bloqueador de mÚltiplas freqÜÊncias: concepÇÃo do
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
RICARDO DE SOUZA TOSCANO
BLOQUEADOR DE MÚLTIPLAS FREQÜÊNCIAS:CONCEPÇÃO DO SISTEMA E ESTUDO DE CASO PARA
TERMINAIS IS-95
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso deMestrado em Engenharia Elétrica do Instituto Militarde Engenharia, como requisito parcial para obtenção dotítulo de Mestre em Ciências em Engenharia Elétrica.
Orientador: José Carlos Araújo dos Santos, Ph.D.Co-orientador: Maurício Henrique Costa Dias, Dr.
Rio de Janeiro2006
c2006
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIAPraça General Tibúrcio, 80-Praia VermelhaRio de Janeiro-RJ CEP 22290-270
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É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliote-cas deste trabalho, sem modi�cação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venhaa ser �xado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem �nalidadecomercial e que seja feita a referência bibliográ�ca completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s)orientador(es).
T713b Toscano, Ricardo de SouzaBloqueador de múltiplas freqüências: Concepção do sistema e estudo de
caso para terminais IS-95 / Ricardo de Souza Toscano. - Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2006.
89 p.: il, graf., tab.
Dissertação (mestrado) - Instituto Militar de Engenharia- Rio de Janeiro,2006.
1. Eletromagnetismo. 2. Bloqueador de múltiplas freqüências 3. Termi-nais IS-95 II. Instituto Militar de Engenharia.
CDD 537
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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
RICARDO DE SOUZA TOSCANO
BLOQUEADOR DE MÚLTIPLAS FREQÜÊNCIAS: CONCEPÇÃO DOSISTEMA E ESTUDO DE CASO PARA TERMINAIS IS-95
Dissertação de Mestrado apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Elétricado Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para obtenção do título deMestre em Ciências em Engenharia Elétrica.
Orientador: José Carlos Araújo dos Santos, Ph.D.Co-orientador: Maurício Henrique Costa Dias, Dr.
Aprovada em 17 de Agosto de 2006 pela seguinte Banca Examinadora:
José Carlos Araújo dos Santos, Ph.D. do IME - Presidente
Maurício Henrique Costa Dias, Dr. do IME
Fernando da Rocha Pantoja, Ph.D. do CIAW
Jorge Luís Rodrigues Pedreira de Cerqueira, Dr. do IME
Rio de Janeiro2006
3
À Nossa Senhora de Fátima
4
AGRADECIMENTOS
À Deus, ao Mestre Jesus e a todos os que compõem a sua Cúpula Divina, pelaproteção que recebi durante toda a minha vida.
Aos meus pais Attílio e Alady, aos meus irmãos Armando e Alexandre, e à minhaesposa Maria Luiza, por terem me dado muito carinho durante essa árdua caminhada.
Aos meus demais familiares e amigos, por entenderem a minha ausência durante arealização do curso.
Ao Professor José Carlos Araújo dos Santos, pelos conhecimentos transmitidos, com-petência e dedicação como orientador.
Ao Major Maurício e ao Tenente Danilo, pelo apoio que me ofereceram quando eumais precisei.
Aos meus amigos João Dias, Marcio Roberto Alves Lobato, Leonardo Cavalcanti deSá Neto e Paulo André Botelho de Moraes, pela ajuda e incentivo durante o desenvolvi-mento desse trabalho.
Ao Instituto Militar de Engenharia e em especial à Seção de Engenharia Elétrica,por terem me proporcionado a chance de estudar num centro de excelência.
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SUMÁRIO
LISTA DE ILUSTRAÇÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
LISTA DE TABELAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.1 Objeto do estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.2 Composição do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 INTERFERÊNCIA EM SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES 182.1 Conceito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2 CME do tipo bloqueio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.1 Bloqueio com ruído . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.1.1Bloqueio com ruído em banda larga - BBN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.1.2Bloqueio com ruído em parte da banda - PBN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.1.3Bloqueio com ruído em banda estreita - NBN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.2 Bloqueio por tom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.2.1Bloqueio por tom simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.2.2Bloqueio por tons múltiplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.3 Bloqueio com varredura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.4 Bloqueio por pulso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.5 Bloqueio seguidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.6 Bloqueio inteligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.3 Modelo genérico da recepção de um sinal em sistemas de telecomunicações . . 272.4 Relação entre as potências dos sinais de bloqueio e do sistema . . . . . . . . . . . . . 302.5 Considerações importantes para melhoria da efetivação do bloqueio . . . . . . . . 342.5.1 Aplicação ao sistema de telefonia móvel CDMA (IS-95) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.2 Aplicação em outros sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3 DISPOSITIVOS BLOQUEADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.1 Composição básica de um dispositivo bloqueador em banda larga . . . . . . . . . . 403.2 Composição básica de um dispositivo bloqueador em banda estreita . . . . . . . . 413.3 Composição básica de um dispositivo bloqueador com varredura . . . . . . . . . . . 42
6
3.4 Operação em múltiplas bandas de freqüências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.5 Dispositivos bloqueadores disponíveis no mercado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4 ANÁLISE COMPUTACIONAL DA EFETIVAÇÃO DO BLO-QUEIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1 Simulação computacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.1.1 Simulação computacional de um bloqueador com varredura . . . . . . . . . . . . . . . 514.1.2 Simulação computacional do sistema de telefonia móvel CDMA (IS-95) . . . . . 554.2 Avaliação computacional do efeito do bloqueador no sistema de telefo-
nia móvel CDMA (IS-95) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.2.1 Resultados obtidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5 IMPLEMENTAÇÃO E TESTES PRÁTICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.1 Implementação de um dispositivo bloqueador com varredura . . . . . . . . . . . . . . 615.1.1 Composição e topologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.1.2 Projeto dos módulos do bloqueador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.1.3 Implementação do bloqueador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695.2 Testes do bloqueador implementado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705.3 Validação da efetividade do bloqueador sobre o sistema de telefonia
móvel CDMA (IS-95) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715.3.1 Ambiente de realização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.3.2 Resultados obtidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
8 APÊNDICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818.1 Informações adicionais sobre alguns módulos do dispositivo bloqueador
implementado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828.1.1 Módulo Gerador de Sinal de Varredura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828.1.2 Módulo Somador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848.1.3 VCO - Oscilador Controlado à Tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIG.2.1 Perturbações sofridas pelos sinais em sistemas de telecomunicações. . . . . 18FIG.2.2 Representação grá�ca do ruído branco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22FIG.2.3 Espectro do bloqueio BBN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23FIG.2.4 Espectros do bloqueio PBN para (a) canais contínuos e (b) canais
alternados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23FIG.2.5 Espectro do bloqueio NBN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24FIG.2.6 Espectro do bloqueio por tom simples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25FIG.2.7 Espectro do bloqueio por tons múltiplos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25FIG.2.8 Sugestão de um dispositivo bloqueador para o modo bloqueio
repetidor em sistemas PCS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26FIG.2.9 Representação dos sinais presentes em um sistema receptor de tele-
comunicações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27FIG.2.10 Processo de aquisição do terminal móvel no sistema CDMA. . . . . . . . . . . 36
FIG.3.1 Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador BBN. . . . . . . . . . . . . . 41FIG.3.2 Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador NBN. . . . . . . . . . . . . . 42FIG.3.3 Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador NBN com
translação em freqüência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42FIG.3.4 Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador com varredura. . . . . 43FIG.3.5 Diagrama em blocos de um dispositivo bloqueador em múltiplas
bandas de freqüências com multiplicação dos módulos. . . . . . . . . . . . . . . 44FIG.3.6 Diagrama em blocos de um dispositivo bloqueador em múltiplas
bandas de freqüências com três derivações dos módulos. . . . . . . . . . . . . . 45FIG.3.7 Diagrama em blocos de um dispositivo bloqueador em múltiplas
bandas de freqüências com ampli�cador em banda larga e antenabanda larga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
FIG.3.8 Antena fractal do tipo Sierpinski. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47FIG.3.9 Bloqueador para telefonia móvel celular (SPYMODEX, 2006). . . . . . . . . 48FIG.3.10 Bloqueador para sistemas Wi-Fi e câmera wireless
(GLOBAL_GADGET, 2006). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49FIG.3.11 Bloqueador para telefonia móvel celular (SPYMODEX, 2006). . . . . . . . . 50
FIG.4.1 Diagrama em blocos do dispositivo bloqueador, em Simulink. . . . . . . . . . 52
8
FIG.4.2 Ruído branco gerado [Amplitude (V) × Tempo (s)] no Simulink. . . . . . . 52FIG.4.3 Onda quadrada gerada [Amplitude (V) × Tempo (s)] no Simulink. . . . . . 53FIG.4.4 Onda triangular gerada [Amplitude (V) × Tempo (s)] no Simulink. . . . . 53FIG.4.5 Operação de soma do ruído branco e a onda triangular [Amplitude
(V) × Tempo (s)] no Simulink. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54FIG.4.6 Sinal na saída do VCO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55FIG.4.7 Canal direto de tráfego, modelo ponto-a-ponto, IS-95A, CDMA. . . . . . . . 56FIG.4.8 Diagrama em blocos da simulação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58FIG.4.9 BER em função de J/S. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
FIG.5.1 Diagrama em blocos do dispositivo bloqueador implementado. . . . . . . . . 61FIG.5.2 Freqüência × Tensão em um VCO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62FIG.5.3 Esquemático do Gerador de Ruído implementado e estágios de am-
