Apostila Radios Digitais - Siemens

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<p>TRANSMISSO POR RDIO DIGITAL</p> <p>Curso UD8017</p> <p>A30808-X5226-D38-2-1918</p> <p>Siemens Ltda. Centro de Treinamento Werner von Siemens R. Pedro Gusso, 2635 - CEP 81310-900 - Curitiba - PR Tel./Fax: (++41) 341-6722 / 341-5013 CAS - Central de Atendimento Siemens: 0800 119484 Homepage: http://www.siemens.com.br/IC/tti/index.htm e-mail: treinamento@siemens.com.br</p> <p>Este documento consiste de 101 pginas.</p> <p>Elaborado por: U37, IC CS TE Liberado em novembro de 2001. Publicado pelo setor de Gerao de Documentao de Cliente IC CS TD Impresso no Brasil. Sujeito a alteraes tcnicas.</p> <p>A reproduo deste documento, assim como o uso e a revelao de seu contedo no so permitidos, salvo por autorizao expressa. Os infratores esto sujeitos s penas da lei e respondem por perdas e danos. No caso de concesso de patente ou de registro de fbrica, ficam reservados os direitos de exclusividade. O cumprimento do constante nas especificaes tcnicas e nas descries de facilidades s obrigatrio quando acordado em contrato especfico.</p> <p>Siemens Ltda.</p> <p>2/101</p> <p>A30808-X5226-D38-2-1918</p> <p>UD8017</p> <p>ndice1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.4 2.5 3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.5 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 Ondas Eletromagnticas .................................................................................................................... 5 Propagao de Ondas Eletromagnticas ........................................................................................... 6 Polarizao ......................................................................................................................................... 7 Rdio Freqncia................................................................................................................................ 8 Rdio Transmisso............................................................................................................................. 9 Rdio Ponto a Ponto Analgico ........................................................................................................ 10 Rdio Ponto a Ponto Digital.............................................................................................................. 11 Rdio Tronco e Rdio Acesso .......................................................................................................... 12 Rdio Digital x Fibra ptica .............................................................................................................. 14 Satlite ............................................................................................................................................ 15 Rdios Ponto-Multi-Ponto ................................................................................................................. 16 Celular - GSM ................................................................................................................................... 17 Diagrama em Blocos Rdio Digital ................................................................................................... 19 Interface Tributrio............................................................................................................................ 19 Multiplex/Demultiplex ........................................................................................................................ 21 Insero/Extrao de Servios ......................................................................................................... 21 Quadro Digital PDH .......................................................................................................................... 22 Quadro Digital SDH .......................................................................................................................... 22 Embaralhador/Desembaralhador...................................................................................................... 26 Codificador Diferencial...................................................................................................................... 27 Modulador ......................................................................................................................................... 28 Demodulador .................................................................................................................................... 29 Transmissor ...................................................................................................................................... 30 Receptor ........................................................................................................................................... 31 Derivao.......................................................................................................................................... 32 Conceitos Rdio Digital..................................................................................................................... 33 Potncia Tx/Rx ................................................................................................................................. 33 Largura de Banda e Canalizao de RF........................................................................................... 33 TEB - Taxa de Erro de Bit................................................................................................................. 34 Cosseno Roll-Off, Nyquist, Banda de Passagem ............................................................................. 35 Cosseno roll-off, Banda de Passagem ............................................................................................. 38 Filtros ............................................................................................................................................ 40 Modulaes....................................................................................................................................... 42 Modulao 64QAM ........................................................................................................................... 43 Modulador bsico 64QAM ................................................................................................................ 43 Demodulador bsico 64QAM............................................................................................................ 48 BCM Modulao Codificada em Blocos ........................................................................................ 50 TCM - Modulao Codificada em Trelia ......................................................................................... 55 Codificao Trelis ............................................................................................................................. 56 Decodificao Trelis ......................................................................................................................... 59 TFM - Modulao em Freqncia Suave ......................................................................................... 62 Modulaes CPM.............................................................................................................................. 62 Modulao TFM................................................................................................................................ 63 Demodulao TFM ........................................................................................................................... 