� medida em que aumenta o n�mero de assinantes, aumenta a probabilidade de ocorrer a interfer�ncia de um sinal em outro. Isto ocorre tamb�m devido � topologia do sistema, pois para aumentar a efici�ncia, cada canal � utilizado por mais de um assinante, ou seja, a freq��ncia de transmiss�o � compartilhada por mais de um sinal. H� tamb�m sistemas diferentes que compartilham a mesma faixa de freq��ncia. Por outro lado, a qualidade deve se manter a melhor poss�vel, quaisquer sejam as condi��es da transmiss�o. Por isto, as t�cnicas de redu��o de interfer�ncia s�o exaustivamente estudadas em sistemas de comunica��o m�veis.
| 1 Introdu��o |
| 2 Sistema de Comunica��o M�vel |
| 3 Spread Spectrum |
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3.2.1 Rejei��o de interfer�ncia, caracter�sticas de anti-jam e rela��o SNR de sistemas DSSS |
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| 4 Interfer�ncia |
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| 5 Conclus�es |
O projeto de um sistema de comunica��o m�vel deve prever, desde a sua concep��o, fatores que dificultem a transmiss�o da informa��o, garantindo que essa informa��o chegue ao destinat�rio com n�veis m�nimos de inteligibilidade, ainda que em situa��es adversas. Al�m da boa qualidade de transmiss�o, o sistema deve atender a outros requisitos secund�rios, tais como de baixo consumo de pot�ncia e largura de banda limitada. Isto � conseguido utilizando-se o espectro mais eficientemente na transmiss�o.
Na comunica��o sem fio, o sinal est� sujeito a interfer�ncias e desvanecimentos. Por isso, os receptores/transmissores localizados nas ERBs devem ser otimizados, a fim de refor�ar e interpretar corretamente o sinal. Como o custo � um fator determinante em qualquer tecnologia, a maioria dos sistemas de comunica��o m�vel adota a filosofia do acesso m�ltiplo, ou seja, mais de um assinante por canal de comunica��o, o que demanda um maior estudo para que estes sinais de assinantes n�o causem interfer�ncia entre si. Atualmente, j� na terceira gera��o de sistemas m�veis, as tecnologias mais utilizadas s�o varia��es das existentes na segunda gera��o (FDMA, TDMA e CDMA).
Os conceitos aqui desenvolvidos s�o mais voltados para comunica��o celular, podendo ser estendidos para sistemas gen�ricos de comunica��o sem fio, m�veis ou n�o, tais como redes LANs sem fio, comunica��o via sat�lite, sistemas de alarme ou transmiss�o de microfone sem fio. O presente trabalho faz uma abordagem dos processos que ocorrem com o sinal desde a unidade do assinante at� as ERBs, bem como uma explana��o das t�cnicas utilizadas para minimizar o efeito da interfer�ncia nos canais de transmiss�o.
O termo celular vem do nome dado � divis�o de uma �rea de cobertura, chamada de c�lula (fig. 1). Um dos problemas da divis�o em c�lulas � a interfer�ncia resultante da utiliza��o do mesmo canal pelas unidades m�veis em �reas adjacentes. Para evit�-la, nem todos os canais podem ser reutilizados em todas as c�lulas. Contudo, foi constatado que uma redu��o no raio das c�lulas possibilitava o atendimento de um maior n�mero de clientes. As operadoras de telefonia desenvolveram ent�o o sistema de divis�o de c�lulas para reutilizar freq��ncias, dividindo uma �rea em v�rias outras � medida em que fosse ocorrendo satura��o. Desse modo, as regi�es de tr�fego intenso foram divididos em tantas �reas quantas fossem necess�rias para manuten��o da qualidade dos servi�os de telefonia.
Figura 1 – Configura��o do Sistema de Comunica��o M�vel
Entretanto, �reas adjacentes n�o usam os mesmos canais de r�dio. Da� a cria��o do processo de hand off, em que a chamada de assinante � comutada pela CCC para outro canal, quando a unidade m�vel troca de c�lula. Em muitos sistemas celulares, as CCC esperam em torno de 100 ms ap�s a libera��o da r�dio-freq��ncia de origem, antes de alocar nova r�dio-freq��ncia na c�lula vizinha. Este atraso n�o causa descontinuidade na comunica��o de voz, mas causa problemas na transmiss�o de dados.
