3. Coexistência entre Tecnologias 3.1. Fontes de Interferência Interferências co-canal A interferência co-canal ocorre quando duas ou mais

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1 41 3. Coexstênca entre Tecnologas 3.1. Fontes de Interferênca Interferêncas co-canal A nterferênca co-canal ocorre quando duas ou mas entdades na mesma área geográfca transmtem na mesma frequênca. Como consecuenca reduz a relação snal-ruído (SNR), que, por sua vez, reduz o rendmento, podendo, até mesmo, nterromper a comuncação quando a SNR ca abaxo do nível necessáro para uma determnada tecnologa operar de forma efcaz.e portanto, problemátca para mutos servços. Ao contráro de outras formas de nterferênca, tas como nterferênca de canas adjacentes, o problema não pode ser corrgdo por meo de fltros ou através da melhora da capacdade de rejeção de nterferênca do receptor, que bloquea o out-of-band de emssões ou de transmssões em canas adjacentes. Além dsso, devdo ao fato da nterferênca ocorre no canal precso que o consumdor está usando, as melhoras na sensbldade do receptor e recepção pode ter a conseqüênca não ntenconal de tornar o servço mas suscetível à nterferênca co-canal. Além dsso, a nterferênca co-canal pode ocorrer em áreas geográfcas mas do que outros tpos de nterferênca. Como resultado, os reguladores têm, frequentemente, empregado separações maores entre os emssores de co-canal e a utlzação de antenas dretvas. Este tpo de nterferênca ocorre em transmssões tas como, telefona celular, W- F, WMAX e Rádo Móvel Terrestre (LMR), entre outras. Em um sstema celular, por exemplo, o espectro é reutlzado com espaçamento próxmo, fazendo com que os sstemas tenham nterferênca lmtada, o que sgnfca que o poder de nterferênca, lmte o alcance da cobertura de stes tecnológcas em ves de potênca do ruído térmco. Sstemas mas modernas de telefona celular, tas como CDMA2000, W-CDMA e LTE, são sstemas com uma únca freqüênca, ou seja, todas as células em todos os stes usam o mesmo espectro e, portanto, elevada experênca de co-canal nterferente. Sstemas LMR são geralmente operados como sstemas lmtado por ruído mas a nterferênca co-canal exste, também, nestes sstemas. No contexto da radodfusão, a nterferênca co-canal é evtada através da utlzação de separações geográfcas entre os transmssores cocanas ou o uso de alta dretvdade das antenas de transmssão.

2 42 A Fgura 3.1 mostra os camnhos de nterferênca co-canal na reutlzação de frequênca celular únco (a) LMR e sstemas (b). As setas mas oscuras ndcam o snal desejado e as setas mas claras ndcam snas de nterferênca co-canal. Fgura 3.1: Camnhos de nterferênca co canal Interferênca nter-canal A nterferênca nter-canal ocorre em canas adjacentes. Em mutos aspectos, a nterferênca nter-canal pode ser mas dfícl de abordar que a nterferênca co-canal. Prmero, a nterferênca pode ocorrer em toda a área de um sstema de servço. Segundo, porque as arquteturas de sstema podem ser dferentes, o potêncal de nterferênca pode aumentar. Dferentes servços utlzando as bandas adjacentes ou canas adjacentes podem empregar mutas técncas dferentes para resolver estes problemas, no entanto, tas soluções não podem ser gualmente aplcáves a todas as arquteturas. Além dsso, a nterferênca nter-canal é uma função do desempenho de ambos os transmssores e receptores; a nterferêncas podem resultar do desempenho do transmssor, do desempenho do receptor ou uma combnação de ambos.

3 Análse de Snal de Interferênca Tendo conhecmento do snal nterferente e do snal desejado podemos calcular a relação C/I Fgura 3.2: Níves de snal utlzados para defnções de nterferênca Na Fgura 3.2(a) apresentamos a stuação onde não há nterferênca e a receptora ou vítma está recebendo o snal desejado com alguma margem. Neste caso, o nível de snal da vítma é dado pela soma da Sensbldade com a margem de snal desejado. A Fgura 3.2(b) lustra o que acontece quando ocorre a nterferênca. A nterferênca se junta ao nose floor (Patamar do ruído) (S/N). A dferença entre o snal desejado e snal de nterferênca, medda em db defne o Snal to Interference Rato. Esta medda deve ser maor que a sombra C/I requerda, se a nterferênca pudesse ser evtada [4] Mecansmos de Interferênca Mutos mecansmos de nterferênca são possíves assm como emssões ndesejadas, bloqueo na recepção, produto de ntermodulação, fenômeno de nterferênca de canal adjacente e co-canal.

