9/5/2008. Indoor Incar Outdoor. Limiares de Cobertura

Transcrição

1 Eng. Fábio Ribeiro de Assis Conceitos básicos em rádio-propagação Antenas para sistemas celulares. Planejamento de freqüências em sistemas celulares Site Survey Uma das maiores descobertas do Séc. XIX Maxwell estabeleceu as correlações entre campos elétricos e magnéticos 1

2 Radiopropagação: Movimento de ondas eletromagnéticas no espaço Caminho de propagação ideal: Ondas eletromagnéticas não sofrem efeitos de reflexão ou difração Viajam a uma velocidade constante igual a da luz no vácuo P r 1 = Pt 4πd / λ 2 L(dB) = 32,5 +20 log d (km) + 20 log f (MHz) 2

3 Exemplo: Considerando que um ponto A esta distante 100m de outro ponto B, calcule a potência no ponto B considerando que a EiRP (potência efetivamente irradiada) no ponto A é de 56dBm. Considere uma frequência de 1800MHz e propagação no espaço livre. L(dB) = 32,5 +20 log d (km) + 20 log f (MHz) L(dB) = 32,5 +20 log 0, log 1800 L(dB) = 77,6 P (dbm) = 56dBm - 77,6dBm P(dBm)(1800MHz) = -21,6dBm P(dBm)(900MHz) = -15,58dBm Unidade teórica correta: dbµv/m Vinculado a frequência da onda Unidade prática dbm (mede densidade de potência do campo elétrico) P( dbm) 10log P( w) 10 = 3 λ P(dBm) = E(dBmµV/m) log π 2 Extremamente complexo 3

4 Necessidade de cálculo da perda para muitos pontos possíveis de localização Existência de obstáculos à propagação Existência de inúmeros pontos de reflexão Altura da antena da estação móvel baixa Existência de fenômenos associados a mobilidade tais como fading lento e fading rápido. Área efetiva que a referida estação oferece condições de troca de informações dentro da interface de ar com um nível mínimo de sinal pré estabelecido Conceito de cobertura está associado ao desempenho do enlace para vários pontos O processo de determinação do nível de sinal recebido em cada um destes pontos chama-se predição de cobertura Limiares de Cobertura Indoor Incar Outdoor Urbano Denso Urbano Suburbano Rural Suburbano Estradas Áreas Abertas Sensibilidade da Estação Móvel (dbm) Desvio Padrão (db) Probabilidade de Cobertura na Borda da Célula (%) Probabilidade de Cobertura na Área da Célula - n = 3,5 (%) Probabilidade de Cobertura na Área da Célula - n = 4,49 (%) Margem de Log-Normal Fading (db) 9,4 7,3 5,1 3,4 5,1 1,9 3,4 Margem de Rayleigh Fading (db) Margem de Degradação por Interferência (db) Atenuação no Corpo (db) Atenuação em Veículos (db) Atenuação em Prédios (db) Nível de Sinal Planejado (dbm)

5 modelo mais conhecido e difundido no meio celular Este modelo foi obtido baseado no trabalho de Okumura Representa, graficamente, as áreas de cobertura de Tokyo Ploss = 69, ,12 log f 13,82 log ha + (44,9 6,55 log ha)log d ha = antena da estação A (m) d = distância (km) f = freqüência (MHz) Ambiente Nível de Limiar de Projeto Indoor In Car Outdoor Urbano Denso -65 dbm Urbano -70 dbm Suburbano -75 dbm -80 dbm --- Rural -82 dbm Estradas dbm --- Áreas Abertas dbm Fading rápido efeito devido as inúmeras reflexões sofridas pelo sinal celular sobreposição de ondas de várias fases que se somam ou se anulam conforme as mesmas ocorre com maior intensidade em áreas urbanas fenômeno de períodos curtos 5

6 Fading lento fenômeno observado ao longo de deslocamentos relativamente longos provocado pelas irregularidades do terreno tais como vales e morros fenômeno de períodos longos O efeito do fading em celular é danoso à conversação (especialmente o fading rápido) Existem técnicas para atenuar as variações deste tipo de fading 6

7 EiRP Efetive isotropic radiated power. Trata-se da potência em dbm efetivamente irradiada por uma ERB Considera-se todos os ganhos e perdas envolvidos no processo, referenciada a uma antena isotrópica, medida na saída do elemento irradiante. EiRP = P L L L + G RBS RBS feeder div ant C/I - carrier/ interference Relaciona o nível de sinal de uma célula servidora com o nível de interferência proveniente de outras células do sistema Quanto menor a C/I, pior a performance do sistema Interferência co-canal - oriunda do reuso de uma mesma freqüência f 1 em duas ou mais células quaisquer sistema AMPS TDMA GSM C/I mínimo 17 db 14 db 9 db C/A - Carrier/ Adjacent interference Interferência oriunda do uso de duas freqüências f1 e f2 adjacentes entre si Quanto menor a C/I, pior a performance do sistema sistema AMPS TDMA GSM C/A mínimo 0 db 0 db -2 db 7