Quanto � isto, vale lembrar o seguinte: os modems atuais foram projetados para linhas telef�nicas convencionais, que possuem as seguintes caracter�sticas:
- Comunica��o "est�vel" ap�s estabelecimento da liga��o;
- Pequenas varia��es nas caracter�sticas do canal de comunica��o;
- Caminho/dist�ncia do sinal fixo durante a comunica��o.
J� o sistema celular foi projetado para manter um m�nimo de qualidade de voz, com as caracter�sticas j� citadas:
- varia��es do n�vel do sinal durante as liga��es;
- interrup��es da comunica��o, devido � troca de freq��ncias (hand off);
- mudan�a do percurso do sinal durante a comunica��o;
- eco do sinal devido a reflex�es (fantasmas);
Todos estes fen�menos se devem �s caracter�sticas da comunica��o via sinal de r�dio, na configura��o mostrada na figura 1.
Portanto, a comunica��o de dados via telefonia celular apresenta um desafio para o modem, pois as condi��es s�o muito mais adversas que o sistema de telefonia convencional. Dentre as tecnologias que vislumbram a comunica��o de dados via celular, est�o o CDPD e o PCS.
Uma das principais preocupa��es na Segunda Guerra Mundial era o tr�nsito seguro de informa��es. Uma vez que as comunica��es via r�dio poderiam ser interceptadas pelo lado inimigo, foram desenvolvidas t�cnicas de modula��o que minavam essa possibilidade.
Inicialmente, o uso desse de transmiss�o com espalhamento de espectro, ou spread spectrum, era restrito a aplica��es militares. Entretanto, devido �s vantagens que apresenta, sua utiliza��o foi bastante difundida em todos os meios civis de comunica��o nos �ltimos 20 anos. A maneira mais f�cil de caracterizar e identificar este tipo de modula��o � pelo espectro de freq��ncia do sinal resultante, uma vez que a largura de banda ocupada por um sinal deste tipo � muitas vezes maior do que a largura de banda da informa��o propriamente dita (figura 2). Isso � devido ao c�digo ou padr�o adicionado ao sinal. Enquanto que na modula��o FM, a largura de banda (BW) � cerca de 3 a 4 vezes � da informa��o a ser transmitida, para sinais SS em aplica��es comerciais, a largura de banda varia de 10 a 100 vezes � da informa��o, e em aplica��es militares, varia de 1000 a um milh�o de vezes.
Figura 2 – Utiliza��o do espectro para sinais SS
Como a banda de freq��ncia ocupada � mais larga, os sinais com espalhamento de espectro s�o transmitidos a uma pot�ncia mais baixa do que os sinais convencionais de banda estreita. Isso confere ao sinal SS a capacidade de compartilhar a mesma faixa de freq��ncias com outros sinais SS ou n�o-SS, com pouca ou nenhuma interfer�ncia, o que � inadmiss�vel para transmiss�o FM.
Mas h� uma ressalva. Embora a figura de m�rito da transmiss�o por espalhamento de espectro seja a reutiliza��o do mesmo canal (ou mesma freq��ncia) para v�rios sinais, h� um limite a partir do qual a filtragem destes sinais j� n�o � mais eficiente. Para o reconhecimento do c�digo correto e capta��o do sinal, o receptor deve ser sincronizado com o transmissor. E a sincroniza��o, ainda que feita por hardwares otimizados e por softwares com algoritmos espec�ficos, demanda um certo tempo, durante o qual a informa��o � recebida. Esporadicamente, a sincroniza��o pode levar um segundo ou mais, devido a atrasos decorrentes de atenua��es ou "quedas" no sinal. O uso de diferentes seq��ncias (sinais de mesma freq��ncia, por�m com c�digos diferentes) somente n�o ir�o sincronizar o receptor com o transmissor, mas ir�o gastar tempo no processo. Se as freq��ncias de transmiss�o est�o relativamente pr�ximas, haver� uma interfer�ncia consider�vel, cada vez que dois transmissores aleatoriamente trocarem de freq��ncia. Este e outros fatores limitam o uso de canais de mesma �rea a tr�s ou quatro assinantes.