4 44 O nível de emssões ndesejadas (como por exemplo, consstndo de emssões espúras e de emssões fora da banda (out-of-band) do transmssor nterferente cando dentro da largura de banda da vítma de recepção) é determnado usando a máscara de transmssor nterferente como lustra na fgura 3.3. Fgura 3.3: Interferênca devdo a emssões ndesejadas Cálculo de Emssão Indesejada. Consderando f T freqüênca de transmssor nterferente, f Rv freqüênca de recepção nterferda, P m _ T função da potenca mascara de transmssor nterferente Então se f T = f Rv a freqüênca nterferente ca exatamente na banda de recepção da vtma (nterferênca co-canal), como se observa na fgura 3.3. Para smplfcar os algortmos da função máscara de transmssor nterferente _ T vamos normalzar com a largura de banda de referenca de 1Hz: P m

5 45 Normalzando a largura de banda de referenca de P P m _ T n_ para obter T como amostra a expressão (3.1) B P n _ T = P ( Δf ) m _ T 10 log ( 1 ) 10 Hz (3.1) onde: Δ f = f f Rv T O termo B corresponde à largura de banda usada pela máscara de emssão. A potênca total nterferente na recepção pode faclmente ser calculada pela ntegração sobre a largura de banda na recepção de a = f f ( b / 2) Rv T Rv a b = f f + ( b / 2) b Rv T Rv, onde Rv é metade de largura da nterferênca, mostrada na fgura 3.4. b ( P _ ( f )/10) POTENCIA 10 log 10 n T Δ = d f T 10 Δ a (3.2) onde P n _ T denota a máscara normalzada em dbm/hz. Usando uma largura de banda de referenca de 1Hz, a ntegral (3.2) pode ser substtuído por: POTENCIA T b ( P _ ( f )/10 10 log 10 n T Δ ) = 10 = a (3.3) onde POTENCIA T é dado em dbm.

6 46 Nota: A potênca de nterferênca de um sstema de rádo tendo, uma largura de banda dferente pode, ser estmada por algorítmos avançados. Este cálculo só é requerdo para nterferênca devdo à emssões ndesejadas, mas não para bloqueo e ntermodulação. Fgura 3.4: Integração das emssões ndesejadas na banda de recepção da nterferda A potênca total de nterferênca relatva emssao _ rel T pode ser calculada por ntegração sobre a largura de banda na recepção de a= f f ( b / 2) à Rv T Rv b= f f + ( b /2) Rv T Rv P dbc ( f ) rel Δ b b emssao _ rel 10 log P lnear = ( f ) d f 10 log rel d f T Δ Δ = Δ a a (3.4)

7 47 com dbc P rel denotando a normalzação a máscara do usuáro-defndo em dbc/hz. (dbc é decbel relatvo para a portadora, dbc/hz é decbel relatvo para a portadora por Hertz, o mas típco uso deste termno é para descrever snales espúras e ruído comparado a snal transmtda desejada) Esta máscara é expressa como um conjunto de N+1 pontos ( Δ f, P) é assumdo nterpolação lnear entre estes pontos. dbc Δf Δf P ( ) rel Δ f = P+ ( P+ 1 P ) Δf+ 1 Δf (3.5) Somando a expressão (3.4) em os N+1 pontos P dbc ( ) 1 rel Δf N Δf+ 1 emssao _ rel = 10 log d f T Δ = 0 Δf (3.6) onde: Δ f = a = f f ( B / 2) 0 Rv T Rv Δ f = b = f f + ( B / 2) N Rv T Rv Fazendo um cálculo ntermedáro na expressão (3.6): P dbc ( f ) dbc Δ f 1 rel Δ + emssao _ rel = d Δf Δ f (3.7)

