8 estimação do canal espacial com uso de arranjo … · 8 estimação do canal espacial com uso...

8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme

A segunda abordagem adotada para o problema da estimação do canal

espacial foi a utilização de um arranjo de antenas “real”, com comutação temporal

dos sensores. Em particular, como no capítulo anterior, a configuração ULA foi

mantida aqui.

O aparato de sondagem em ambientes internos de [8] foi mais uma vez a

base para a configuração de sondagem. A adaptação daquela sonda temporal para

agregar a sondagem de AOA foi alvo de outro trabalho deste grupo de pesquisa;

uma dissertação de mestrado recém concluída [11], que correu em paralelo com a

presente tese. Embora outra configuração de arranjo tenha sido utilizada para

gerar os dados analisados em [11] (UCA – Uniform Circular Array – arranjo

uniforme circular, com 8 elementos), a sonda estava preparada para operar com

qualquer outra configuração de até 16 elementos, como foi o caso do arranjo

ULA-16 montado para aquisição dos dados aqui tratados.

Dois cenários semelhantes foram escolhidos para as sondagens: dois

corredores longos, ambos apresentando condição de visada direta entre os

elementos transmissor e receptor da sonda. Como na técnica por abertura sintética,

as medidas eram tomadas com a sonda imóvel. Entretanto, as sondagens foram

realizadas em vários pontos ao longo de cada corredor, permitindo uma análise do

comportamento de variação do espectro espacial-temporal com a distância, ainda

que a grosso modo.

O processamento dos dados deste capítulo foi facilitado pela estrutura

adotada para os algoritmos. Basicamente, apenas o processamento inicial dos

dados gerados pela sonda foi diferente do apresentado no capítulo anterior.

Gerados os arquivos que continham os vetores 3D pré-processados, aplicava-se os

mesmos algoritmos de estimação do espectro espacial desenvolvidos para os

dados sondados por abertura sintética, sem nenhuma alteração significativa dos

mesmos. Ainda com relação ao primeiro bloco de processamento, a supressão de

DBD

PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0016247/CA

8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 242

ruído também foi testada, mas desta vez apenas a 2D, e somente alguns pontos

foram processados. Esta menor atenção à técnica de supressão de ruído explica-se

em função dos resultados esperados, que indicavam a ausência de efeitos

significativos na região de interesse do espectro espacial-temporal, para fins de

análise comparativa com estimativas teóricas.

Os dados processados foram analisados de modo análogo ao apresentado no

capítulo 7. Aqui, entretanto, as estimativas teóricas ficaram restritas às reflexões

singulares ao longo do corredor de cada cenário, além da componente de

propagação direta. Esta simplificação se justifica pela condição de visada direta

sempre presente, e pelo volume de dados bem maior que precisou ser tratado neste

capítulo. Em compensação, aqui foi possível verificar a variação do espectro com

a distância, como previamente mencionado.

Complementando a análise básica, os resultados deste capítulo foram

comparados qualitativamente com os do anterior, para tentar estabelecer alguma

relação entre as diferenças observadas e as distinções de desempenho associadas a

cada técnica.

8.1. Descrição dos experimentos realizados

8.1.1. Técnica de sondagem

Seguindo a mesma filosofia de agregar funcionalidades adicionais à sonda

de canal faixa-larga montada e testada em [8], foi elaborado um esquema para

permitir a estimação de AOA utilizando arranjos de antenas “reais”. Como o

hardware de RF disponível era único, o esquema adotado foi o de comutação

temporal das antenas do arranjo, como em [7, 58]. A idéia então proposta foi

implementada como parte de outro trabalho deste grupo de pesquisa [11],

desenvolvido em paralelo com a presente tese.

Para incorporar a sondagem espacial à sonda disponível, basicamente seria

necessário montar um arranjo de antenas combinado com comutadores temporais

(switches) para a faixa de freqüência desejada, controláveis por computador. Além

disso, rotinas de controle para seleção dos comutadores deveriam ser

desenvolvidas para rodar em conjunto com as rotinas pré-existentes de controle do

analisador de rede utilizado (HP1614ET). Todo este trabalho foi desenvolvido em

DBD



[11], onde um arranjo UCA-8 foi o escolhido para realizar a análise lá

apresentada. Para a análise aqui apresentada, um arranjo ULA-16 foi montado, e

novas sondagens foram realizadas.

