EN2620 aula01 intro v1p3 part1 3T2020

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Comunicações Móveis

Prof. Ivan R. S. Casella

ivan.casella@ufabc.edu.br

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Apresentação

da

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Cronograma

Aula Data Conteúdo Lista

1 21/9 Apresentação da Disciplina e Introdução aos Conceitos Básicos 2 23/9 Sistemas Celulares

3 28/9 Sistemas Celulares 1a. lista 4 30/9 Sistemas Celulares

5 5/10 Sistemas Celulares 6 7/10 Radiopropagação 7 12/10

8 14/10 Radiopropagação 2a. Lista 9 19/10 Radiopropagação

10 21/10 Radiopropagação

11 26/10 1ª Prova (Entrega dia 29/10 no horário da aula via sistema)

12 28/10 13 2/11

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14 4/11 Lab

15 9/11 CDMA 3a. Lista 16 11/11 CDMA 17 16/11 CDMA 18 18/11 OFDM 19 23/11 Padrões Celulares 20 25/11 Padrões Celulares 21 30/11 Padrões Celulares 22 2/12 Lab

23 7/12 2ª Prova (Entrega dia 10/12 no horário da aula via sistema) 24 9/12 Sub (avisar com 24 horas de antecedência)

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⚫

[1] Rappaport, T., Comunicações Sem Fio: Princípios e

Práticas, 2

a

_{ed., Prentice Hall, 2009}

⚫

[2] Haykin, S.; Moher, M., Sistemas Modernos de

Comunicação Sem Fio, Bookman, 2009

⚫

[3] Shankar, P. M., Introduction to Wireless Systems, Wiley,

2001

⚫

[4] Garg, V. K., Wireless and Personal Communications

Systems, Prentice Hall, 1996

(6)

⚫

[6] Lathi, B. P., Sistemas de Comunicações Analógicos e

Digitais Modernos, LTC, 4

a

_{ed., 2012}

⚫

[7] Sklar, B., Digital Communications – Fundamentals and

Applications, Prentice Hall, 2

a

_{ed., 2001}

⚫

[8] Mosa, A. A., Introduction to CDMA Wireless

Communications, Academic Press, 1

a

_{ed., 2007}

⚫

[9] Lee, J. S.; Miller, L. E. , CDMA System Engineering

Handbook, Artech House, 1998 (não é mais editado)

⚫

[10]

http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores/

marcio_rodrigues/propagacao/prop_02.html

(7)

⚫

Provas

– 1a _{Prova Teórica - 45%}

– 2a _{Prova Teórica - 45%}

– Prova Substitutiva / Recuperação (Matéria Toda)

⚫

Laboratório

– 2 Relatórios - 10%

⚫

Listas de Exercícios

– 3 Listas (Arredondamento de conceito)

Obs:

– Prova substitutiva permitida apenas para quem protocolar na secretaria a justificativa com o atestado e me entregar com antecedência (antes da data da próxima prova)

– Prova de recuperação substitui a pior nota de prova

(8)

Comunicações Móveis

(9)

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Convergência de Tecnologias e Sistemas

Comunicação Wireless

(10)

⚫

Comparação de Tecnologias e Sistemas

(11)

Principais Conceitos

empregados nas

(12)

⚫

Sistema de Comunicação Móvel (TX / RX)

Sinal Transmissor Receptor Sinal Transmissor Receptor Canal de Comunicação

(13)

⚫

Sistema de Comunicação Móvel P2P (Peer to Peer)

(14)

⚫

Sistema

de Comunicação

Móvel

Ad

Hoc

(Múltiplos

Usuários)

– Redes de Sensores

(15)

⚫

Sistema de Comunicação Móvel Centralizado (Múltiplos

Usuários)

– Redes Celulares

Comunicação Wireless

(16)

⚫

Sistema de Comunicação Móvel Centralizado (Múltiplos

Usuários)

– Uplink ou Reverse Link (Canal Reverso) • Móvel  Estação Rádio-Base

– Downlink ou Forward Link (Canal Direto)

• Estação Rádio-Base  Móvel

Downlink

(17)

Compartilhamento

de Recursos para

(18)

