Potˆ encia recebida de acordo com modelos de predi¸c˜ ao de path loss

di¸c˜ao de path loss

Conhecendo o ambiente em que se dá a propaga¸cão do sinal de 3,5 GHz, dos setups de transmissão e recep¸cão, da distância entre transmissor e receptor e de posse dos dados coletados, pode-se estimar o valor de potência recebida em um determinado ponto da tra- jetória a partir do cálculo de path loss (ou perda de percurso) de acordo com o modelo de predi¸cão de path loss desejado. As equa¸cões utilizadas para cálculo de path loss seguem às elucidadas anteriormente no Cap´ıtulo 3, de acordo com os respectivos modelos utilizados. Para determinar a potência recebida de acordo com o modelo de predi¸cão, foi necessário, inicialmente, calcular a perda de percurso associada às especificidades do ambiente das medi¸cões e as condi¸cões de propaga¸cão do sinal. As informa¸cões relevantes para realiza¸cão dos cálculos depath loss são: Frequência central de opera¸cão do sinal a ser medido, a EIRP, o ambiente de propaga¸cão do sinal e as alturas em que se encontram as antenas de transmissão e recep¸cão. Os valores referentes a estes parâmetros, os quais serão utilizados nos cálculos a seguir, seguem conforme dispostos no Cap´ıtulo 4.

De posse destas informa¸cões e após calcular a perda de percurso para cada um dos modelos desejados, foi necessário subtrair este valor calculado do valor conhecido de EIRP pela antena transmissora, visando, finalmente, estimar o valor de potência recebido pelo modelo implementado.

Nos tópicos a seguir, os valores de potência recebida estimada serão expostos gra- ficamente, em conjunto com os dados coletados, para que seja poss´ıvel confrontar as distribui¸cões destes ao longo do percurso.

Modelo Free Space

Figura 5.3: Compara¸cão entre a potência média recebida estimada pelo modelo Free Space e a potência média recebida coletada

Modelo Log-Distance

Conforme abordado anteriormente na Se¸cão 3.2, faz-se necessário estabelecer os parâme- tros para o cálculo de valores de predi¸cão de path loss. Tais parâmetros estão listados na Tabela 5.2. Como visto no Cap´ıtulo 4, o ambiente em que foram realizadas as medi¸cões é classificado como suburbano. As poss´ıveis obstru¸cões ao sinal propagado ocorrem, majo- ritariamente, por casas e pequenos edif´ıcios. Diante disso, calculou-se o valor de 2,7 para o expoente de perda de caminho.

Tabela 5.2: Parâmetros utilizados para cálculo das predi¸cões de path loss pelo modelo Log-Distance

Parˆametro Valor d0 0,0511 km

P L(d0) 77,5158 dB

Figura 5.4: Compara¸cão entre a potência média recebida estimada pelo modelo Log- Distance e a potência média recebida coletada

Modelo ITU-R P.1411-10

Este robusto modelo necessita que valores parametrizados sejam utilizados no cálculo das estimativas de perda de percurso, conforme elucidado na Se¸cão 3.3. Para este experimento, o conjunto de parâmetros utilizados segue o tipo de ambiente suburbano, com transmissão classificada como over rooftops [21]. Os parâmetros especificados para estas condi¸cões estão listados na Tabela 5.3.

Tabela 5.3: Parâmetros utilizados para cálculo das predi¸cões de path loss pelo modelo ITU-R P.1411-10

Parˆametro Valor α 2,29 β 28,6 γ 1,96

Figura 5.5: Compara¸cão entre a potência média recebida estimada pelo modelo ITU-R P.1411-10 e a potência média recebida coletada

Modelo COST-231 Hata

Para a obten¸cão dos valores estimados de path loss utilizando o modelo COST-231 Hata, foram utilizados os parâmetros associados ao modelo para ambientes suburbanos de propaga¸cão.

Tabela 5.4: Parâmetros utilizados para cálculo das predi¸cões de path loss pelo modelo COST-231 Hata

Parˆametro Valor ahre suburbano 0,0689

Figura 5.6: Compara¸cão entre a potência média recebida estimada pelo modelo COST-231 Hata e a potência média recebida coletada

Modelo Okumura-Hata

O Modelo Okumura-Hata necessita de menos parâmetros para o cálculo das estimativas de path loss. O fator de corre¸cão (ahre), conforme abordado na Se¸cão 3.4, leva em conside-

ra¸cão a classifica¸cão do ambiente de propaga¸cão, no que tange ao tamanho da cidade em que ocorrem as medi¸cões. Conforme especificado anteriormente, os dados foram coletados em uma cidade grande e em ambiente suburbano. Dessa forma, calculando o fator de corre¸cão ahre de acordo com a Equa¸cão 3.6, este assume o valor de -0,0009.

