Ajuste de modelo de predição de cobertura às medições de sinal rádio indoor

(1)

Universidade Federal Fluminense

Escola de Engenharia

Gradua¸

c˜

ao em Engenharia de Telecomunica¸

c˜

oes

Bianca Rangel Campinho de Andrade

Ajuste de modelo de predi¸c˜

ao de cobertura `

as medi¸c˜

oes de sinal

r´

adio indoor

Niter´

oi-RJ

2018

(2)

Bianca Rangel Campinho de Andrade

Ajuste de modelo de predi¸cão de cobertura às medi¸cões de sinal rádio indoor.

Documento apresentado ao Curso de Gradua¸c˜ao em Engenharia de Telecomunica¸c˜oes da

Universidade Federal Fluminense, como

requisito parcial para obten¸c˜ao do Grau de Engenheira de Telecomunica¸c˜oes.

Orientadora: Profa. Dra. Leni Joaquim de Matos Co-orientador: Prof. Dr. Pedro Vladimir Gonzalez Castellanos

Niter´oi-RJ 2018

(3)

Ficha catalográfica automática - SDC/BEE

Bibliotecária responsável: Fabiana Menezes Santos da Silva - CRB7/5274

A553a Andrade, Bianca Rangel Campinho de

Ajuste de modelo de predição de cobertura às medições de sinal rádio indoor / Bianca Rangel Campinho de Andrade ; Leni Joaquim de Matos, orientadora ; Pedro Vladimir Gonzalez Castellanos, coorientador. Niterói, 2018.

59 f. : il.

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Telecomunicações)-Universidade Federal Fluminense, Escola de Engenharia, Niterói, 2018.

1. Propagação de sinal. 2. Rede sem fio. 3. Produção intelectual. I. Título II. Matos,Leni Joaquim de , orientadora. III. Castellanos, Pedro Vladimir Gonzalez, coorientador. IV. Universidade Federal Fluminense. Escola de Engenharia. Departamento de Engenharia de Telecomunicações. CDD

(4)

-Bianca Rangel Campinho de Andrade

Ajuste de modelo de predi¸cão de cobertura às medi¸cões de sinal rádio indoor.

Documento apresentado ao Curso de Gradua¸cão em Engenharia de Telecomunica¸cões da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obten¸cão do Grau de Engenheiro de Telecomunica¸cões.

Aprovada em junho de 2018.

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dra. Leni Joaquim de Matos - Orientadora UFF

Prof. Dr. Pedro Vladimir Gonzalez Castellanos - Co-orientador UFF

Prof. Dr. Tadeu Nagashima Ferreira UFF

Me. Roberto Brauer Di Renna PUC-Rio

Niter´oi-RJ 2018

(5)

v

Resumo

Este trabalho remete ao estudo do sinal rádio que chega ao Bloco H, localizado na Universidade Federal Fluminense, no campus da Praia Vermelha. Propaga¸cão no interior de edifica¸cões sempre tem sido um problema a ser abordado pelos diferentes sistema de comunica¸cão sem fio. Este bloco recebe sinais dos sistemas 2G, 3G e 4G das operadoras, e então optou-se por estudar o sinal 3G da Operadora Nextel no primeiro andar do mesmo. Para tal, é feita uma análise do sinal medido no seu interior. Além disso, a geografia do ambiente ao redor do Bloco H será estudada e o cálculo das atenua¸cões a par-tir de modelos de predi¸cão indoor e ajuste das mesmas às medi¸cões realizadas será determinado e analisado.

(6)

Abstract

This project refers to the study of the radio signal that arrives at Block H, located at the Flumi-nense Federal University, on the campus of Praia Vermelha. There are complaints of cellular outage inside this block. As an indication of the 2G, 3G and 4G systems, the Nextel carrier was chosen in order to study the signal on the first floor of Bloco H. For this, an analysis of the measured signal inside is made. In addi-tion, the geography of the terrain around Block H will be studied and the calculation of the attenuations from indoor prediction models and adjustment of the data on the measurements will be made and analyzed.

(7)

vii

Agradecimentos

A minha eterna mãe, Valéria (in memoriam), pelos ensinamentos deixados, que me fizeram chegar onde estou e por tudo que fez por mim e pelo meu irmão, enquanto viva.

Ao meu pai, Carlos, que sempre esteve ao meu lado me dando todo suporte necessário durante a minha caminhada. Obrigada por fazer o papel de pai e mãe tão bem e pelos sacrif´ıcios em prol do meu conforto e educa¸cão.

Ao meu irm˜ao, Victor, que sempre se mostrou presente em minha vida, me protegendo e me dando for¸cas para permanecer de cabe¸ca erguida, me ajudando a dar cada passo em minha jornada.

Ao meu namorado e amigo, Bruno, por toda paciˆencia e est´ımulo durante esses anos de faculdade. Pelo companheirismo e por todos os momentos que n˜ao me deixou desistir e me deu for¸cas para continuar. Obrigada por tudo.

As minhas companheiras de apartamento, Laura e Giovanna, por cada palavra de incentivo e por cada ato de amizade.

A minha querida professora e orientadora, Leni, que foi incansável e paciente durante a realiza¸cão deste trabalho de conclusão de curso.

(8)

Lista de Figuras

1.1 Representa¸cão do comprimento de onda em rela¸cão à energia [1]. . . 1

2.1 Representa¸c˜ao de uma visada livre [2]. . . 3

2.2 Representa¸c˜ao de uma visada direta [2]. . . 4

2.3 Representa¸c˜ao de uma visada obstru´ıda [2]. . . 4

2.4 Reflex˜ao em terra plana [3]. . . 6

2.5 Modelo de terra plana [3]. . . 7

2.6 Terra especular [3]. . . 7

2.7 Terra difusa [3]. . . 8

2.8 Propaga¸c˜ao na ´agua [2]. . . 8

2.9 Perda na ´agua e no solo [2]. . . 9

2.10 Difra¸c˜ao [3]. . . 10

2.11 Princ´ıpio de Huygens [4] . . . 10

2.12 Exemplo de Difra¸c˜ao por Gume de Faca [4]. . . 11

2.13 Gráfico de atenua¸cão para obstáculos do tipo Gume de Faca [5]. . . 12

2.14 Formas de propaga¸c˜ao [2]. . . 13

3.1 Vista a´erea do Bloco H [6]. . . 16

3.2 Circunferˆencia de 1 km entorno do Bloco H [6]. . . 17

3.3 ERBs entorno do Bloco H [7]. . . 18

3.4 ERBs que emitem sinal 3G para o Bloco H [6] . . . 18

3.5 Interior e exterior da mochila [8]. . . 20

3.7 Perspectivas do corredor do Bloco H onde as medi¸c˜oes foram realizadas. . . 21

3.6 Planta do primeiro pavimento do Bloco H. . . 22

4.1 Disposi¸c˜ao dos pontos medidos ao longo do corredor do primeiro pavimento do Bloco H [6]. 24 4.2 Distribui¸c˜ao das zonas no corredor do primeiro pavimento do Bloco H [6]. . . 25

4.3 Demonstra¸c˜ao do sinal que a antena emite para o Bloco H (Perspectiva A)[6]. . . 26

4.4 Demonstra¸c˜ao do sinal que a atena emite para o Bloco H (Perspectiva B)[6]. . . 26

4.5 Amostras dos n´ıveis de potˆencia recebida de RSSI e RSCP em cada ponto da zona 1. . . 27

(9)

ix

4.9 Potˆencia m´edia RSSI e RSCP em cada ponto da zona 1. . . 29

4.13 Potˆencia m´edia por zona. . . 31

4.14 Curvas de atenua¸cões para os modelos de predi¸cão indoor OneSlope, Multi-Wall, ITU-R P.1238 e Medi¸cões Experimentais. . . 33

(10)