8 O BER - bit error rate é o percentual de bits errados dentro de um subconjunto de amostras de dados recebidos O BER é dividido pelos projetistas de sistemas celulares em 7 possíveis classes Transformar energia eletromagnética guiada pela linha de transmissão em energia eletromagnética irradiada E a recíproca é verdadeira Função primordial em qualquer comunicação onde exista radiofreqüência Diretividade Eficiência em distribuição de energia Valor máximo atingido pelo ganho diretivo da antena 8

9 Ganho Não amplifica sinais Expressa a capacidade de concentrar a energia Expresso em db, em relação a algum outro elemento irradiador dbi ganho direto em relação à antena isotrópica dbd ganho direto em relação ao dipolo dbd=dbi dbi+2,15db Relação Frente-Costas Isolação entre a energia irradiada pela antena em relação às suas costas Ângulos de meia Potencia Ângulos onde a potência irradiada equivale a metade da potência máxima Irradia igualmente em todas as direções Não existe no mundo real Serve como referência de ganho para as antenas práticas 9

10 Antena básica Constituída por um condutor de metade do comprimento de onda da freqüência irradiada seccionado ao meio, com um sinal de RF alimentando-o neste ponto. O dipolo também é usado como referência de ganho para as antenas práticas e chama-se dbd para 740kHz : m / s comprimenro = s comprimento = 203m para 1800MHz : m/ s comprimento = s comprimento = 8,3 cm 1 10

11 Orientação de propagação do campo elétrico Polarização linear - mesma orientação mecânica da antena (horizontal ou vertical) Polarização elíptica - 2 dipolos perpendiculares entre sí, com sinais eletricamente defasados de 90 graus Máximo ganho de uma antena receptora - Orientada na mesma polarização da antena transmissora. Representação gráfica da distribuição espacial das propriedades de irradiação da antena Os formatos de representação polar é o mais comum 11

12 1900 9/5/2008 O diagrama de irradiação representa algumas características da antena. Lóbulo principal Lóbulos secundários Lóbulos traseiros dB SECUNDÁRIOS NULOS 80 0 ÂNGULO DE MEIA POTÊNCIA TRASEIRO PRINCIPAL ÂNGULO DE MEIA POTÊNCIA SECUNDÁRIOS

13 1900 9/5/2008 LÓBULO PRINCIPAL: define o ângulo de meia potência onde antena irá concentrar a maior parte de sua energia. Este ângulo pode ser graduado em 3dB abaixo da intensidade de campo normalizada. LÓBULOS SECUNDÁRIOS: são os demais lóbulos e tem como importância verificar como a antena está distribuindo a energia ao seu redor fora da área principal de interesse de cobertura. NULOS: Pontos de intensidade de campo reduzida. LÓBULO TRASEIRO: é o lóbulo secundário posicionado opostamente ao lóbulo principal, que define a relação frente-costa da antena, parâmetro muito útil para se saber a capacidade de isolação da antena quando for receptora e de direcionalidade quando for transmissora. Irradia quase uniforme em todas as direções dB Verticalmente, ela evita irradiar Omnidirecional não significa ser perfeitamente constante Concentram sua energia em direções bemdefinidas Normalmente se apresentam como painéis, nos sistemas móveis celulares 13

14 Conceito de tilt Alteração mecânica ou elétrica Proporciona uma alteração no diagrama de irradiação tilt mecânico Inclinar a antena em relação ao solo tilt elétrico alteração estrutural na antena e proporciona uma atenuação uniforme no diagrama de irradiação Criar a possibilidade de combinar dois sinais recebidos que não possuem correlação de fase entre si Melhorar as atenuações que ocorrem na recepção devido ao fading. Diversidade em Espaço Afastamento físico entre duas antenas de recepção Um valor de afastamento de 10λ é considerado suficiente para esta técnica Diversidade em polarização consiste em receber dois sinais em polarizações diferentes A diversidade em polarização é utilizada hoje com duas antenas em polarização de +45 e 45 graus 14

15 Na próxima aula: Planejamento de Frequencias Site Survey O espectro de Frequências é limitado Frequências em 850 MHz e 900 MHz Frequências em 1700 e 1800 MHz Frequências em 1900 e 2100 MHz 15

16 O limite máximo total por prestadora de SMP em uma mesma área geográfica é de 50 MHz, passando a 80 MHz quando forem licitadas as subfaixas de e MHz e a 85 MHz quando também for licitada a subfaixa de extensão para TDD. Além do limite total devem ser respeitados também os seguintes limites por faixas de frequências. Subfaixas Limite (MHz) 800 MHz 12,5 + 12,5 900 MHz 2,5 + 2, MHz e MHz Extensão TDD de MHz 5 Na prática, utiliza-se a numeração de canal ARFCN 1800: FUL(n) = *(n-512) FDL(n) = FUL(n) : FUL(n) = *n FDL(n) = FUL(n)+45 Na prática, utiliza-se a numeração de canal ARFCN 1800: FUL(n) = *(n-512) FDL(n) = FUL(n) : FUL(n) = *n FDL(n) = FUL(n)+45 16