⚫

Compartilhamento de Recursos

– Como o espectro de freqüência é um recurso finito e limitado, é necessário compartilhar os recursos entre os usuários de uma forma eficiente

– Os métodos mais difundidos para compartilhar os recursos disponíveis dos canais de comunicação são:

• Duplexação

• Multiplexação

(19)

Técnicas de

Duplexação

(20)

⚫

Duplexação

– Técnica que especifica como o canal é utilizado para estabelecer

comunicação entre 2 elementos do sistema

⚫

Simplex

– Transmissão é realizada apenas numa direção pré-especificada

⚫

Half-Dulpex

– Transmissão é realizada nas duas direções, mas uma de cada vez

⚫

Full-Duplex

(21)

⚫

Modo de Operação Duplex na Frequência (FDD)

– Utiliza frequências diferentes para transmitir e receber

– Permite modo Full-duplex (redução da latência de round trip) – Interessante para tráfegos simétricos (e.g. voz)

– Segmentação do espectro para modo FDD pode não ser eficiente

• Ocupação do espectro disponível, tráfego assimétrico etc

Compartilhamento de Recursos

Uplink Dowlink BS time Freq. MS

(22)

⚫

Modo de Operação Duplex no Tempo (TDD)

– Utiliza instantes de tempo diferentes para transmitir e receber – Não permite modo Full-duplex

– Interessante para tráfegos assimétricos (e.g. dados) – Pode simplificar o processo de estimativa do canal

BS

time Freq.

UL DL UL DL UL DL _MS

Adicionalmente, é possível combinar o modo TDD e FDD para aumentar a eficiência do sistema (e.g. para voz e dados)

(23)

Técnicas de

Multiplexação

(24)

⚫

Multiplexação

– Técnica para transmitir simultaneamente diferentes informações

através de um único canal

– É necessário apenas um par de transceivers

– Pode ser usada para separar diferentes usuários que compartilham

um mesmo canal

– Alocação de recursos é definida A Priori e é normalmente fixa

– Principais Tipos

• FDM • TDM • CDM • WDM

(25)

⚫

FDM x TDM

Compartilhamento de Recursos

MUX FDM DEMUX FDM DEMUX TDM MUX TDM

(26)

Técnicas de

(27)

⚫

Múltiplo-Acesso

– Técnica de multiplexação que permite a utilização de mais de um

canal para compartilhar um meio de comunicação

– Pode ser usada para separar diferentes usuários que compartilham

um mesmo conjunto de canais

– Necessário pelo menos um transceiver para cada usuário

• Comum um par de transceivers no link (1 do usuário e 1 da rede)

– A alocação de recursos não é definida A Priori e não é

necessariamente fixa – Principais Tipos • FDMA • TDMA • CDMA • OFDMA

Compartilhamento de Recursos

(28)

⚫

FDMA x TDMA

f₁ _f 2 f₃ f₄ f₁ f₂ f₃ f₄ Canal T₁ _T 2 T₃ T₄ T1 T2 T3 T4 Canal

(29)

Técnicas de

Múltiplo Acesso

em Redes Wireless

(30)

⚫

Principais Técnicas

– FDMA

• Acesso múltiplo por divisão de freqüência

• Empregado nas redes celulares de 1a _Geração

– e.g. AMPS

– TDMA

• Acesso múltiplo por divisão de tempo

• Empregado nas redes celulares de 2a _{e 3}a _Geração

– e.g. IS-136 / GSM / UWC-136

– CDMA

• Acesso múltiplo por divisão de código (e.g. FHSS e DSSS)

• Empregado nas redes celulares de 2a _{e 3}a _Geração

– e.g. IS-95 / WCDMA

• Empregado nas redes de computadores sem fio

(31)

Compartilhamento de Recursos

Acesso múltiplo por

divisão de freqüência Acesso múltiplo por _{divisão de tempo}

Acesso múltiplo por divisão de código

Em um sistema de comunicação pessoal, a tecnologia de acesso torna possível ao receptor separar o sinal desejado dos sinais interferentes

Tempo Freqüência Freqüência Tempo Freqüência Tempo FDMA TDMA CDMA

(32)

