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Modelos de Propagação Para Redes Celulares

Bruna da Rocha · Luiz HenriqueInstituto Federal de Educação Tecnológica do Ceará

Comunicações Móveis – Prof. Dr. Pedro Klécius

Introdução

São modelos usados para planejar a cobertura eficiente do sinal. Visam posicionar corretamente antenas e estabelecer a potência apropriada de transmissão para minimizar interferências e áreas de sombra sem perder a qualidade do sinal.

Se baseiam na previsão do sinal e envolvem a estimativa do valor mediano e da variação em torno deste.

A previsão correta do sinal e o desenvolvimento dos modelos implicam o conhecimento de todos os fatores que influenciam a propagação em comunicações móveis.

Modelos de Propagação para redes móveis Bruna da Rocha Forte Luiz Henrique da Silva Rocha

Alguns conceitos

Reflexão: a onda eletromagnética depara com um obstáculo muito maior que o seu comprimento de onda.Difração: quando uma onda encontra um obstáculo, cada ponto numa frente de onda se comporta como uma fonte isolada, criando novas ondas depois do obstáculo. Espalhamento: a onda encontra um obstáculo da mesma grandeza ou menor que o seu comprimento de onda. Espalha a energia do sinal em muitas direções.Desvanecimento: perda da potência do sinal causada pela distância ou por obstáculos.

Alguns conceitos

Modelo de propagação em Espaço Livre: modelo usado quando não há obstruções entre transmissor e receptor. Nele a potência que chega ao receptor diminui à medida que a distância entre o transmissor e o receptor aumenta. O ganho das antenas e perdas sofridas na propagação também influenciam a potência recebida.Modelo de propagação em Terra Plana: semelhante ao anterior, mas considerando a reflexão do sinal pela superfície da Terra. O coeficiente de reflexão da superfície e a polarização da onda refletida influenciam na potência do sinal no receptor.

Alguns conceitosModelo de propagação em Terra Plana:

Onde GT/R(θ,φ) é ganho da antena transmissora/receptora.

Fatores que influenciam os modelos

Tipos de ambiente de propagação

RuralSuburbanoUrbano

Parâmetros de classificação dos ambientes:

Ondulação do terrenoDensidade da vegetaçãoDensidade e altura dos edifíciosExstência de áreas abertas e de superfícies aquáticas


Princiais Modelos

EgliOkumuta-HataWalfisch-IkegamiLee


Modelo de Egli

Desenolvido por John J. Egli em 1957.Um modelo empírico para propagação em ambientes urbanos, baseado em medidas na faixa de 50,910MHz.Concluiu que para distâncias menores que 60Km a propagação se assemelha ao modelo de Terra Plana. Considera irregularidades no terreno e zonas de sombra como um certo Fator de Terreno ligado a uma determinada percentagem de sinais e a uma dada frequência.


Modelo de Okumura-Hata

Foram feitos dois grandes testes entre 1962 e 1965 com várias estações emissoras transmitindo em várias bandas numa grande variedade de ambientes de propagação, tentando explorar as maiores influências na propagação das ondas.Okumura, em 1968, propôs um modelo empírico baseado em medidas na banda de 150 a 2000 MHz e apresentou o resultado em forma de curvas.Em 1980, Masaharu Hata publicou expressões que aproximam algumas dessas curvas.


Modelo de Okumura-HataInfluências para a propagação:

Parâmetros da intensidade de campo no espaço livre (potência, ganho, distância, frequência);Altura da antena móvel em relação ao solo;Altura efetiva da antena da BT;Altura da ondulação do terreno; Altura e distâncias de um obstáculo isolado;Inclinação média de um terreno inclinado.


