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Caracterização e Modelamento do Canal Wireless Indoor

Resumo – Este artigo apresenta a formulação da caracterização e modelamento do canal wireless indoor
utilizando o Método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo – Método (FDTD-2D). A fim de validar o método
FDTD, a predição da potência do sinal e análise do comportamento do canal indoor será abordada.

Palavras-Chave - Canal Wireless, potência do sinal, método FDTD-2D.

Abstract - This article presents the formulation of the characterization and modeling of the wireless channel by
using the finite-difference time-domain method, FDTD-2D method. In order to validate the method, the power’s
prediction of the signal and the behavior analysis of the indoor channel will be studied.
Keywords - Wireless channel, power of the signal, Method – FDTD- 2D.


SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO
2. SISTEMA DE COMUNICAÇÕES WIRELESS
3. FORMULAÇÃO DO MÉTODO FDTD
4. O MÉTODO FDTD APLICADO NA ANÁLISE DO CANAL WIRELESS INDOOR
5. MODULAÇÃO E DEMODULAÇÃO DO SINAL
6. MAPEAMENTO DA RESIDÊNCIA PARA CALCULAR A PERDA DE PROPAGAÇÃO
7. RESULTADOS
8. CONCLUSÃO
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas o conceito de implementação de sistema de comunicação wireless tem evoluído tecnologicamente devido à grande procura de sistemas cada vez mais sofisticados, capazes de proporcionar uma maior facilidade de implementação do mesmo e para com o usuário.

Como exemplo de alguns sistemas mais utilizados no dia-a-dia tem-se: sistemas para abertura de portas de garagens, controles remotos para equipamentos de entretenimento residencial, telefones sem fio, telefones celulares e etc.
Entretanto, o custo, a complexidade, o desempenho e os tipos de serviços oferecidos por cada um destes sistemas móveis são muito diferentes. Este trabalho trata do estudo do campo elétrico dentro de uma residência para a obtenção da potência recebida e conseqüentemente a implementação do modelo mais adequado ao domínio de análise referente ao cenário em estudo. Esse cenário foi escolhido por se tratar de um local comum do cotidiano, sendo que este poderia ser representado por um escritório, prédio, entre outros ambientes indoor. Esse cenário já foi analisado tridimensionalmente em [1].

2. SISTEMA DE COMUNICAÇÕES WIRELESS

O canal wireless é um meio complexo e variante no tempo pelo qual a informação é transportada através de ondas eletromagnéticas. As variações no tempo são introduzidas pelo movimento do transmissor, receptor, ou de pessoas ou objetos entre eles. É sabido que, quando um sinal caminha para o receptor ele sofre múltiplas reflexões, introduzindo assim dois dos maiores limitantes do canal wireless, que são: a dispersão e o desvanecimento. Com isso, o canal wireless não é perfeito, e impõe certos fenômenos ao sinal que podem modificá-lo e torná-lo muito inconstante ao receptor. No entanto, esses fenômenos devem ser controlados para que haja uma boa recepção do sinal.

Figura 1 – Fenômenos do canal wireless

Os três principais tipos de desvanecimento que afetam o canal rádio-móvel são: perda de propagação, desvanecimento lento (sombreamento) e o desvanecimento rápido. Estes três tipos estão inseridos no modelo de diagramas de bloco como mostrado na Figura 1.

3. FORMULAÇÃO DO MÉTODO FDTD

O método das diferenças finitas no domínio do tempo foi originalmente publicado na análise de ondas eletromagnéticas por Yee em 1966 [2], onde, inicialmente, não despertou interesse na comunidade científica por se tratar de um método que exigia um esforço computacional muito alto, o que era escasso na época. Contudo, com os avanços tecnológicos o custo computacional para simulações decresce em razão da disponibilidade de recursos computacionais mais baratos.
O método FDTD é uma ferramenta extremamente poderosa, pois possibilita a obtenção de valores dos campos
elétrico e magnético em todos os pontos da estrutura em análise e em todos os instantes de tempo que o programa é executado.
Os campos elétricos e magnéticos na forma discreta são obtidos a partir das equações de Maxwell, representados pelas equações de Faraday e de Ampére, respectivamente.

As derivadas espaciais das equações (1) e (2) são aproximadas por diferenças centradas de primeira ordem com
precisão de segunda e as derivadas temporais são obtidas pela aproximação de Leap froag [3]

[Próxima]

(*) Resumo biográfico dos autores (ordem alfabética):

Engº. de Telecomunicações: Alan Queiroz da Silva (aqds@telecom.iesam-pa.edu.br). Graduou-se em Engenharia de Telecomunicações pelo Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (IESAM-PA, 2006), Atua como profissional liberal na área de consultoria e projetos de telecomunicações.
Web site: http://www30.websamba.com/alanqsilva/

Engª. de Telecomunicações: Aline Danielle Masaki Tabarana (admt@telecom.iesam-pa.edu.br). Graduou-se em Engenharia de Telecomunicações pelo Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (IESAM-PA, 2006), Atua na área de telecomunicações.

Prof. Dr. Antônio Marcos de Lima Araújo (amarc@prof.iesam-pa.edu.br): Engenheiro Eletricista – opção Eletrônica (UFPA-PA,1979), Engenheiro de Segurança do Trabalho (UDESC-SC,1982), Mestre em Engenharia Elétrica (PUC-RJ,1984), Doutor em Engenharia Elétrica – Telecomunicações e Telemática (UNICAMP-SP, 2000). Professor Efetivo da Universidade para o Desenvolvimento do Estado de Santa Catarina (1980 – 1989), Professor Efetivo da Universidade de Brasília (1989-1992), Professor Visitante da Universidade Federal do Pará (1992-1995), Professor Efetivo do Centro Federal de Educação Tecnológico desde 1994, Professor Convidado da Escola Paulista de Medicina (1998 – 1999), Professor do Instituto de Estudos Superiores da Amazônia desde 2002. Publicou cerca de 40 artigos científicos, 3 capítulos de livros e 1 livro. Atua na área de Processamento Digital de Sinais, em especial aplicado a sistemas de auxílio e detecção de sinais de voz aplicados a deficiência Auditiva.
Wev site: http://amarcdc.sites.uol.com.br/jogosvoz/index.htm

Prof. Carlos Leonidas (leonidas@ufpa.br) - Graduou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Pará (UFPA), em1981. Recebeu o grau de Mestre em Engenharia Elétrica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC/RJ), em 1989. Obteve o título de Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), em 1992. Realizou seu Pós-Doutorado na Universidade de Londres (Queen Mary Westfield University of London), em 1999. No momento, esta trabalhando nas seguintes linhas de pesquisa: 1) Métodos numéricos; 2) Antenas; 3) Sistemas de aterramento; 4) Propagação de ondas eletromagnéticas em ambientes indoor e outdoor.

Engª. de Telecomunicações: Mirian Carla Pinheiro Viana. (mcpv@telecom.iesam-pa.edu.br) - Graduou-se em Engenharia de Telecomunicações pelo Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (IESAM-PA, 2006), Atua na área de telecomunicações.

Prof. Dr. Ronaldo Oliveira dos Santos (ronaldo@prof.iesam-pa.edu.br): Engenheiro Eletricista – opção Telecomunicações (UFPA-PA,1998), Mestre em Engenharia Elétrica (UFPA-PA,2000), Doutorado em Engenharia Elétrica (UFPA-PA, 2004).
Coordenador do Curso de Engenharia de Telecomunicações do Instituto de Estudos Superiores da Amazônia (desde 2004). Atua na área de Antenas, Propagação, Métodos Numéricos e Aplicações.