A montagem dos arranjos em [11] foi inspirada no aparato mostrado em

[58], com antenas monopolo de quarto de onda sobre uma das faces de uma base

metálica, que servia como plano terra para as antenas, e comutadores temporais

sobre a face oposta, além de um LNA. Em [11], optou-se por montar os

comutadores em uma placa adicional, posicionada poucos centímetro abaixo da

placa com as antenas, como no esboço ilustrado na Figura 155. Desta forma, a

sonda ganhou maior modularidade, facilitando a troca de configurações de

arranjo, pois apenas a placa com as antenas precisava ser trocada. Em [58], a troca

envolveria também os comutadores.

Figura 155 Esboço do esquema de montagem da base para o arranjo de antenas e para

os comutadores temporais.

A mesma faixa de freqüências tratada em [8] foi utilizada nas sondagens, ou

seja, 1,8 GHz, com 200 MHz de largura de banda. As antenas monopolo foram

montadas no próprio CETUC, com base em um projeto previamente utilizado

neste mesmo grupo de pesquisa [59]. Foram adquiridos comutadores temporais do

tipo SP4T (quatro-para-um), controláveis por lógica TTL, modelo ZSDR-425 da

Mini-circuits. Como se desejava trabalhar com arranjos de até 16 elementos,

foram necessários cinco comutadores para controlar a seleção das antenas. O

espaçamento entre os elementos foi o mesmo das sondagens por abertura sintética

(5 cm), assim como o número de pontos de aquisição por varredura no domínio da

freqüência (801 pontos para os 200 MHz de faixa).

DBD



O enlace de sincronização entre as portas do analisador de rede foi

simplificado em [11], em comparação com o utilizado na sonda original faixa-

larga em [8]. Como a mobilidade desejada não era um parâmetro tão crítico como

em [8], um enlace por cabo coaxial de 50 m foi utilizado ao invés do enlace ótico

de [8]. O arranjo foi usado na recepção, enquanto que a transmissão era realizada

por uma antena discônica (a mesma dos demais experimentos relatados nesta

tese). Com esta configuração, lembrando que na transmissão apenas um

amplificador convencional precisava ser utilizado, a ponta móvel da sonda pôde

ficar restrita à antena discônica e um mastro de suporte. Desta forma, o aparato de

alimentação auxiliar usado na sonda original em [8], com bateria DC e

conversores, deixou de ser necessário.

A idéia original quanto ao número de varreduras (snapshots) era a de se

trabalhar com um valor alto o suficiente para dar uma maior confiabilidade às

estimativas das matrizes de covariância dos dados. Optou-se então por 30 como

valor a ser praticado. No primeiro ponto de sondagem, este valor foi aplicado.

Entretanto, como este procedimento deveria ser repetido ainda para as demais 15

antenas do arranjo, em cada ponto, o experimento iria se alongar excessivamente.

Com isso, para manter a executabilidade da sondagem, apenas 3 snapshots por

ponto foram armazenadas.

A calibração para as sondagens com o arranjo ULA-16 ficou restrita aos

elementos do hardware. Não foi realizada nenhuma calibração adicional para

compensar os efeitos de acoplamento mútuo entre as antenas do arranjo.

8.1.2. Locais de teste

As sondagens foram realizadas em dois locais de teste: o corredor principal

do CETUC; e o corredor do 4º andar do edifício Leme, também na PUC. Ou seja,

dois ambientes semelhantes, ambos apresentando condição de visibilidade entre a

antena transmissora e o arranjo de antenas na recepção.

No CETUC foram escolhidos 5 pontos ao longo do corredor. O bloco de

recepção ficou postado a 2 m do acesso de entrada ao corredor, como indicado na

Figura 156. Ao longo do corredor, o afastamento entre o receptor e o transmissor

foi de: 3 m; 8,9 m; 19 m; 24,9 m; e 36 m. No edifício Leme, 10 pontos foram

escolhidos, com espaçamento entre os pontos de medida uniforme e igual a 5 m.

DBD



O receptor estava a cerca de 10 m do blindex à entrada da secretaria do

departamento de Engenharia Elétrica, como indicado na Figura 157

Figura 156 Planta do CETUC, indicando a rota e a localização do receptor na sondagem

com arranjo ULA-16.

Figura 157 Planta do edifício Leme, indicando a rota e a localização do receptor na

sondagem com arranjo ULA-16.