Modelo de Okumura-HataCálculo da atenuação:


Modelo de Okumura-HataFatores corretivos:

Correção para ruas radiais e circunferenciais;

Modelo de Okumura-HataFatores corretivos:

Correção para inclinação média do terreno;

Fatores corretivos: Correção para ondulação do terreno;


Fatores corretivos: Correção para áreas abertas ou quase abertas;



Fatores corretivos: Correção para áreas surbanas;



Fatores corretivos: Correção para a altura da onda;


Bruna da Rocha Forte Luiz Henrique da Silva RochaModelos de Propagação para redes móveis

Fatores corretivos: Correção para áreas mistas (água e terra);



Fatores corretivos: Correção para monte isolado;


Modelos de Propagação para redes móveis Bruna da Rocha Forte

Luiz Henrique da Silva Rocha

Fatores corretivos adicionais:Correção para a orientação das ruas em relação à direção de propagação das ondas - 1988;



Fatores corretivos adicionais:Correção para a densidade de urbanização - 1989;



Modelo de Okumura-HataPassos para desenho da variação do nível de sinal na área de serviço de uma estação base utilizando o modelo de Okumura-Hata: 1. Desenhar o perfil de terreno para cada azimute para obter a

altura efetiva da estação base e todos os parâmetros de terreno. 2. Tendo como centro as coordenadas da estação-base, desenhar

uma série de círculos concêntricos com intervalos de comprimento métrico correspondentes a 5dB da mediana do nível de sinal.

3. Calculam-se os factores correctivos.4. Corrigir os círculos concêntricos para cada azimute devido à

existência de terreno irregular bem como ao clutter circundante aplicando todos os factores correctivos estudados anteriormente, ajustando o modelo à situação real.


Modelo de Okumura-HataExemplo do desenho:


Modelo de Walfisch-Ikegami

Baseado nos modelos de Ikegami e Walfisch-Betroni, publicado no Cost 231.

Diferencia-se ao estabelecer fórmulas diferentes para o cálculo da atenuação do sinal em três diferentes situações:

Quando a distância transmissor-receptor é menor que 20m.Quando existe linha de vista entre a estação-base e o móvel na direção de uma rua cercada por edifícios.Demais casos.


Modelo de Walfisch-IkegamiCálculo da atenuação do sinal:

Para distâncias menores de 20m: iguala-se à propagação de espaço livrePara visibilidade entre BTS e receptor, segundo citado anteriormente:

Para os demais casos:


Modelo de Lee

O mais apropriado para redes GSM atuais por conta da precisão acerca da cobertura dos sinais.

Permite coleta de informações do ambiente (drive test ) para adaptar o modelo às condições reais (measurement integration ).


Modelo de LeeCálculo da potência do sinal recebido

Potência do sinal = atenuação de propagação + ganho + perda de sombra + fator de ajuste

Modelo de LeeAtenuação "Area to Area"

Usado para detectar enfraquecimento do sinal em regiões em torno da antena

Os valores de Pr0 e do decaimento são medidas reais obtidas no drive test. Caso esse teste não seja feito, esses valores podem ser extraídos da tabela ao lado.


Modelo de LeeGanho associado à altura efetiva da antena

A irregularidade do terreno provoca reflexões e difrações do sinal original.Ocorre um aumento da potência recebida em relação à recepção no caso de uma propagação no espaço livre.


Modelo de LeeFator de ajustamento alfa

Ajusta a previsão da cobertura da antena com base em parâmetros reais dela.

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Luiz Henrique da Silva Rocha

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Referências

VIEIRA, Pedro. "Modelos de Propagação para Comunicações Móveis",Instituto Superior de Engenharia de Lisboa.http://www.gta.ufrj.br/seminarios/semin2003_1/miguel/Capitulo5.htmhttp://www.teleco.com.br/tutoriais/tutoriallocgsm1/pagina_4.asphttp://www.softwright.com/faq/engineering/prop_okumura.htmlhttp://www.warchalking.com.br/tutoriais/pdf/ccradio1.pdfftp://ftp.ppgeec.ufrn.br/Mestrado/M160.pdf


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