Lista de Tabelas

1.1 Frequˆencias e comprimentos de onda [2]. . . 1

2.1 Fator de atenua¸c˜ao [4]. . . 6

2.2 Valores de n de acordo com o tipo de ambiente [9]. . . 14

2.3 Fator de atenua¸c˜ao dos materiais [9]. . . 14

3.1 Localiza¸c˜ao das ERBs. . . 19

3.2 Caracteristicas de RF do scanner. . . 21

(11)

Sum´

ario

Resumo v Abstract vi Agradecimentos vii Lista de Figuras ix Lista de Tabelas x 1 Introdu¸c˜ao 1

2 Estudo da Cobertura de Sinal e Modelos de Predi¸c˜ao Indoor 3

2.1 Tipos de Visada . . . 3

2.1.1 Visada Livre . . . 3

2.1.2 Visada Direta . . . 4

2.1.3 Visada Obstru´ıda . . . 4

2.2 Atenua¸c˜ao de Sinal de Propaga¸c˜ao . . . 4

2.2.1 Espa¸co Livre . . . 4

2.2.1.1 Propaga¸c˜ao no Espa¸co Livre . . . 4

2.2.1.2 Perda no Espa¸co Livre . . . 5

2.2.2 Reflex˜ao em Terra Plana . . . 6

2.2.3 O Crit´erio de Rayleigh . . . 7

2.2.3.1 Terra Lisa (Especular) . . . 7

2.2.3.2 Terra Rugosa (Difusa) . . . 7

2.2.4 Reflex˜ao no Solo . . . 8

2.2.4.1 Propaga¸c˜ao na ´Agua . . . 8

2.2.4.2 Perda na ´Agua e no Solo . . . 9

2.2.5 Difra¸c˜ao . . . 9

2.2.5.1 Modelo Gume de Faca . . . 10

2.2.6 Perda por Presen¸ca de Folhagem . . . 12

2.3 Modelos de Predi¸c˜ao Indoor . . . 13

2.3.1 Modelos Empiricos . . . 13 xi

(12)

2.3.1.1 Modelo OneSlope-COST 231 . . . 13

2.3.1.2 Modelo Multi-Wall . . . 14

2.3.1.3 ITU-R Recomenda¸c˜ao P.1238 . . . 15

3 Sondagem e Distribui¸c˜ao de ERBs no Entorno do Bloco H 16 3.1 Distribui¸c˜ao das ERBs no Entorno do Bloco H . . . 16

3.1.1 O Bloco H . . . 16

3.1.2 Distribui¸c˜ao das ERBs . . . 17

3.2 Sistema de Sondagem Empregado nas Medi¸c˜oes . . . 19

3.2.1 O Scanner . . . 19

3.2.1.1 Caracter´ısticas Gerais do Scanner . . . 19

3.2.1.2 Caracter´ısticas T´ecnicas . . . 20

3.2.2 Metodologia . . . 20

4 Processamento e Resultados 24 4.1 Disposi¸c˜ao dos Pontos/Amostras . . . 24

4.2 A ERB Escolhida . . . 25

4.3 An´alise de Dados . . . 27

4.3.1 An´alise das Amostras . . . 27

4.4 RSSI e Qualidade do Sinal . . . 32

4.4.1 Compara¸c˜ao Entre Modelos de Predi¸c˜ao e dados Experimentais . . . 32

5 Conclus˜ao 34

6 Sugest˜oes para Trabalhos Futuros 35

Referˆencias Bibliogr´aficas 36

(13)

Cap´ıtulo 1

Introdu¸

c˜

ao

As transmissões de sinais de celulares de 2a, 3a, 4agera¸cão (2G, 3G e 4G) ocorrem na faixa de frequencia definida como microondas. Neste tipo de sistemas o canal rádio móvel faz referência ao canal de propaga¸cão utilizado por sistemas móveis.

No espectro eletromagnético, encontra-se o intervalo completo de todos os poss´ıveis comprimentos de onda de radia¸cão eletromagnética. Nele, estão representadas as ondas de rádio de grandes comprimentos de onda, consequentemente, baixas frequências, até os raios gama, que possuem alt´ıssima energia e frequência. A Figura 1.1 mostra o espectro eletromagnético e as diferentes denomina¸cões das faixas que o compõem.

Figura 1.1: Representa¸cão do comprimento de onda em rela¸cão à energia [1].

Na Tabela 1.1 constam as frequências e os comprimentos de onda designados ao estudo da propaga¸cão rádio, que são de interesse neste trabalho de conclusão de curso.

Tabela 1.1: Frequências e comprimentos de onda [2]. Domina¸cão Frequência Comprimento de onda Radiofrequência < 3GHz > 10cm

Micro-ondas 3GHz - 300GHz 10cm - 1mm

O objetivo principal deste trabalho consiste em estudar cobertura indoor, via r´adio, de sinais de celulares que chegam ao pr´edio do Bloco H da Universidade Federal Fluminense. Alguns mecanismos e

(14)

conceitos como atenua¸cão, modelos de predi¸cão e espa¸co livre serão discutidos.

O motivo que levou `a escolha do Bloco H para este estudo foi por ser observado uma cobertura ruim do sinal celular no interior do Bloco H. Funcion´arios e alunos se queixam da falta de sinal dos celulares que operam com os sistemas celulares 2G, 3G e 4G.

Ao longo deste trabalho serão vistas as caracter´ısticas do Bloco H, sua localiza¸cão e como foram realizadas as medi¸cões, além de compará-las com as determinadas através de modelos para ambientes indoor. Devido à grande quantidade de dados recebidos, optou-se por escolher o sinal de celular 3G para este trabalho.

Na continuidade, o Cap´ıtulo 2 introduz os principais mecanismos de propaga¸cão do sinal e modelos de predi¸cão indoor. O Cap´ıtulo 3 aborda questões geográficas a respeito da localiza¸cão do Bloco H, a distribui¸cão das ERBs (Esta¸cões Rádio Base) no entorno do prédio e as caracter´ısticas do equipamento usado para realizar as medi¸cões. O Cap´ıtulo 4 detalha toda a análise feita dos dados obtidos na realiza¸cão das medi¸cões no primeiro pavimento do Bloco H. Por fim, o Cap´ıtulo 5 apresenta uma conclusão de todo o trabalho e o Cap´ıtulo 6 aborda sugestões para trabalhos futuros.

(15)

Cap´ıtulo 2

Estudo da Cobertura de Sinal e

Modelos de Predi¸

c˜

ao Indoor

A comunica¸cão móvel é poss´ıvel através de ondas de rádio, sendo grandemente afetada por uma infinidade de fatores do ambiente de propaga¸cão, tais como: vegeta¸cão, tipo de solo, constru¸cões, geografia do terreno e condi¸cões atmosféricas.

Neste cap´ıtulo, serão definidas as perdas de sinal para, então, serem apresentados os modelos de predi¸cão indoor mais usados para o cálculo da atenua¸cão do sinal em propaga¸cão móvel em ambiente indoor.

2.1 Tipos de Visada

2.1.1 Visada Livre

Este tipo de visada é caracterizada pela visão completa entre as antenas transmissora (Tx) e receptora (Rx), ou seja, não ocorre obstru¸cão nem por estruturas nem pelo contorno do terreno, conforme pode ser visto na Figura 2.1.

Figura 2.1: Representa¸c˜ao de uma visada livre [2].

(16)

2.1.2 Visada Direta

Ocorre quando as antenas transmissora e receptora não estão totalmente uma no campo da visão da outra devido às estruturas encontradas pelo caminho e não devido ao contorno do terreno. A Figura 2.2 ilustra tal situa¸cão.

Figura 2.2: Representa¸c˜ao de uma visada direta [2].

2.1.3 Visada Obstru´ıda

Ocorre quando as antenas transmissora e receptora têm a linha de visada direta prejudicada pelo contorno do terreno e a esta¸cão móvel se encontra na zona de sombra, recebendo o sinal difratado, como se vê na Figura 2.3.