Em cada ponto de medida, duas orientações relativas do arranjo eram

adotadas. Ou o arranjo era posicionado em paralelo com as paredes do corredor,

ou perpendicular a elas. Os dados gerados com a primeira orientação são referidos

a partir daqui pela letra ‘N’; os demais pela letra ‘Z’. A Figura 157 exemplifica a

notação adotada.

8.2. Processamento dos dados coletados

Conforme adiantado no capítulo anterior, o processamento dos dados

coletados pela sonda com arranjo ULA-16 foi análogo ao apresentado no capítulo

anterior. A maior diferença entre os conjuntos de dados das duas sondas era o

formato de armazenamento das medidas ao serem coletadas. Na sondagem por

DBD



abertura sintética, as respostas de canal no domínio da freqüência eram gravadas

separadamente para cada posição do arranjo sintetizado, ou seja, cada arquivo era

composto essencialmente por uma matriz de 801 colunas, com o número de linhas

igual ao número de snapshots tomadas. A sondagem com ULA-16 modificou

ligeiramente este processo, trocando o parâmetro que definia o número de linhas

de cada arquivo, que passou a ser 16, o número de elementos do arranjo. Com

isso, para cada posição, 3 arquivos eram gravados, cada um correspondendo a

uma snapshot distinta. Vale lembrar, entretanto, que na primeira posição medida

no CETUC (cetuc1n e cetuc1z), foram realizadas 30 varreduras.

A diferença supracitada no formato de armazenamento das medidas impôs a

modificação do bloco de algoritmos responsável pela preparação dos vetores 3D,

conforme explicado no capítulo anterior. O segundo bloco de algoritmos, que

executava a estimação dos espectros espaciais e gravava as informações úteis para

posterior análise, ficou praticamente inalterado. Ou seja, estimações por

conformação de feixe, Capon, MUSIC e ESPRIT foram realizadas para todos os

dados disponíveis.

O baixo número de varreduras por ponto (3) inviabilizou a estimação pelo

método de Capon. Apenas as medidas “privilegiadas” do ponto inicial do CETUC

puderam ser avaliadas por este método. Tal comportamento era de certo modo

esperado, já que no conjunto de dados obtido pela outra técnica de sondagem, o

método também havia falhado para um número até mais alto de snapshots (11

para AOALH). Com isso, o método de Capon não pôde ser devidamente incluído

na análise que se segue.

Com relação à supressão de ruído, apenas a configuração 2D foi testada,

com re-escalonamento MLN, wavelet Symlet8, 5 níveis de decomposição e

conformação de limiar suave. Esperava-se que os resultados não viessem a afetar

a região principal dos espectros, o que veio a se confirmar. Com isso, apenas dois

pontos em cada corredor foram tomados na geração de espectros com ruído

suprimido, para posterior análise.

8.3. Análise dos resultados

Um dos objetivos da análise foi verificar o funcionamento dos métodos de

estimação espacial sob as condições específicas que envolviam a sondagem com

DBD



ULA-16. Em particular, esperava-se uma limitação natural de desempenho

associada ao efeito das interferências por acoplamento mútuo entre as antenas,

que não foi compensado por qualquer esquema de calibração adicional. A perda

de retorno das antenas monopolo foi medida em [11], e ficou em torno de 15 dB

quando cada antena era avaliada separadamente. Ao medir aquele parâmetro

quando as antenas estavam devidamente dispostas sobre a base de montagem, na

configuração UCA-8, as perdas diminuíram para valores entre 9 e 13 dB,

indicando a relevância do efeito em questão.

A metodologia adotada foi análoga à aplicada no capítulo anterior, ou seja,

uma comparação com estimativas teóricas. Como todos os pontos se encontravam

em condição de visada direta, apenas as estimativas teóricas da componente direta

e das reflexões singulares nas paredes de cada corredor foram calculadas para

cada ponto. Adicionalmente, como pontos consecutivos ao longo de cada rota

foram escolhidos para realização das sondagens, a variação do espectro espacial

com a distância também pôde ser verificada.

Tendo à disposição conjuntos de dados gerados por duas técnicas de

sondagem distintas (arranjo por abertura sintética e arranjo “real”), procurou-se

ainda, dentro do possível, realizar uma comparação qualitativa entre os resultados

dos conjuntos em questão. A comparação foi naturalmente limitada, pois apenas

dois pontos de medidas em visada direta foram tomados com a primeira técnica

(AOALH e AOALV), e o número de sensores também era diferente (11 e 12

contra 16 do arranjo “real”). O foco adotado nesta análise foi a observação crítica

dos picos “secundários” do espectro espacial, em particular suas variações de

amplitude e o número de picos detectados.