O c�digo ou padr�o "misturado" � informa��o original, juntamente com a caracter�stica de uma baixa pot�ncia de transmiss�o, conferem ao sinal SS uma certa semelhan�a com o espectro de um ru�do gaussiano. Visto em um analisador de espectro, o sinal realmente parece ser aleat�rio (figura 3). Entretanto, o que � visualizado � o sinal adicionado ao c�digo transmitido. Estes padr�es, tamb�m chamados de c�digos PN (ou pseudo noise codes), s�o �nicos para cada usu�rio, e possuem valores de correla��o extremamente baixos, garantindo que somente o receptor os reconhe�a. Essa propriedade � conhecida como anti jam, e se traduz na dificuldade de intercepta��o de um sinal SS. Isso pode ser explicado pelo seguinte: como a energia do sinal SS est� espalhado e codificado em uma banda cerca de 1000 vezes maior do que a banda ocupada pelo sinal original, a intercepta��o se torna extremamente dif�cil.
As t�cnicas de espalhamento de espectro s�o semelhantes �s t�cnicas utilizadas na modula��o para sinais de banda estreita. S�o elas:
- DS (Direct Sequence), ou espalhamento por seq��ncia direta;
- FH (Frequency Hoping), ou hoping de freq��ncia;
- DS e FH, ou h�bridos
- TH (Time Hoping), ou hoping de tempo;
- MC-CDMA (Multiple Carrier CDMA), ou CDMA com v�rias portadoras
Figura 3 – Sinal SS em um analisador de espectro modulado em seq��ncia direta
O objetivo deste trabalho n�o � um aprofundamento nas t�cnicas de espalhamento de espectro. Entretanto, para a compreens�o das t�cnicas de rejei��o da interfer�ncia em sinais SS, � necess�rio um conhecimento b�sico de algumas delas. Por isso, ser� dada uma breve explica��o dos dois tipos de modula��o mais utilizados comercialmente.
| Nesta t�cnica, a seq��ncia digital � modulada por um c�digo PN, como mostrado na figura 4. Um c�digo PN � uma seq��ncia de chips com valores -1 e 1 (polar) ou 0 e 1 (n�o-polar) e possui propriedades semelhantes com �s de um ru�do. Isto resulta numa baixa correla��o entre os c�digos e dificuldade para se detectar um mensagem de dados. A gera��o de c�digos PN � relativamente f�cil, sendo necess�rio apenas alguns registradores de deslocamento. Por esta raz�o torna-se f�cil introduzir um grande ganho de processamento em sistemas de seq��ncia direta. |
figura 4 - modula��o digital por um c�digo PN |
A id�ia b�sica � espalhar a energia do sinal contido em um espectro de RF em uma banda muito mais larga para a transmiss�o. Isto � conseguido modulando-se o sinal em fase, de acordo com uma seq��ncia pseudo-rand�mica. Uma caracter�stica interessante dos sinais DSSS (Direct Sequence-Spread Spectrum) � que a sua densidade espectral de pot�ncia � semelhante � de um ru�do gaussiano., como mostra a figura 5. No transmissor, um modulador distribui a energia do sinal original em uma largura de banda proporcional � freq��ncia de clock da seq��ncia. Desta maneira, a energia do sinal permanece praticamente a mesma. No receptor, a mesma seq��ncia pseudo-rand�mica � gerada. Se os geradores de c�digos PN est�o sincronizados, � feita a demodula��o (em fase) do sinal. |
figura 5 - Compara��o da densidade de pot�ncia espectral de um sinal DSSS e de um ru�do |
| No caso de haver interfer�ncia, a energia do sinal interferente ter� sua energia redistribu�da da mesma maneira no transmissor. Dentro de certos limites de toler�ncia, o receptor tem a capacidade de suprimir o efeito deste ru�do. Entretanto, quando h� muitas fontes de ru�do, a energia total do ru�do no receptor se torna suficientemente alta de modo a degradar o desempenho. Isso geralmente ocorre para bandas de freq��ncia n�o autorizadas. |
figura 6 - Compara��o da densidade de pot�ncia espectral de um sinal modulado em RF e um sinal SS |
figura 7 - Ilustra��o do efeito Near-Far | O principal problema com a aplica��o do espalhamento por seq��ncia direta � o efeito Near-Far, como mostrado na figura 7. Este efeito se evidencia quando uma fonte de interfer�ncia (ou um outro transmissor) est� muito mais perto do receptor do que o pr�prio transmissor. Ainda que a correla��o entre os c�digos A e B seja |