66</p> <p>UD8017</p> <p>A30808-X5226-D38-2-1918</p> <p>3/101</p> <p>6 6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 7 7.1 7.2 7.3</p> <p>Rudos e Circuitos Corretores ...........................................................................................................71 Relao S/N ......................................................................................................................................71 Relao entre TEB e S/N ..................................................................................................................73 CDIGOS CORRETORES DE ERRO - FEC ...................................................................................78 Cdigo de blocos...............................................................................................................................79 Esquema de FEC para rdio digital de alta capacidade ...................................................................81 Resultados do FEC ...........................................................................................................................84 EQUALIZAO .................................................................................................................................85 Propagao por mltiplos percursos e suas conseqncias ............................................................85 Equalizao Transversal no Domnio do Tempo ..............................................................................90 Melhoria com o uso do equalizador transversal................................................................................92 OPERAO CO-CANAL ..................................................................................................................93 Operao co-canal em rdio digital...................................................................................................94 XPD Degradao de Polarizao Cruzada ....................................................................................94 Contramedidas para interferncia cross-polar ..................................................................................95 PROTEO EM RDIOS DIGITAIS.................................................................................................97 SISTEMA 1+1 ISOFREQUENCIAL HOT-STANDBY........................................................................98 SISTEMA N:1 COM DIVERSIDADE EM FREQUNCIA ..................................................................99 Diversidade em Espao ..................................................................................................................100</p> <p>4/101</p> <p>A30808-X5226-D38-2-1918</p> <p>UD8017</p> <p>1</p> <p>Ondas Eletromagnticas</p> <p>O estudo das ondas eletromagnticas foi iniciado com o estudo da luz, que a onda eletromagntica mais natural em nossa vida. Os primeiros a estudar a luz foram: os gregos da escola Platnica, Demcrito e Lucrcio; em Alexandria, Hero e Ptolomeu; os rabes, Alkindi e Alhazen e tambm, os europeus Roger Bacon, Galileu, Leonardo da Vinci, Ren Descartes e finalmente Christian Huygens, que foi o primeiro a interpretar a luz como onda. A teoria de Huygens foi comprovada por Thomas Young, que demonstrou o fenmeno da interferncia, e em 1809 por Etienne Louis Malus, que descobriu que, a luz pode ser polarizada na reflexo. Augustin Fresnel explicou e difundiu no mundo cientfico a teoria ondulatria de Huygens. Em 1873, o ingls James Clerk Maxwell colocou as idias de Michael Faraday em forma matemtica e descreveu sua Teoria Eletromagntica em um tratado. Esta teoria prev a existncia de ondas eletromagnticas com a velocidade da luz, que leva a concluir que a luz uma onda eletromagntica. Este trabalho de Maxwell unificou e serve como base para toda a teoria eletromagntica clssica. Abaixo as Equaes de Maxwell.</p> <p> E dA = q / B dA = 0 E ds = B ds = </p> <p>0</p> <p>Lei da Eletricidade de Gauss Carga e Campo Magntico Lei do Magnetismo de Gauss Campo Magntico Lei de Faraday Campo Eltrico produzido por um Campo Magntico Varivel</p> <p>d B dt 0 d E + 0i dt</p> <p>0</p> <p>Lei de Ampre-Maxwell Campo Eltrico produzido por um Campo Eltrico varivel e/ou corrente eltrica</p> <p>As Equaes de Maxwell explicam fenmenos pticos e eletromagnticos, formando a base para o entendimento de diversos dispositivos como: motores eltricos, telescpios, culos, transmissores e receptores de TV, telefones, eletroims, forno microondas, radar, etc. Aprofundando o estudo das Equaes de Maxwell, Albert Einstein desenvolveu e publicou, em 1905, a Teoria da Relatividade. Tambm guiado pelas Equaes de Maxwell, Heinrich Hertz descobriu em laboratrio, no ano de 1888, as ondas de rdio. Hertz, fsico alemo, professor da Universidade de Bona, construiu o primeiro oscilador capaz de transmitir uma onda eletromagntica utilizando uma bobina de Ruhmkorff.</p> <p>A bobina de Ruhmkorff tem as extremidades do induzido ligadas a duas hastes metlicas de 1 metro de comprimento, colocadas no prolongamento uma da outra, terminadas nas extremidades prximas por dois botes metlicos muito polidos separados por um espao de 2 cm e nas outras extremidades por duas esferas metlicas de 15 cm de dimetro. Quando a bobina de Ruhmkorff comea a funcionar, o oscilador vai se carregando pouco a pouco at que chega o momento de saltar uma fasca entre os botes. A partir desse momento a descarga oscilante comea e vai amortecendo para se reproduzir a cada vez que o circuito indutor se interrompe pelo interruptor. Esse dispositivo funcionava como transmissor. Nas pontas das hastes foram colocadas argolas de metal para funcionar como antenas e receptores, de onde tambm saltavam fascas quando a bobina recebia a carga eltrica. Como no havia nenhuma ligao slida entre o aparelho transmissor e a argola, Hertz chegou concluso de que as ondas eletromagnticas se propagavam pelo ar. Ele descobriu que estas descargas eram oscilatrias na freqncia aproximada de 80 MHz.</p> <p>UD8017</p> <p>A30808-X5226-D38-2-1918</p> <p>5/101</p> <p>1.1</p> <p>Propagao de Ondas Eletromagnticas</p> <p>A onda eletromagntica composta por um campo eltrico (E) e um campo magntico (H), estes campos so perpendiculares entre si e, tambm, ao sentido de propagao, conforme a figura a seguir.</p> <p>Campo Magntico (H)</p> <p> Campo Eltrico (E)</p> <p>Direo de Propagao</p> <p>As ondas eletromagnticas so representadas normalmente por senides, uma para cada campo. Deste modo a onda eletromagntica possui alguns parmetros caractersticos, que esto relacionados da seguinte maneira:</p> <p>=onde:</p> <p>c f comprimento de onda (m) c velocidade da luz (300.000.000m/s) f freqncia (Hz) - nmero de repeties de um fenmeno em um segundo</p> <p>Observa-se ainda, que os campos eltrico e magntico, apesar de serem perpendiculares entre si, esto sempre em fase. Ou seja, os mximos e os mnimos dos dois campos ocorrem simultaneamente. As ondas eletromagnticas tem como caracterstica principal a sua velocidade. Da ordem de 300.000 Km/s no vcuo, no ar sua velocidade um pouco menor. Considerada a maior velocidade do universo, elas podem vencer vrios obstculos fsicos, tais como gases, atmosfera, gua, paredes, dependendo da sua frequncia. A luz por exemplo, no consegue atravessar uma parede mas, atravessa com grande facilidade a gua, o ar atmosfrico etc. Isso se deve ao fato da luz possuir partculas chamadas ftons, quanto mais energtico for o fton, menor o seu poder de transposio de obstculos, por causa disso a luz que possui uma alta frequncia no consegue atravessar uma parede. Tanto a luz como o infravermelho ou ondas de rdios, so iguais, o que diferencia uma onda ele...</p>