8.3.1. Comparação com estimativas teóricas

Antes de apresentar as comparações propriamente ditas, é conveniente

indicar a resolução angular esperada para o arranjo utilizado. Dadas as mesmas

considerações apontadas no capítulo 7, ou seja, que a resolução mínima esperada

ocorre para a estimação por conformação de feixe, para um arranjo ULA-16, a

solução da eq. (7.5) na direção de broadside indica a capacidade de distinguir

AOAs separados de no mínimo 12,84º. Ainda com referência à eq. (7.5), a direção

DBD



limite para a qual a solução é real é de aproximadamente 51º. Neste AOA, a

resolução piora para 36,3º.

Como no capítulo anterior, os dados também foram agrupados em dois

blocos. Aqui, o primeiro corresponde às medidas no CETUC, e o segundo, às

medidas no edifício Leme.

8.3.1.1. Medidas no CETUC

Conforme apresentado na seção 8.1, no corredor do CETUC foram

realizadas sondagens em 5 posições distintas, representadas pelos conjuntos de

dados “cetucip”, onde o sufixo ip indica o ponto (i = 1, ..., 5) e a disposição

relativa do arranjo (n ou z). As figuras a seguir (Figura 158 a Figura 160)

apresentam alguns dos espectros espaciais-temporais estimados para os 10

conjuntos em questão. A Tabela 12 e a Tabela 13 apresentam as estimativas

teóricas para os conjuntos medidos no CETUC, para as orientações relativas ‘Z’ e

‘N’ respectivamente.

Figura 158 Espectros espaciais-temporais por conformação de feixe para o ponto 1 do

CETUC.

DBD



Figura 159 Espectros espaciais-temporais por MUSIC para o ponto 3 do CETUC.

Figura 160 Espectros espaciais-temporais por ESPRIT para o ponto 5 do CETUC.

DBD



DIR RE RD PONTO

θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns]

1 -7,59 10,09 14,93 10,35 -28,07 11,33

2 -2,57 29,70 5,14 29,79 -10,19 30,14

3 -1,21 63,35 2,41 63,39 -4,81 63,56

4 -0,92 83,01 1,84 83,04 -3,68 83,17

5 -0,64 120,01 1,27 120,03 -2,54 120,12 LEGENDA: DIR – componente direta

RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota

Tabela 12 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no CETUC,

para a orientação do arranjo do tipo ‘Z’.

DIR RE RD PONTO


1 -82,41 10,09 -61,93 10,35 75,07 11,33

2 -87,43 29,70 -79,81 29,79 84,86 30,14

3 -88,79 63,35 -85,19 63,39 87,59 63,56

4 -89,08 83,01 -86,32 83,04 88,16 83,17

5 -89,36 120,01 -87,46 120,03 88,73 120,12 LEGENDA: DIR – componente direta

RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota

Tabela 13 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no CETUC,

para a orientação do arranjo do tipo ‘N’.

Houve uma concordância muito boa na detecção dos retardos principais para

os quatro primeiros pontos sondados. Apenas no ponto 5, o pico do espectro

espacial-temporal ocorreu cerca de 10 ns acima do retardo esperado (125 ns), em

condições ideais. Entretanto, o ponto em questão encontrava-se a cerca de 1 a 2 m

do fim do corredor, onde um armário metálico estava posicionado. A distância

associada à diferença de retardo observada (10 ns) é de 3 m, ou seja, compatível

com a distância adicional (ida e volta) percorrida por uma onda refletida no

armário metálico. Verificou-se ainda que, em 125 ns, a componente mais forte era

cerca de 6 dB mais fraca que o pico espectral em 135 ns, em ambos os conjuntos

‘Z’ e ‘N’, com AOAs de -6º e -81º, respectivamente. Ou seja, os dados indicam

que o armário metálico atuou como um refletor em fase com a antena

DBD



transmissora, modificando seu diagrama de radiação, o que explica a diferença

verificada no ponto 5.