Figura 2.3: Representa¸c˜ao de uma visada obstru´ıda [2].

2.2 Atenua¸

c˜

ao de Sinal de Propaga¸

c˜

ao

Neste item, apenas serão tratadas as atenua¸cões em terra plana (na zona de interferência ou de difra¸cão), tendo em vista que a terra esférica deve ser levada em conta em maiores distâncias ou menores frequências (faixa de alguns MHz), o que não ocorre nos sistemas celulares de hoje, que lidam com frequências acima de 700 MHz e trabalham com microcélulas.

2.2.1 Espa¸

co Livre

2.2.1.1 Propaga¸c˜ao no Espa¸co Livre

A propaga¸cão que se realiza em condi¸cões ideais é chamada de propaga¸cão em Espa¸co Livre. O Espa¸co Livre é um meio sem perdas, isto é, um meio em que não há influência de campos elétrico e magnético externos, onde não há dispersão do sinal, ou seja, os parâmetros constitutivos não dependem

(17)

5 da frequência da onda eletromagnética aplicada, meio em que as propriedades f´ısicas são constantes, ou seja, em todos os pontos do meio tais parâmetros possuem o mesmo valor, sendo o meio chamado de homogêneo, linear e apresenta condutividade nula.[11]

O modelo de propaga¸cão no espa¸co livre é usado para prever a intensidade do sinal recebido quando o transmissor e o receptor possuem um caminho de linha de visão limpo e desobstru´ıdo entre eles. O modelo de espa¸co livre pressupõe uma condi¸cão ideal de propaga¸cão, onde há somente um caminho entre o transmissor e o receptor. Os parâmetros constitutivos nesse meio são:

• Permissividade el´etrica: ε0= 10_36π−9 F/m

• Permeabilidade magn´etica: µ0= 4π × 10−7 H/m • Condutividade: σ = 0 S/m

2.2.1.2 Perda no Espa¸co Livre

A atenua¸cão no espa¸co livre é a parcela que está sempre presente no cálculo da atenua¸cão total de qualquer das outras presentes, quer seja da onda refletida, difratada ou superficial e é referenciada pela recomenda¸cão ITU-R PN.525-2 [10], que descreve a seguinte equa¸cão:

Lbf = 20 × log 4πd λ

(2.1) onde, Lbf é a perda no espa¸co livre em dB, d é a distância e λ é comprimento de onda, ambos na mesma unidade. Observa-se que a queda com a distância ocorre com o quadrado da distância, em escala linear, ou seja: Lbf α d2_.

Para a frequência em MHz e distância em Km, também se pode calcular 2.1 pela equa¸cão seguinte, na qual se observa que a perda cresce de 20 dB/década de distância:

Lbf = 34, 2 + 20log(f ) + 20log(d) (2.2)

Na prática, utiliza-se uma rela¸cão entre a potência recebida em um ponto de referência em uma distância d0 e a potência recebida na distância d de interesse, numa determinada frequência. Desta forma, o cálculo da atenua¸cão pode ser feito através da rela¸cão entre a distância de interesse e a distância de referência, considerando o fator de atenua¸cão β 6= 2 quando se está em um meio qualquer que não seja o espa¸co livre [10]. Nesse caso, para uma mesma frequência, relacionando as potências recebidas nos pontos d e d0, o modelo permite uma caracteriza¸cão de ambientes com a altera¸cão do fator de atenua¸cão β, tornando-se independente da frequência. É expresso pela rela¸cão:

Pr(d0) Pr(d) = d d0 β (2.3) A Equa¸cão 2.3 descreve a perda de sinal com a distância no ambiente, conhecida como path loss(perda no percurso). Tal expressão mostra que a rela¸cão entre a potência recebida na distância de referência e a potência recebida na distância de interesse é proporcional à rela¸cão entre a distância do ponto de referência até o receptor e a distância de referência. Observa-se que o fator de atenua¸cão β

(18)

estabelece o rigor da atenua¸cão a ser imposta ao sinal. Com o parâmetro β é poss´ıvel apresentar diferentes cenários testados desde o mais estável até o bastante severo. Os valores do β variam, geralmente, entre 2 e 6 nos ambientes de propaga¸cão mais usuais. A Tabela 2.1 dá sua faixa de varia¸cão em alguns cenários.

Tabela 2.1: Fator de atenua¸c˜ao [4].

Ambiente β Outdoor Espa¸co Livre 2 ´ Area Urbana 2,7 a 5 Indoor LOS 1,6 a 1,8 Obstru´ıdo 4 a 6

2.2.2 Reflex˜

ao em Terra Plana

Uma onda eletromagnética, incidente na superf´ıcie que separa dois meios, sofre reflexão de parte da energia e outra parte consegue penetrar no meio. Os conceitos de coeficiente de reflexão e transmissão representam essas parcelas. Os coeficientes dependem das propriedades elétricas dos meios (permissividade e condutividade), da maneira como os campos estão orientados (polariza¸cão), da frequência e do ângulo de incidência sobre a superf´ıcie de separa¸cão dos meios, como mostra a Figura 2.4, e ainda da ordem de grandeza da superf´ıcie, que deve ter dimensões muito maiores que o comprimento de onda incidente.

Figura 2.4: Reflex˜ao em terra plana [3].

O modelo de terra plana foi proposto por considerar um segundo raio refletido da superf´ıcie refletora plana (solo ou mar) chegando ao receptor. A reflexão pode ocorrer de duas formas: especular e difusa. O modelo de terra plana inicialmente pressupõe a existência de um raio refletido especularmente, ou seja, o terreno é considerado liso, conforme é mostrado na Figura 2.5.

(19)

7

Figura 2.5: Modelo de terra plana [3].

No caso rugoso, a refletida é difusa e pouco contribui para o sinal que chega na recep¸cão. Para se avaliar se a superf´ıcie é rugosa o lisa, é usado o critério de Rayleigh, definido no item seguinte

2.2.3 O Crit´

erio de Rayleigh

Neste item, será estudado o Critério de Rayleigh, que permite distinguir uma reflexão especular de uma reflexão difusa.

2.2.3.1 Terra Lisa (Especular)

Em termos genéricos, a reflexão é dita especular quando as irregularidades da superf´ıcie da separa¸cão dos meios são muito pequenas quando comparadas ao comprimento da onda incidente. De acordo com o critério de Rayleigh, uma superf´ıcie será especular se a seguinte condi¸cão é satisfeita [11]:

σ < λ

8senα (2.4)

onde σ é rugosidade do solo e α é o ângulo de incidência na sua superf´ıcie. A Figura 2.6 representa um modelo de terra especular.

Figura 2.6: Terra especular [3].

2.2.3.2 Terra Rugosa (Difusa)

Usualmente, a superf´ıcie de propaga¸cão apresenta desn´ıveis e ondula¸cões que alteram bastante o tipo de reflexão, que passa a ser difusa, isto é, a energia incidente na superf´ıcie reflete em diversas dire¸cões, como mostra a Figura 2.7 e somente parte da energia do raio refletido atinge o receptor.

(20)

Figura 2.7: Terra difusa [3].

Seguindo a equa¸c˜ao 2.4, pode-se modelar essa situa¸c˜ao pela desigualdade:

σ > λ

8senα (2.5)

2.2.4 Reflex˜

ao no Solo

2.2.4.1 Propaga¸c˜ao na ´Agua

Para casos onde se tem visada livre sobre a ´agua (ou o solo) e, na antena receptora, apenas s˜ao detectadas a onda direta e a onda refletida, como mostra a Figura 2.8,

Figura 2.8: Propaga¸c˜ao na ´agua [2].

a potˆencia recebida ser´a calculada por [2] :

Pr= Pt× Gt× Gr

_λ

(4πd)2

× |1 + ρ × e−jφ× ej∆φ_|2 _(2.6)

onde ∆φ é a diferen¸ca de fase entre os percursos direto e indireto; ρ × e−jφ é o coeficiente de reflexão complexo na superf´ıcie da água (ou solo); Pt é a potência de transmissão; Gt é o ganho da antena transmissora e Gr é o ganho da antena receptora.