pli�cação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64FIG.5.4 Ruído branco gerado observado em um osciloscópio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64FIG.5.5 Gerador de Onda Quadrada implementado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65FIG.5.6 Forma de onda quadrada gerada observada em um osciloscópio. . . . . . . . 66FIG.5.7 Integrador implementado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66FIG.5.8 Forma de onda triangular gerada observada em um osciloscópio. . . . . . . . 67FIG.5.9 Controlador do Nível DC implementado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67FIG.5.10 Somador implementado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68FIG.5.11 Forma de onda na saída do Somador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68FIG.5.12 Placa implementada com os circuitos do bloqueador (até o so-
mador, inclusive). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69FIG.5.13 Placa do VCO implementada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70FIG.5.14 Banda de freqüências gerada observada no osciloscópio. . . . . . . . . . . . . . . 71FIG.5.15 Arranjo para realização dos testes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72FIG.5.16 Mapeamento das potências do sinal da ERB CDMA mais próxima
(valores em dBm). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
FIG.8.1 Esquemático de um multivibrador astável (JÚNIOR, 1988). . . . . . . . . . . . 83FIG.8.2 Esquemático de um Integrador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84FIG.8.3 Esquemático de um circuito Somador Inversor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85FIG.8.4 Somador Não Inversor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
9
FIG.8.5 Exemplo de arranjo de um oscilador Hartley (BOYLESTAD eNASHELSKY, 1998). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
FIG.8.6 Exemplo de arranjo de um oscilador Colpitts (BOYLESTAD eNASHELSKY, 1998). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
10
LISTA DE TABELAS
TAB.2.1 Portadoras primária e secundária do sistema de telefonia móvelCDMA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
TAB.2.2 Freqüências utilizadas pelos rádios TalkAbout (MOTOROLA,2006). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
TAB.3.1 Especi�cações técnicas (SPYMODEX, 2006). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48TAB.3.2 Especi�cações técnicas (GLOBAL_GADGET, 2006). . . . . . . . . . . . . . . . . 49TAB.3.3 Especi�cações técnicas (SPYMODEX, 2006). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
TAB.4.1 Resultados obtidos na simulação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
TAB.5.1 Especi�cações técnicas do VCO JTOS-1025 (MINI-CIRCUITS,2001). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
TAB.5.2 Resultados práticos do bloqueador implementado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71TAB.5.3 Resultados dos testes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
11
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
ABREVIATURAS
AMPS - Advanced Mobile Phone System (Sistema de Telefonia MóvelAvançado)
AWGN - Additive White Gaussian Noise (Ruído Branco Gaussiano Aditivo)BER - Bit Error Rate (Taxa de Erro de Bit)CDMA - Code Division Multiple Access (Acesso Múltiplo por Divisão de
Código)CME - Contra-Medida EletrônicaDS - Direct Sequence (Seqüência Direta)ERB - Estação Rádio-BaseFDMA - Frequency Division Multiple Access (Acesso Múltiplo por Divisão
de Freqüência)FER - Frame Error Rate (Taxa de Erro de Quadro)FH - Frequency Hopping (Salto em Freqüência)GLO - Garantia da Lei e da OrdemGPS - Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global)GSM - Global System for Mobile (Sistema Global para Comunicações
Móveis)IS-95 - Interim Standard-95 (Padrão Interino-95)PCS - Personal Communication Systems (Sistemas de Comunicação
Pessoal)RF - Radio Frequency (Freqüência de Rádio)RSR - Relação Sinal-RuídoTDMA - Time Division Multiple Access (Acesso Múltiplo por Divisão de
Tempo)TH - Time Hopping (Salto no Tempo)VCO - Voltage Controlled Oscillator (Oscilador Controlado à Tensão)Wi-Fi - Wireless Fidelity (Fidelidade Sem Fio)
12
RESUMO
Este trabalho descreve o conceito de geração de interferência intencional, tambémdenominada de "Contra-Medida Eletrônica (CME )", através da utilização de um dispo-sitivo bloqueador em sistemas que operam com propagação no espaço livre.
É realizada uma abordagem sobre a CME do tipo "bloqueio", destacando algumasformas possíveis de implementação desta técnica e seus respectivos conceitos.
Tomando como base um modelo genérico da recepção de um sinal em sistemas de tele-comunicações, são apresentadas algumas considerações sobre a relação entre a potênciado sinal de bloqueio e a potência do sinal do sistema a ser interferido.
É realizado o projeto de um dispositivo bloqueador com varredura para a faixa de590 a 973,4 MHz, assim como sua respectiva implementação. São sugeridas algumastopologias para operação desse dispositivo em múltiplas bandas de freqüências.
É apresentado um estudo de caso para a condição de bloqueio sobre o sistema detelefonia móvel CDMA (IS-95). É elaborada uma simulação, através do programa Mat-Lab 7.0 (Simulink), envolvendo um modelo do canal de tráfego do CDMA (IS-95) euma réplica de um dispositivo bloqueador. Os resultados obtidos durante os eventos desimulação são apresentados e comentados.
Em virtude da implementação do dispositivo bloqueador, são realizados testes práti-cos de geração de interferência sobre o sistema CDMA e os resultados obtidos são tambémapresentados e comentados.
13
ABSTRACT
This work describes the concept of generating intentional interference, also referred toas Electronic Countermeasure (ECM), by the use of a jammer device in systems operatingwith free space propagation.
The approach is focused on a "jamming" type ECM, highlighting some of the possibleways of implementing this technique and its respective concepts.
Based on a generic model of signal reception in telecommunications systems, thiswork sets forth some considerations on the relationship between the jamming signalpower and the signal power of the interfered system.
The work further encompasses the design of a sweep jammer device for the 590 to973.4 MHz frequency range, as well as it�s respective implementation. Some topologiesfor multiple-frequency bands operation are suggested.
A case study is presented for the CDMA (IS-95) mobile telephony system. Thiswork comprises a simulation using MatLab 7.0 (Simulink) program, involving a CDMA(IS-95) tra�c channel model and a jammer device replica. The results obtained duringthe simulation events are presented and commented.
By implementing the jammer device, practical tests of interference generation onthe CDMA system are carried out and the results obtained are also summarized andcommented.
14
1 INTRODUÇÃO
1.1 OBJETO DO ESTUDO
A comunicação é uma das maiores necessidades da sociedade humana desde osprimórdios da sua existência. Conforme as civilizações se espalhavam, ocupando áreascada vez mais dispersas geogra�camente, a comunicação a longa distância se tornavauma necessidade e um desa�o. Formas de comunicação através de sinais de fumaça oupombos-correio foram as maneiras encontradas por nossos ancestrais para tentar aproxi-mar as comunidades distantes.
Com o advento da tecnologia, principalmente no século XX, diversas novas formasde comunicação foram implementadas, possibilitando praticamente a conexão de todo omundo em tempo real.
Dentre as tecnologias que utilizam o espaço livre como meio de transmissão para assuas comunicações, uma das que mais se desenvolveu nos últimos anos foi a das redes decomunicações móveis, que permitem a facilidade da comunicação entre pontos distintoscom mobilidade e qualidade. No panorama atual, existem diversas empresas que prestameste tipo de serviço e, consequentemente, uma quantidade considerável de sistemas decomunicação são disponibilizados à população através desta tecnologia.
Entretanto, existem algumas situações em que esta facilidade de se comunicar commobilidade é mal utilizada. Exemplos freqüentes ocorrem em presídios, locais de realiza-ção de concursos, entre outros.
Nessas situações é necessário justamente inviabilizar o estabelecimento de enlaces decomunicação. Para esta �nalidade, pode-se utilizar o conceito de um dispositivo denomi-nado bloqueador, o qual, genericamente, tem como função inserir um sinal interferenteno espectro para degradação da qualidade do sinal no receptor do sistema.
Os dispositivos bloqueadores são amplamente utilizados em aplicações de GuerraEletrônica, principalmente em situações onde é necessária a efetivação da Garantia da Leie da Ordem (GLO). O desenvolvimento desses dispositivos é uma das ações de interessedo Exército Brasileiro contido em seu Plano Básico de Ciência e Tecnologia.
Alguns estudos relacionados à dispositivos bloqueadores já foram desenvolvidos noInstituto Militar de Engenharia em nível de Graduação, como por exemplo, (FILHO etal., 2003) e (AGUIAR e DA SILVA, 2004).
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O presente trabalho tem como objetivo apresentar algumas contribuições no que dizrespeito a teoria, projeto, simulação, implementação e teste de um dispositivo bloqueadorque opere em redes de comunicações móveis.
Com o intuito de realizar um estudo sincronizado com as necessidades atuais, éfeita uma abordagem sobre algumas possibilidades de funcionamento de um dispositivobloqueador em múltiplas bandas de freqüências simultaneamente, a �m de proporcionara operação de forma abrangente do dispositivo. O sistema de telefonia móvel CDMA(IS-95) é de particular interesse neste trabalho.
1.2 COMPOSIÇÃO DO TRABALHO
O Capítulo 2 apresenta uma classi�cação das perturbações sofridas pelos sinais emsistemas de telecomunicações. Dentre essas, é dada uma maior ênfase às interferênciasproduzidas pelo homem de forma intencional, que são denominadas genericamente de"Contra-Medidas-Eletrônicas - CME". São citados os tipos de CME e, após, é feita umaabordagem sobre a CME do tipo "bloqueio", com a apresentação de algumas formaspossíveis de implementação deste tipo de CME e os seus respectivos conceitos. É apre-sentado um modelo genérico da recepção de um sinal em sistemas de telecomunicações e,ainda, as considerações sobre os sistemas que operam com a condição de espalhamentoespectral e, conseqüentemente, com o ganho de processamento. É apresentado também,um desenvolvimento teórico sobre a relação entre as potências dos sinais de bloqueio edo sistema em um receptor. Para melhor e�ciência na efetivação do bloqueio, são descri-tas algumas considerações importantes para a inserção do sinal interferente. A título deexempli�cação, são apresentadas as condições de aplicação do bloqueio sobre os principaispadrões de telefonia móvel, com especial destaque para o sistema CDMA (IS-95), vistoa imunidade (teórica) que o mesmo possui a ruídos externos, em comparação a outrossistemas.
O Capítulo 3 apresenta algumas composições básicas de dispositivos bloqueadores.Tomando como base um dispositivo bloqueador que opera seguindo o conceito de blo-queio com varredura, são citadas algumas sugestões para operação desse dispositivo emmúltiplas bandas de freqüências. Finalizando esse capítulo, são listados alguns mode-los de dispositivos bloqueadores disponíveis no mercado e suas respectivas especi�caçõestécnicas.