Figura 5.7: Compara¸cão entre a potência média recebida estimada pelo modelo Okumura- Hata e a potência média recebida coletada

Modelo ECC-33

Conforme elucidado anteriormente na Se¸cão 3.6, faz-se necessário calcular os fatores de ganho em altura dos terminais de transmissão e recep¸cão, seguindo as informa¸cões dos setups deste experimento. De posse das informa¸cões presentes no Cap´ıtulo 4, o fator GRx

assume o valor constante de -20,46 dB, visto que este n˜ao varia com a distˆancia entre transmissor e receptor.

Figura 5.8: Compara¸cão entre a potência média recebida estimada pelo modelo ECC-33 e a potência média recebida coletada

Modelo SUI - Stanford University Interim

Tal como explicado na Se¸cão 3.7, é necessário determinar o tipo de terreno no qual ocorrem as medi¸cões. O tipo de terreno encontrado no curso deste experimento que mais se assemelha às defini¸cões teóricas do modelo é o tipo B. Dessa forma, os parâmetros associados a este tipo de terreno assumem os valores listados na Tabela 5.5.

Tabela 5.5: Parˆametros atribu´ıdos ao tipo de terreno utilizado pelo modelo SUI - Stanford University Interim

Tipo de Terreno Parˆametro Valor Tipo B a 4,0 Tipo B b(m−1) 0,0065 Tipo B c(m) 17,1

De posse destes valores, é poss´ıvel calcular os demais parâmetros que resultarão na estimativa de path loss para este modelo. Os resultados destes cálculos estão resumidos na Tabela 5.6.

Tabela 5.6: Parâmetros utilizados para cálculo das predi¸cões de path loss pelo modelo SUI - Stanford University Interim

Parˆametro Valor A 83,3231

γ 4,017 Xf 1,4582

Xh 33,7493

s 10,6

Figura 5.9: Compara¸cão entre a potência média recebida estimada pelo modelo SUI e a potência média recebida coletada

5.2.1 Compara¸c˜ao geral

Como forma de consolidar todos os resultados obtidos nos ´ultimos itens, a Figura 5.10 une todos os gr´aficos produzidos pelos sete modelos diferentes abordados.

Figura 5.10: Compara¸cão entre as potências médias recebidas estimadas pelos modelos e a potência média recebida coletada

5.2.2 Desvio Padr˜ao e RMSE

Como uma forma assertiva de comparar os variados modelos empregados, optou-se por realizar a compara¸c˜ao entre os valores calculados para desvio padr˜ao e RMSE 2 _(root

mean square error ou raiz quadrada do erro médio quadrático). Para o cálculo destes valores, as equa¸cões A.4 e A.7 devem ser empregadas, conforme elucidadas no Apêndice A. Os resultados destes, expostos na Tabela 5.7, encontram-se na escala dB e dBm, respectivamente.

2_{O desvio padr˜}_{ao e o RMSE calculados nesta se¸}_c˜_{ao dizem respeito `}_{a distribui¸}_c˜_{ao da diferen¸}_{ca entre}

o valor coletado e o valor estimado pelo modelo de predi¸cão, em um mesmo ponto de coleta. Por esse motivo, fez-se necessária a conversão de unidades abordada no Apêndice A, utilizando as Equa¸cões A.1 e A.2

Tabela 5.7: Tabela comparativa entre valores de Desvio Padrão e RMSE entre modelos de predi¸cão de path loss pré-melhoramento

Pr´e-Melhoramento

Modelo Desvio Padr˜ao RMSE FreeSpace -70,9387 -40,7201 Log-Distance -71,5242 -42,2403 ITU-R P.1411-10 -72,3604 -41,4630 COST-231 Hata -90,6860 -60,8583 Okumura-Hata -83,8440 -60,8584 ECC-33 -91,1294 -53,8433 SUI -91,1285 -60,5206

5.2.3 An´alise de resultados pr´e-melhoramento

A partir da análise gráfica das Figuras 5.3 a 5.10 e dos valores mostrados na Tabela 5.7, pode-se observar que, para este experimento, os modelos que melhor aproximam os valores estimados de potência recebida aos valores reais coletados em campo são, respectivamente, os modelos Okumura-Hata e COST-231 Hata. É poss´ıvel realizar tal afirma¸cão, pois, os valores calculados de RMSE associados a estes modelos são os menores quando comparados aos demais modelos.

Apesar de não ser especificado inicialmente para sinais que operem em frequências próximas a 3,5 GHz, o modelo Okumura-Hata é robusto o suficiente para estimar os valores de potência recebida neste tipo de ambiente de propaga¸cão. Uma vez que o modelo COST-231 Hata é uma extensão do modelo Okumura-Hata, é coerente afirmar que este é o segundo modelo que melhor retorna valores estimados para potência recebida.

No documento Melhoria de modelos de predição de path loss para sinais da quinta geração (5G) na faixa de 3,5 GHz (páginas 51-59)