Tanto o sinal OFDM quanto o sinal FBMC apresentam vantagens e desvan- tagens. Em princípio, poderia parecer que o sinal FBMC representa uma melhora em relação ao OFDM, já que é espectralmente mais eficiente. No entanto, toda vantagem traz um preço a pagar. Assim, é importante fazer uma comparação entre as duas técnicas multiportadora que permita aprofundar nos conceitos apresentados nesse capítulo.
Como mencionado, a primeira vantagem que oferece o sinal FBMC está na eficiência espectral. O banco de filtros permite ao sinal atingir uma largura de banda estreita, reduzindo os lóbulos laterais, enquanto a utilização de OQAM permite evitar a interferência intersimbólica entre subportadoras vizinhas sem necessidade de um prefixo cíclico. A desvantagem que acompanha ao sinal FBMC está em um aumento da com- plexidade computacional por causa dos filtros. Por sua parte, o sinal OFDM é um sinal espectralmente menos eficiente devido à necessidade do CP. Os filtros que proporcionam uma janela retangular para manter a ortogonalidade possuem lóbulos laterais maiores que causam vazamento de potência e portanto interferência. Porém, é um sinal de menor
complexidade. Uma comparação do espectro de ambos sinais é apresentado na Figura 3.8, baseando-se no código na documentação de Matlab (MATWORKS, 2017). Aqui fo- ram gerados 100 símbolos tanto FBMC quanto OFDM, e o mapeamento dos símbolos por subportadora foi de 16-QAM. No caso do sinal FBMC, foi utilizado um fator de sobrepo- sição 𝐾 =2,3,4, que afeta a seletividade do sinal. Isto é, quanto menor esse fator, menor a complexidade computacional e menor a queda nas bordas do sinal.
-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -150 -100 -50 0 Frequência normalizada P S D ( d B W /H z) Sinal FBMC NFFT = 2048 K=4 K=3 K=2 (a) -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -150 -100 -50 0 Frequência normalizada P S D ( d B W /H z) Sinal OFDM, NFFT = 2048 (b)
Figura 3.8 – (a) espectro do sinal FBMC. (b) espectro do sinal OFDM.
Muitos outros fatores podem influenciar a escolha de um sinal ou outro. É uma questão de analisar uma determinada aplicação e determinar o comportamento em cada caso. Por exemplo, a adição do CP em OFDM resulta em uma implementação simples quando incorporada em sistemas MIMO, inclusive para sistemas massivos. No entanto, o sinal FBMC apresenta passos adicionais descritos em (BELLANGER, 2010), e em geral apresenta uma implementação mais complicada e mais complexa computacionalmente nesses sistemas, a menos que seja utilizado um sinal FMT (FARHANG-BOROUJENY, 2011). Essa desvantagem poderia ser crucial em sistemas 5G que precisam de limitada complexidade computacional (VIHRIÄLÄ et al., 2015).
Os efeitos de desvanecimento no canal de transmissão sobre os sinais são com- pensados por meio de um equalizador que age por cada subportadora. No caso OFDM a equalização é simples por ação do CP e muitas vezes precisa de um único tap. Por sua parte, o emprego de equalizadores pode chegar a ser mais complicado e precisar de mais de um tap no caso FBMC, embora que para um número grande de subportadoras um único tap pode ser suficiente (FARHANG-BOROUJENY, 2011).
Em comunicações de acesso múltiplo, como em redes celulares, o sinal OFDM possui uma baixa complexidade no downlink. No entanto, no uplink são requeridos sis- temas de sincronização estritos entre sinais de diferentes nós. Refere-se à sincroniza- ção quase perfeita em tempo por cada símbolo e em cada frequência de subportadora.
Essa sincronização é praticamente impossível de alcançar para usuários móveis. Por isto, exigem-se técnicas de supressão de interferência que aumentam a complexidade compu- tacional quando comparado com FBMC (FARHANG-BOROUJENY, 2011). Além disso, em OFDM é utilizado um esquema de acesso diferente no uplink chamado de SC-FDMA para reduzir o consumo de energia nos equipamentos dos usuários móveis. Nesse cenário os sinais FBMC não requerem de esquemas de sincronização tão estritos nem suprimir interferências, pois os filtros permitem uma localização quase perfeita das subportado- ras (FARHANG-BOROUJENY, 2011). Aliás, FBMC permite seu uso tanto no downlink quanto no uplink.
Como visto, tanto OFDM quanto FBMC possuem vantagens e desvantagens segundo o cenário de aplicação, aqui foram mostrados só alguns deles. De qualquer forma, conclui-se que em sistemas de nova geração as duas técnicas provavelmente coexistam de maneira simultânea, sendo que OFDM é um caso particular de FBMC. Como mencionado em (BELLANGER, 2010) é possível aproveitar esse fato na implementação de um sistema que suporte as duas técnicas multiportadora.
4 Análise da eficiência espectral de arquite-
turas RoF
Como discutido nos capítulos anteriores cada tecnologia de rádio sobre fibra tem suas vantagens e desvantagens devido principalmente aos componentes que as cons- tituem. Da mesma forma, o uso de diferentes tipos de sinais sem fio nessas tecnologias tem uma repercussão direta no desempenho dos sistemas. A primeira abordagem efetuada como parte da avaliação do desempenho dessa dissertação foi estabelecer uma análise da eficiência espectral para as diferentes tecnologias de rádio sobre fibra, considerando como base um sinal LTE a diferentes larguras de banda. É importante identificar a eficiência espectral do enlace de forma que possam ser comparados os tipos de arquiteturas de RoF visando possíveis alternativas de melhora além de uma redução de custos associados. Um enlace óptico espectralmente eficiente pode reduzir o número de transceptores a serem implementados na rede de transporte e portanto, reduzir custos na implementação.
O método comum para dimensionar os requisitos da rede de transporte (fronthaul) em RoF envolve o cálculo da taxa de bit na RRH ou na BBU associada a largura de banda dos sinais antes de serem lançados pelo canal óptico. Assim, pode-se derivar o número necessário de transceptores e calcular os custos de cada implementação.
Em sistemas atuais, a eficiência espectral nunca tem sido um tópico determi- nante, pois a largura de banda disponível na fibra ultrapassa a demanda sem problema. Num contexto de redes 5G, esse panorama irá mudar completamente, ainda mais com o uso de MIMO massivo, larguras de banda cada vez maiores (de até 1 GHz) junto com sinais nas bandas milimétricas. A análise mostrada a seguir pretende derivar expressões necessárias visando os benefícios de arquiteturas espectralmente eficientes. Essa análise foi publicada em (MELLO et al., 2016).