O Capítulo 4 apresenta o desenvolvimento de uma simulação computacional no pro-grama MatLab 7.0 (Simulink), envolvendo réplicas de um dispositivo bloqueador e do
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canal de tráfego do sistema de telefonia móvel CDMA (IS-95). São apresentados osresultados obtidos através da simulação.
O Capítulo 5 apresenta o projeto e a implementação de um dispositivo bloqueadorque opera na faixa de 590 a 973,4 MHz. Ainda neste capítulo, são descritos os testesde geração de interferência sobre o sistema de telefonia móvel CDMA com o dispositivobloqueador implementado. Os resultados práticos obtidos são analisados.
Finalizando, o Capítulo 6 apresenta a conclusão do trabalho, destacando as principaiscontribuições que o mesmo proporcionou e algumas sugestões para trabalhos futuros.
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2 INTERFERÊNCIA EM SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES
2.1 CONCEITO
Um sinal transmitido através de um sistema de telecomunicações sofre perturbaçõesde diversas naturezas, as quais podem ser classi�cadas de várias formas. A FIG. 2.1, porexemplo, apresenta a classi�cação utilizada por SILVA e BARRADAS (1978).
FIG. 2.1: Perturbações sofridas pelos sinais em sistemas de telecomunicações.
As perturbações dependentes do sinal são distorções produzidas por efeitos linearese não lineares. Um exemplo de distorção linear seria a gerada na amplitude do sinal desaída em função da variação da freqüência do sinal de entrada. A resposta de um sistemanão é constante por toda a faixa de freqüências de operação e, com isso, as componentesespectrais de saída não estão com as mesmas proporções entre si observadas na entrada.Um outro exemplo seria a distorção de fase. Neste caso, as várias componentes espectrais
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sofrem diferentes atrasos quando passam por um sistema, não guardando a mesma relaçãode fase da sua entrada. Com relação às distorções não lineares, um exemplo seria aintermodulação, caracterizada pelo surgimento de novas componentes espectrais na saídade um sistema, que não fazem parte do espectro do sinal observado na entrada, e quenão podem ser �ltradas por técnicas convencionais.
Ainda segundo SILVA e BARRADAS (1978), as perturbações independentes do sinal(ruídos) podem ser desmembradas em interferências e ruídos naturais. As interferênciaspodem ocorrer dentro do próprio sistema como, por exemplo, quando um estágio captao sinal de outro estágio do próprio sistema. Outra forma de interferência seria a causadapor outros sistemas que utilizam o mesmo espectro de freqüências em suas comunicaçõesou que produzam sinais no espectro de operação do sistema em análise. Neste caso,pode-se citar, por exemplo, a interferência causada por uma estação de rádio em outra.Existem ainda os ruídos produzidos pelo homem que inserem energia eletromagnéticaespúria no espectro, como, por exemplo, instalações industriais com motores elétricos oufornos elétricos, instalações de radiotermia, iluminação �uorescente, linhas de alta tensãoe sistemas interferidores intencionais.
O outro tipo de perturbação independente do sinal são os ruídos naturais, que podemser classi�cados como externos e internos ao sistema. Como exemplos de ruídos externostem-se o ruído galáctico, causado pela emissão eletromagnética de estrelas da Via Lácteae o ruído atmosférico, proveniente de descargas elétricas na atmosfera. Os ruídos internossão inerentes aos materias e se dividem em térmico, causado pela agitação de elétronslivres em condutores e pelo ruído próprio de componentes ativos (válvulas e semicondu-tores), como o ruído de disparo (shot noise), devido à natureza eletrônica da corrente,ruído de partição, gerado pela oscilação da captura de cargas pelos eletrodos internos e,ainda, o ruído de recombinação de portadores.
A proposta deste trabalho é gerar um sinal interferente em determinadas freqüênciasdo espectro utilizadas em comunicações. Sendo assim, o foco será dado à perturbação dotipo interferências, das que constam na FIG. 2.1. As demais fontes perturbadoras nãoserão consideradas diretamente, mas sempre estarão presentes na realidade. Portanto,após a obtenção dos resultados �nais deste trabalho, na prática, o sinal a ser interferidosofrerá também da ação das demais fontes perturbadoras e, com isso, o efeito desejado,a inviabilização do estabelecimento de enlaces de comunicação, será ainda mais efetivo.
Na mesma linha de raciocínio, dentro da perturbação do tipo interferências, não serãoconsideradas neste trabalho as interferências do próprio sistema e de outros sistemas, ape-
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sar de também estarem presentes em quase a totalidade dos sistemas de telecomunicações.As interferências ou ruídos produzidos pelo homem se caracterizam como uma consi-
derável fonte prejudicial ao estabelecimento de enlaces em sistemas de telecomunicações,podendo ser gerados de maneira intencional e não intencional.
As interferências não intencionais podem ser caracterizadas como aquelas causadaspor erros sistêmicos, falha na construção de um determinado equipamento como, porexemplo, contatos de solda defeituosos ou, ainda, por outros tipos de serviços que inseremno espectro algum tipo de energia eletromagnética espúria.
As interferências intencionais são aquelas geradas de forma proposital, a �m de in-viabilizar o estabelecimento de enlaces de comunicação em determinadas freqüências.Genericamente, essas interferências intencionais são denominadas de "Contra-MedidasEletrônicas (CME )".
Segundo SCHLEHER (1986), CME são "ações tomadas para impedir ou reduziro uso efetivo do espectro eletromagnético de determinados sistemas de comunicação".Elas são amplamente utilizadas no cenário das Forças Armadas, em operações de GuerraEletrônica. Em algumas bibliogra�as mais recentes, o termo CME é apresentado como"Ataque Eletrônico (AE )".
Conforme POISEL (2004), geralmente (embora não exclusivamente) as CME consis-tem de três tipos principais:
• Bloqueio (Jamming)
• Despistamento (Deception)
• Energia Direcionada (Directed Energy)
No presente trabalho é adotada uma abordagem com CME do tipo "bloqueio",seguindo o objetivo de proporcionar a implementação de um dispositivo bloqueador queimpeça o estabelecimento das comunicações em uma determinada faixa de freqüênciasatravés desta técnica. As CME dos tipos "despistamento" e "energia direcionada", quetêm, respectivamente, como seus objetivos gerais, fornecer sinais falsi�cados ao receptore inserir altos níveis de potência no sistema a ser interferido, são mais indicados paraaplicações especí�cas de interesse das Forças Armadas e, portanto, fogem ao escopo prin-cipal do trabalho que se refere à geração de interferência em sistemas de comunicaçõesmóveis.
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2.2 CME DO TIPO BLOQUEIO
De forma genérica, a CME do tipo bloqueio caracteriza-se pela irradiação ou re�exãointencional de energia eletromagnética com o objetivo de degradar a qualidade do sinala ser recebido pelo receptor de um sistema de comunicação.
Segundo POISEL (2004), as estratégias mais comuns para aplicação do conceito debloqueio sobre um sistema são:
• Bloqueio com ruído (Noise Jamming)
• Bloqueio por tom (Tone Jamming)
• Bloqueio com varredura (Swept Jamming)
• Bloqueio por pulso (Pulse Jamming)
• Bloqueio seguidor (Follower Jamming)
• Bloqueio inteligente (Smart Jamming)
2.2.1 BLOQUEIO COM RUÍDO
No bloqueio com ruído, a portadora do sinal de bloqueio é modulada com um sinalde ruído aleatório. A intenção é perturbar a comunicação através da inserção desseruído aleatório dentro do receptor do sistema a ser interferido. Normalmente, esse ruídoaleatório que é inserido no espectro para causar a interferência é um ruído branco. Oruído branco é um processo estocástico cuja função de densidade de probabilidade segueuma distribuição gaussiana, a qual é dada por
f(x) =1√2πσ
e−(x−µ)2
2σ2 (2.1)
onde o parâmetro µ corresponde à "média" do sinal e o parâmetro σ representa o "desviopadrão da distribuição de probabilidade". O quadrado do desvio padrão, σ2, é a "vari-ância" da distribuição. Para um ruído branco com µ = 0, a sua densidade espectral depotência é constante em todo o espectro, com amplitude dada por σ2/2.
A FIG. 2.2 apresenta o aspecto do ruído branco e sua distribuição gaussiana, con-siderando µ = 0 e σ2 = 1.
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FIG. 2.2: Representação grá�ca do ruído branco.
O bloqueio com ruído pode ser realizado de três formas, no que diz respeito à ocu-pação do espectro (POISEL, 2004):
• Bloqueio com ruído em banda larga (Broadband Noise Jamming - BBN )
• Bloqueio com ruído em parte da banda (Partial-Band Noise Jamming - PBN )
• Bloqueio com ruído em banda estreita (Narrowband Noise Jamming - NBN )
2.2.1.1 BLOQUEIO COM RUÍDO EM BANDA LARGA - BBN
No bloqueio BBN, que também recebe as denominações de bloqueio com ruído embanda completa e bloqueio com ruído em barreira, o sinal de bloqueio é irradiado emtodo o espectro de comunicação de interesse, cobrindo assim, várias freqüências simul-taneamente, podendo inclusive atingir canais de comunicação intermediários de outrossistemas que não se deseje interferir na ocasião. Segundo SCHLEHER (1986), o bloqueioBBN deve ser usado quando os parâmetros de freqüência do sistema (freqüência centrale largura de banda) não são conhecidos ou conhecidos de forma imprecisa.
Este tipo de bloqueio pode também ser utilizado em sistemas que trabalham comaltas taxas de chaveamento em freqüência.
A FIG. 2.3 apresenta o espectro do bloqueio BBN.
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FIG. 2.3: Espectro do bloqueio BBN.