A coerência observada para a detecção dos retardos também foi verificada

para os espectros espaciais. Nas tabelas acima, os AOAs das três componentes

principais convergem para a direção de broadside à medida que o transmissor se

afasta do receptor, para o conjunto ‘Z’. Para o caso da estimação por conformação

de feixe, dada a resolução máxima de 12,84º, a partir do ponto 3 já não era mais

possível prever nenhuma separação entre as componentes em questão. Esta

tendência foi confirmada pelas sondagens, como indica a Figura 161. Obviamente,

o conjunto ‘N’ apresentou tendência análoga, convergindo para a direção de

endfire (90º), também indicada na mesma figura.

LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 161 Espectro espacial por conformação de feixe nos retardos de detecção das

componentes principais no CETUC.

As estimativas por MUSIC, ilustradas na Figura 162, confirmaram a mesma

tendência esperada de convergência dos AOAs principais ao longo da rota. A

estimativa ESPRIT para o conjunto ‘Z’ também confirmou a tendência em

questão, mas o método falhou em estimar as componentes principais para o

conjunto ‘N’, como a Figura 163 indica.

Deve-se destacar ainda que ambos os métodos MUSIC e ESPRIT foram

capazes de resolver as componentes DIR e RD no ponto 3, orientação ‘Z’, com

erro menor que a resolução máxima por conformação de feixe esperada. A

conformação de feixe não tem esta capacidade a partir deste ponto.

DBD



LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 162 Espectro espacial MUSIC nos retardos de detecção das componentes

principais no CETUC.

LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 163 Espectro espacial ESPRIT nos retardos de detecção das componentes

principais no CETUC.

8.3.1.2. Medidas no edifício Leme da PUC

No corredor do edifício Leme foram realizadas sondagens em 10 posições

distintas, representadas pelos conjuntos de dados “lemeip”, onde o sufixo ip

indica o ponto (i = 1, ..., 10) e a disposição relativa do arranjo (n ou z). As figuras

a seguir (Figura 164 a Figura 166) apresentam alguns dos espectros espaciais-

temporais estimados para os 20 conjuntos em questão. A Tabela 14 e a Tabela 15

apresentam as estimativas teóricas para os conjuntos medidos no edifício Leme,

para as orientações relativas ‘Z’ e ‘N’ respectivamente.

DBD



Figura 164 Espectros espaciais-temporais por conformação de feixe para o ponto 1 do

edifício Leme.

Figura 165 Espectros espaciais-temporais por MUSIC para o ponto 5 do edifício Leme.

DBD



Figura 166 Espectros espaciais-temporais por ESPRIT para o ponto 10 do edifício Leme.

DIR RE RD PONTO


1 -4,57 16,72 -34,22 20,15 27,47 18,79

2 -2,29 33,36 -18,78 35,21 14,57 34,44

3 -1,53 50,02 -12,77 51,27 9,83 50,75

4 -1,15 66,68 -9,65 67,62 7,41 67,23

5 -0,92 83,34 -7,74 84,10 5,94 83,78

6 -0,76 100,01 -6,47 100,64 4,95 100,37

7 -0,65 116,67 -5,55 117,22 4,25 116,99

8 -0,57 133,34 -4,86 133,81 3,72 133,61

9 -0,51 150,01 -4,32 150,43 3,31 150,25

10 -0,46 166,67 -3,89 167,05 2,98 166,89

LEGENDA: DIR – componente direta RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota

Tabela 14 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no edifício

Leme, para a orientação do arranjo do tipo ‘Z’.

DBD



DIR RE RD PONTO


1 -85,43 16,72 62,53 20,15 -55,78 18,79

2 -87,71 33,36 75,43 35,21 -71,22 34,44

3 -88,47 50,02 80,17 51,27 -77,23 50,75

4 -88,85 66,68 82,59 67,62 -80,35 67,23

5 -89,08 83,34 84,06 84,10 -82,26 83,78

6 -89,24 100,01 85,05 100,64 -83,53 100,37

7 -89,35 116,67 85,75 117,22 -84,45 116,99

8 -89,43 133,34 86,28 133,81 -85,14 133,61

9 -89,49 150,01 86,69 150,43 -85,68 150,25

10 -89,54 166,67 87,02 167,05 -86,11 166,89

LEGENDA: DIR – componente direta RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota

Tabela 15 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no edifício

Leme, para a orientação do arranjo do tipo ‘N’.

