Da análise anterior é esperado que o sistema ARoF seja espectralmente mais eficiente do que DRoF. De fato, a eficiência espectral de ARoF será 𝛾-vezes melhor, em que 𝛾 está dado por
𝛾 = 𝑆𝐸 𝐴 0 𝑆𝐸0𝐷−𝑒𝑓 𝑓 = 2𝑁𝑟𝑒𝑠𝐵𝑜 𝑙𝑜𝑔2𝑀 𝑅𝑠 . (4.5)
Quando considerado um sinal NRZ a razão 𝐵𝑜/𝑅𝑠torna-se igual a 2, e portanto
𝛾 = 4𝑁𝑟𝑒𝑠/𝑙𝑜𝑔2𝑀 . Assim, para uma transmissão OOK e um sinal LTE digitalizado com
uma resolução 𝑁𝑟𝑒𝑠= 15 como sugerido pela interface CPRI (PFEIFFER, 2015), o fator
𝛾 resulta em um valor de 60. Isto é, a eficiência espectral de DRoF será 60 vezes menor do que ARoF.
Para retratar como essa disparidade na eficiência de ambas tecnologias afeta o número de transceptores a serem projetados no enlace, se calculou o número de canais sem fio suportados por um transceptor óptico de largura de banda óptica 𝐵𝑜(igual a duas vezes
a largura de banda elétrica 𝐵𝑒). Utilizaram-se sinais LTE com largura de banda 20MHz
e 100MHz, digitalizados com uma resolução de 𝑁𝑟𝑒𝑠 = 15. Os resultados são mostrados
na Figura 4.1.
A Figura 4.1 a) mostra que, para DRoF, um transceptor com 𝐵𝑜 = 10 GHz
suporta até 4 canais sem fio de 20 MHz, que equivalem a um sistema 2x2 MIMO com 2 setores. Por outro lado, usando ARoF ou DSP-ARoF, o mesmo transceptor pode suportar até 250 canais, o que equivale a um sistema MIMO massivo com 100 antenas. A figura também mostra algumas alternativas de melhoria da eficiência espectral que permitem
0 5 10 15 x 109 100 101 102 Bo do Transceptor (2xBe) [Hz]
Número de Canais Suportados
0 5 10 15
x 109 100
101
Bo do Transceptor (2xBe) [Hz]
Número de Canais Suportados
Digital 20 MHz, 1/3 Comp
Digital 20 MHz Digital 20 MHz, 1/3 Comp, 8PAM
Analógico 20 MHz Analógico 100 MHz
Digital 100 MHz, 1/3 Comp, 8PAM
Digital 100 MHz, 1/3 Comp Digital 100 MHz (a) 0 5 10 15 x 109 100 101 102 Bo do Transceptor (2xBe) [Hz]
Número de Canais Suportados
0 5 10 15
x 109 100
101
Bo do Transceptor (2xBe) [Hz]
Número de Canais Suportados
Digital 20 MHz, 1/3 Comp
Digital 20 MHz Digital 20 MHz, 1/3 Comp, 8PAM
Analógico 20 MHz Analógico 100 MHz
Digital 100 MHz, 1/3 Comp, 8PAM
Digital 100 MHz, 1/3 Comp
Digital 100 MHz
(b)
Figura 4.1 – Número de canais suportados por um transceptor óptico. (a) Número de canais de 20 MHz. (b) Número de canais de 100 MHz.
suportar um número maior de canais. Por exemplo, a utilização de compressão de 1/3 baseada em DSP para reduzir a taxa de dados. Aqui usou-se também um formato de mo- dulação mais avançado como 8-PAM. Porém, os resultados não se aproximam à eficiência do sistema ARoF. Por sua parte, a Figura 4.1 b) retrata o número de canais de 100 MHz suportados. Para o caso DRoF o mesmo transceptor de largura de banda 𝐵𝑜 = 10 GHz
não é capaz de lidar nem com um único canal, enquanto ARoF suporta 50.
Conclui-se que quanto maior o número de canais suportados por cada transcep- tor, menor o número de transceptores necessários na rede de transporte. Por conseguinte, o custo associado ao ARoF é menor que os sistemas digitais. No entanto, embora os resul- tados obtidos mostram uma grande ineficiência espectral, os enlaces DRoF são a escolha preferida pelas suas vantagens com respeito a SNR e imunidade a distorções não lineares que fazem com que possuam um maior alcance. Com a chegada da nova geração de redes móveis 5G, maximizar a eficiência será necessária para suportar tecnologias como MIMO massivo ou transportar sinais na banda dos milímetros. Soluções para melhorar a efici- ência podem ser compressão de dados ou formatos de modulação de maior ordem, como demostrado nos resultados da Figura 4.1.
Cabe mencionar que essas soluções, além de melhorar a eficiência, causam im- pactos no alcance dos sistemas ópticos. Note-se, que quanto maior a ordem do formato de modulação, menor o alcance do enlace óptico, já que aqueles formatos são mais suscep- tíveis às distorções. Devem-se também considerar outras restrições, como por exemplo a latência, que deve ser menor que 1 ms (China Mobile, 2013; MUSUMECI et al., 2016). A pergunta a responder é se o ARoF pode atingir alcances similares ao caso digital, sendo
que a sua eficiência espectral é maior. Alguns estudos (LIU et al., 2014) utilizam técni- cas de DSP para mitigar os efeitos negativos da fibra para transmissões analógicas, ou ainda utilizam amplificadores ópticos (SHIRAIWA et al., 2015). No seguinte capítulo serão abordadas algumas dessas questões em relação ao alcance dos sistemas e seu desempenho.
5 Avaliação sistêmica de arquiteturas RoF
Este capítulo descreve a implementação dos sistemas de rádio sobre fibra e sua simulação por meio do software Matlab junto com algumas funções especiais da ferramenta livre de simulação de sistemas ópticos chamada de Optilux (SERENA et al., 2009). Para cada sistema é apresentado um diagrama de blocos descrevendo para cada caso todos os elementos constituintes e suas características de acordo com a teoria desenvolvida nos capítulos anteriores.
Foram implementados os dois tipos de tecnologias em rádio sobre fibra, ARoF e DRoF, com o objetivo de avaliar de forma sistêmica cada um deles. Começa-se por uma descrição dos sinais sem fio utilizados nas simulações dos sistemas conforme o Capítulo 3. Em seguida, são descritos os sistemas e seus componentes, comentando a sua implemen- tação em Matlab junto com a validação dos modelos. Depois, os sistemas são simulados e avaliados recorrendo curvas da taxa de erro de bit, eficiência espectral e alcance utilizando os sinais LTE e FBMC. No final, é proposto um modelo para um transceptor programável capaz de transmitir tanto sinais para DRoF quanto sinais para ARoF auxiliados por DSP. Esse modelo poderia permitir a escolha de um formato de modulação no canal óptico que minimize o conteúdo espectral transmitido enquanto é inserida uma penalidade de po- tência inferior a 1 dB nos sinais sem fio. Essa escolha depende da distância requerida no projeto do sistema de transmissão.