8 48 Substtundo a expressão (3.5) na expressão (3.7): emssao _ P P ( ) 1 1 P Δf Δf dbc Δ f rel ( f 1 f ) = Δ + Δ d Δf Δ f (3.8) Substtundo o valor de K dentro da expressão (3.8) P P 1 P + dbc Δ f ( Δf 1 f ) _ 10 ( f f ) + Δ emssao rel = K Δ Δ d Δ f, K = 10 Δ f (3.9) Aplcando logartmo neperano ao valor K na expressão (3.9) P emssao _ dbc ln10 P 1 P f 1 f + rel = ln K Δ Δ K 1, ln K = Δf+ 1 Δf (3.10) Substtundo a expressão (3.9) na expressão (3.10) P + 1 P em ssao _ dbc rel = ln 1 0 P ( f f 1 P Δ Δ (3.11) ) Substtundo a expressão (3.11) na expressão (3.6)

9 49 10 N 1 ( P lnear lnear 1 )( 1 _ 10 log P Δf+ Δf ) emssao rel = + T ln 10 0 ( P dbc dbc = 1 P ) + (3.12) 3.3 Análse de Interferênca em OFDMA Os contrbuntes da nterferênca em redes OFDMA lustrado na fgura 3.5. Fgura 3.5: Mecansmo de nterferênca em modulo OFDMA onde exste nterferênca nterna (Inter) e nterferênca externa (Iext) Nesta mplementação de OFDMA, o termo BS e cell têm o mesmo sgnfcado Cálculo de C/I (Carrer/Interference) em downlnk C/ I C( j, k) = (3.18) I( jk, )

10 50 onde C( j, k) é a potênca recebda pelo k-ésmo usuáro do servdor BS, exemplo j-ésmo servdor UE C ( j, k ) = P BS * perda _ percurso( BS, UE ) j j, k (3.19) C( j, k) = ISd( BS, UE ) j j, k (3.20) onde UE P BS é a potênca de bloco de recursos (resource block) e perda _ perc urso( BS j, UE j, k) = max( perda _ percurso, Perda _ Mnma _ Acoplamento _ MCL ). I ( j, k ) = Int er ( j, k ) + Iext ( j, k ) + N t (3.21) onde I( jk, ) é a soma das potêncas de nterferênca N cell I ( j, k ) = P UE * perda _ percurso ( BS, UE ) nt er l= 1, l j BS l j, k (3.22) A nterferênca de sstema externo nterferente em canal adjacente (potênca de nterferênca em bloco de recursos, nclundo ACIR). Iext ( jk, ) N External _ cell I ( j, k) ext = m= 1 ISndesejado ( BS, UE ) * IS ( BS, UE ) m j, k bloqueo m j, k (3.23)

11 51 onde: IS ( BS, UE ) = IS ndesejado m j, k ndesejado (sobre o tamanho do bloco de recursos UE) (3.24) IS ( BS, UE ) = IS bloqueo m j, k bloqueo (sobre a largura de banda)*m/n (3.25) onde N é o número de RBs (exemplo sub portadoras) solctadas por UE, e M é o número Maxmo de RBs por BS e onde Nexternal cell é o número de nterferêncas externas BSs. O ruído térmco Nt: N = 10 ^ (( log 10( l arg ura _ banda _ de _ N * RB ) + Fgura _ de _ Rudo ) / 10) t S UE onde N é o número de RBs programado para um UE. (3.26) Cálculo de C/I (Carrer/Interference) em uplnk C(,) j k = P(,)* j k perda _ percurso( UE, BS ) (3.27) t j, k j, k Cjk (, ) = ISdUE (, BS) (3.28) j j

12 52 onde P t é a potênca de transmssão do UE em dbm. Smlarmente ao downlnk, a nterferênca é dervada I( j, k) = Int er ( j, k) + Iext ( j, k) + Nt (3.29) onde Iext é a nterferênca provenente de UEs do mesmo sstema, mas a partr de células adjacentes (exemplo, a nterferênca nter-sstema de outras células). Uma vez que temos um sstema totalmente ortogonal, apenas UEs que transmtem subportadoras na mesma frequênca rão produzr nterferêncas entre s, portanto, só UEs em outras células como o mesmo índce k são consderados. N cell I ( j, k ) nt er = Pt ( l, k ) * perda _ percurso ( UE, BS ) l = 1, l j l, k j (3.30) onde I ext é a nterferênca de extremos nterferndo UEs. N External _ cell K I ( j, k) = ISbloqueo ( UE, BS ) * IS ( UE, BS ) ext m= 1 mv, j ndesejada mv, j v= 1 (3.31) onde K é o número de UEs na células de nterferênca externa e o número de células externas é lmtada a N-External cell e ruído térmco Nt N = 10 ^ (( log 10( l arg ura _ banda _ N * RB ) + Fgura _ de _ Rudo ) / 10) t S UE (3.32)