A principal limitação do bloqueio BBN é que em virtude do espalhamento do sinal debloqueio por uma larga banda de freqüências, o valor da densidade espectral de potênciaé baixo, quando comparado, por exemplo, à um sinal com largura de banda menor.
2.2.1.2 BLOQUEIO COM RUÍDO EM PARTE DA BANDA - PBN
No bloqueio PBN, o sinal de bloqueio é inserido em múltiplos (mas, não todos)canais do espectro utilizados pelo sistema a ser interferido. Esses canais podem ou nãoser contínuos (POISEL, 2004).
A FIG. 2.4 apresenta os espectros do bloqueio PBN.
FIG. 2.4: Espectros do bloqueio PBN para (a) canais contínuos e (b) canais alternados.
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2.2.1.3 BLOQUEIO COM RUÍDO EM BANDA ESTREITA - NBN
No bloqueio NBN, o sinal de bloqueio é inserido em um único canal do sistema. Oespectro deste tipo de bloqueio é apresentado na FIG. 2.5.
FIG. 2.5: Espectro do bloqueio NBN.
Uma característica deste tipo de bloqueio é o maior valor de densidade espectral depotência, em virtude da largura de banda estreita do sinal de bloqueio, quando com-parado, por exemplo, ao bloqueio BBN. Essa característica pode ser importante quandoo objetivo é atuar somente sobre um canal especí�co de um determinado sistema.
2.2.2 BLOQUEIO POR TOM
No bloqueio por tom, um ou mais sinais de tom são estrategicamente inseridos noespectro para provocar a condição de bloqueio. Em qual local do espectro do sistemaa ser interferido e em que quantidade eles são inseridos in�uenciam o desempenho dobloqueio (POISEL, 2004). Esse tipo de bloqueio pode ser implementado em tom simplese tons múltiplos.
2.2.2.1 BLOQUEIO POR TOM SIMPLES
Neste tipo de bloqueio, um sinal de tom é inserido de forma contínua em uma únicafreqüência do espectro utilizado pelo sistema a ser interferido, sendo classi�cado comoum tom simples de "onda contínua" (continuous wave - cw).
O espectro do bloqueio por tom simples está ilustrado na FIG. 2.6.
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FIG. 2.6: Espectro do bloqueio por tom simples.
O bloqueio por tom simples também recebe a denominação de bloqueio pontual (spotjamming) (POISEL, 2004).
2.2.2.2 BLOQUEIO POR TONS MÚLTIPLOS
Neste tipo de bloqueio, múltiplos tons de onda contínua são inseridos no espectro deinteresse de forma aleatória ou em freqüências especí�cas. Quando os tons são inseridosem canais consecutivos, ele é chamado de bloqueio em pente (comb jamming) (POISEL,2004).
O espectro do bloqueio por tons múltiplos é apresentado na FIG. 2.7.
FIG. 2.7: Espectro do bloqueio por tons múltiplos.
2.2.3 BLOQUEIO COM VARREDURA
No bloqueio com varredura, um sinal relativamente de banda estreita é varrido notempo ao longo da banda de freqüências de interesse. A cada instante de tempo, somenteuma freqüência central especí�ca e uma região estreita em torno dessa freqüência estãoocupadas com o sinal de bloqueio. Em função da presença do sinal de varredura, esseprocesso se repete ao longo da banda de freqüências, cujo valor de sua largura, vaidepender do ajuste da amplitude do sinal. Esse método permite uma alta densidadeespectral de potência do sinal de bloqueio na forma de banda estreita por um curto
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intervalo de tempo. Segundo POISEL (2004), o conceito do bloqueio com varredurapode ser comparado aos conceitos de bloqueio BBN e bloqueio PBN.
2.2.4 BLOQUEIO POR PULSO
No bloqueio por pulso, o sinal de bloqueio é inserido no espectro de interesse em formade pulsos intermitentes, cuja duração é de�nida pelo ciclo de atividade do dispositivobloqueador implementado com esta técnica.
2.2.5 BLOQUEIO SEGUIDOR
No bloqueio seguidor, o dispositivo bloqueador implementado possui a funcionali-dade de tentar atuar sobre a banda de freqüências que está sendo utilizada pelo sistemaa ser interferido, considerando, por exemplo, um sistema que utiliza várias bandas defreqüências de operação de forma alternada.
Conforme POISEL (2004), este tipo de bloqueio também pode ser referido como"bloqueio responsivo" (responsive jamming) e "bloqueio repetidor" (repeater jamming).
Um exemplo de implementação do modo bloqueio repetidor é apresentado na FIG.2.8, através do dispositivo sugerido de forma experimental por GBPPR (2003).
FIG. 2.8: Sugestão de um dispositivo bloqueador para o modo bloqueio repetidor emsistemas PCS.
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No dispositivo da FIG. 2.8, o sinal gerado pelo terminal móvel no canal reverso étransladado para a faixa de freqüência do canal direto e retransmitido. Como conseqüên-cia, o terminal móvel recebe o sinal gerado por ele próprio, além do sinal transmitidopela ERB, causando di�culdade na decodi�cação do sinal no receptor.
2.2.6 BLOQUEIO INTELIGENTE
No bloqueio inteligente, o sinal de bloqueio é inserido em partes especí�cas do espec-tro utilizado pelo sistema a ser interferido, sendo essas, fundamentais para o funciona-mento correto do mesmo. Entretanto, para implementação desta técnica, é necessárioum conhecimento das caractarísticas de operação do sistema em questão. A título deexempli�cação, pode-se citar os sistemas que necessitam de sincronismo para operar cor-retamente. Neste caso, pode-se buscar a invalidação dos mesmos através da inserção dosinal de bloqueio somente sobre os canais de sincronismo.
2.3 MODELO GENÉRICO DA RECEPÇÃO DE UM SINAL EM SISTEMAS DETELECOMUNICAÇÕES
Considerando genericamente o quadripolo da FIG. 2.9 como um modelo de recepçãode um sinal em um sistema de telecomunicações, Si e Ni representam, respectivamente,as potências do sinal e do ruído na entrada do sistema. Da mesma forma, os sinais So eNo representam as potências de sinal e de ruído em sua saída. G representa o ganho dosistema (ou, de forma mais genérica, sua função de transferência) e Na o ruído produzidointernamente pelo sistema referenciado à sua saída.
FIG. 2.9: Representação dos sinais presentes em um sistema receptor detelecomunicações.
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A relação sinal-ruído (RSR) na entrada do quadripolo da FIG. 2.9 pode ser expressapor
RSRi(dB) =Si
Ni
(2.2)
O ruído presente na entrada do quadripolo pode ser aproximado por um ruído branco,como acontece na maioria das aplicações. A sua potência, associada a um fenômenotérmico, é representada por Ni e dada por
Ni = kT0B (2.3)
onde k é a constante de Boltzman, cujo valor é de 1,38 x 10−23 Joule/graus Kelvin, T0
é a temperatura de referência do ruído térmico em Kelvin (T0 = 290K), e B é a largurade banda do quadripolo.
Considerando-se o ganho do quadripolo G, a potência do sinal de saída é dada por
So = G× Si (2.4)
e a potência do ruído de saída é dada por
No = G×Ni + Na (2.5)
A potência de ruído gerada pelo quadripolo Na, veri�cada na sua saída, pode serescrita por
Na = GkTeB (2.6)
onde Te é a temperatura de ruído, dada por Te = (F -1)T0.O ruído gerado pelo quadripolo também é assumido como um ruído térmico, sendo
considerado como um ruído branco.A relação sinal-ruído na saída do quadripolo pode ser escrita por
RSRo =So
No
(2.7)
podendo ser reescrita como
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RSRo =G× Si
G×Ni + Na
=Si
(Ni + Na
G)
(2.8)
A Figura de Ruído (F ) é uma �gura de mérito do quadripolo, a qual expressa a razãoentre a relação sinal-ruído na entrada (RSRi) pela relação sinal-ruído na saída (RSRo):
F =RSRi
RSRo
(2.9)
A abordagem acima, se refere de forma generalizada ao modelo de recepção de umsistema de comunicação. Entretanto, parte dos sistemas que são utilizados atualmenteopera com a tecnologia de "espalhamento espectral", que foi inicialmente desenvolvidapara �ns militares e acabou sendo estendida aos sistemas de comunicações comerciais.Um dos principais objetivos do espalhamento espectral é tornar os sistemas mais robustosàs interferências geradas de forma intencional, uma vez que, proporciona um ganho in-trínseco denominado de "ganho de processamento", aplicado somente ao sinal do sistema.Portanto, a EQ. 2.4, que se refere à potência do sinal do sistema na saída do quadripoloSo, passa a ser expressa por
So = (G× Si)×GP (2.10)
Vale lembrar que o ganho de processamento só é pertinente ao sinal do sistema Si enão se aplica ao ruído presente na entrada do quadripolo Ni.
As principais técnicas utilizadas no conceito de espalhamento espectral são:
• Seqüência Direta (Direct Sequence - DS )
• Salto em Freqüência (Frequency Hopping - FH )
Para os sistemas que empregam a técnica de espalhamento espectral do tipo seqüênciadireta, o ganho de processamento está diretamente relacionado à taxa na qual o código deespalhamento é gerado. Neste tipo de espalhamento espectral, o ganho de processamentoé dado por (GOODMAN, 1997)
GP =W
R(ch/b) (2.11)
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onde W é a taxa de chaveamento da portadora digital em chips por segundo (ch/s) e Ré a taxa de informação da fonte em bits por segundo (b/s). Para efeito de informação,chip é a nomeclatura utilizada para representar um elemento de sinal binário em umaportadora digital de espalhamento espectral.
Para sistemas que operam com o espalhamento espectral do tipo salto em freqüência,o ganho de processamento é dado por (LEE, 1995)
GP =BN
Rb
(2.12)
onde B é a largura de banda utilizada para o envio dos bits de informação da fonte atravésde um único canal, Rb é a taxa de informação da fonte, e N é o número de canais defreqüências disponíveis para o salto. Assumindo que B é igual a Rb, o GP é uma funçãodireta do número de canais de salto N nos quais a informação é transmitida. Cada canaltem a mesma largura B.