Para quase todos os pontos de sondagem, a estimação dos retardos

principais apresentou muito boa concordância com o esperado. As exceções foram

os pontos 4 e 5, sendo que para este último a divergência ocorreu apenas para a

orientação ‘N’. Uma possível explicação para as diferenças observadas no ponto 4

segue a mesma linha de raciocínio adotada para o ponto 5 do CETUC. Na

distância correspondente ao ponto 6 havia um grande armário metálico encostado

em uma das paredes do corredor, como indicado na Figura 157. A diferença de

percurso entre os pontos 4 e 6 (10 m) corresponde a uma diferença de retardo de

67 ns aproximadamente, contabilizando ida e volta em linha reta. Tal diferença é

compatível com a observada entre os retardos principais esperado (70 a 75 ns) e

detectado (130 ns), embora a forma como o armário interferiu com o diagrama de

radiação da antena transmissora não tenha sido tão óbvia como a observada no

ponto 5 do CETUC.

O comportamento de convergência dos AOAs comentado para os dados do

CETUC também era esperado aqui. Para o caso da estimação por conformação de

feixe, a partir do ponto 4 já não era mais possível prever nenhuma separação entre

as componentes em questão. Esta tendência foi confirmada pelas sondagens, como

DBD



indica a Figura 167. A tendência análoga para o conjunto ‘N’ também é indicada

na mesma figura.

LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 167 Espectro espacial por conformação de feixe nos retardos de detecção das

componentes principais no edifício Leme.

As estimativas por MUSIC, ilustradas na Figura 168, confirmaram a

tendência esperada de convergência dos AOAs principais ao longo da rota. A

estimativa ESPRIT para o conjunto ‘Z’ também confirmou a tendência em

questão, mas o método voltou a falhar para o conjunto ‘N’, como a Figura 169

indica, embora algumas componentes refletidas tenham sido detectadas.

LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 168 Espectro espacial MUSIC nos retardos de detecção das componentes

principais no edifício Leme.

DBD



LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 169 Espectro espacial ESPRIT nos retardos de detecção das componentes

principais no edifício Leme.

Os métodos MUSIC e ESPRIT foram capazes de resolver as componentes

DIR, RD e RE em alguns pontos além do ponto limite para a conformação de

feixe (3), para a orientação ‘Z’. Em particular, o MUSIC foi capaz de resolver as

componentes DIR e RE em dois pontos além do limite mencionado. O ESPRIT

foi ainda mais eficaz, resolvendo estas componentes em quatro pontos além do

limite em questão, além de resolver as componentes DIR e RD em dois pontos.

8.3.1.3. Avaliação do desempenho dos métodos espaciais adotados

Destacar um método específico como o mais eficiente ou adequado a partir

dos resultados apresentados não é uma tarefa simples. A conformação de feixe foi

robusta para todos os conjuntos, mas incapaz de resolver componentes próximas,

como esperado. O ESPRIT por sua vez, conseguiu realizar a referida separação,

mas seu desempenho para a configuração ‘N’ foi inaceitável. O MUSIC também

foi capaz de resolver algumas componentes de propagação com AOAs muito

próximos, embora em menor número que o ESPRIT, e com desempenho aceitável

para a orientação ‘N’. Os espectros MUSIC foram também mais “enxutos” que os

por conformação de feixe, com menos picos secundários e menor amplitude dos

mesmos. Sob um ponto de vista subjetivo portanto, adotando um meio-termo

entre robustez e resolução, o MUSIC pode ser indicado como o que melhor se

comportou para os conjuntos testados.

DBD



8.3.2. Influência da supressão de ruído dos PDPs na estimação do espectro espacial

Conforme previamente mencionado, apenas alguns conjuntos foram

submetidos ao processamento adicional de supressão de ruído 2D, já que não se

esperava alterações significativas nos picos principais, os únicos comparados a

estimativas teóricas. De fato, todos os conjuntos assim processados apresentaram

o desempenho esperado, com redução significativa do piso de ruído nos retardos

mais altos. A Figura 170 exemplifica isto.

Figura 170 Espectro espacial-temporal MUSIC sem e com supressão de ruído 2D (sufixo

“den”) para o conjunto cetuc1n.