Observa-se que quando o ângulo de incidência é muito pequeno, o coeficiente de reflexão se torna aproximadamente -1, ou seja, o coeficiente de reflexão tem módulo igual a 1 e fase igual a 180o (ρ = 1 e φ = π). Após simplifica¸cões, com a Equa¸cão 2.1 em dB, chega-se para a queda do sinal com a distância, ao mesmo fator β = 2 obtido no espa¸co livre, entretanto, a partir de uma distância calculada por:

df = 12 × h1× h2

λ (2.7)

(21)

9 2.2.4.2 Perda na ´Agua e no Solo

Analisando a Figura 2.9, observa-se duas reflex˜oes: da ´agua e do solo.

Figura 2.9: Perda na ´agua e no solo [2].

Nesse caso, pode-se verificar que a esta¸cão móvel está recebendo as ondas refletidas tanto pela ´

agua quanto pela Terra assim, as diferen¸cas de fases entre as ondas direta e indireta serão dadas por ∆φ2 e ∆φ3 , respectivamente, dos percursos 2 e 3. Como coeficientes de reflexão temos ρa× e−jφa para a reflexão na água e ρ × e−jφ para a reflexão na Terra. Dessa forma, temos que a potência recebida pelo móvel é dada por [2]:

Pr∼= PtGtGr _λ

4πd 2

× |1 − ρa× e−jφa_ej∆φ3_{+ ρte}−jφt_ej∆φ2_|2 _(2.8)

Para pequenos ângulos de incidência a fase é 180oe o coeficiente de reflexão tem módulo 1. Além disso, na maioria dos casos, os valores de ∆φ2 e ∆φ3 são bem pequenos e dessa forma temos que:

ej∆φ∼= 1 + j∆φ (2.9)

Sendo assim, pode-se resumir a equa¸c˜ao da potˆencia recebida 2.8 em:

Pr Pt ∼ = GtGr _λ 4πd 2 (2.10) Uma vez que a equa¸cão acima é a mesma do espa¸co livre, pode-se concluir que quando ocorre reflexão tanto na água quanto no solo, em pequenos ângulos de incidência, a perda é praticamente a mesma que a do espa¸co livre, de 20 dB/década de distância.

2.2.5 Difra¸

c˜

ao

A difra¸cão é o fenômeno responsável pela existência de energia em uma região de obstru¸cão da visada direta. Obviamente, a intensidade do campo elétrico é menor do que seria obtido se não houvesse o obstáculo que intercepta a onda. A difra¸cão é um importante mecanismo de propaga¸cão em áreas com relevo acidentado e zonas com constru¸cões e prédios, na medida em que consegue prover energia para ´

areas que não dispõem de onda direta. A Figura 2.10 exemplifica tal situa¸cão. Vários são os modelos de cálculo da perda por difra¸cão, sendo o modelo Gume de Faca o mais usual.

(22)

Figura 2.10: Difra¸c˜ao [3].

2.2.5.1 Modelo Gume de Faca

O Modelo de Gume de Faca pode ser explicado pelo princ´ıpio de Huygens, que determina que quando o sinal rádio encontra uma obstru¸cão, várias frentes de onda são geradas, e tais frentes de onda podem ser tratadas como fontes pontuais, conforme pode ser visto na Figura 2.11.

Figura 2.11: Princ´ıpio de Huygens [4]

Através desse modelo é poss´ıvel calcular a difra¸cão que ocorre nos obstáculos que interrompem a linha de visada direta entre transmissor e receptor ou que esteja obstruindo o Elipsóide de Fresnel, considerando transmissão ponto-a-ponto. Entretanto, para utilizar esse modelo o obstáculo deve poder ser aproximado a um plano semi-condutor reto transversal ao eixo de transmissão. Além disso, os cálculos são baseados nas Integrais de Fresnel.

As informa¸cões utilizadas para este cálculo podem ser vistos na Figura 2.12: a altura do transmissor, a altura do receptor, a distância entre trasmissor (d1) e o obstáculo e entre obstru¸cão e o receptor (d2), e a altura da obstru¸cão. Em que, h é distância entre o ponto de incidência na obstru¸cão da linha de visada direta da transmissão e a extremidade do obstáculo.

(23)

11

Figura 2.12: Exemplo de Difra¸c˜ao por Gume de Faca [4].

A atenua¸c˜ao, em dB, resultante da Difra¸c˜ao por Gume de Faca, pode ser calculado pela seguinte forma [4]:

DGF = −10 × logn10h0, 5 (0, 5 − C(v))2+ (0, 5 − S(v))2io (2.11) onde v ´e um fator adimensional dado por:

v = h × s 2 λ 1 d1 + 1 d2 (2.12) onde v é o fator adimensional de corre¸cão, h é a distância entre o ponto de incidência na obstru¸cão da linhas de visada da transmissão e a extremidade da obstru¸cão, em metros. O λ é o comprimento de onda em metros, d1 é a distância entre o transmissor e a obstru¸cão e d2é a distância entre o obstáculo e receptor, ambos em metros. E C(v) e S(v) são integrais de Fresnel, dadas por:

C(v) = Z v 0 cosπ 2 × x 2_dx _(2.13) S(v) = Z v 0 senπ 2 × x 2_dx _(2.14)

A Figura 2.13 apresenta um gráfico com a rela¸cão entre o fator v e a atenua¸cão Gume de Faca DDF.

(24)

Figura 2.13: Gráfico de atenua¸cão para obstáculos do tipo Gume de Faca [5].

Geralmente, os resultados pessimistas de predi¸cão de cobertura são provenientes da utiliza¸cão da difra¸cão por Gume de Faca, isto é, o erro médio da predi¸cão é mais elevado utilizando este modelo de difra¸cão.

2.2.6 Perda por Presen¸

ca de Folhagem

As árvores absorvem, difratam, espalham e refletem as ondas propagadas. Isso faz com que cause atenua¸cão do sinal propagado. É menos comum esse tipo de perda em áreas urbanas devido ao baixo número de árvores nas cidades e, por isso, tem um valor insignificante comparado a outras atenua¸cões. Por esse motivo, esse tipo de atenua¸cão não será detalhado neste trabalho, uma vez que o Bloco H em estudo se localiza em uma área urbana.

Na Figura 2.14, pode-se observar melhor as formas de propaga¸c˜ao e perda do sinal de forma dinˆamica.

(25)

13

Figura 2.14: Formas de propaga¸c˜ao [2].

2.3 Modelos de Predi¸

c˜

ao Indoor

Devido à aleatoriedade do canal, as varia¸cões de morfologia e topologia da região, caracter´ısticas climáticas, o alcance do sinal nem sempre é como o esperado. E por conta dessas influicias, encontra-se uma grande variedade de modelos de predi¸cão de atenua¸cão para o cálculo da cobertura de sinais rádio móveis. A maior parte deles é obtida empiricamente, podendo encontrar modelos mistos, conhecidos por semidetermin´ısticos, e teóricos, baseados no tra¸cado de raios, principalmente.

Devido à complexidade dos cálculos baseados em modelos determin´ısticos, este trabalho emprega modelos emp´ıricos, que normalmente são suficientes para um projeto de cobertura indoor, e verifica-se aquele que melhor se ajusta aos dados obtidos das medi¸cões realizadas em campo.