| baixa, a correla��o entre o sinal recebido do transmissor de interfer�ncia e o c�digo A pode ser maior que a correla��o entre o sinal recebido do transmissor pretendido e o c�digo A. Como resultado a pr�pria detec��o dos dados torna-se imposs�vel. |
Um pulso quadrado de dura��o Tb representa parte do sinal bin�rio. Sua transformada de Fourier � uma fun��o sample que se anula para valores em 1/Tb. O sinal de informa��o � multiplicado por uma seq��ncia PN formada por pulsos estreitos de dura��o Tc e cruzamentos em zero em 1/Tc, formando o espectro espalhado do sinal resultante. Pode ser visto pela figura 6 que o sinal SS possui uma largura de banda muito maior do que o sinal original. O menor incremento de tempo da seq��ncia PN, Tc, � definido como chip. Neste exemplo, o fator de multiplica��o seria N=Tb/Tc. Os geradores de c�figos PN produzem seq��ncias peri�dicas. Um gerador linear de c�digos PN � mostrado na figura abaixo
figura 8 - Gerador linear de c�digo PN
Idealmente, o c�digo deveria ser projetado tal que as amplitudes dos chips fossem estatisticamente independentes umas das outras. Todo o per�odo da seq��ncia PN consiste de chips com dura��o de N segundos. No caso do gerador PN linear, o valor de N � (2^n)-1, em que n � o n�mero de est�gios do gerador de c�digo. Outra raz�o para a utiliza��o deste gerador para modular sinais RF � a propriedade de autocorrelacao do sinal resultante, que possui um valor m�ximo de uma repeti��o a cada per�odo, e um valor constante de -(1/N) entre os picos, como mostra a figura abaixo
figura 9 - Fun��o de autocorrela��o de uma seq��ncia PN
A fun��o de autocorrela��o � m�nima em regi�es entre os picos, se N � suficientemente grande. Utilizando registradores de deslocamento com c�digos pr�-estabelecidos, as seq��ncias PN podem ser bastante longas (sem repeti��o). Por exemplo, se a freq��ncia de clock � 10MHz -o que resulta em um chip de 100�s-, e o registrador de deslocamento possui 41 est�gios, ent�o N = 2^41-1=2.199x10^12, N*Tc=N*10^-7=2.199x10^5 segundos ou 2.545 dias.
As propriedades matem�ticas das seq��ncias PN desempenham um importante papel nos sistemas com seq��ncia direta. Uma seq��ncia PN consiste de uma s�rie de somas e diferen�as de 1, as quais devem ter certas propriedades espec�ficas de autocorrela��o. Seq��ncias aperi�dicas que se possuem caracter�sticas pseudo-rand�micassao denominadas seq��ncias de Barker, conhecidas por existirem somente para pequenas seq��ncias de comprimento =1,2,3,4,5,7,11 and 13. Por esta raz�o, tais seq��ncias s�o tipicamente muito curtas para o espalhamento apropriado dos sinais. Por isso, somente seq��ncias peri�dicas s�o de interesse em sistemas DSSS.
Uma seq��ncia peri�dica consiste de uma s�rie de "uns" positivos e negativos, divididos em blocos de comprimento N, no qual cada bloco � o mesmo. Tais seq��ncias podem ser representadas como se segue:
Uma seq��ncia peri�dica � pseudo-rand�mica se satisfaz as seguintes condi��es
- Em cada per�odo o n�mero de somas difere do n�mero de diferen�as (de 1) de exatamente 1. Logo, N � um n�mero �mpar. Assim
- Em cada meio per�odo metade das opera��es de mesmo sinal deve ter comprimento 1, em um quarto per�odo 2, em um oitavo comprimento 3, e assim sucessivamente. Tamb�m, o n�mero de +1 deve ser igual ao n�mero de -1.
- A autocorrela��o de uma seq��ncia peri�dica tem dois valores. Ou seja, ela pode ser descrita por
Existem diferentes tipos de seq��ncias peri�dicas PN. Estes incluem Maximal-Length Linear Shift register Sequences (seq��ncias m), Quadratic Residue Sequences (seq��ncias q-r), Hall Sequences, e Twin Primes. Para um aprofundamento, o leitor interessado deve procurar literatura especializada.