O espalhamento espectral pode trabalhar também com a técnica "Salto no Tempo"(Time Hopping - TH ), onde a escolha do intervalo de tempo utilizado para a transmissãoé de�nida de forma aleatória e, ainda, com a técnica denominada de "Híbrida" (Hybrid),que trata-se da combinação das técnicas citadas anteriormente. A forma mais comumde se implementar a técnica híbrida é a combinação da seqüência direta com o salto emfreqüência. Nessa combinação, a natureza furtiva da seqüência direta pode ser exploradaem conjunto com a diversidade em freqüência do salto em freqüência (POISEL, 2004).
2.4 RELAÇÃO ENTRE AS POTÊNCIAS DOS SINAIS DE BLOQUEIO E DO SIS-TEMA
Mesmo sem a presença de uma fonte de bloqueio atuante sobre um determinadosistema de comunicação, todo sinal transmitido pelo mesmo sofre diversos tipos de per-turbações, caracterizando assim uma relação sinal-ruído RSRi na entrada do receptor dosistema, conforme discutido anteriormente.
Entretanto, quando existe um elemento interferidor presente no sistema, fazendo-sea distinção entre o sinal interferente e as demais fontes de ruído, a relação sinal-ruído naentrada do receptor do sistema (RSRi) passa a ser expressa por (GIT, 2001):
RSRi =Si
Ni + J(2.13)
onde J é a potência de sinal interferente na entrada do receptor do sistema.
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Conforme a EQ. 2.13, o valor de Ni aparece somado ao valor de J. Como o presentetrabalho se refere à geração de interferência intencional, o valor de Ni pode ser eximidoda relação sinal-ruído na entrada do receptor (RSRi). Quanto maior for o valor de Ni,melhor será o resultado da interferência sobre o sistema.
Portanto, a RSRi de interesse para CME passa a ser expressa por Si/J. Podendoser reescrita como J/Si, visto o interesse em veri�car a relação da potência do sinalinterferente J sobre a potência do sinal do sistema Si na entrada do receptor. Para �ns decompatibilização com a bibliogra�a utilizada, a relação J/Si será expressa simplesmentepor J/S.
Considerando que os sinais que compõem a relação J/S são inseridos no espectro porfontes distintas, cada um possui os seus respectivos parâmetros de irradiação de energiaeletromagnética. Geralmente, as variáveis de um sistema utilizadas para o cálculo dapotência recebida por um receptor em função da distância são a potência de transmissão,o ganho da antena transmissora, o ganho da antena receptora, a freqüência de transmis-são, a distância do enlace e o fator relacionado a perdas de implementação do própriosistema. Através da freqüência de transmissão e da distância do enlace é possível calculara atenuação do sinal no espaço livre, com a utilização de uma equação especí�ca.
O cálculo da relação J/S segue o mesmo princípio do cálculo de um enlace de rádio.Entretanto, duas observações devem ser feitas. A primeira se refere à freqüência deoperação, pois ela é a mesma utilizada pelo sistema a ser interferido e pelo dispositivobloqueador. Consequentemente, não é necessária a inclusão deste parâmetro nos cálculos.Como citado acima, a freqüência deve ser usada caso seja necessária a determinação dovalor da atenuação no espaço livre para os sinais. A outra observação se refere à inclusãoda largura de banda dos sinais (interferente e do sistema a ser interferido), pois namaioria dos casos este parâmetro terá importância na e�ciência de atuação do dispositivobloqueador, conforme demonstrado a seguir.
Assumindo-se propagação no espaço livre, a relação J/S pode ser calculada por(STAHLBERG, 2000)
J
S=
PJGJRGRJR2TRLRBR
PT GTRGRT R2JRLJBJ
(2.14)
ondePJ = Potência de transmissão do sinal de bloqueio (bloqueador)PT = Potência de transmissão do sinal principal (transmissor do sistema)GJR = Ganho da antena transmissora do bloqueador
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GTR = Ganho da antena transmissora do sinal principal (transmissor do sistema)GRJ = Ganho da antena receptora para o sinal de bloqueio (receptor do sistema)GRT = Ganho da antena receptora para o sinal principal (receptor do sistema)RTR = Distância entre o transmissor e o receptor do sistemaRJR = Distância entre o bloqueador e o receptor do sistemaLR = Perdas no sinal principalLJ = Perdas no sinal de bloqueio (incluindo o descasamento da polarização)BR = Largura de banda do sinal principalBJ = Largura de banda do sinal de bloqueio
Os parâmetros relacionados a perdas no sistema, LJ e LR, se referem a perdas deimplementação do mesmo.
Analisando a EQ. 2.14, no caso geral, pode-se dizer que J e S representam respec-tivamente, a densidade espectral de potência do sinal do bloqueador e do sistema naentrada do receptor, pois
J =PJGJR
BJ
· 1
LPropag.(RJR)· 1
LJ
·GRJ (2.15)
e
S =PT GTR
BR
· 1
LPropag.(RTR)· 1
LR
·GRT (2.16)
onde os primeiros termos das equações acima, representam a potência e o ganho dossinais transmitidos divididos pelas respectivas larguras de banda, caracterizando assim adensidade espectral de potência de cada sinal.
Dando sequência à análise da EQ. 2.14, no espaço livre, tem-se que
LPropag.(R) = (4πR
λ)2 (2.17)
então
LPropag.(RTR)
LPropag.(RJR)=
R2TR
R2JR
(2.18)
esclarecendo assim, o que foi proposto por STAHLBERG (2000).
Para utilização da EQ. 2.14, é desejável a obtenção de alguns parâmetros de trans-missão (RF ) do sinal a ser interferido, além dos mesmos parâmetros do dispositivo blo-queador.
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Basicamente, para sistemas que operam sem a condição do ganho de processamento,a relação J/S necessária para se efetuar o bloqueio vai ser diretamente de�nida pelaRSRi mínima de operação do sistema.
Portanto, uma vez de�nida a relação J/S e esses parâmetros de RF, a partir da EQ.2.14, pode-se calcular a potência de transmissão do dispositivo bloqueador PJ necessáriapara efetuação do bloqueio. No espaço livre, tem-se:
PJ =J
S× PT × GTRGRT R2
JRLJBJ
GJRGRJR2TRLRBR
(2.19)
Quando alguns parâmetros da EQ. 2.19 não são conhecidos, recomenda-se trabalharcom valores estimados. Uma outra opção seria medir no local de realização do bloqueio,o valor da potência recebida do sinal do sistema S, através de medidores de intensidadede campo, para o ajuste do valor da potência PJ necessária para proporcionar a condiçãode bloqueio .
Para os sistemas que utilizam o espalhamento espectral, a relação J/S necessáriapara efetuação do bloqueio não pode ser de�nida diretamente pela RSRi mínima deoperação do sistema, devido ao ganho de processamento do sistema. Sendo assim, outrasconsiderações devem ser feitas, as quais são apresentadas a seguir.
Conforme citado anteriormente, o ganho de processamento só é pertinente para osinal do sistema (não para o sinal de bloqueio). Então:
J′
S ′ =J
S· 1
GP
(2.20)
Quando existir a condição de ganho de processamento, a relação mínima entre ossinais de bloqueio e do sistema vai ser de�nida pelo parâmetro "margem de bloqueio -MJ", dada por (STURZA, 2005)
MJ =GP
[(Eb/N0)(REQ) × L](2.21)
onde GP é o ganho de processamento, (Eb/N0)(REQ) é a relação requerida pelo demodula-dor para um determinado valor de BER típico do sistema, e L é a perda de implementaçãodo próprio sistema.
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2.5 CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES PARA MELHORIA DA EFETIVAÇÃO DOBLOQUEIO
De forma geral, o sinal interferente deve ocupar toda a banda de freqüências utilizadapelo sistema, com potência su�ciente para ser efetivo no bloqueio do sinal. Entretanto,existem três considerações importantes que podem ser adotadas para melhorar a efeti-vação do bloqueio.
A primeira consideração se refere em que faixa do espectro de freqüências utilizadapelo sistema a ser interferido será inserido o sinal interferente. Como já citado nestetrabalho, mais especi�camente na parte que se refere à "bloqueio inteligente", existemsistemas que possuem canais especí�cos dentro do espectro utilizado que podem ser con-siderados como vitais ao seu funcionamento, pois servem para a aquisição e manutençãode um determinado enlace. Para atuação sobre esses canais especí�cos, é necessárioo conhecimento das especi�cações técnicas e da lógica de funcionamento de tais sis-temas. Com essas informações pode-se buscar a invalidação do enlace de comunicaçãoatravés da inserção do sinal interferente somente sobre esses canais especí�cos e não pelopreenchimento de toda a banda de freqüências utilizada pelo sistema. Vale lembrar quea Densidade Espectral de Potência é inversamente proporcional à largura de banda dosinal.
A segunda consideração seria avaliar a potência do sinal de bloqueio na entrada doreceptor do sistema J necessária para proporcionar a inviabilização de um determinadoenlace. Novamente, a condição de conhecimento das especi�cações técnicas do sistemavai ser importante para a melhoria da efetivação do bloqueio. Conforme citado anterior-mente, para os sistemas que operam sem o ganho de processamento, a relação J/S vai serdiretamente de�nida pela RSRi mínima necessária para a operação correta do sistema.Já para os sistemas que possuem a condição do ganho de processamento, a relação J/Svai ser obtida pelo parâmetro margem de bloqueio - MJ .
A terceira consideração sugere o direcionamento do lóbulo principal de irradiação daantena do dispositivo bloqueador na direção em que se encontra a antena do sistema aser interferido, para proporcionar o maior valor de J possível na entrada do receptor.
Para se colocar em prática as duas primeiras considerações citadas neste item dotrabalho, é necessário um bom conhecimento do sistema a ser interferido. Um exemplodo exposto é apresentado no subitem a seguir, para o caso particular do sistema detelefonia móvel CDMA. Quando esse conhecimento não é possível, deve ser utilizado obloqueio BBN por toda a banda de freqüências utilizada pelo serviço, com o máximo de
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potência fornecida pelo dispositivo bloqueador.
