Os canais do sistema LTE são distribuídos em três modelos: físico, transporte e lógico, conforme mostra a figura 1.87 a seguir:
Figura 1.87 – Canais do LTE
O sistema 4G usou o conceito de rede baseada em IP, em substituição às redes convencionais de comutação por circuito por pacote. Esta tecnologia não usa os canais dedicados como nas redes GSM e WCDMA, cuja função é transportar dados de usuário especifico. Isto melhora a eficiência da interface aérea, pois a rede pode controlar recursos em tempo real de acordo com a demanda e não há necessidade de se definir níveis fixos de recursos para cada usuário.
Os canais físicos são divididos em dois grupos: canais físicos e sinais físicos. Os canais físicos transportam as informações provenientes das camadas
Fisico Transporte Lógico
139 mais altas NAS e os sinais físicos são utilizados somente na camada física e não transportam nenhum tipo de informação das camadas superiores. A figura 1.88 a seguir exemplica a distribuição dos canais físicos, distribuídos no enlace de descida e subida:
Figura 1.88 – Canais Físicos 4G
Enlace de Descida PBCH PDCCH PCFICH PMCH PDSCH Enlace de Subida PUCCH PUSCH PHICH PRACH
Os canais de transporte estão distribuídos nos enlaces de descida e subida, que apresentam função semelhante à da terceira geração. A figura 1.89 a seguir exemplifica os canais de transporte:
Figura 1.89 – Canais de Transporte 4G
Enlace de Descida Enlace de Subida BCH DL-SCH PCH MCH UL-SCH RACH
Através da pilha de protocolos do LTE, os canais de transporte são encapsulados pelos canais lógicos, caracterizados por serviços específicos e responsáveis pelas camadas altas do modelo TSP-IP. Cada canal lógico é definido pelo tipo de informação transferida. Geralmente são constituídos em dois grupos: os canais de controle com função operação e supervisão do sistema e os canais de
140 tráfego que atendem aos serviços de transferência de dados no plano do usuário. A figura 1.90 a seguir exemplifica a distribuição dos canais lógicos:
Figura 1.90 – Canais Lógicos 4G
Canais de Controle Canais de Trafego BCCH PCCH CCCH MCCH DTCH MTCH Canais Lógicos DCCH Enlace de descida Enlace de descida e subida
1.21.4 - Sistema de Transmissão
Para o desenvolvimento de sistema irradiante, foi necessário investir em tecnologia de ponta com o propósito de atingir altas taxas de transmissão de dados em sistemas móveis celulares, de que originou o MIMO, um conjunto de antenas na transmissão e recepção, em um sistema irradiante que se utiliza de técnicas de diversidade espacial. Utilizando-se de modulação de alta ordem, com antenas adaptativas e sofisticadas DSP, esta técnica obtém altas taxas de transmissão solicitadas pela regulamentação do LTE. Este conceito foi gradativamente padronizado pelo 3GPP, e atualmente vem se tornando um fator indispensável para novos padrões de sistemas móveis devido à sua eficiência quanto à taxa de transmissão no enlace direto e reverso. A figura 1.91 a seguir exemplifica o modelo espacial do tipo MIMO 2X2:
Figura 1.91 – Sistema MIMO 2X2
Fonte 3G Américas D S P D S P Radio Radio Radio Radio bits bits TX RX
141 O 3GPP padronizou técnicas de transmissão para o 4G que se vale da tecnologia MIMO, utilizando a codificação espaço-tempo: neste caso o sistema irradiante MIMO fornece ganho de diversidade para superar o desvanecimento plano do sinal causado por multi-percurso. Neste modelo, é feita uma cópia do sinal, codificada de forma diferente e enviada instantaneamente e irradiada por diferentes antenas. O envio da mesma quantidade de informação por diferentes antenas simultaneamente torna mais robusto o sinal recebido. A figura 1.92 a seguir mostra um sistema MIMO utilizando a codificação espaço e tempo:
Figura 1.92 – Codificação Espaço e Tempo
Mod. Mod. Space-time Receiver Space Time Code C B A C B A C B A C B A
A multiplexação espacial consiste de vários feixes de sinal de radio transmitidos instantaneamente, que chegam ao seu destino. Este recurso é utilizado em sistema de propagação via radio cujos sinais incidem nos obstáculos causando o fenômeno de multipercurso e atraso do sinal. Estes sinais são compensados por algoritmos sofisticados graças à utilização de antenas receptoras que fazem os cálculos baseando-se na reflexão sofrida pelo sinal ao longo do seu percurso. O receptor é equipado com filtros específicos que são capazes de recuperar o sinal original após a chegada do sinal através do tratamento de todos os feixes enviados pelo transceptor. A figura 1.93 a seguir mostra o sistema de multiplexação espacial:
Figura 1.93 – Multiplexação Espacial
Space Time Code Space Time Decoder c b a Mod c b a Mod c b a c b a
142 O sistema de propagação MIMO pode ser classificado como Multi-User MIMO ou Single-User MIMO. A principal diferença entre ambos é que com o Single-User um único usuário transmite dados para o receptor enquanto que no caso do Multi- User vários usuários transmitem informações para o mesmo receptor simultaneamente. Estes recursos são empregados em sistema de transmissão tanto no enlace de subida quanto para o enlace de descida. O alto custo inviabiliza a utilização do sistema Single-User para o uso do enlace de subida devido à sua complexidade e ao aumento do valor para o terminal do usuário.