3.2.1 Rejei��o de interfer�ncia, caracter�sticas de anti-jam e rela��o SNR de sistemas DSSS
Como j� mencionado, uma das qualidades de sistemas DSSS � sua habilidade de resistir � intercepta��o e � interfer�ncia Um dos par�metros �teis para determinar o desempenho de sinais SS sob a presen�a de interfer�ncia � o ganho de processamento (PG). Este � definido como a rela��o da largura de banda do sinal (Bs) e a largura de banda da mensagem (Bm)
em que Bm � a largura de banda da mensagem, 1/tm, e Bs � a largura de banda do sinal, tm � a dura��o do bit da mensagem e t1 a dura��o do chip.
Os sistemas DSSS tem a figura de m�rito de reduzirem os efeitos da interfer�ncia na mensagem transmitida. O valor m�dio quadr�tico do sinal de interfer�ncia na sa�da pode ser expresso como se segue
em que J � a pot�ncia da interfer�ncia e PG � o ganho de processamento.
Assim, a interfer�ncia � redzida de um fator igual ao ganho de processamento. Isto significa que o transmissor tem a capacidade de reduzir a interfer�ncia (intencional ou n�o), apenas aumentando o comprimento da seq��ncia c�digo PN. A express�o acima � apenas um resultado m�dio. No caso de rela��es com fase fixa, o valor m�dio quadr�tico da interfer�ncia de sa�da pode ser duas vezes maior do que o apresentado. Al�m disso, se a interfer�ncia possui uma largura de banda muito maior do que a do sinal SS, a rela��o ter� de ser alterada. Deste odo, o valor m�dio quadr�tico na sa�da ap�s a correla��o seria
em que Bj � a largura de banda do sinal interferente.
Esta � a t�cnica mais simples de ser implementada para fazer o espalhamento do espectro. Qualquer r�dio com sintetizador controlado por freq��ncia pode ser convertido em um r�dio por salto de freq��ncia. Para isso, � necess�rio a inclus�o de um gerador de c�digos PN para selecionar as freq��ncias de transmiss�o e recep��o. O processo � ilustrado na figura 10. Um sistema de salto de freq��ncia pode utilizar modula��o por portadora anal�gica ou digital, e � projetado com t�cnicas convencionais de sistemas de faixa estreita. A demodula��o no receptor � realizada por um gerador de c�digos PN sincronizado com o oscilador local, para a gera��o do mesmo c�digo da transmiss�o.
figura 10 - Sinal modulado por salto de freq��ncia
Nesta modula��o, a freq��ncia da portadora � deslocada de acordo com uma seq��ncia exclusiva, aumentando sua largura de banda. Ao contr�rio seq��ncia direta, os chips do c�digos PN t�m um valor constante de freq��ncia.
figura 11 - Transmissor por salto de freq��ncia
O gerador PN "comanda" um sintetizador digital de freq��ncia, o qual aceita m bits, mapeados em M=2^m freq��ncias. Um dos m bits � parte da mensagem, e m-1 bits s�o fornecidos pelo gerador PN. Neste caso, h� k saltos de freq��ncia em cada mensagem, cuja dura��o � de
Em seguida, a mensagem � submetida � um c�digo de corre��o de erros, a fim de eliminar poss�veis interfer�ncias antes da transmiss�o. O multiplicador de frequ�ncia na sa�da do sistema � utilizado para aumentar a largura de banda, aumentanto o valor do ganho de processamento do sinal FH. Considerando que M freq��ncias do sinal FH est�o separadas por f1=(t1)-1 , a largura de banda pode ser expressa da seguinte forma
em que k � o valor do multiplicador de freq��ncia. O ganho de processamento do sistema FH �
Assim, o ganho de processamento depende de tr�s fatores: o multiplicarod de freq��ncia, n�mero de freq��ncias empregadas e o n�mero de "saltos"por bit de mensagem.
A capacidade de transmiss�o de sistemas m�veis est� inerentemente ligada � limita��o por interfer�ncia, particularmente pela interfer�ncia de sinais no mesmo canal (CCI) e pela interfer�ncia de sinais em canais adjacentes (ACI).
Uma das solu��es para minimizar estes efeitos � a divis�o sucessiva das c�lulas em sub-regi�es, e a conseq�ente diminui��o da pot�ncia de transmiss�o. Por�m, o alto custo dessa medida a torna invi�vel. Por isso, as t�cnicas de rejei��o de interfer�ncia s�o as mais indicadas e geralmente menos dispendiosas, em rela��o � mudan�a constante na planta do sistema. Al�m disso, a mudan�a da tecnologia � um processo muito r�pido, e o estudo destas t�cnicas se torna o meio ideal para a compatibiliza��o dos novos sistemas.