13 Controle de Potenca UL (Uplnk) Em OFDMA UL, um controle de potenca é aplcado para os usuáros atvos (por exemplo, aos usuáros específcos RBs) de modo que a potênca Tx de UE seja ajustada em relação a perda de percurso para a BS que ele está conectado. Em 3GPP, o controle de potênca UL é defndo de modo que a potênca de transmssão do UE seja calculada por: γ PL Pt = Pmax*mn 1,max R mn, PL x le (3.33) onde Pt é a potênca de transmssão em dbm; Pmax é a potênca máxma de transmssão em dbm; Rmn é a relação de mínma potenca de redução, para prevenr que os UEs com canas ótmos, transmtr num nível de potenca muto baxo. Rmn é estabelecdo pela Pmn/Pmax. PL é a perda do percurso, em db, entre o UE e a estação base servdora. PLx-le é o x-percentl da perda do percurso. PLx-le é defndo, aqu, como o valor em o CDF, que é a maor perda do percurso de x por cento do MSs na célula do BS (exemplo. Que corresponde ao parâmetro lmar de escala de potênca power Scale Threshold ) Com este esquema de controle de potênca, o 1-x por cento de UEs que tem uma maor perda de percurso que PLx-le, transmtrão Pmax, exemplo. Não poder controlado, γ é consderada gual Análse de Coexstênca entre as tecnologas (3 a Geração e 4 a Geração) 3.4.1

14 54 Estudo dos cenáros de nterferênca Neste tem, são mostrados os dos cenáros empregados neste trabalho para a smulações de nterferênca Cenáro Smulado A fgura 3.6 mostra um cenáro típco de nterferênca, usado na smulação. Fgura 3.6: Um cenáro típco para uma vtma e um nterferente para uma smulação de um ensao Monte Carlo Cenáro geral de uma nterferênca Este cenáro é mostrado na fgura 3.8, esquematzado ma fgura 3.7, sendo defndos: Intensdade de a snal desejada de receptor ISd Intensdade de a snal nterferente IS

15 55 Fgura 3.7: Cenáro Esquematzado Fgura 3.8: Cenáro geral de uma nterferênca Forma de análse de Interferênca Neste tem, são fornecdos quatro stuações dstntas de nterferênca, a serem smuladas empregando a técnca de Monte Carlo.

16 Caso1: Confguração de cenáro: BS (Estação Base): Transmssor Desejado UE (Equpamento do Usuáro): Receptor Vítma Interferênca de ERB transmssora externa em UE. Fgura 3.9: BS (Estação Base): Transmssor Desejado UE (Equpamento do Usuáro): Receptor Vítma Caso 2 Confguração de cenáro: BS (Estação Base): Receptor Vítma UE (Equpamento do Usuáro): Transmssor Desejado Interferênca de ERB externa e UEs nternas em ERB nterna Fgura 3.10: BS (Estação Base): Receptor Vítma UE (Equpamento do Usuáro): Transmssor Desejado

17 Caso 3: Confguração de cenáro BS (Estação Base): Transmssor Interferente UE (Equpamento do Usuáro): Receptor Desejado Interferênca de ERB e UEs nternas em ERB externa Fgura 3.11: BS (Estação Base): Transmssor Interferente UE (Equpamento do Usuáro): Receptor Desejado Caso 4: Confguração de cenáro: BS (Estação Base): Receptor Desejado UE (Equpamento do Usuáro): Transmssor nterferente Interferênca de UEs nternas em ERB externa Fgura 3.12: BS (Estação Base): Receptor Desejado UE (Equpamento do Usuáro): Transmssor nterferente