2.5.1 APLICAÇÃO AO SISTEMA DE TELEFONIA MÓVEL CDMA (IS-95)
Com o intuito de exempli�car o que foi proposto no item anterior e exercitar a apli-cação do bloqueio sobre um determinado serviço, seguem abaixo algumas característicase a lógica do funcionamento do sistema de telefonia móvel celular que utiliza a tecnologiaCDMA (IS-95).
Atualmente, no Rio de Janeiro, o sistema CDMA utiliza a banda A em sua operação.As faixas de freqüência são de 824 a 835 MHz e de 845 a 846,5 MHz no canal reverso ede 869 a 880 MHz e de 890 a 891,5 MHz no canal direto.
Um conceito importante dentro da tecnologia CDMA, de�nido na norma IS-95, é adesignação de duas portadoras chamadas de "primária" e "secundária". Essas portado-ras são utilizadas pelo terminal móvel para acesso inicial ao sistema. Depois do acessoinicial, caso exista alguma outra portadora disponível na célula, o móvel pode receber asinalização para trocar de portadora.
Por designação da IS-95, as portadoras primária e secundária da banda A sãode�nidas conforme a TAB. 2.1 (NEC, 1998).
TAB. 2.1: Portadoras primária e secundária do sistema de telefonia móvel CDMA.Portadora Banda APrimária 283Secundária 691
Através de uma equação que consta na norma IS-2000.2 é possível encontrar os valoresdas freqüências dos canais 283 e 691, que são respectivamente, 878,49 MHz e 890,73 MHz.Essas portadoras são vitais no processo de aquisição do sistema por parte de um terminalmóvel.
A FIG. 2.10 apresenta o processo de aquisição do sistema realizado pelo terminalmóvel.
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FIG. 2.10: Processo de aquisição do terminal móvel no sistema CDMA.
Quando o terminal móvel dual mode (modo dual) é ligado, ele seleciona inicialmenteo sistema a ser utilizado (CDMA ou AMPS). Uma vez escolhido o CDMA, ele sintonizaa portadora primária ou a secundária da banda escolhida e efetua a procura do canalpiloto nessas portadoras. Após a obtenção do canal piloto, o terminal móvel adquireas demais informações de aquisição do sistema e, assim, é indicado a operar em umadas portadoras disponíveis na rede (podendo esta ser a própria portadora primária ousecundária do sistema).
Toda vez que é terminada uma chamada, o canal de tráfego é liberado e o terminalvolta ao estado de seleção do sistema, ou seja, à lógica informada na FIG 2.10 (NEC,1998).
A grande estratégia a ser seguida no CDMA é tentar fazer com que o móvel nãoconsiga efetuar a aquisição do sistema, tornando o mesmo fora de operação da rede. A
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proposta é gerar interferência no canal direto recebido pelo terminal móvel, mais precisa-mente sobre a portadora primária (canal 283 = 878,49 MHz). A portadora primária éde�nida como padrão, sendo a secundária utilizada somente em casos extremos. Assim,�ca de�nido onde deverá ocorrer a geração da interferência, somente sobre o canal 283.A largura de banda do sinal de bloqueio deverá ser a mesma de um canal do CDMA(1,23 MHz).
Uma outra questão se refere ao valor de J necessário para efetivação do bloqueio. Emsistemas CDMA, a qualidade do sinal é medida através da relação entre a energia de bite a densidade espectral de potência dos sinais de ruído inerentes ao meio de transmissãosomados ao ruído térmico (Eb/No).
Para os receptores dos terminais móveis tipicamente utilizados em sistemas CDMAcomerciais, a faixa de (Eb/No) su�ciente para garantir a qualidade do sistema varia de 3a 9 dB (CDG, 2005). Estes valores são indicados para a manutenção da BER em 0,001(igual a 10−3).
O sistema CDMA utiliza o espalhamento espectral do tipo sequência direta e, sendoassim, existe a condição do ganho de processamento. Utilizando a EQ. 2.11, o valorde GP é de 21 dB, considerando W=1,228,800 ch/s e R=9,600 b/s. Através da EQ.2.21, a margem de bloqueio MJ é de 18 dB, considerando o sistema sem perdas deimplementação.
Assim, o valor mínimo da relação J/S é de 18 dB (ou 63,09 de relação entre aspotências). Espera-se que com o valor de J/S acima de 18 dB seja possível efetuar obloqueio no sistema CDMA. Resultados práticos são apresentados no CAP. 5.
2.5.2 APLICAÇÃO EM OUTROS SISTEMAS
Neste subitem algumas abordagens prévias sobre o conceito de bloqueio são aplicadasem outros sistemas de comunicação.
No sistema de telefonia móvel GSM, o espectro disponível é particionado em canaisde 200 kHz (FDMA) e cada canal é dividido em 8 intervalos de tempo (TDMA) quecompõem um quadro. Cada quadro tem uma duração máxima de 4,6 ms, o que signi�caque o tempo de duração de cada intervalo de tempo é de 577 µs.
Sob normais condições, cada rajada de dados pertencente a um canal físico é trans-mitido usando sempre a mesma portadora (RAPPAPORT, 1996). Para redução dodesvanecimento rápido causado pelo movimento dos assinantes, o sistema pode utilizaro salto em freqüência no seu funcionamento, conforme critério adotado pelo operador da
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rede. A sequência de saltos pode usar até 64 freqüências diferentes, que é um númeropequeno comparado aos sistemas de salto em freqüência militares, otimizados para evitarescutas escondidas e o bloqueio (STAHLBERG, 2000). A velocidade de saltos no GSMé de 217 saltos por segundo (LEE, 1995).
Dependendo do tipo de bloqueador utilizado na ação, o salto em freqüência no sistemaGSM não oferece real proteção contra o bloqueio. Somente quando o bloqueador é do tipoNBN (que opera �xo sobre um canal), a condição de proteção ocorre, pois todos os demaiscanais estão operando sem a ação do bloqueador, caracterizando assim a condição quaseque normal de funcionamento do sistema. Este raciocínio também pode ser estendidoao ganho de processamento (GP ), quando comparada a relação J/S do canal interferidocom a dos demais canais.
Portanto, para invalidar a proteção fornecida pelo salto em freqüência, a primeiraabordagem sugere o preenchimento de toda a banda de freqüências do canal direto como sinal proveniente de um dispositivo bloqueador BBN, para a prática do bloqueio sobreo sistema GSM. Uma outra sugestão seria a utilização de um dispositivo bloqueador comvarredura. Se a freqüência de varredura do dispositivo for alta (muito maior que 217bloqueios em banda estreita por segundo), os quadros deverão ser ocupados com o sinalinterferente várias vezes por segundo, o que pode vir a causar degradação da qualidadedo enlace no sistema GSM. Um maior detalhamento desta proposta pode ser obtido emFILHO et al. (2003).
Outra consideração é qual o nível de potência necessário do sinal de bloqueio. Com oavanço dos decodi�cadores de Viterbi, o valor mínimo da RSRi no sistema GSM varia de 4a 8 dB (STAHLBERG, 2000). Não considerando nenhum tipo de ganho de processamentonesta abordagem e, portanto, utilizando-se do valor mínimo da RSRi, a relação J/S deveser de -4 dB.
Uma outra análise preliminar a ser apresentada neste subitem se refere aos rádiostransceptores TalkAbout, fabricados pela Motorola. Esses rádios não precisam ser licen-ciados, pois trabalham com apenas 0,5 Watt de potência. Somente rádios que operamcom 1 ou mais Watts de potência nos canais indicados na TAB. 2.2, precisam ser licen-ciados pela Anatel (MOTOROLA, 2006). Em função disso, são bastante utilizados emcomunicações de curtas distâncias. O alcance desses rádios pode chegar a até 3 km dedistância em campo aberto (MOTOROLA, 2006).
As freqüências de operação dos rádios TalkAbout são apresentadas na TAB. 2.2.
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TAB. 2.2: Freqüências utilizadas pelos rádios TalkAbout (MOTOROLA, 2006).Canal Freqüência (MHz)
1 462,56252 462,58753 462,61254 462,63755 462,66256 462,68757 462,71258 467,56259 467,587510 467,612511 467,637512 467,662513 467,687514 467,7125
Não foi encontrada nos manuais dos rádios TalkAbout, através de uma pesquisa nowebsite do fabricante, a informação referente à RSRi mínima de operação dos mesmos.Os rádios transceptores de outros fabricantes costumam operar com uma RSRi mínimade 10 dB e, portanto, este valor pode ser utilizado como referência inicial para a geraçãode interferência sobre o serviço. Não foi considerando também nesta abordagem nenhumtipo de ganho de processamento e, portanto, utilizando-se da RSRi mínima de 10 dB,�ca caracterizada a relação J/S de -10 dB.
Para efeito de sugestão bibliogra�ca, no que diz respeito à condição de geração deinterferência em outros sistemas, segue o trabalho elaborado por SOUZA (2005), que fazuma abordagem sobre a condição de bloqueio em sistemas GPS.
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3 DISPOSITIVOS BLOQUEADORES
Genericamente, um dispositivo bloqueador tem a função de di�cultar a comunicaçãoentre pontos distintos, através da inserção de um sinal no espectro eletromagnético deinteresse.
O raio de atuação de um dispositivo bloqueador vai depender das suas especi�caçõesde projeto e dos valores ajustados na ocasião de sua utilização.
A sua composição será de�nida pelo tipo de CME que o mesmo vai operar. Comocitado no capítulo anterior, a CME do tipo bloqueio pode ser realizada da forma blo-queio com ruído, bloqueio por tom, bloqueio com varredura, bloqueio por pulso, bloqueioseguidor e bloqueio inteligente. Portanto, generalizando, a escolha de uma dessas formasde bloqueio vai de�nir a composição e a topologia do dispositivo bloqueador. A seguir, sãoapresentadas sugestões de composição e topologia de algumas formas de implementaçãodo bloqueio.