8.3.3. Comparação com resultados da sondagem por abertura sintética

Dois conjuntos de medidas obtidos pela sondagem por abertura sintética,

AOALH e AOALV, guardam grande semelhança com os conjuntos analisados

neste capítulo. Em particular, fatores em comum como a condição de visibilidade,

a disposição relativa dos arranjos, e os locais de medidas (corredores) indicam a

possibilidade e a conveniência de se tentar comparar os dados em questão. Não se

pode perder de vista, entretanto, que além das diferenças associadas às técnicas de

sondagem propriamente ditas, havia diferenças razoáveis entre os locais de teste

(largura dos corredores, constituição elétrica das paredes, reentrâncias, presença

de obstáculos metálicos, etc), de modo que a comparação deve ser interpretada

com ressalvas.

A Figura 171 apresenta a comparação entre os conjuntos de dados obtidos

sob orientação do arranjo perpendicular às paredes dos corredores (AOALV,

DBD



cetucz e lemez), com respectivos espectros espaciais estimados por conformação

de feixe, na componente de retardo principal. À primeira vista, as diferenças

podem ser classificadas com base em dois parâmetros: número de picos; e faixa

dinâmica (mais especificamente a diferença entre as potências do pico principal e

dos picos secundários, não associados às reflexões principais). O número médio

de picos é sempre maior nos conjuntos estimados com arranjo real, numa

proporção aproximada de 50%. No entanto, esta diferença pode ser creditada ao

maior número de elementos do arranjo real – 16 x 11, numa proporção

equivalente à observada para o número de picos. A diferença mais marcante é

observada na faixa dinâmica das estimativas, bem menor para os dados obtidos

com arranjo real.

Figura 171 Comparação entre AOALV e os conjuntos cetucz e lemez, para estimação

espacial por conformação de feixe.

As mesmas observações quanto às estimativas por conformação de feixe

cabem para as estimativas por MUSIC. Com espectros de aparência mais “clara”

que os por conformação de feixe, fica mais fácil constatar as referidas diferenças,

como pode ser verificado na Figura 172.

DBD



Figura 172 Comparação entre AOALV e os conjuntos cetucz e lemez, para estimação

espacial por MUSIC.

A comparação entre os dados correspondentes à orientação de arranjo

paralela às paredes do corredor apresentou resultados análogos quanto ao número

de picos detectados, em ambas estimativas (por conformação de feixe e por

MUSIC). Já a faixa dinâmica apresentou comportamento distinto. No caso da

conformação de feixe, verifica-se uma razoável semelhança, como ilustrado na

Figura 173. A Figura 174 apresenta as comparações entre as estimativas por

MUSIC, na qual se percebe semelhança na faixa dinâmica “efetiva”, ou seja, com

relação aos níveis mais baixos do espectro. A faixa dinâmica associada aos picos

secundários, como previamente definida para as presentes comparações, mostra-se

reduzida nos dados associados ao arranjo real.

DBD



Figura 173 Comparação entre AOALH e os conjuntos cetucn e lemen, para estimação

espacial por conformação de feixe.

Figura 174 Comparação entre AOALH e os conjuntos cetucn e lemen, para estimação

espacial por MUSIC.

DBD



Assumindo que os efeitos das diferenças entre os ambientes de sondagem

em questão são menos relevantes, tende-se a atribuir os resultados verificados nas

comparações ao acoplamento mútuo entre as antenas do arranjo real. Na verdade,

as diferenças seriam ainda maiores, em tese, se as sondagens por abertura sintética

tivessem sido realizadas com maior controle sobre a precisão da separação entre

as posições dos arranjos sintetizados. As contribuições indesejadas do

acoplamento mútuo tendem a reduzir a faixa dinâmica das estimativas, o que fica

mais evidente quando a incidência da componente principal se dá na direção de

broadside do arranjo. Nesta situação, os elementos do arranjo são atingidos por

pela frente de onda de modo uniforme, induzindo a mesma densidade de corrente

em todos os elementos, maximizando o efeito de interferência das ondas re-

irradiadas. Na direção de endfire, a frente de onda atinge primeiro um dos

elementos do arranjo. Os demais são atingidos sucessivamente após

deslocamentos de aproximadamente ½ comprimento de onda (0,3 no caso desta

tese), ou seja, por versões sucessivamente atenuadas e retardadas com relação à

incidência no primeiro elemento. Com isso, o efeito do acoplamento mútuo tende

a ser mínimo nesta situação, em concordância com os resultados observados para

os conjuntos cujos arranjos estavam orientados paralelamente às paredes dos

corredores.

DBD


8 estimação do canal espacial com uso de arranjo … · 8 estimação do canal espacial com uso...

Documents