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INTRODUÇÃO ÀS COMUNICAÇÕES MÓVEIS (4) |
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Autor: Dayani Adionel Guimarães |
Outros tipos de
diversidade são encontrados na prática, mas sempre com propósitos similares
àqueles aqui apresentados.
Com relação às
regras de combinação utilizadas no processo de diversidade, a literatura cita
várias. Umas apresentam desempenho superior, mas são mais complexas; outras são
extremamente simples, mas não apresentam desempenho ótimo. Apenas em caráter
informativo pode-se citar a regra de combinação com ganhos iguais, EGC (Equal
Gain Combining), a regra de combinação de máxima razão, MRC (Maximum
Ratio Combining) e a regra de Seleção [3,
p. 335]. A regra EGC simplesmente soma os sinais a serem combinados,
eventualmente ponderando-os com ganhos iguais. A regra MRC, antes de somar os
sinais a serem combinados pondera suas amplitudes por um valor proporcional à
relação entre o nível de tensão do sinal recebido e a potência de ruído
associada. Essa regra de combinação é considerada ótima para canais com
desvanecimento Rayleigh
[13], [19],
pois maximiza a relação sinal ruído instantânea na saída do combinador e,
portanto, minimiza a probabilidade de erro na decisão posterior. A regra de
seleção, como o nome indica, seleciona dentre os sinais a serem combinados
aquele com maior intensidade (e em aplicações mais avançadas aquele que
produza a menor probabilidade de erro na decisão).
A utilização de
diversidade em sistemas de comunicação móvel é vital para que se alcance
desempenhos aceitáveis. Pesquisas recentes têm enfocado a implementação de
diversidade em freqüência com o uso de multiportadoras. Algumas dessas
implementações têm demonstrado a possibilidade de superar o desempenho alcançado
com os convencionais receptores RAKE. Basicamente, ao invés de transmitir o
sinal modulado fazendo uso de uma única portadora, várias portadoras
transportam paralelamente um determinado número de bits, sendo que a taxa de
transmissão em cada portadora é reduzida e a taxa total tem a possibilidade de
superar aquela atingível com uma única portadora. Uma possível estrutura que
combina o uso de multiportadoras e codificação de canal pode ser vista em [5],
onde também são citadas várias outras implementações correlatas.
II.2.5.
Técnicas de Modulação Digital
Um sistema de comunicação
móvel apresenta algumas exigências no que diz respeito aos esquemas de modulação.
Dentre essas exigências pode-se citar: reduzida complexidade de implementação,
robustez contra desvanecimentos por multipercursos, envoltória filtrada
constante e eficiência espectral adequada.
Os terminais móveis devem possuir dimensões reduzidas e baixo custo e, para que isso seja possível, a complexidade do circuitos utilizados também deve ser reduzida. Nesse aspecto, atenção especial é dada à técnicas de modulação baseadas em FSK (Frequency Shift Keying) e PSK (Phase Shift Keying).
É sabido que existe
um compromisso a ser atendido entre a eficiência espectral de um tipo de modulação
e a sua eficiência de potência. Por um lado, aumentando-se o número de pontos
em uma constelação PSK aumenta-se a eficiência espectral, mas é necessário
um aumento na energia de cada símbolo para que o desempenho, em termos da
probabilidade de erro de bit, seja equiparável ao anterior. Em um canal de rádio
móvel terrestre, devido aos grandes desvanecimentos por multipercursos e à
ocorrência de sombreamento, modulações do tipo M-QAM
ou M-PSK com M acima de 4 são inviáveis devido à sua pequena eficiência de
potência, ou seja, para se atingir uma probabilidade de erro de bit aceitável
em um sistema de comunicação móvel que utiliza essas modulações seria
necessária uma grande potência de transmissão. Um valor elevado para essa potência
faz com que as baterias dos terminais portáteis tenham vida reduzida e tamanho
elevado, além de tornar complexos os estágios de amplificação dos
transmissores, elevando os custos de aquisição e operação do sistema. Nesse
aspecto são preferidas modulações com no máximo quatro pontos em sua
constelação.
Em um canal de rádio
móvel via satélite, canal este que pode ser considerado essencialmente
gaussiano (AWGN), modulações com maior eficiência espectral podem ser
implementadas.
Ainda objetivando
reduzir o consumo de energia dos transceptores, é desejável a utilização de
amplificadores de potência não lineares (Classe C, por exemplo),
amplificadores estes que apresentam elevado rendimento. Contudo, quando sinais
de amplitudes variáveis são injetados nesses amplificadores, sua não
linearidade faz com que o espectro de saída apresente componentes de freqüência
fora da faixa de interesse. Em um transmissor, antes do sinal modulado ser
amplificado, é executada a filtragem, objetivando limitar o espectro do sinal
transmitido. Ao passar por um amplificador não linear, esse sinal pode voltar a
apresentar um espectro com largura superior à desejada. Esse efeito acontece
quando o sinal a ser amplificado não possui envoltória constante, com é o
caso de sinais modulados em fase quando passam pelo filtro de transmissão
(antes da etapa de amplificação de potência). Então, nesse aspecto, é desejável
que as técnicas de modulação sejam baseadas em FSK ou em alguma modulação
PSK que não apresente grandes transições de fase.