No item a seguir descreve-se o sistema irradiante composto de antenas do tipo painel utilizado no sistema de telefonia móvel celular, objetivando esclarecer e exemplificar os parâmetros das antenas utilizadas na operação dos cálculos.
1.22 – Composição do Sistema Irradiante
O sistema irradiante empregado em telefonia móvel celular é constituído de antenas do tipo painel e visa a fazer a distribuição dos canais de rádio tais como: tráfego (voz, dados e sinalização) e controle (parâmetros de sistema). É também responsável pela área de cobertura da célula com base no estudo de tráfego telefônico. Uma célula padrão apresenta três setores, sendo que na transmissão é colocada uma antena em cada setor. Na recepção do sistema irradiante, trabalha-se com a diversidade de espaço o que requer a instalação de duas antenas em cada setor. A figura 1.94 abaixo exemplifica uma célula padrão dividida em três partes
iguais chamada de setor:
As antenas foram instaladas em diferentes posições da torre: as antenas de recepção ficam em cima e as antenas de transmissão ficam logo abaixo. A figura 1.95 abaixo mostra o posicionamento das antenas da torre: [5.5]
Figura 1.94 - Célula Padrão
Setor ß
Setor α
143
Figura 1.95 - Antenas RX e TX
A figura 1.96 mostra a foto de uma antena do tipo painel:
Figura 1.96 – Antena Painel
No próximo item apresenta-se a antena do tipo painel com suas respectivas especificações. A sua importância se deve ao fato de que os cálculos apresentam uma conexão com a internet. Quando for solicitado pelo operador, os cálculos listará as antenas com seus respectivos fornecedores e especificações.
1.22.1 – Antenas Painel
Esta antena opera na faixa de frequência de 800 MHz, (824 – 849 MHz na recepção e 869 – 894 MHz na transmissão) e atende a faixa de frequência no estudo. Foi usada a antena da RFS WORLD, com o código APXV866513-7. [5.5]
A - Antena. P - Polarização.
X - Polarização cruzada ± 45 graus. V - Polarização vertical.
86 - Faixa central de frequência de 860 MHz. 65 - Abertura horizontal de 65 graus.
13 - Ganho da antena de 13 dBi. 7- (inclinação) da antena.
Antena de Recepção
144 A tabela 1.22 abaixo lista as especificações elétricas e mecânicas da antena relevantes para o estudo, pois serão utilizados nos cálculos os seguintes parâmetros: faixa de frequência, ganho, inclinação, abertura vertical e horizontal, para compor os cálculos e área de cobertura da célula. [5.5]
Tab. 1.22 - Especificações Elétrica e Mecânica APXV866513-7
Especificações Técnicas - APXV866513-7
Faixa de Frequência, MHz 824 – 849; 869 - 894 Tipo de Antena Painel - polarização dupla Ganho da Antena, dBi(dBd) 14,2 (12,1)
Tipo de Conector 7-16 DIN fêmea
Inclinação (Tilt Elétrico), graus 0 – 10 Abertura Horizontal, graus 65 Taxa de velocidade de vento, km/h 160
VSWR < 1,4:1
Abertura Vertical, graus 15 Supressão do 1.o Lóbulo Secundário, dB > 16
Polarização Polarização dupla ± 45
Relação de Frente Costa, dB > 25 Potência Máxima de Entrada, W 500 Isolação entre as Portas, dB > 30
Dimensões – H x W x D, mm 1350 x 330 x 130
Peso, kg 12
Material do Elemento de Radiação Latão
Material do Radome Fibra de vidro
Material Refletor Alumínio
Área de carregamento máximo de vento, 2
m 0,45
Velocidade de vento de sobrevivência, km/h 200
A figura 1.97 abaixo exibe o diagrama de irradiação da antena APXV866513-
7 com polarização vertical e lóbulo principal, secundários e traseiros e o ângulo de
abertura vertical de 15 graus. O lóbulo principal tem grande importância no estudo em pauta tendo em vista que a maior quantidade de energia está concentrada nele. [5.5]
145 Já a figura 1.98 ilustra o diagrama de irradiação da antena APXV866513-7 com a polarização horizontal e abertura de 65 graus: [5.5]
Figura 1.98 – Diagrama de Irradiação Vertical
1.23 – Considerações Finais do Capítulo
Neste capítulo, foram apresentados os fundamentos técnicos detalhadamente do sistema CDMA, com enfoque nos conceitos de espalhamento e desespalhamento espectral e na sua importância no processo de transmissão e recepção de informações. Foram apresentados também os canais do enlace direto e reverso que caracterizam os diversos tipos em função das necessidades das informações a serem transmitidas. Detalhou-se o controle de potência tanto do enlace direto quanto indireto e sua importância para otimizar a capacidade do sistema e foram apresentadas as taxas de transmissão empregadas nos canais de rádio que permitem aumentar ou diminuir a capacidade de sistema dependendo do tipo de vocoder utilizado.
Tendo em vista que a abordagem das técnicas de modulação e demodulação empregada para transmissão de sinais de informação é indispensável para a taxa de transmissão de sinais transmitidos no sistema, procurou-se dar destacar a importância do sistema irradiante na área de cobertura da célula. Estes conhecimentos mencionados são imprescindíveis para o entendimento do capítulo a seguir em que se apresentam o equacionamento e as operações dos cálculos para a geração e fornecimento de resultados baseando-nos nas diretrizes da ICNIRP.
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