17 Como já discutimos, as freqüências são limitadas O que fazer para continuar a usá-las cada vez mais? O Reuso de freqüências exige cuidado e planejamento Risco de INTERFERÊNCIAS Divisão e separação em grupos facilita a tarefa Suponha que a operadora possua 49 canais: Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 Grupo 6 Grupo 7 canal 1 canal 2 canal 3 canal 4 canal 5 canal 6 canal 7 canal 8 canal 9 canal 10 canal 11 canal 12 canal 13 canal 14 canal 15 canal 16 canal 17 canal 18 canal 19 canal 20 canal 21 canal 22 canal 23 canal 24 canal 25 canal 26 canal 27 canal 28 canal 29 canal 30 canal 31 canal 32 canal 33 canal 34 canal 35 canal 36 canal 37 canal 38 canal 39 canal 40 canal 41 canal 42 canal 43 canal 44 canal 45 canal 46 canal 47 canal 48 canal 49 17

18 A distribuição numa área urbana poderia ser feita assim: Note que cada área marcada repete cada grupo apenas uma vez Este conjunto é denominado CLUSTER Apesar de eficiente, o sistema não evita interferências de canais adjacentes E se setorizarmos? Grupo 1α Grupo 2α Grupo 3α Grupo 4α Grupo 5α Grupo 6α Grupo 7α canal 1 canal 2 canal 3 canal 4 canal 5 canal 6 canal 7 canal 22 canal 23 canal 24 canal 25 canal 26 canal 27 canal 28 canal 43 canal 44 canal 45 canal 46 canal 47 canal 48 canal 49 Grupo 1β Grupo 2β Grupo 3β Grupo 4β Grupo 5β Grupo 6β Grupo 7β canal 8 canal 9 canal 10 canal 11 canal 12 canal 13 canal 14 canal 29 canal 30 canal 31 canal 32 canal 33 canal 34 canal 35 Grupo 1γ Grupo 2γ Grupo 3γ Grupo 4γ Grupo 5γ Grupo 6γ Grupo 7γ canal 15 canal 16 canal 17 canal 18 canal 19 canal 20 canal 21 canal 36 canal 37 canal 38 canal 39 canal 40 canal 41 canal 42 18

19 A distribuição seria assim: Redução de Altura de Antenas Redução de potência Aplicação de Tilt DTX Frequency Hopping Parte Fundamental do processo de planejamento celular Muitas vezes é negligenciada!!! 19

20 Consiste em vistoriar o possível local de instalação Levantamento geral de todas as necessidades da futura instalação Possui vários focos: Vistoria de RF Vistoria de Transmissão Vistoria de Infra-Estrutura Vistoria de Implantação de Equipamentos Vistoria de RF A vistoria de RF pode ser realizada por técnicos e/ou engenheiros Visa definir, principalmente, os locais e direções das antenas 20

21 Alguns conceitos: Azimute Desacoplamento de antenas Definição de Cabos Visada Escopo de uma vistoria: Levantar todas as informações existentes Nenhuma informação deve ser esquecida A preguiça ou desatenção custa CARO!!!! Uma boa vistoria transforma-se em um excelente site! Em RF, as informações existentes básicas são: Antenas existentes (Carregamento da torre RF e MW) Altura Azimute Modelo Operadora Freqüência de Operação Coordenadas Geográficas 21

22 Em RF, as informações existentes básicas são: Para as antenas da operadora em questão: Altura Azimute Tilt (elétrico e mecânico) Modelo Operadora Freqüência de Operação Combinadores Utilizados Cabos Utilizados Quantidade de TRX Fotografe ABSOLUTAMENTE TUDO! Visada geral Visada das Antenas Etiquetas das antenas Frontal das antenas Conexões Durante a vistoria, é necessário determinar a SOLUÇÃO a ser instalada Normalmente, uma proposta inicial é pensada no escritório Deve ser verificada a viabilidade desta idéia 22

23 Respeitar premissas de projeto Cuidado com desacoplamento da antena Senso crítico é tudo!!! Avalie, pense e critique! Para Implementação de equipamentos, é necessário verificar itens como: Localização dos equipamentos Passagem dos cabos Espaço físico dentro de gabinetes Instalação das novas antenas, equipamentos Para Infra-Estrutura, é necessário verificar itens como: Carregamento da Torre Carga da estrutura para reforço Obras civis de ajustes a serem realizados Local de montagem dos suportes a serem instalados Quadro de distribuição de energia Aterramento dos equipamentos 23

24 Muito se discute sobre os efeitos da exposição a campos eletromagnéticos Anatel possui norma específica sobre este assunto Resolução 303 O anexo desta resolução discute tecnicamente Resolução segue os limites da ICNIRP ICNIRP: International Commission on Non Ionizing Radiation Protection ) Anatel exige cálculos e laudos teóricos para todas as estações 24

25 Em alguns casos, é exigido também uma medição prática no local A prática demonstra que os limites dificilmente são alcançados! 25

26 No próximo módulo, iniciaremos a discussão sobre: ARQUITETURA GSM!!! 26