A an�lise dos efeitos da interfer�ncia em sistemas SS � similar � an�lise do ru�do branco. A interfer�ncia � causada por outros transmissores interferindo no sinal desejado. Para fins de simplifica��o, pode-se assumir que a pot�ncia do sinal interferente tenha uma pot�ncia fixa, e que a largura de banda seja menor ou aproximadamente igual ao do sinal desejado. Assim, em oposi��o ao ru�do branco, a pot�ncia da interfer�ncia � independente da largura de banda do sinal desejado. No meio militar, a interfer�ncia � causada por sistemas que operam na mesma freq��ncia, impossibilitando que o inimigo se comunique. Em aplica��es comerciais, a interfer�ncia pode ser causada pelo pr�prio sistema, no caso dos m�todos de transmiss�o utilizados pelo CDMA. No presente trabalho, dois tipos de interfer�ncia ser�o consideradas:
Faixa estreita: ocorre em situa��es em que a transmiss�o por SS utiliza a mesma faixa de freq��ncia que outros sistemas de faixa estreita;
Faixa larga: em aplica��s comerciais em que outros sistemas SS operam na mesma faixa de freq��ncia.
Considerando que o sinal SS pode ser representado por
em que an corresponde ao bit de infoma��o e Tb ao per�odo do sinal SS, o sinal recebido afetado somente pela interfer�ncia � dado por
em que where an � o n-�simo s�mbolo do sinal que cont�m a informa��o, e i(t) � o sinal interferente. Ap�s a correla��o no receptor, o sinal se torna
em que Rff(t) � a fun��o de autocorrela��o de f(t). A rela��o sinal-ru�do por bit ap�s a correla��o � descrita por
em que Io � dado por
em que P(f) � a transformada de Fourier de p(tau) (a resposta ao impulso do filtro pulse-shaping usado para formar os chips phi_zz(f) � a densidade de pot�ncia espectral do sinal interferente z(t) ap�s a correla��o, and Ec=Eb/PG � o sinal por energia por chip.
Para facilitar a an�lise, deve-se considerar que a interfer�ncia em banda larga possui um espectro plano, semelhante � do ru�do branco. Se a densidade espectral de pot�ncia � I, phi_zz(f)=I ent�o Io=I da express�o acima. Io � independente da forma de pulso do chip. A rela��o sinal-interfer�ncia para interfer�ncia e banda larga para sinais DSSS pode ser descrita como
que � id�ntica para sistemas FHSS, como ser� visto mais adiante. Deve-se notar que a rela��o sinal-ru�do � diretamente proporcional ao ganho de processamento. Assim, a taxa de erro pode se controlada ajustando-se a largura de banda do sinal transmitido.
Para a an�lise da interfer�ncia em banda estreita em sinais DSSS, deve-se considerar que a portadora do sinal interferente influencia somente na freq��ncia central do sistema DSSS. Neste caso, a densidade de pot�ncia espectral do sinal equivalente � representada por
em que Iav � a pot�ncia m�dia do sinal interferente. Io na interfer�ncia em banda estreita � dada por
e p(t) � a forma do pulso de chip. A rela��o sinal-ru�do� dada por
Para um pulso retangular, |P(0)|^2=Tc.Ec=Ec/W e a rela��o sinal-ru�do resulta em
que � id�ntica � rela��o sinal-ru�do para sinais interferentes em banda larga. Como ser� visto mais adiante, a taxa de erro reduz exponencialmente com o aumento do ganho de processamento.