2.3.1 Modelos Empiricos

2.3.1.1 Modelo OneSlope-COST 231

Este modelo assume uma dependência linear entre a perda de trajeto e a distância logar´ıtmica, semelhante a 2.3. Além disso, não considera os efeitos dos obstáculos, por isso é computacionalmente mais rápido, sendo descrito por [12]:

L = L(d0) + 10n × log(d) (2.15)

onde, L é a perda por propaga¸cão em fun¸cão da distância, em dB, d é a distância entre a esta¸cão base e o terminal, em metros, L(d0) é a perda de propaga¸cão de referência a um metro de distância, em dB, e n é o gradiente potência-distância. Neste caso, como é um ambiente indoor pouco obstru´ıdo, o valor de n varia entre 2,2 a 2,7, sendo usados os valores da Tabela 2.2 :

(26)

Tabela 2.2: Valores de n de acordo com o tipo de ambiente [9].

Ambiente n

Indoor (corredor estreito) 2,5 Indoor (corredor largo) 2,3

Observa-se que não há a dependência direta com a frequência, estando ela embutida no valor medido de L(d0).

2.3.1.2 Modelo Multi-Wall

O modelo de múltiplas paredes, como o próprio nome já diz, fornece a perda de trajeto como a perda no espa¸co livre somada com as atenua¸cões introduzidas pelas paredes e pisos penetrados pelo sinal no caminho direto entre o transmissor e receptor. O modelo de múltiplas paredes é semi-emp´ırico e pode ser expresso da seguinte forma:

L = Ld0+ 10n × log(d) + KF1+ ΣMi=1Ai (2.16)

onde, L é a perda de sinal em fun¸cão da distância, em dB, d é a distância entre a esta¸cão base e o terminal, em metros, Ld0é a perda de propaga¸cão na referência a um metro de distância, em dB, n é a gradiente potência-distância (2.2 a 2.7), K é o número de pisos penetrados, F1 é o fator de atenua¸cão entre pisos adjacentes dB (FAF- Floor Atennuation Factor ). O F1foi considerado igual a 21 dB, visto que a frequência em questão é 2,13 GHz [12]. O M é o número de paredes entre o transmissor e o receptor e Aié o fator de atenua¸cão nas paredes em dB (paredes leves ou pesadas).

Na Tabela 2.3, constam as perdas que são inclu´ıdas na equa¸cão quando há algum dos materiais listados.

Tabela 2.3: Fator de atenua¸c˜ao dos materiais [9].

Obst´aculo Material de composi¸c˜ao Caracter´ıstica Espessura Perda adicional

Porta

Madeira Aglomerado 35 mm 1 a 3 dB

Madeira Aglomerado 53 mm 5 a 9 dB

Metal Oca 41 mm 19 a 23 dB

Parede

Madeira (divis´oria) Lisa 35 mm 2 a 4 dB

Gesso Lisa 50 mm 4 a 8 dB

Gesso Lisa 100 mm 8 a 14 dB

Cimento + Tinta Lisa 150 mm 13 a 19 dB

Cimento + Tinta Rugosa 200 mm 17 a 24 dB

Janela Vidro Próximo à esquadria metálica 5 mm 2 a 4 dB

(27)

15 2.3.1.3 ITU-R Recomenda¸c˜ao P.1238

Este modelo é considerado geral quanto ao lugar, já que requer pouca informa¸cão sobre o trajeto ou o lugar de instala¸cão. A perda de trajeto em interiores se caracteriza por uma perda de trajeto medida e as estat´ısticas associadas de desvanecimento devido às sombras. Nesse modelo, também se considera a perda por vários pisos, a fim de ter presente caracter´ısticas como a reutiliza¸cão de frequência entre pisos distintos.

Os coeficientes de perda de potência devido à distância, que são indicados na Equa¸cão 2.17, levam em conta, implicitamente, a transmissão através de paredes, assim como através de obstáculos, além de outros fatores de perdas que podem se manifestar em um só andar de um edif´ıcio. Para a perda [12]:

LT OT AL= 20log(f ) + N log(d) + Lf(n) − 28 (2.17)

onde N é o coeficiente de perda de potência devido à distância, f é a frequência em MHz, d é a distância de separa¸cão, em metros, entre a esta¸cão base e o terminal portátil (sendo d > 1 m), Lf é o fator de perda por penetra¸cão no piso em dB, calculado pela fórmula: [15 + 4 (n-1)] e n é o número de pisos entre a esta¸cão base e o terminal portátil (n ≥ 1).

(28)

Cap´ıtulo 3

Sondagem e Distribui¸

c˜

ao de ERBs

no Entorno do Bloco H

Neste cap´ıtulo, ser´a apresentada toda estrutura do Bloco H e as caracter´ısticas do scanner, equipamento que foi utilizado para realizar as medi¸c˜oes.

3.1 Distribui¸

c˜

ao das ERBs no Entorno do Bloco H

3.1.1 O Bloco H

Na área do Bloco H foi constatado que a cobertura do sinal celular é deficiente. Uma das explica¸cões é pela proximidade do mar onde não há necessidade por parte das operadoras de fornecer cobertura do sinal. Ele fica localizado no campus da Praia Vermelha, próximo à Ba´ıa de Guanabara, no endere¸co Av. Milton Tavares de Souza, 180 - Gragoatá, Niterói - RJ, 24210-271. Como se pode observar na Figura 3.1 , o Bloco H é rodeado de vegeta¸cão e ainda é localizado de frente para a Ba´ıa de Guanabara, o que prejudica bastante a recep¸cão de um sinal livre de interferências, como descrito no Cap´ıtulo 2 deste trabalho.

Figura 3.1: Vista a´erea do Bloco H [6].

(29)

17

3.1.2 Distribui¸

c˜

ao das ERBs

Foi realizada uma pesquisa no site da ANATEL, pelas informa¸cões das esta¸cões rádio base do munic´ıpio de Niterói. Os dados das ERBs foram armazenados numa planilha do Excel com as seguintes informa¸cões:

• Operadora;

• Longitude, Latitude;

• Endere¸co de Localiza¸c˜ao das ERBs.

Os bairros no entorno do Bloco H são: Boa Viagem, Ingá, São Domingos e Gragoatá, mostrados na Figura 3.2. Na pesquisa das ERBs próximas ao Bloco H, foi escolhido um raio de 1 Km para deteçcão das ERBs próximas, pois é o raio que engloba tais bairros.

Figura 3.2: Circunferˆencia de 1 km entorno do Bloco H [6].

A Figura 3.3 mostra as ERBs no entorno do Bloco H com um raio aproximado de 1 km, as quais tem uma poss´ıvel influˆencia no sinal que chega ao pr´edio estudado.

(30)

Figura 3.3: ERBs entorno do Bloco H [7].

Ao observar a identifica¸cão das ERBs transmissoras, que tinham seus sinais recebidos no Bloco H, verificou-se que a maioria das EBRs se localizam no Rio de Janeiro e não na cidade de Niterói, cidade em que o Bloco H está situado. Na Figura 3.4 abaixo, consta as ERBs identificadas, que emitem sinais para o Bloco H. Os sinais representados em cor vermelha são da operadora Claro; em azul são da operadora Tim; em amarela são da operadora Oi; em verde são da operadora Vivo e, em preta, são da operadora Nextel.

Figura 3.4: ERBs que emitem sinal 3G para o Bloco H [6]

Escolhendo-se, para o estudo, os sinais 3G, pode-se observar um total de 19 ERBs que participam da transmissão desses para o Bloco H, sendo que 18 estão localizadas no Rio de Janeiro e uma na cidade de Niterói. Na Tabela 3.1 é especificada a quantidade de ERBs de cada operadora e o endere¸co de localiza¸cão das respectivas torres que emitem os sinais 3G.

(31)

19

Tabela 3.1: Localiza¸c˜ao das ERBs.

