo por Divisão em Freqüência (FDMA – Frequency Division Multiple Access), a largura de faixa total disponível é subdividida e a cada usuário é alocada uma dessas sub-faixas, normalmente por demanda. São características principais dos sistemas que utilizam FDMA: 

-       Se um canal não está sendo utilizado há literalmente um desperdício de recurso, posto que nenhum usuário o estará utilizando, o que acarretaria em um aumento da capacidade.

-       A largura de faixa de cada canal é normalmente pequena, ou seja, um sistema com FDMA normalmente é um sistema de faixa estreita.

-       Sendo cada canal de faixa estreita, em uma transmissão digital tem-se longas durações dos símbolos transmitidos em relação ao espalhamento temporal causado pelo canal, o que leva a uma pequena interferência intersimbólica. Esse fato permite a implementação de equalizadores não muito sofisticados nos receptores.

-       A comunicação é contínua no tempo, o que leva à necessidade de poucos bits de overhead com o propósito se sincronização e delimitação de frames em uma transmissão digital.

-       Os filtros de canal são normalmente caros, pois necessitam apresentar seletividade suficiente para reduzir a interferência entre canais adjacentes a patamares aceitáveis.

-       Por transmitir e receber ao mesmo tempo, os transceptores necessitam de duplexers, o que eleva o custo do sistema.

-       Nos casos em que muitos canais compartilham uma mesma antena e, portanto, o mesmo amplificador de potência, pode ocorrer intermodulação. Esse efeito se deve à passagem dos vários canais pelo amplificador de potência que, objetivando maximizar a eficiência de potência, trabalham com os dispositivos de amplificação perto da região não linear. [19]
 

IiI.2. Acesso tdma
 

No método de Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo (TDMA – Time Division Multiple Access) o espectro disponível é dividido em intervalos (slots) de tempo de tal forma que cada usuário possa transmitir ou receber durante o intervalo de tempo a ele reservado, e que é disponibilizado a cada usuário, periodicamente, a cada frame. Ao contrário dos sistemas com FDMA, que podem acomodar tanto sinais analógicos quanto digitais, sistemas com TDMA necessitam operar somente com sinais digitais, pois a transmissão é feita em rajadas uniformemente espaçadas no tempo. 

Em sistemas com TDMA/TDD, metade dos slots são destinados á transmissão e metade à recepção. No caso de TDMA/FDD um mesmo slot é utilizado na transmissão e recepção, sendo a separação feita na freqüência. 

Principais características da técnica TDMA: 

-       Devido às descontinuidades na transmissão, o processo de handoff (3) do usuário móvel se torna mais simples, pois ele pode utilizar os intervalos de tempo sem transmissão para “ouvir” outros transmissores (de outras estações base, por exemplo, no caso de telefonia celular).

-       Técnicas de equalização elaboradas normalmente precisam ser implementadas nos receptores, pois a taxa de transmissão em cada intervalo de tempo é alta se comparada com o caso de sistemas com FDMA.

-       Os slots de tempo podem ser alocados por demanda para diferentes usuários, baseado em uma prioridade. Dessa forma compartilha-se melhor o espectro e tem-se um aumento na capacidade do sistema.
 

IiI.3. Acesso CDMA
 

No método de Acesso Múltiplo com Divisão por Código (CDMA – Code Division Multiple Access) é utilizada a técnica de espalhamento espectral sendo que o transceptor de cada usuário no sistema utiliza uma seqüência pseudo aleatória (código) diferente. Todos os usuários transmitem ao mesmo tempo e utilizam a mesma faixa de freqüência. O receptor, através do processo de correlação do sinal recebido com a seqüência PN extrai o sinal do usuário desejado. Os sinais dos demais usuários parecerão ruído para o receptor em questão, pois suas seqüências PN não são correlacionadas com o sinal desejado. 

É comum ouvir falar na eterna incerteza na comparação entre as várias técnicas de acesso múltiplo hoje existentes em termos do número máximo de usuários suportado. Mas, afinal, qual técnica é a superior? - é a pergunta que se ouve. O CDMA tem-se mostrado promissor a superar as demais técnicas de acesso múltiplo existentes, à medida que sua implementação se torna menos onerosa com o domínio de sua tecnologia. Pode-se verificar que o CDMA possui mais méritos que deméritos nesse sentido [4]. A capacidade de um sistema CDMA é o que se pode chamar de limitada pelas interferências (ao contrário dos concorrentes FDMA e TDMA que podem ser classificados como limitados em largura de faixa). Assim, qualquer melhoria nesse sentido reflete diretamente em um aumento no número de usuários no sistema. 

Em sistemas FDMA ou TDMA cada faixa de freqüências ou slot de tempo é alocado a uma chamada. Durante a chamada nenhum usuário poderá utilizar aquela faixa de freqüências ou aquele intervalo de tempo. Pode-se facilmente verificar que, para um sistema celular FDMA ou TDMA com padrão de reuso igual a 7, considerando-se como interferentes as seis células co-canais mais próximas (ver Figura 7), a capacidade em termos de canais por célula pode ser aproximadamente expressa por [9] 

 

Na expressão acima Bt é a largura de faixa total de transmissão ou recepção, BC é a largura de faixa equivalente por canal e (C/I) é a mínima relação portadora / interferência por canal ou por slot de tempo necessária à uma qualidade aceitável de recepção. Na Figura 7 é mostrada uma configuração típica para um sistema celular com reuso de freqüências. Para a geometria da Figura 7 e para um expoente de perdas no percurso igual a n, a C/I para o pior caso pode ser determinada por [9] 

É importante citar que as expressões (6) e (7) consideraram a perda por propagação variando com a n-ésima potência da distância e, como já citado, o valor de n é dependente das características de propagação de cada área considerada. 

 

 

Figura 7 - Ilustração da primeira camada de co-células para cluster com N = 7. Quando o móvel está localizado no limite de uma célula (ponto X), está sujeito ao pior caso de interferência co-canal no link direto. As distâncias do desenho foram obtidas por simples aproximações 

 

O aumento da capacidade dos sistemas FDMA e TDMA além daquela demonstrada por (6) pode ser conseguido através da utilização de técnicas como Divisão de Células, Setorização e a implementação de Microcélulas [14]. Vale, porém, ressaltar que, no caso da setorização, técnica esta comumente empregada, tem-se como efeito colateral a redução da eficiência de entroncamento do sistema [19], [14], pois o número de canais por célula será distribuído pelos setores, ou seja, a capacidade não será multiplicada pelo número de setores por célula, como normalmente se acredita.

(3) Handoff é o processo através do qual o sistema transfere a comunicação com um terminal móvel de um canal ou estação base para outro canal ou estação base

 

 

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