Devido à escassez do
espectro de rádio freqüências, uma característica fundamental de qualquer
esquema de modulação para comunicações móveis é a eficiência espectral
adequada. Todas as técnicas utilizadas em comunicações móveis procuram ao máximo
reduzir a largura de faixa ocupada pelo sinal modulado.
II.2.5.1.
modulação msk
Das técnicas de modulação digital para
comunicações móveis a MSK apresenta menor complexidade de implementação.
Por se tratar de uma modulação em freqüência, a técnica MSK apresenta
envoltória filtrada constante, o que viabiliza a utilização de amplificadores
de potência não lineares nos transceptores. A robustez contra os efeitos do
canal de comunicação é também uma característica da modulação MSK. O
espectro do sinal modulado é o que possui largura de faixa do lóbulo principal
maior dentre as demais técnicas utilizadas em comunicações móveis, mas
apresenta queda de energia com a freqüência relativamente abrupta, facilitando
o processo de filtragem na transmissão [3].
II.2.5.2.
modulação p/4-DQPsk
A modulação p/4-DQPsk
(p/4 –
Differential Quaternary Phase Shift Keying)
é formada a partir de duas constelações QPSK deslocadas de p/4
radianos. É feito um mapeamento dos bits de entrada do modulador nos 8 símbolos
da modulação de forma a não permitir a ocorrência de transições de fase
superiores a 135° no sinal modulado. Ainda, cada símbolo transmitido depende
daquele transmitido anteriormente, ou seja, o valor de cada dibit de entrada do
modulador não está associado diretamente ao valor absoluto da fase da
portadora, como acontece na modulação PSK convencional, mas à diferença
entre fases consecutivas. Essa implementação caracteriza uma modulação
diferencial e permite a implementação de demoduladores que não utilizam a
informação de fase da portadora recebida no processo de detecção –
demodulação não coerente. O emprego de portadora piloto pode auxiliar na
implementação de um eventual esquema de demodulação coerente, onde as variações
causadas pelo canal nessa portadora servem como referência para o circuito de
recuperação e rastreamento da fase da portadora.
II.2.5.3.
modulação Oqpsk
A modulação OQPSK (Off-set
Quaternary PSK) é também baseada na modulação QPSK e tem como objetivo a
redução das transições de fase do sinal modulado, limitando-as a um máximo
de 90° e possibilitando assim a sua utilização com amplificadores não
lineares [14].
II.2.5.4.
modulação gmsk
Um parâmetro que
caracteriza a modulação GMSK é o produto BT,
onde B é a largura de faixa (3 dB) do
filtro gaussiano e T é a duração de
um bit de entrada do modulador. A Figura 3 ilustra a resposta a um pulso
retangular do filtro conformador da modulação GMSK. Nota-se que para BT = ¥
a modulação GMSK se reduz à modulação MSK.
Figura 3
– Resposta de um filtro gaussiano a um pulso retangular para alguns valores de
BT (de Feher, 1995, p. 166)
II.2.5.5. Espalhamento Espectral
Um sinal espalhado
espectralmente é aquele que ocupa uma largura de faixa muitas vezes superior à
necessária, independentemente da largura de faixa do sinal original [20]. Um
sinal que ocupa uma largura de faixa muito maior que a taxa de transmissão de
informação não configura, necessariamente, um sinal espalhado espectralmente,
caso este que acontece com algumas modulações com baixa eficiência espectral.
Existem duas formas básicas
de se gerar um sinal espalhado espectralmente: o espalhamento por seqüência
direta e o espalhamento por saltos em freqüência.
O espalhamento espectral por seqüência direta, DS-SS (Direct Sequence Spread Spectrum), é uma técnica na qual a seqüência de símbolos de informação bipolar {±1} é multiplicada por uma seqüência pseudo aleatória, PN (2), também bipolar {±1} ou, equivalentemente, a seqüência de símbolos de informação unipolar {0,1} é somada (módulo 2) a uma seqüência PN também unipolar {0,1}. O resultado de uma das operações anteriores modula uma portadora senoidal, normalmente em fase (PSK) [13]. A seqüência PN possui taxa muitas vezes superior à taxa de bits originais, de tal forma que o espectro resultante possua uma largura de faixa correspondentemente elevada. A Figura 4 ilustra uma possível implementação do processo.