Operadora Localiza¸c˜ao Cidade Total de ERBs

OI

Rua S˜ao Jos´e, 35 Rio de Janeiro

3

Rua Santa Luiza, 206 Rio de Janeiro

Rua Candido Mendes, 383 Rio de Janeiro

VIVO

Av. General Justo, 245 Rio de Janeiro

4

Av. General Justo, 160 Rio de Janeiro

Travessa do Pa¸co, 23 Rio de Janeiro

Rua Brig. Eduardo Gomes, s/n Rio de Janeiro

NEXTEL

Rua Senador Dantas, 117 Rio de Janeiro

3

Av. Beira Mar, 242 Rio de Janeiro

Rua Edmundo March, 2 Niter´oi

CLARO

Av. Infante Dom Henrique, s/n Rio de Janeiro

6 Av. Almirante Silvio de Noronha, 365 Rio de Janeiro

Rua Santa Luiza, 685 Rio de Janeiro

Av. Presidente Antˆonio Carlos, 501 Rio de Janeiro

Av. Rio Branco, 147 Rio de Janeiro

Rua Gon¸calves Dias, 19 Rio de Janeiro

TIM

Rua Murtinho Nobre, 55 Rio de Janeiro

3 Av. Infante Dom Henrique, s/n Rio de Janeiro

Av. Erasmo Braga, 115 Rio de Janeiro

3.2 Sistema de Sondagem Empregado nas Medi¸

c˜

oes

3.2.1 O Scanner

3.2.1.1 Caracter´ısticas Gerais do Scanner

O equipamento usado nas medi¸cões foi o SwissQualQualiPocFreerider III. O QualiPocFreerider III é a terceira gera¸cão da SwissQual e é o benchmarking portátil para sistemas de multicanal para realiza¸cão de medi¸cões de teste tanto a pé quanto de carro. O sistema de mochila compacto, leve e bem projetado, é equipado com até 6 smartphones, um poderoso scanner de RF e conectores de RF para antenas externas opcionais. A mochila tem dimensões 59 x 32 x 18 cm e foi configurada para pesar menos que 9 kg. O hardware, que fica dentro da mochila, tem dimensões 55 x 29 x 14 cm e temperatura operacional que vai de 10 a 50o_{C. O sistema de GPS do equipamento ´}_{e conectado atrav´}_{es de cabo USB ou por tecnologia} Bluetooth, podendo ser embutido ou externo. A capacidade da bateria é de 4 x 89 Wh. O equipamento trabalha nas condi¸cões de umidade relativa de 0 a 95 % e eleva¸cão de 0 a 2000 metros. A Figura 3.5 mostra o exterior e interior da mochila. Com tal scanner, é poss´ıvel realizar testes de voz, de dados, v´ıdeo, potência de uma perspectiva real do usuário final, incluindo caracter´ısticas completas do ambiente ao

(32)

redor. Os dados podem ser baixados diretamente nos smartphones.

Figura 3.5: Interior e exterior da mochila [8].

3.2.1.2 Caracter´ısticas T´ecnicas

A Tabela 3.2 apresenta todas as caracter´ısticas de r´adio frequˆencia do scanner QualiPocFreerider III.

3.2.2 Metodologia

Com o scanner QualiPocFreerider III de alta precis˜ao, definiu-se um tempo de amostragem igual a 16 segundos, criando um banco de dados robusto com alta margem de an´alise estat´ıstica.

Realizando 16 amostras por segundo, o equipamento coletou informa¸cões da qualidade do sinal que chegava ao corredor interno do Bloco H. Com isso, foram gerados dados do sinal na região indoor do Bloco H. Um banco de dados foi criado com alta quantidade de dados para qualquer análise experimental de cobertura do local.

A Figura 3.6 ilustra o cen´ario indoor do Bloco H. As medidas foram feitas captando informa¸c˜oes do sinal andando de 5 em 5 metros.

(33)

21

Tabela 3.2: Caracteristicas de RF do scanner. Caracter´ısticas de RF

Faixa de Frequˆencias 350 MHz a 4,4 GHz

N´ıvel de Incerteza 350 MHz a 3 GHz < 1 dB 3 GHz a 4,4 GHz < 1,5 dB Figura de Ru´ıdo 900 MHz +5 dB 2100 MHz +6 dB 3500 MHz +7 dB

Intermodulation-free dynamic range

900 MHz -2 dBm 2100 MHz -1 dBm 3500 MHz -9 dBm RF Receive Paths - 1 VSWR 350 MHz ≤ f ≤ 650MHz 3,5 650 MHz ≤ f ≤ 1,95 MHz <2,0 1,95 MHz ≤ f ≤ 3,0 MHz <2,25 3,0 MHz ≤ f ≤ 4,4 MHz < 1,9 (a) (b)

Figura 3.7: Perspectivas do corredor do Bloco H onde as medi¸c˜oes foram realizadas.

O equipamento exporta uma planilha com dados de:

(34)

Figura 3.6: Planta do primeiro pavimento do Bloco H.

tecnologia: 850, 1800 e 2100 MHz;

• CID (Cell Identity): código de identifica¸cão de cada setor na operadora. Este código representa um setor em uma determinada e-node-B (nomenclatura usada no sistema 3G para especificar um site); • LAC (Local Area Code): Código de área local. Sistema de identifica¸cão utilizado por cada operadora para identificar um grupo de sites. Cada código representa um grupo de, aproximadamente, 50 sites de uma determinada região, utilizado para fins de handover e localiza¸cão;

• MCC (Mobile Country Code): Código utilizado para identificar, mundialmente, uma rede de telefonia móvel. No caso do Brasil, este código é 724;

• MNC (Mobile Network Code): C´odigo que identifica uma operadora em um determinado pa´ıs, por exemplo: No Brasil temos 31 (Oi), 05 (Claro), 02 (Tim), 11 (Vivo), 39 (Nextel);

• LON, LAT: Longitute e Latitude das coordenadas geogr´aficas do ponto de medi¸c˜ao;

• Channel (Canal): Este código indica a frequência do canal medido. Canais com códigos iniciados, por exemplo com 10, são canais que operam frequência de 2100 MHz. (Ex: canal 10638 = 2127,6 MHz)

• PSC (Primary Scrambling Code): Em sistemas móveis 3G, o compartilhamento do canal, por cada terminal, é feito por espalhamento espectral através de códigos. Todos os usuários utilizam o mesmo canal para receber informa¸cões de uma determinada esta¸cão e, para que não haja interferência entre eles, cada um recebe um código de desembaralhamento. O código de PSC, é uma identifica¸cão de cada setor para evitar interferências entre setores que utilizem o mesmo canal (mesma frequência). Na tabela de medidas, esta informa¸cão indica um setor espec´ıfico juntamente com o CID (Cell Identity);

(35)

23 • Time: data e hora da medida;

• Ec

I0: Energia de Chip sobre a densidade de interferˆencia. Como o sistema 3G trabalha com c´odigos,

os bits depois de codificados recebem o nome de chip. Este parˆametro mede a qualidade do sinal recebido naquela medida.

• RSSI (Received Signal Strenght Indicator ): Valor medido, em dBm, da potˆencia do canal. Este valor representa o n´ıvel de toda a banda medida no canal 3G (de banda igual a 5 MHz).

• RSCP (Received Signal Code Power ): Valor da energia do chip após o desembaralhamento, medido no canal piloto (CPICH). Este valor é o que terminal móvel utiliza para se conectar a uma rede durante uma liga¸cão ou para tomar decisões de handover. É utilizado para verificar cobertura de um determinado setor.

(36)

Cap´ıtulo 4

Processamento e Resultados

4.1 Disposi¸

c˜

ao dos Pontos/Amostras

Os dados fornecidos para análise estão dispostos de forma aleatória, ou seja, não foi utilizado um padrão na hora de realizar as medi¸cões. Por esse motivo, pode-se observar na Figura 4.1 a distribui¸cão dos pontos medidos. O primeiro ponto se localiza na Latitude −22.90440 e Longitude −43.1341970 e último ponto, na Latitude −2.90440e Longitude −43.1345450.

Figura 4.1: Disposi¸c˜ao dos pontos medidos ao longo do corredor do primeiro pavimento do Bloco H [6].