3.1 COMPOSIÇÃO BÁSICA DE UM DISPOSITIVO BLOQUEADOR EM BANDALARGA
Para a operação seguindo o conceito de bloqueio com ruído em banda larga - BBN,o dispositivo bloqueador pode ser composto por: um Gerador de Ruído em banda larga,que tem por �nalidade gerar o ruído aleatório em uma larga faixa do espectro; umAmpli�cador em banda larga, para a ampli�cação de toda a faixa de ruído gerada; umFiltro Passa-Faixa Sintonizável, que deve fornecer a possibilidade de ajustar a largurade banda de saída do ruído; e uma Antena, que tem como �nalidade irradiar a energiaeletromagnética gerada pelo dispositivo bloqueador no espaço. Um exemplo de topologiacom esses módulos pode ser a apresentada na FIG. 3.1.
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FIG. 3.1: Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador BBN.
Existem dispositivos que geram ruídos em banda larga, facilitando o processo deimplementação (e.g.:NOISECOM, 2006).
A composição e a topologia sugeridas na FIG. 3.1 podem também ser utilizadaspara o bloqueio PBN (canais contínuos), desde que o �ltro passa-faixa sintonizável sejaajustado somente para uma parte da banda de freqüências utilizada pelo sistema a serinterferido.
3.2 COMPOSIÇÃO BÁSICA DE UM DISPOSITIVO BLOQUEADOR EM BANDAESTREITA
Um dispositivo bloqueador que opera seguindo o conceito de bloqueio com ruído embanda estreita - NBN, pode ser composto, por exemplo: por um Gerador de Ruído, quetem por �nalidade gerar o ruído aleatório que será inserido no espectro para causar ainterferência requerida; por um Modulador de RF, para a geração de uma portadora RFmodulada com o ruído; por um Ampli�cador, que tem como função ampli�car o sinal dobloqueador para um nível de potência que seja su�ciente para efetuar o bloqueio; por umFiltro Passa-Faixa, para �ltragem do sinal de saída do bloqueador na faixa de freqüênciasde interesse; e por uma Antena, cuja funcionalidade já foi citada anteriormente.
Um exemplo de topologia utilizando esses módulos é apresentada na FIG. 3.2.
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FIG. 3.2: Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador NBN.
Caso seja necessária uma eventual translação em freqüência, a composição do dis-positivo bloqueador pode ser a apresentada na FIG. 3.2 com a adição de um OsciladorAjustável, um Misturador e, ainda, a substituição do Filtro Passa-Faixa �xo, por umsintonizável. O objetivo desses módulos é, respectivamente, possibilitar a mudança dafreqüência de operação do dispositivo bloqueador, fazer a combinação dos sinais e sin-tonizar a faixa de freqüências de interesse. Os demais módulos têm a mesma funçãoexplicada anteriormente. A topologia a ser adotada pode ser a apresentada na FIG. 3.3.
FIG. 3.3: Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador NBN com translação emfreqüência.
3.3 COMPOSIÇÃO BÁSICA DE UM DISPOSITIVO BLOQUEADOR COMVARREDURA
Uma das formas básicas de se gerar bloqueio com varredura é ilustrada na FIG. 3.4.Esta con�guração é composta por um Gerador de Ruído, cuja funcionalidade já foi citada;
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por um Gerador de Sinal de Varredura, que tem por �nalidade gerar um sinal varianteno tempo do tipo onda triangular ou da forma dente de serra, para que seja observado oefeito da varredura em freqüência; por um Somador, cuja função é adicionar o sinal deruído ao sinal de varredura; por um Oscilador Controlado à Tensão - VCO, que tem por�nalidade gerar um sinal de RF a partir de um sinal DC (ou de baixa freqüência) em suaentrada; e, ainda, por um Ampli�cador e uma Antena, cujas funcionalidades também jáforam citadas.
FIG. 3.4: Diagrama em blocos de um exemplo de bloqueador com varredura.
Esta última implementação é a adotada neste trabalho, para �ns de implementaçãode um dispositivo bloqueador, com a adição de alguns módulos, que serão descritosposteriormente.
3.4 OPERAÇÃO EM MÚLTIPLAS BANDAS DE FREQÜÊNCIAS
Para a condição de operação em múltiplas bandas de freqüências, tomando comoreferência qualquer uma das topologias citadas anteriormente, uma sugestão seria a repli-cação dos módulos que compõem o dispositivo bloqueador, para cada uma das bandasde freqüências de operação de interesse.
A FIG. 3.5 apresenta, como sugestão, o diagrama em blocos de um dispositivo blo-queador que utiliza o conceito de bloqueio com varredura e opera em múltiplas bandas defreqüências através da condição de replicação dos módulos. Nota-se que cada bloqueadoropera independentemente dos outros.
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FIG. 3.5: Diagrama em blocos de um dispositivo bloqueador em múltiplas bandas defreqüências com multiplicação dos módulos.
A topologia de cada bloqueador da FIG. 3.5, quando comparada à apresentada naFIG. 3.4, aparece acrescida por um Controlador do Nível DC, que tem por �nalidade gerarum nível DC para o estabelecimento de um nível quiescente sobre o qual será adicionadoo ruído e outros sinais; e por um módulo Sistema de Controle, que tem como funçãoa derivação e o gerenciamento (amplitude e presença) dos sinais gerados pelos módulosGerador de Ruído, Controlador do Nível DC e Gerador de Sinal de Varredura.
A proposta para operação em múltiplas bandas de freqüências apresentada na FIG.3.5, apesar de viável e comercialmente disponível no mercado (vide item 3.5 - Dispositivosbloqueadores disponíveis no mercado), torna o dispositivo a ser implementado bastantevolumoso e com um custo de implantação alto. Um consumo mais elevado é outro fatora ser considerado.
Com o intuito de diminuir o número de componentes e tornar o dispositivo o maiscompacto possível, outras propostas de topologias podem ser usadas.
Para a implementação de bloqueadores sem a utilização individual para cada umadas bandas de freqüências de operação, uma possível solução seria a derivação dos sinaisgerados pelos módulos Gerador de Ruído, Controlador do Nível DC e Gerador de Sinalde Varredura. Essa condição resultará em diversas amostras dos sinais gerados por esses
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módulos. A FIG. 3.6 apresenta essa condição.
FIG. 3.6: Diagrama em blocos de um dispositivo bloqueador em múltiplas bandas defreqüências com três derivações dos módulos.
Na FIG. 3.6, os sinais gerados pelos módulos Gerador de Ruído, Controlador doNível DC e Gerador de Sinal de Varredura são inseridos no módulo Sistema de Controle.Este módulo, além de gerenciar as características desses sinais, permite a derivação dosmesmos conforme o número N de canais de saída do dispositivo bloqueador. Na FIG. 3.6,são consideradas três derivações. Essas derivações são somadas através módulo Somador,gerando assim, três canais distintos. Cada canal contém uma combinação de três sinais,sendo cada sinal gerado por um módulo. O sinal de cada canal é entregue ao VCOrespectivo para a geração do sinal de bloqueio.
Seguindo ainda a topologia citada na FIG. 3.6, existe para cada canal um ampli�cadore uma antena. Uma outra opção seria a utilização de um único ampli�cador e de umaúnica antena, ambos em banda larga, como mostrado na FIG. 3.7. Essa segunda opçãotende a ser vantajosa com relação à primeira, visto o propósito de implementar umdispositivo com um número menor de componentes. Entretanto, o circuito torna-se maiscomplexo e a relação custo-benefício deve ser bem avaliada.
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FIG. 3.7: Diagrama em blocos de um dispositivo bloqueador em múltiplas bandas defreqüências com ampli�cador em banda larga e antena banda larga.
Nesta topologia, as diversas bandas de freqüências distintas deverão ser inseridas noampli�cador em banda larga. Essa condição de junção das bandas pode ser feita atravésde um Combinador (ou Somador).
No tocante à antena, o dispositivo pode também ter em sua composição uma antenamultibanda, visando tornar o dispositivo bloqueador o mais discreto possível. Uma su-gestão é a utilização de uma antena do tipo fractal, cujo conceito é derivado da geometriafractal, ramo da matemática que estuda as propriedades e o comportamento de fractais.O fractal vem a ser um objeto geométrico que pode ser dividido em partes, cada umadas quais semelhantes ao objeto original. A aplicação da técnica fractal à tecnologia deantenas produz a redução das dimensões físicas das estruturas irradiantes e pode fazê-lasfuncionar em diferentes freqüências (NOGUEIRA, 2004). Cada freqüência excita umaparte diferente da estrutura, proporcionando assim, a operação em múltiplas bandas. Umexemplo de uma antena do tipo fractal é apresentado na FIG. 3.8.
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FIG. 3.8: Antena fractal do tipo Sierpinski.
O sistema bloqueador pode evoluir com o uso de antenas fractais em conjunto comantenas inteligentes. As antenas inteligentes combinam múltiplos elementos de antenas(arrays) com Processamento Digital de Sinais (DSP) para otimizar os diagramas deradiação (transmissão e recepção), possibilitando direcionar o feixe em resposta a umsinal de interesse. O principal objetivo das antenas inteligentes é evitar o desperdíciodo sinal irradiado, apontando o lóbulo principal de irradiação na direção desejada. Ummaior detalhamento sobre antenas inteligentes pode ser encontrado em GODARA (2004).
Vale ressaltar que as arquiteturas citadas anteriormente são sugestões para a con�-guração de um bloqueador de múltiplas bandas de freqüências, não tendo sido testadas enem implementadas neste trabalho. Uma outra condição que deve ser testada é o acopla-mento entre os sinais e antenas (no caso da utilização de uma antena especí�ca para cadabloqueador) na operação em múltiplas bandas de freqüências.