4.2 Interfer�ncia em sistemas FHSS
A rela��o SNR de sistemas FHSS � representada pela seguinte equa��o
em que No � a largura total da densidade espectral de pot�ncia, e Eb � a energia por bit. Novamente, considera-se que a densidade espectral de pot�ncia do ru�do � plana, sendo que o mesmo cobre igualmente toda a faixa de freq��ncia . Portanto, a rela��o SNR do sinal recebido do sistema FHSS � a mesma para cada salto. Assim, a taxa de erro de sistemas FHSS com a adi��o de ru�do Gaussiano � o a mesma para o mesmo tipo de sistema, sem saltos de freq��ncia. Enquanto a SNR nao melhora devido ao espalhamento de freq��ncia, a rela��o sinal-interfer�ncia melhora. Sistemas com espalhamento de frea��ncia s�o muito mais resistentes � interfer�ncia do que sistemas n�o-SS. Em banda estreita, a interfer�ncia afeta somente as mudan�as de freq��ncia, enquanto que em banda larga, a pot�ncia do sinal interferente � espalhado ao longo da faixa de freq��ncia, como mostra a figura abaixo.
figura 12 - Interfer�ncia em banda estreita e em banda larga
Pela figura acima, o sinal n�o parece ser afetado significativamente pela interfer�ncia.. No receptor de banda estreita a interfer�ncia � espalhada e o sinal � maximizado. Nesta an�lise simplificada, algumas considera��es s�o feitas:
- Os sinais interferentes em banda estreita e em banda larga s�o considerados como espectros retangulares de pot�ncia;
- Considera-se a largura de faixa da interfer�ncia em banda larga como sendo a mesma da largura de faixa transmitida (com largura Io;
- Considera-se que a largura de faixa W1 da interfer�ncia em banda estreita � menor do que a largura de faixa em cada salto (W1 <= W/PG) e que a maior amplitude do espectro da interfer�ncia em banda larga � In. Assim, a pot�ncia do sinal interferente recebido pode ser expresso como
e considera-se a mesma pot�ncia para interfer�ncia em banda estreita e banda larga.
No caso de interfer�ncia em banda larga a rela��o SNR � expressa como se seguee:
em que Rb � a taxa de bit, Pav � a pot�ncia m�dia do sinal transmitido e Iav a pot�ncia m�dia do sinal interferente. Como pode ser observado, a rela��o SNR � PG=W/Rb vezes maior do que seria esperado, se a modula��o SS n�o fosse usada. Este resultado tamb�m possui implica��es em outros c�lculos, como a taxa de erro de bit (BER). A rela��o SNR usada para o c�lculo do BER � PG vezes maior, reduzindo significativamente a taxa de erro. Este resultado tamb�m evidencia a possibilidade de sobrepor sinais FHSS sobre sistemas existentes, o que j� � um atrativo a mais, especialmente para aplica��es comerciais.
A fim de analisar os efeitos da interfer�ncia em sinais de banda estreita, considera-se que o sinal afeta somente um salto, e que seu espectro � plano sobre toda a largura de faixa. Como exemplo, a largura de banda na modula��o de um bit/Hz seria W1=W/PG=Rb e o valor de In=Iav/W1 (da figura 12). Portanto, a rela��o sinal-ru�do por bit, para a interfer�ncia em banda estreita �:
e � a mesma para sistemas sem modula��o FHSS. Como se v�, a modula��o FHSS n�o oferece nenhuma prote��o contra interfer�ncia, mas desde que � considerado que os outros saltos permanecem inalterados, ent�o a rela��o m�dia da sinal/interfer�ncia �:
que � a mesma SNR para interfer�ncia em banda larga.
A probabilidade m�dia de erro para todos os saltos (considerando a interfer�ncia com um salto por vez) � dada por:
Assim, se o sinal interferente atuar exatamente nos saltos de freq��ncia, a modula��o FHSS n�o oferece qualquer prote��o contra interfer�ncia. Este cen�rio � bastante desfavor�vel em aplica��es comerciais, o que torna a modula��o FHSS pouco vantajosa, especialmente se utilizada em sistemas com corre��o de erros.