Observando as latitudes e longitudes dos pontos no Apêndice A, verifica-se que não há varia¸cão na latitude pelo fato do caminho percorrido na hora das medi¸cões ter sido paralelo às linhas de latitude, portanto, as longitudes são alteradas de forma sutil, havendo mudan¸ca apenas na quarta casa decimal. De acordo com essas pequenas varia¸cões, foi feita a separa¸cão dos pontos por zonas, ilustradas na Figura 4.2, de forma que os cálculos ficassem mais consistentes. A escolha dos pontos para cada zona foi feita a partir da varia¸cão da quarta casa decimal da longitude. São elas,

(37)

25 • Zona 1: −43.13410

• Zona 2: −43, 13420 • Zona 3: −43, 13430 • Zona 4: −43, 13450

Figura 4.2: Distribui¸c˜ao das zonas no corredor do primeiro pavimento do Bloco H [6].

No Apêndice A, estão as latitudes e longitudes de cada ponto escolhido para cada zona. As zonas não estão divididas por quantidades iguais de pontos, pelo motivo de que as longitudes e latitudes de cada ponto estão dispostas de forma irregular. Ao total, são 45 pontos ao longo do trajeto percorrido, nos quais 10 estão na Zona 1 ,16 estão na Zona 2, 13 estão na Zona 3 e 6 na Zona 4. A quantidade de pontos em cada zona não significa necessariamente maior número de amostras, pois existem pontos com 3 amostras e outros com 20 ou mais.

4.2 A ERB Escolhida

A escolha da ERB foi pelo critério de estar dentro do raio de 1 km do Bloco H. A única ERB que está dentro desse raio é a localizada na Rua Edmundo March, 2 - Boa Viagem, Niterói- RJ. Essa ERB, especificamente para medi¸cão do sinal 3G indoor do Bloco H, emite apenas sinais da operadora NEXTEL. Por esse motivo, obrigatoriamente, serão estudados dados dessa operadora no interior do Bloco H.

Com as caracter´ısticas da ERB, fornecidas pela operadora NEXTEL, pode-se realizar o c´alculo da cobertura, com a realidade do Bloco H e a ERB em quest˜ao. As caracter´ısticas da ERB fornecidas, pela Anatel, foram:

• Altura: 47 metros;

• Potência EIRP (Effective Isotropic Radiated Power ): 20 watts • Potência do Canal CPICH (Common Pilot Channel ): 33 dBm • Tilt Elétrico e Mecânico: 10o

(38)

• Azimute: 270o

• Faixa de frequˆencia: 2100 MHz

Nas Figuras 4.3 e 4.4 est´a ilustrado o enlace entre a ERB e um ponto no centro do Bloco H, em perspectivas diferentes.

Figura 4.3: Demonstra¸c˜ao do sinal que a antena emite para o Bloco H (Perspectiva A)[6].

Figura 4.4: Demonstra¸c˜ao do sinal que a atena emite para o Bloco H (Perspectiva B)[6].

Como pode se constatar nas imagens, os sinais de 3G da ERB em questão, que chegam ao primeiro pavimento do Bloco H, passam pelo segundo pavimento antes de serem entregues ao destino de prova (centro do Bloco H). Observando o nas Figuras 4.3 e 4.4, pode-se perceber que intuitivamente que quanto mais se desloca pelo corredor do primeiro pavimento do Bloco H em dire¸cão a Baia de Guanabara, os raios dos sinais chegam diretamente ao receptor havendo apenas interferência de paredes e quanto mais se anda dentro do corredor para o lado oposto, os sinais chegam primeiro ao segundo pavimento para então chegar ao primeiro pavimento, havendo influências de piso e parede, o que torna o sinal mais obstru´ıdo.

(39)

27

4.3 An´

alise de Dados

Nesta se¸cão, será apresentada uma análise quantitativa e qualitativa dos dados coletados durante as medi¸cões em termos da potência do sinal recebido no scanner ao longo do primeiro pavimento do Bloco H. Além disso, a atenua¸cão será calculada por meio de modelos de predi¸cão e será comparada aos valores obtidos durante as medi¸cões.

4.3.1 An´

alise das Amostras

Para análise das amostras, foram criados gráficos separados por zonas com os 45 pontos (detalhado no Apêndice A). Nesses gráficos, foram escolhidos os valores do RSSI e do RSCP. Esses valores referem-se, respectivamente, à potência em toda banda passante do canal recebido e a potência de um código espec´ıfico (após o desembaralhamento) entre os s´ımbolos de um piloto recebido. Exemplos de n´ıveis de RSSI e RSCP

comumente encontrados em testes de campo:

• Acima de -74 dBm, considera-se como bons os n´ıveis de potˆencia acima deste valor;

• Entre -109 dBm e -87 dBm, considera-se como médios os n´ıveis de potência neste intervalo; • Abaixo de -110 dBm, considerado como ruins os n´ıveis de potência abaixo desse patamar.

O RSSI ´e um valor que leva em conta tanto o RSCP quanto o Ec/I0. Geralmente, ´e dado em dBm e pode ser calculado da seguinte forma [13]:

RSSI(dBm) = RSCP (dBm) − Ec/I0(dB) (4.1)

As Figuras 4.5, 4.6, 4.7 e 4.8 mostram o n´ıvel de potência, em dBm, do RSSI e RSCP em dados pontos das zonas 1, 2, 3 e 4, respectivamente. Além disso, é poss´ıvel observar a quantidade de amostras realizadas em cada ponto.

(40)

Figura 4.6: Amostras dos n´ıveis de potˆencia recebida de RSSI e RSCP em cada ponto da zona 2.

(41)

29

Figura 4.8: Amostras dos n´ıveis de potˆencia recebida de RSSI e RSCP em cada ponto da zona 4.

Os valores obtidos nas medi¸cões estão de acordo com o esperado. Observando a Equa¸cão 4.1 e analisando o Apêndice A, onde é poss´ıvel observar que os valores de Ec/I0são negativos, ou seja, o n´ıvel de potência do RSSI será maior do que o do RSCP. Além disso, observa-se que a quantidade de amostras realizadas em cada um dos 45 pontos analisados não são constantes, tal fato pode ser visto principalmente na Zona 1. Observa-se, também, que em certos pontos analisados há uma grande varia¸cão da potência recebida, que pode ser explicada por multipercursos presentes em tal ponto.

De acordo com os parâmetros dados, os valores das potências RSSI e RSCP podem ser ditas como moderadas, isto é, a qualidade do sinal é média, o que pode afetar a recep¸cão do sinal 3G.

Para fornecer uma ideia de como se comporta o sinal ao longo do corredor analisado, as Figuras 4.9, 4.10, 4.11 e 4.12 mostram a potˆencia m´edia, em dBm, ao longo dos pontos percorridos em cada zona.

(42)

Figura 4.10: Potˆencia m´edia RSSI e RSCP em cada ponto da zona 2.

(43)

31

Figura 4.12: Potˆencia m´edia RSSI e RSCP em cada ponto da zona 4.

´

E poss´ıvel notar que, de maneira geral, não há muita varia¸cão da potência recebida. As varia¸cões presentes podem ser explicadas, principalmente, pelos multipercursos, que variam de um ponto a outro. Observa-se que o ponto 1 é o mais próximo do ERB em questão, e conforme a distância é percorrida em dire¸cão ao ponto 45, a distância aumenta, fazendo com que, naturalmente, a atenua¸cão aumente. Porém, pode se observar nas Figuras 4.3 e 4.4 que as zonas 1 e 2 são as que apresentam maior obstru¸cão por vegeta¸cão e prédios.

Como intuito de fornecer uma ideia mais geral de como se comporta o sinal no corredor do primeiro pavimento do Bloco H, a Figura 4.13 apresenta o gráfico da potência média por zona.

Figura 4.13: Potˆencia m´edia por zona.

Conforme esperado, a zona 4 apresentou maior n´ıvel de potência recebida, pois essa zona apresenta menor obstru¸cão externa ao Bloco H e, além disso, o sinal não precisa atravessar pisos para chegar ao receptor.

