6.3.1 Quarto estudo de caso
Neste estudo de caso, pretende-se otimizar o posicionamento de um bloqueador de sinais de radiocomunicações em um presídio, definido como sendo um ambiente indoor.
De acordo o Anexo à Resolução n.º 308/02 [89] um bloqueador de sinais de radiocomunicações (BSR) é um “Equipamento de Radiação Restrita destinado a bloquear sinais de radiocomunicações”. Em Sistemas Móveis Pessoais - SMP (celular), o BSR é um dispositivo que, intencionalmente, busca interferir e desabilitar a operação normal de estações móveis em uma determinada área, entretanto, sem causar interferência no sistema celular nas vizinhanças desta área.
Optou-se por utilizar uma situação real desafiadora. Trata-se de um complexo Penitenciário localizado em Florianópolis, em uma região densamente habitada, onde a instalação de um BSR poderia gerar transtornos aos usuários do SMP posicionados no entorno deste presídio. Apesar do caráter prático observado, devido às simplificações consideradas, este estudo não tem a pretensão de fornecer uma solução para o exemplo em análise.
Pode-se caracterizar o planejamento de BSR como um problema de dois objetivos conflitantes. No estudo de caso em tela, o problema consiste em otimizar a posição de quatro antenas de um sistema bloqueador de celulares. Para solucionar este problema, utilizou-se um algoritmo que combina um otimizador por enxame de partículas multiobjetivo (MOPSO) clássico [76] com o algoritmo de Traçado de Raios bidimensional (RT 2D). Cada indivíduo da população corrente no MOPSO é composto por posições cartesianas relativas às antenas que devem ser posicionadas no cenário em análise [79].
A Figura 6.12 apresenta a imagem de satélite com indicação do local da Estação Rádio Base (ERB), posicionada a cerca de 430 m do presídio. Nesta figura foi delineada a área de estudo, contendo delimitações das regiões de interesse – em vermelho o local em que se deseja degradar o sinal com o BSR, sendo as áreas indicadas em azul e amarelo aquelas em que se pretende preservar o sinal fornecido pela ERB.
Figura 6.12 – Imagem de satélite com indicação do local da ERB e delimitação da área de estudo e das regiões de interesse.
A Figura 6.13 apresenta a distribuição dos pontos de recepção dentro nas áreas de interesse.
Figura 6.13 – Simplificação do problema com indicação de pontos a serem bloqueados (em vermelho) e não bloqueados (em azul e preto).
Estação Radiobase Delimitação das regiões de interesse do problema y (m ) x (m)
Assim como ocorre nas aplicações mono-objetivo, o algoritmo de Traçado de Raios é chamado para a avaliação de mérito dos indivíduos. Entretanto, neste estudo de caso, o RT 2D calcula os valores da razão sinal/interferência, ou portadora/interferência (Carrier/Interference - C/I), para cada receptor posicionado no cenário.
Sabe-se que em um sistema celular, níveis de interferência incidem nos receptores, provenientes de diversas fontes, tais como células cocanais. Por exemplo, no caso de sistemas que utilizam técnicas de espalhamento espectral (p. ex.: W-CDMA), a quantidade usuários conectados simultaneamente influencia diretamente no nível de interferência percebida por cada receptor. Entretanto, na presente análise, apenas o BSR será considerado para compor o nível de interferência ou ruído. Com isso, em alguns pontos deste problema hipotético, serão observados níveis de razão sinal/interferência muito acima dos encontrados na prática, especialmente nas regiões afastadas das antenas do BSR.
A média aritmética dos valores da razão sinal/interferência (C/I) é determinada para regiões de interesse específicas, de forma que dois objetivos foram definidos: minimizar a média das C/I das regiões onde o sinal deve ser bloqueado e maximizar a média das C/I das regiões onde o sinal deve ser preservado. O segundo objetivo é transformado em um problema de minimização através de uma simples troca de sinal.
Para a verificação do desempenho da associação do MOPSO/RT2D, a representação simplificada, descrita na Figura 6.13 foi adotada para análise. Assim conforme mencionado, pretende-se posicionar quatro antenas do sistema bloqueador, de forma que o sinal seja interferido nas regiões internas do presídio e simultaneamente preservado nas regiões externas.
O sinal a ser bloqueado é gerado pela Estação Radiobase – ERB indicada na Figura 6.12, operando em 1800 MHz, cuja cobertura é estimada utilizando o simulador RT2D uma única vez no início do processo. Para a simplificação do problema, não foram considerados obstáculos exteriores no percurso da ERB até o ambiente indoor. Como bloqueador, considerou-se um sistema também operando em 1800MHz, com antenas de ganho igual a 2,15 dBi (omnidirecionais no plano de análise), com 500 mW de potência de transmissão cada. No algoritmo MOPSO, a população foi composta por 40 partículas e com 750 iterações estabelecidas como critério de parada.
Figura 6.14 – Soluções não dominadas.
A Figura 6.14 mostra a melhor fronteira de Pareto estimada pelo MOPSO ao longo dos testes realizados, constituída por
dominadas. Utilizando a configuração disposta pela solução vermelho, obteve-se o mapeamento apresentado na Figura mapa de cores representa os valores da razão Sinal/Interferência, em de pontos de recepção agora espalhados uniformemente no cenário.
Figura 6.15 – Distribuição de valores da razão C/I em todo cenário -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -55 -50 -45 -40 -35 Solução mapeada
C/I (dB) médio dos receptores internos
x (m)
y
(m
)
mostra a melhor fronteira de Pareto estimada pelo MOPSO ao longo dos testes realizados, constituída por 33 soluções não . Utilizando a configuração disposta pela solução indicada em Figura 6.15. Este terferência, em dB, agora espalhados uniformemente no cenário.
Distribuição de valores da razão C/I em todo cenário.
-30 -25
receptores internos
Com a solução escolhida, percebe-se visualmente que a razão Sinal/Interferência é baixa nas áreas onde se pretende efetuar o bloqueio do sistema, sendo alta nas áreas externa ao ambiente.