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INTRODUÇÃO ÀS COMUNICAÇÕES MÓVEIS (5) |
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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
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.
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.