WirelessBR

Parte da Dissertação de Mestrado apresentada ao Departamento de Engenharia
Elétrica da PUC-Rio - Abril de 2000.
Autor: Marcio Eduardo da Costa Rodrigues.
Orientadores: Luiz Alencar Reis da Silva Mello  e  Flavio Jose Vieira Hasselmann.

1 -  Introdução  

 Em sistemas de comunicações tradicionais, o objetivo básico do engenheiro projetista sempre foi o de maximizar o alcance e cobertura dos transmissores, de forma a minimizar custos de implantação e operação. Esta concepção de sistema é efetiva no caso de enlaces ponto a ponto, nos quais o uso de antenas altamente diretivas constitui-se num fator limitante da interferência intra e inter sistemas e permite, dentro de limites, o reuso de freqüências numa mesma região geográfica. É efetiva ainda no caso de sistemas unidirecionais de rádio difusão, nos quais um mesmo canal serve um grande número de usuários. Já no caso de sistemas ponto-área bidirecionais, a interferência impede a reutilização de freqüências dentro da área de cobertura limitando o número de canais disponíveis e, conseqüentemente, o número de usuários do sistema.

 O conceito de um sistema celular, utilizando a redução geográfica do alcance para permitir o reuso de espectro de freqüências foi proposto inicialmente na década de 1950 pelo Bell Labs para aplicação em um sistema de comunicações móveis. Entretanto, a necessidade de interconectar usuários do sistema móvel servidos por diferentes transceptores (estações rádio base) e usuários do sistema móvel a usuários do sistema fixo, implicava num sistema de controle que requeria grande capacidade de computação, inclusive no terminal móvel (unidade do usuário). Assim, embora extremamente bem concebido, o sistema não era implementável com a tecnologia disponível na época.

 Foi só na década de 1970, que inovações tecnológicas como o desenvolvimento de circuitos digitais VLSI de baixo custo e circuitos de RF em estado sólido para as faixas  de UHF e microondas, a evolução das baterias recarregáveis e o desenvolvimento de redes telefônicas controladas por computador permitiu a implantação de sistemas móveis de comunicações celulares. Estes sistemas, inicialmente analógicos e operando nas faixas de freqüência de 450 e 900 MHz, evoluíram na década de 1980 para a tecnologia digital e passaram a ocupar ainda as faixas de 1800-1900 MHz.

          Estes sistemas caracterizam-se pela operação predominante em regiões urbanizadas e com terminais do usuário em posição baixa (sem visibilidade) em relação à estação rádio base, situação típica de sistemas de rádio difusão unidirecionais. Por outro lado, ocupam faixas de freqüência típicas de sistemas ponto a ponto que operam em condições de visibilidade ou baixa difração. Os métodos de cálculo de propagação e previsão de cobertura utilizados tanto em sistemas ponto-a-ponto como em sistemas de rádio-difusão tradicionais não se aplicavam, portanto, a este novo tipo de sistema. Foram então desenvolvidos diversos métodos de previsão da perda de propagação nas condições características destes sistemas. Embora fosse possível atacar o problema utilizando formulações teóricas e métodos numéricos para a solução da equação de onda, o alto requisito computacional associado a este tipo de solução, devido às complexas condições de contorno neste tipo de ambiente, fez predominar a utilização de métodos empíricos e semi-empíricos. Estes métodos desenvolvidos com base em amplas campanhas de medidas em regiões urbanas, apresentam precisão suficiente para o dimensionamento de sistemas com estações rádio base com antenas a dezenas de metros, potências de transmissão de dezenas de miliwatts e células com raios de cobertura de quilômetros a poucas dezenas de quilômetros.

         Nos últimos anos, entretanto, o aumento da densidade de usuários dos sistemas celulares tem acarretado uma maior reutilização do espectro de freqüências através da redução do tamanho de células. Os sistemas passam a operar com estações rádio base com antenas e potências de transmissão mais baixas e raios de cobertura de centenas de metros (microcélulas) ou mesmo metros ou poucas dezenas de metros em ambientes fechados (picocélulas).  

         Devido às dimensões reduzidas das áreas de cobertura, com antenas muitas vezes localizadas na altura de postes, a característica do sinal de rádio em ambientes microcelulares difere da característica geralmente observada em macrocélulas e, por esse motivo, modelos empíricos consagrados para a predição de atenuação de propagação em macrocélulas não são mais aplicáveis. A necessidade de novos modelos é ainda mais evidente quando aumenta o interesse pela provisão de serviços móveis em ambientes interiores, onde o meio confinado estabelece outros padrões para o comportamento do sinal. Dado o exposto, é crescente o volume de material de pesquisa na área de micro e picocélulas, gerando uma quantidade significativa de novos modelos, muitos ainda por serem validados.

         Modelos empíricos apresentam como grande vantagem a praticidade e rapidez de uso, porém, por serem derivados de medições realizadas em determinadas localidades específicas, podem falhar ao serem aplicados em ambientes significativamente diferentes do original. No outro extremo, encontram-se os modelos teóricos, baseados no traçado de raios pelo ambiente, que têm como mérito o fato de empregarem a teoria eletromagnética diretamente ao ambiente analisado e, portanto, gerarem uma predição que considera sempre as características específicas da localidade. Apresentam como desvantagem a menor velocidade de execução quando comparados a modelos empíricos, especialmente para grandes (e complexas) regiões de cobertura. Porém, com a crescente demanda por modelos de predição em micro e picocélulas, que possuem dimensões reduzidas, os modelos de traçado de raios passam a ser uma importante alternativa à predição da propagação nesses ambientes.

          Este primeiro artigo postado no Grupo Celular constitui-se na parte inicial da dissertação de Mestrado de Marcio Eduardo da Costa Rodrigues, parte esta que abrange, no seu Capítulo 2, os conceitos gerais relativos aos sistemas celulares e, em seu Capítulo 3, uma revisão, também genérica, dos conceitos de rádio-propagação (em especial no que tange os sistemas celulares) incluindo uma coletânea de alguns modelos empíricos aplicáveis a micro e picocélulas.

(*) O autor, MÁRCIO EDUARDO DA COSTA RODRIGUES  (marcior@centroin.com.br) graduou-se em engenharia de telecom pela UFF em dezembro de 1997, concluiu o mestrado em "Ciências em Engenharia Elétrica (Telecomunicações)" com ênfase em "Rádio-propagação - Comunicações Móveis e Rádio Acesso" pelo CETUC / PUC-Rio - RJ em abril de 2000 e obteve certificação em PMP (Project Management Professional) pelo PMI (Project Management Institute) em 2004.
Atuou profissionalmente na NEC do Brasil S.A. como estagiário, na DSC Tecnologia Ltda como engenheiro responsável pela área de Engenharia de Telecomunicações da unidade DSC Telecom e na WiNGS Telecom Ltda onde é Gerente de Engenharia até a presente data; nesta empresa coordena e executa projetos de:
- cobertura de rádio-freqüência (projeto pioneiro de celular no Metrô Rio, cobertura em plataformas de petróleo, coberturas em ambientes indoor, entre outros), 
- projetos de software para cálculo de rádio-enlaces, 
- projetos de emissão de relatórios de conformidade (exposição da população a irradiação eletromagnética), segundo critérios Anatel, para operadoras de telefonia celular e rádio, 
- projetos de WLAN/WiFi (redes locais sem fio), 
- projetos de enlaces ponto-a-ponto para backbone de operadoras celulares/SMP, envolvendo planejamento de freqüências e uso do software de cálculo PathLoss e 
- suporte à equipe de desenvolvimento de software, especificando algoritmos, entre outros.