(44)

4.4 RSSI e Qualidade do Sinal

As medi¸cões RSSI representam a qualidade relativa de um sinal recebido num dispositivo. O RSSI indica o n´ıvel de potência recebido após qualquer perda poss´ıvel a n´ıvel de antena e cabo. Quanto maior o valor RSSI, maior é a intensidade do sinal. Quando medido em números negativos, o número que está mais perto de zero geralmente significa um sinal melhor. Pode-se calcular a qualidade do sinal a partir do valor do RSSI. Geralmente, se:

• RSSI ≥ -50 dBm, tem-se 100% de qualidade; • RSSI ≤ -100 dBm, tem-se 0% de qualidade;

• Para o RSSI entre -50 dBm e -100 dBm, utiliza-se a seguinte equa¸c˜ao 4.2 [14]:

Qualidade(%) = 2 × (RSSI + 100) (4.2)

A Tabela 4.1 apresenta a qualidade do sinal para cada Zona considerada levando em considera¸c˜ao os crit´erios vistos acima.

Tabela 4.1: Qualidade do sinal nas zonas ao longo do corredor do Bloco H. Zona Qualidade do Sinal (%)

1 44,14

2 40,26

3 43,64

4 55,22

Verifica-se na tabela acima que a Zona 4 é a que possui melhor qualidade do sinal comparada a outras zonas, como comentado acima. A Zona 2 é a mais prejudicada, devido à presen¸ca de vegeta¸cão e constru¸cões. Por mais que a Zona 2 esteja mais próxima da ERB estudada e a Zona 4 mais longe, existem esses fatores que afetam a propaga¸cão de forma que não haja interferência.

4.4.1 Compara¸

c˜

ao Entre Modelos de Predi¸

c˜

ao e dados Experimentais

Para os cálculos de predi¸cão, foi inclu´ıda a influência de apenas um piso e uma parede. Essa escolha foi feita a partir do pior caso para entrega do sinal no primeiro pavimento.

Para cálculo dos modelos de predi¸cão foram usados os Modelos OneSlope e Multi-Wall, com valor n = 2 e 3, respectivamente, usado para corredores largos em ambientes indoor, conforme Tabela 2.2. Ademais, o valor considerado de A1 para o Modelo Multi-Wall foi 19 dB, que se refere a uma parede grossa com tinta, conforme pode ser visto na Tabela 2.3. Para esse mesmo modelo, foi considerado K como sendo igual a 1, referente a um piso, e F 1 igual 21 dB para a frequência de 2127,13 MHz [12]. Para o ITU-R P.1238, o N é igual a 30 e n = 1. Os cálculos fora efetuados de acordo com as Equa¸cões da Se¸cão 2.3.1.

(45)

33 A Figura 4.14 mostra as curvas de atenua¸cão, em dB, para o enlace considerado para os modelos de predi¸cão indoor OneSlope, Multi-Wall e ITU-R P.1238. Além disso, uma curva com atenua¸cão experimental foi inclu´ıda. Essa curva de cor amarela na Figura 4.14 refere-se à atenua¸cão constatada durante as medi¸cões. Uma estimativa dessa atenua¸cão, em dB, foi calculada subtraindo da potência EIRP da antena transmissora, 43 dBm, a potência RSSI recebida.

Figura 4.14: Curvas de atenua¸cões para os modelos de predi¸cão indoor OneSlope, Multi-Wall, ITU-R P.1238 e Medi¸cões Experimentais.

Observa-se que a curva referente à medi¸cões experimentais está situada entre as curvas do Modelo One-Slope e ITU-R. P.1238, ao passo que a atenua¸cão fornecida para o Modelo Multi-Wall apresentou uma curva de atenua¸cão com n´ıveis mais elevados, devido à interferência das paredes e dos pisos adicionados, que pode ser considerado o pior caso. Portanto, a curva de medi¸cão experimental apresentou valores dentro do esperado, visto que diferen¸ca de atenua¸cão para as curvas de One-Slope e ITU-R P.1238 varia aproximadamente de ± 15 dB.

(46)

Cap´ıtulo 5

Conclus˜

ao

Ao longo deste trabalho foi analisado quais ERBs fornecem cobertura de sinal ao Bloco H do Campus da Praia Vermelha da UFF. Foi visto que apenas uma ERB em Niterói-RJ consegue fornecer sinal 3G suficiente para utiliza¸cão no interior do Bloco H, e esse sinal é proveniente da operadora NEXTEL. Então, foi feita uma análise do terreno e das obstru¸cões presentes entre o raio direto proveniente dessa ERB até o interior do Bloco H. Além disso, os dados foram medidos no corredor do primeiro pavimento do Bloco H, que foi dividido por zonas, para uma análise em termos da potência RSSI e RSCP recebida no scanner utilizado. Com isso, diversos gráficos foram gerados a fim de que fosse poss´ıvel realizar um estudo do comportamento do sinal no ambiente em questão.

Por fim, a atenua¸cão do sinal recebido durante as medi¸cões foi comparada com as calculadas com modelos de predi¸cão. Os modelos de predi¸cão considerados foram: OneSlope, Multi-Wall e ITU-R P.1238. Dentre eles, os modelos OneSlope e ITU-R P.1238 mostraram-se mais próximos ao resultado experimental.

(47)

Cap´ıtulo 6

Sugest˜

oes para Trabalhos Futuros

Com base no trabalho desenvolvido, futuramente, pode-se extrair dados para fazer um estudo para outros pavimentos do Bloco H, al´em de poder ser realizado estudos para outras ERBs e assim de outras operadoras.

Usando este trabalho como modelo, ser´a poss´ıvel realizar estudos do 2G e do 4G, realizando mapeamento com mais pontos para, ent˜ao, gerar um mapa de calor.

(48)

Referˆ

encias Bibliogr´

aficas

[1] Ondas eletromagn´eticas. https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm. Acessado: 02/05/2018.

[2] Leni Joaquim de Matos. Apostila de Propaga¸c˜ao.

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-73,91999817 -88,91999817 -75,59999847 -89,09999847 -72,58999634 -87,58999634 -71,58999634 -83,58999634 -72,30999756 -84,30999756 -72,06999969 -82,06999969 -72,62000275 -86,62000275 -73,45999908 -84,95999908 -73,44000244 -83,94000244 -75,11000061 -96,61000061 -75,79000092 -94,29000092 -76,40000153 -93,40000153 -73,58000183 -92,08000183 -76,51999664 -98,51999664 -73,76000214 -89,26000214 -73,80999756 -87,80999756 -76,76000214 -92,26000214 -68,48000336 -76,48000336 -72,09999847 -84,09999847 -70,98999786 -81,98999786 -73,41999817 -85,41999817 -76,44999695 -91,94999695 -73,19999695 -85,69999695 -75,80999756 -83,80999756 -73,43000031 -85,43000031 -73,08000183 -85,08000183 -74,55000305 -91,55000305 -73,44000244 -84,94000244 -77,16999817 -92,16999817 -75,23000336 -88,23000336 -74,76999664 -87,76999664 -72,05000305 -89,05000305 -72,30000305 -83,30000305 -74,79000092 -86,29000092 -75,13999939 -88,13999939 -74,19999695 -85,19999695 -73,33999634 -82,33999634 -73,56999969 -85,06999969 -71,55999756 -84,05999756 -71,22000122 -79,22000122 -70,22000122 -79,72000122 -69,56999969 -81,06999969 -73,48999786 -84,48999786 -75,66999817 -88,16999817 -73,88999939 -86,38999939 -76,02999878 -88,52999878 -70,68000031 -84,68000031 -75,95999908 -103,9599991 42 -22,904428 -43,134536 ZONA 4 43 -22,904428 -43,134541 -22,904427 -43,13455 45 -22,904427 -43,134545 44 47