Tendo suas ra�zes na pesquisa anti-jam destinada a fins militares, as t�cnicas de modula��o por espalhamento de espectro t�m apresentado um uso crescente para a ind�stria, pela sua aplicabilidade comercial �s comunica��es sem fio. Algumas das vantagens s�o:
- Utiliza��o da mesma banda de freq��ncia de outros sistemas, com um m�nimo de perda de desempenho para ambos os sistemas;
- Caracter�sticas anti-multipath de sinaliza��o;
- Caracter�sticas anti-jam, dificultanto enormemente a detec��o n�o autorizada dos sinais SS;
- Alta rejei��o de sinais interferentes em ambientes onde a tranmiss�o � cr�tica
- Possibilidade de projeto em sistemas CDMA, dando bastante flexibilidade operacional e maior capacidade capacidade em rela��o � sistemas FDMA e CDMA
ACI | Adjacent Channel Interference , ou interfer�ncia proveniente de canais adjacentes. |
AMPS | Advanced Mobile Phone System , sistema de comunica��o celular anal�gico. |
BW | Band Width , ou largura de banda |
CCC | Central de comuta��o e controle. � onde se concentra toda a intelig�ncia das redes de comunica��o celular. Trata-se de um computador modular que usa pacotes de software projetados para endere�ar aplica��es espec�ficas de telecomunica��es. O CCC � respons�vel, entre outros, por estabelecer e desconectar chamadas e por classificar as tarifas que est�o sendo utilizadas nas liga��es. |
CCI | Co-channel Interference , ou interfer�ncia proveniente de sinais que compartilham o mesmo canal. |
CDMA | Code Division Multiple Access , ou acesso m�ltiplo por divis�o de c�digo. |
CDPD | Cellular Digital Packed Data , sistema de comunica��o de dados para o sistema celular anal�gico (AMPS), que necessita a instala��o de equipamentos de recep��o nas ERBs e a utiliza��o de um modem especial CDPD. |
CELP | Code Excited Linear Prediction , ou codifica��o por predi��o linear. |
chip | Tempo necess�rio para a transmiss�o de um bit ou s�mbolo de um c�digo PN. |
ERB | Esta��o R�dio Base, ou torres que cont�m equipamentos capazes de realizar a transmiss�o e a recep��o dos sinais, fazendo a cobertura dentro de uma c�lula. Ela possui fontes de energia, equipamento de interface, transceptores de r�dio-freq��ncia e sistemas de antena. O n�mero de c�lulas � igual ao n�mero de ERBs. |
FDMA | Frequency Division Multiple Access , ou acesso m�ltiplo por divis�o de freq��ncia. |
| Hand off ou Hand over | Transfer�ncia da chamada de um canal � outro, quando o (aparelho) m�vel atravessa c�lulas adjacentes. |
PCS | Personal Communications Services , sistema de telefonia celular digital para comunica��o de dados. |
Probability Density Function, ou fun��o de densidade de probabilidade. | |
PN | Pseudo Noise , ou um sinal que possui certas caracter�sticas de um ru�do. |
RAKE | Componente equalizador de canal das ERBs, utilizados no demodulador, no processamento de sinais iguais que chegam por percursos diferentes |
roaming | Transfer�ncia autom�tica de liga��es entre sistemas. |
SIC | Successive Interference Canceller , t�cnica de recupera��o do sinal CDMA de acordo com a pot�ncia do mesmo. |
SNR | Signal to Noise Ratio, ou rela��o sinal/ru�do. |
| Spread Spectrum | T�cnica de modula��o que utiliza uma faixa maior do espectro de freq��ncias do que a t�cnica usual de banda estreita. |
TDMA | Time Division Multiple Access , ou acesso m�ltiplo por divis�o de tempo. |
| Unidade M�vel de Assinante | Tamb�m chamada de esta��o telef�nica m�vel, � o aparelho telef�nico celular. Consiste em uma unidade de controle e um transceptor que envia e recebe transmiss�es de r�dio para uma ERB. |
| IEEE Signal Processing Magazine – maio, 1997 – pag. 37 |
| George R. Cooper, Clare D. McGillem, Modern Communications and Spread Spectrum, McGraw-Hill Book Company, 1986 |
| R. Skaug, J.F. Hjelmstad, Spread spectrum in communication,Peter Peregrinus Ltd., London, UK. 1985 |
| Charles E. Cook, Spread-Spectrum Communications, IEEE Press, New York 1983 |
| sss-mag.com - Quase tudo sobre espalhamento de espectro |
| "The Principles of Spread Spectrum communication" -- An excellant Technical Introduction to SS by Dr. Jack Glas! |
| "On the Multiple Access Interference in a DS/FFH Spread Spectrum Communication system" -- |
| Another excellant Paper on SS by Dr. Jack Glas! |
| "Direct Sequence vs. Frequency Hopping" -- from OCI |
| Wireless Communication |
| //penta.ufrgs.br/tp951/tcelular.html - Texto gen�rico sobre os padr�es da telefonia celular |
| //ee.wpi.edu/EE535/hwk4cd95/witek.html |
| //ece.wpi.edu/courses/ee535 - S�tio sobre transmiss�o sem fio |