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Redes WiMAX – Aspectos de Arquitetura e Planejamento

3. PROPAGAÇÃO

3.1. Considerações de propagação na faixa de 2 a 11 GHz

Tradicionalmente, na faixa de freqüências considerada neste estudo, encontra-se na literatura uma descrição sumarizada das características da faixa como apresentado na Tabela 7.

Tabela 7 – Características gerais da faixa de freqüências considerada, conforme apresentado comumente na literatura

Avanços tecnológicos, especialmente em antenas, técnicas de multiplexação (OFDM) e de acesso (OFDMA/SOFDMA) e modulação adaptativa, permitem que essa faixa de freqüências também seja usada em sistemas ponto-multiponto e até – considerando a porção mais baixa da faixa – ponto-área, com taxas de transmissão dentro do que se considera banda larga.

A porção mais baixa, de 2 a 6 GHz, aproximadamente, considerando o exposto no parágrafo acima, é ainda adequada ao provimento de cobertura em sistemas ponto-área. Mecanismos de espalhamento (reflexão não especular), reflexão especular e difração, desempenham papel importante na cobertura de micro e pico-células; nas proximidades do extremo superior dessa porção de faixa considerada, o raio direto passa a desempenhar o principal papel na cobertura.

No restante da faixa estudada, estendendo-se aproximadamente de 6 a 11 GHz, as características de propagação são adequadas a sistemas ponto-a-ponto e ponto-multiponto, estacionários. Sistemas ponto-a-ponto - operando com antenas de abertura de alta diretividade para permitir link-budgets favoráveis (alta margem) e discriminar reflexões -, podem ser projetados para suportar altas capacidades de transmissão. Comunicação ponto-multiponto também é possível em toda a faixa, sendo que, no extremo superior, a comunicação deve ocorrer primordialmente em linha de visada (LOS) entre o cliente e a estação rádio-base. Na porção mais baixa da faixa, é possível o uso de CPEs indoor, em situações específicas onde a cobertura em ambientes interiores for favorável.

A partir de cerca de 8 GHz, atenuação – e, eventualmente, despolarização – por chuva passa a ser fator preponderante na determinação do desempenho das comunicações ponto-a-ponto e ponto-multiponto. Deve ser considerada margem não apenas para céu claro, como agora é preciso considerar a redução da margem por eventos de chuva. Os tópicos na Recomendação ITU-R P.530 referentes ao desempenho de enlaces em freqüências afetadas por chuva, bem como a Recomendação ITU-R P.383 (“Specific attenuation model for rain for use in prediction methods”), ou metodologia alternativa à disposta nesta recomendação, devem ser considerados nos cálculos de desempenho.

Absorção atmosférica, por oxigênio ou vapor d’água, não são relevantes no intervalo de freqüências considerado e nas distâncias tipicamente envolvidas.

3.2. Modelos de propagação

Qualquer dimensionamento de sistemas de comunicações sem fio depende, primordialmente, da adequada escolha de modelo de propagação. Basicamente, as três grandes categorias de modelos são: empíricos, semi-empíricos e teóricos.

▪ Modelos empíricos: gerados com base no resultado de campanhas de medidas realizadas em determinados tipos de ambientes e para faixas específicas de valores de parâmetros (alturas de antenas, freqüências, etc.). Costumam apresentar relativa facilidade e rapidez de computação, porém geram resultados tão melhores quanto mais se aproxima a região de projeto da região de medições para obtenção do modelo. Neste trabalho, serão abordados os modelos empíricos;

▪ Modelos semi-empíricos: gerados também com base em medidas de campo, porém suas equações guardam relação com modelos canônicos de propagação, obtidos da teoria. Como exemplo, há modelos semi-empíricos baseados na atenuação de espaço livre, em que a dependência com a freqüência e distância é da mesma forma, porém a constante aditiva é diferente, obtida por campanha de medições em determinada faixa de parâmetros;

▪ Modelos teóricos: criados com base em fundamentos puramente teóricos. Muito usados no cálculo de enlaces ponto-a-ponto, incluindo atenuação de espaço livre e formas de se considerar efeitos de difração, reflexão no terreno e rádio-clima.

Uma classe relevante desses modelos, são os modelos de traçado de raios. Em linhas gerais, usam técnicas de traçado de raios (ray tracing) para mapear a propagação das ondas eletromagnéticas no ambiente. Raio direto, reflexões, transmissões e difrações são computadas pelo uso de algum tratamento dado às equações exatas de campo, sendo muito comum o uso das aproximações assintóticas da UTD (Uniform Theory of Diffraction). Costumam ser tão melhores quanto melhor for a descrição geométrica e elétrica do ambiente, bem como o uso de potentes técnicas de aceleração do traçado de raios.

Os modelos teóricos também recebem a denominação de modelos físicos.

Conforme apresentado acima, neste trabalho são enfocados modelos empíricos. Embora, quando comparados a um bom modelo teórico - e considerando um ambiente muito bem descrito -, os modelos empíricos tendam a prover resultados de menor precisão que os de traçado de raios, modelos empíricos são muito populares por permitirem estimativa relativamente rápida da propagação no ambiente, o que, na maioria das vezes, é suficiente para o projeto nominal do sistema.

Para sistemas tradicionais ponto-a-ponto, e até mesmo ponto-multiponto, com antenas externas em visada ou em difração bem determinada (que possa ser bem calculada), não há motivo para se partir para modelos empíricos, uma vez que os modelos físicos (teóricos) são os mais apropriados e de computação relativamente rápida. Fornecem resultados precisos e se utilizam das informações de terreno e rádio-clima presentes na base de dados digital. Em alguns casos, quando viável e a riqueza de informação digital permitir, modelos físicos de traçado de raios também podem ser empregados, dando ainda mais sofisticação ao resultado do dimensionamento.

Entretanto, com o crescente aumento do interesse por sistemas fixos banda-larga em regiões densamente urbanizadas, com clientes residenciais e em escritórios, cresce o interesse por modelos empíricos que não dependam de descrições detalhadas dos ambientes de propagação e que forneçam resultados rápidos, para uma estimativa do dimensionamento da rede.

A seguir, são apresentados modelos ponto-a-ponto/multiponto (estacionários), para uso em sistemas 802.16 [9]