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INTRODUÇÃO ÀS COMUNICAÇÕES MÓVEIS       (4)

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
 

A modulação MSK (Minimum Shift Keying) é uma modulação FSK com a separação mínima entre as portadoras utilizadas de modo a garantir a ortogonalidade entre elas. Essa ortogonalidade é imprescindível a uma detecção confiável do sinal recebido, pois sinais ortogonais são independentes, ou seja, facilmente diferenciáveis. 

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
 

A modulação GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) é uma modificação da técnica MSK, na qual a seqüência de bits de entrada do modulador é filtrada por um filtro passa-baixas com resposta a um pulso retangular gaussiana. A saída desse filtro é então responsável por modular em MSK as portadoras utilizadas. O efeito do filtro é o de conformar os pulsos de entrada do modulador MSK tornando as transições de freqüência mais suaves e, com isso, reduzindo a largura de faixa do lóbulo principal do sinal modulado [3], [14]. 

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.


(2) Uma seqüência PN é uma sucessão periódica de bits de curta duração (chips) com comportamento similar a um comportamento aleatório dentro de cada período.

 

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