Freqüência Tempo Freqüência Tempo Freqüência Tempo FDMA FDMA/TDMA CDMA

(33)

Compartilhamento de Recursos

Freqüência Tempo Freqüência Tempo Freqüência Tempo FDMA FDMA/TDMA CDMA FDMA/CDMA

(34)

⚫

Técnicas Modernas

– OFDMA

• Acesso múltiplo por divisão de freqüência ortogonal

• É uma variante da técnica de FDMA para ocupar menor banda

• Empregado nas redes celulares de 4a _Geração

– e.g. LTE

• Empregado nas redes de computadores sem fio mais modernas

(35)

Compartilhamento de Recursos

Freqüência

Tempo

OFDMA

Acesso múltiplo por divisão de freqüência ortogonal 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Us1 Us2 Us3 Us4

Us2 Us4 Us1 Us3

Us3 Us2 Us1 Us4

(36)

⚫

Técnicas Estatísticas

– CSMA

• Técnica de múltiplo acesso por contenção

• Acesso múltiplo por monitoramento de portadora

– Monitora o canal, se ele estiver livre, transmite

• Empregado nas redes de computadores sem fio

– e.g. Zigbee (em conjunto com DSSS), WiFi (IEEE 802.11, dependendo do modo)

(37)

Compartilhamento de Recursos

Freqüência

Tempo

CSMA

Único acesso múltiplo por tempo

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Desafios para a

(39)

⚫

Canal de Radiopropagação

– Onda Eletromagnética

– Ondas eletromagnéticas se propagam pelo ar

– São compostas por componentes ortogonais de campo elétrico e magnético

Desafio da Comunicação Móvel

0 10 20 30 40 -1 -0.5 0 0.5 1 -1 -0.5 0 0.5 1 t (s) Onda Eletromagnética Campo Magnético (H) C a m p o E lé tr ic o ( E )   = = 120 377   o o Z m H o 4 10 / 7 −  =   m F o 8.85 10 / 36 10−9 ₌ _ −12 =  

(40)

⚫

Canal de Radiopropagação

– Onda Eletromagnética

– Ondas de baixa frequência tendem a seguir a curvatura da terra – Ondas de alta frequência tendem a seguir em linha reta

– Reflexões na ionosfera ocorrem para frequências abaixo de 100MHz (principalmente à noite)

(41)

⚫

Canal de Radiopropagação

– Onda Eletromagnética

– Sujeita a várias fontes de interferência

• Interferências elétricas (ruído de ignição, etc)

• Interferência eletromagnéticas

– Potência cai exponencialmente com a distância

• Depende da aplicação (espaço-livre: cai com o quadrado, para alguns ambientes urbanos: cai com o cubo, etc)

– Propagação por multipercursos dependendo do ambiente

(42)

⚫

Atenuação

com

a

Distância

e

Propagação

por

Multipercursos

(43)

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Efeito do Ruído

– Variação aleatória indesejada do sinal

– Sem o efeito do ruído, uma mensagem poderia ser transmitida com um potência infinitesimal sobre distâncias infinitas

• Fontes naturais e sinais externos interferentes

• Ruído térmico, causado pelo movimento aleatório dos elétrons

Desafio da Comunicação Móvel

Sinal RF Diferentes Fontes

de Ruído

Sinal RF + Ruído Receiver

(44)

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Alocação do Espectro

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Alocação do Espectro (USA)

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⚫

Alocação do Espectro

– ISM (Industrial, Scientific, Medical)

Frequency range [Hz] Center frequency [Hz] Availability

6.765–6.795 MHz 6.780 MHz Subject to local acceptance 13.553–13.567 MHz 13.560 MHz 26.957–27.283 MHz 27.120 MHz 40.66–40.70 MHz 40.68 MHz 433.05–434.79 MHz 433.92 MHz 902–928 MHz 915 MHz Region 2 only 2.400–2.500 GHz 2.450 GHz 5.725–5.875 GHz 5.800 GHz 24–24.25 GHz 24.125 GHz

61–61.5 GHz 61.25 GHz Subject to local acceptance 122–123 GHz 122.5 GHz Subject to local acceptance 244–246 GHz 245 GHz Subject to local acceptance