3.5 DISPOSITIVOS BLOQUEADORES DISPONÍVEIS NO MERCADO
Atualmente no mercado existe uma quantidade considerável de dispositivos blo-queadores para comercialização, que na maioria das vezes não oferecem a possibilidade decobrir uma larga faixa do espectro de freqüências, sendo especí�cos para um determinadotipo de serviço. A maior parte deles opera com uma antena especí�ca para cada faixade freqüências do espectro, tornando o dispositivo mais volumoso e complexo, dada anecessidade de compensação do acoplamento mútuo entre as antenas.
A FIG. 3.9 apresenta um dispositivo bloqueador fabricado pela SPYMODEX (2006),para atuação em sistemas de telefonia celular. A condição de utilização de uma antena
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especí�ca para cada faixa pode ser observada. As especi�cações técnicas fornecidas pelofabricante estão informadas na TAB. 3.1.
FIG. 3.9: Bloqueador para telefonia móvel celular (SPYMODEX, 2006).
TAB. 3.1: Especi�cações técnicas (SPYMODEX, 2006).
Fabricante SpymodexModelos XT5000 e XT6000
Bandas de operação (MHz) 800-964, 890-964 e 1700-2200Raio de cobertura XT5000 - 30 m e XT6000 - 40 m
Alimentação Bateria interna NI MHPotência de saída XT5000: 900 mW, XT6000: 1400 mWFonte de sinal sintetizado
Temperatura de operação (C) -10o a +50oUmidade (percentual) 5 a 80
Dimensões (mm) 110 × 62 × 30Peso (g) 250
Preço (US$) XT5000 - 299,00 e XT6000 - 345,00
A FIG. 3.10 apresenta um dispositivo bloqueador fabricado pelaGLOBAL_GADGET (2006), para bloqueio de sistemas Wi-Fi e câmeras wireless.
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A freqüência de operação é em torno de 2,4 GHz. As informações técnicas obtidas nowebsite do fabricante estão na TAB. 3.2.
FIG. 3.10: Bloqueador para sistemas Wi-Fi e câmera wireless (GLOBAL_GADGET,2006).
TAB. 3.2: Especi�cações técnicas (GLOBAL_GADGET, 2006).
Fabricante Global GadgetModelo 2.4GHz WiFi e Wireless Camera Jammer
Freqüência de operação 2,4 GHzRaio de cobertura 10 m
Alimentação AC/DC - bateria Ni-MH 7,2 VPotência de saída 100 mW
Preço (US$) 350,00
Para um raio de cobertura maior, o fabricante Spymodex oferece o dispositivo blo-queador apresentado na FIG. 3.11. Este dispositivo foi projetado para atuação em sis-temas celulares. Além do seu alto valor de potência de saída (32 W ), este dispositivoopera com antenas diretivas do tipo painel para concentração do feixe irradiado. Asespeci�cações técnicas fornecidas pelo fabricante são apresentadas na TAB. 3.3.
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FIG. 3.11: Bloqueador para telefonia móvel celular (SPYMODEX, 2006).
TAB. 3.3: Especi�cações técnicas (SPYMODEX, 2006).
Fabricante SpymodexModelo High powered 32 W
Bandas de operação (MHz) 860-885, 925-960, 1800-1990, 2100-2200Raio de cobertura 120 m
Alimentação 24 V DCPotência de saída 32 WFonte de sinal sintetizado
Temperatura de operação (C) -10o a +60oUmidade (percentual) 5 a 80
Dimensões (mm) 308 × 186 × 53Preço (US$) 1.850,00
Por questões estratégicas, os fabricantes não mostram a con�guração interna dos seusdispositivos bloqueadores. Por uma análise da composição externa desses dispositivos,pode-se intuir que o funcionamento para cada faixa de freqüências de operação é inde-pendente, ou seja, que existe um dispositivo bloqueador implementado para cada faixade operação.
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4 ANÁLISE COMPUTACIONAL DA EFETIVAÇÃO DO BLOQUEIO
Com o propósito de veri�car a condição de geração de interferência sobre o sistema detelefonia móvel CDMA através de uma ferramenta computacional, foi elaborada em Mat-Lab 7.0 uma simulação envolvendo a composição aproximada do dispositivo bloqueadorimplementado neste trabalho e um modelo do canal de tráfego desse sistema (CDMAIS-95). O sistema CDMA foi escolhido por ser um dos mais complexos em relação àgeração e recepção do sinal e por possuir (teoricamente) mais imunidade ao ruído queoutros sistemas.
A ferramenta do MatLab utilizada para elaboração da simulação foi o Simulink. Estaferramenta de simulação opera com diagramas em blocos que simulam circuitos e possuiuma vasta biblioteca de sistemas de engenharia. É possível alterar as característicasdesses blocos conforme a necessidade da simulação em questão.
4.1 SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
4.1.1 SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE UM BLOQUEADOR COMVARREDURA
Inicialmente, foi elaborada a montagem do diagrama em blocos de um dispositivobloqueador com varredura. A FIG. 4.1 apresenta a composição do dispositivo bloqueador,que tem estrutura semelhante à mostrada na FIG. 3.4.
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FIG. 4.1: Diagrama em blocos do dispositivo bloqueador, em Simulink.
O diagrama em blocos do dispositivo bloqueador possui quatro osciloscópios e umanalisador de espectro que permitem a veri�cação do sinal na saída de cada um dos mó-dulos. Estes recursos são disponibilizados pelo Simulink no Matlab. A FIG. 4.2 apresentao ruído branco gerado pelo Bloco Gerador de Ruído, visto através do Osciloscópio 1.
FIG. 4.2: Ruído branco gerado [Amplitude (V) × Tempo (s)] no Simulink.
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A FIG. 4.3 apresenta a onda quadrada gerada pelo Bloco Gerador de Onda Quadradavista através do Osciloscópio 2.
FIG. 4.3: Onda quadrada gerada [Amplitude (V) × Tempo (s)] no Simulink.
A FIG. 4.4 apresenta a onda triangular vista através do Osciloscópio 3, que foi obtidapela integração da onda quadrada feita pelo Bloco Integrador.
FIG. 4.4: Onda triangular gerada [Amplitude (V) × Tempo (s)] no Simulink.
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A FIG. 4.5 apresenta o sinal de ruído branco somado à onda triangular. Este so-matório é feito pelo Bloco Somador. A represenção grá�ca dessa operação é vista noOsciloscópio 4.
FIG. 4.5: Operação de soma do ruído branco e a onda triangular [Amplitude (V) ×Tempo (s)] no Simulink.
O saída do Somador é conectada ao VCO para geração da banda de freqüênciascom o ruído branco inserido. A FIG. 4.6 apresenta a saída do VCO correspondente, nodomínio espectral.
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FIG. 4.6: Sinal na saída do VCO.
4.1.2 SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DO SISTEMA DE TELEFONIA MÓVELCDMA (IS-95)
Após a realização de uma pesquisa na biblioteca do Simulink, foi encontrado umdiagrama em blocos do canal direto de tráfego do CDMA, modelo ponto-a-ponto, deacordo com a norma IS-95A. A FIG. 4.7 apresenta o diagrama encontrado.
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FIG. 4.7: Canal direto de tráfego, modelo ponto-a-ponto, IS-95A, CDMA.
O modelo acima é classi�cado como ponto-a-ponto, pois possui, de forma abrangente,os circuitos que compõem a geração do sinal, o meio de transmissão e os circuitos quecompõem a recepção do sinal.
A geração do sinal é composta pelos blocos: Data Source (Fonte de Dados); IS-95ACRC Generator (Gerador do Código de Redundância Cíclica); IS-95A Fwd Ch Convo-lutional Encoder (Codi�cador Convolucional do Canal Direto); IS-95A Fwc Ch Repeater(Repetidor do Canal Direto); IS-95A Fwd Ch Interleaver (Entrelaçador do Canal Di-reto); IS-95A Fwd Ch Scrambler (Embaralhador do Canal Direto); Combine with Sync ePaging, SS Modulate (Combinação com o Sincronismo e Paging - Modulação SeqüênciaDireta); e Transmit Filter (Filtro de Transmissão). Na geração do sinal são incluídosdois Analisadores de Espectro: Signal before spreading (Sinal antes do espalhamento); eSpread spectrum signal (Sinal com espalhamento espectral).
O meio de transmissão é composto pelo bloco Rayleigh Multipath and AWGN Chan-nel (Canal AWGN - ruído branco gaussiano aditivo, e sujeito a multipercursos, comdistribuição Rayleigh); e por um Analisador de Espectro Filtered spread spectrum signal(Sinal com espalhamento espectral �ltrado).
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A recepção do sinal é composta por: Receive Filter (Filtro de Recepção); IS-95A FwdCh Detector (Detector do Canal Direto) e os seus circuitos de apoio para recuperaçãodo sinal; IS-95A Fwd Ch Deinterleaver (Desentrelaçador do Canal Direto); IS-95A FwdCh Derepeater, (Módulo que retira a repetição do Canal Direto); IS-95A Fwd Ch ViterbiDecoder (Decodi�cador de Viterbi do Canal Direto); IS-95A Fwd Ch Frame QualityDetector (Detector de Qualidade do Quadro do Canal Direto) e os módulos de mediçãoda taxa de erro de bit e de quadro com seus respectivos mostradores.
4.2 AVALIAÇÃO COMPUTACIONAL DO EFEITO DO BLOQUEADOR NO SIS-TEMA DE TELEFONIA MÓVEL CDMA (IS-95)
O objetivo da simulação é inserir o sinal gerado pelo dispositivo bloqueador dentro domeio de transmissão do canal CDMA e veri�car o resultado da interferência nos módulosde medição de taxa de erro de bit e de quadro.
Com o intuito de veri�car a e�ciência do bloqueio sobre o sistema CDMA, sem apresença de nenhuma fonte de perturbação a não ser a gerada pelo dispositivo bloqueador,o bloco Canal AWGN - ruído branco gaussiano aditivo, e sujeito a multipercursos, comdistribuição Rayleigh foi retirado da simulação. Foi inserido no canal um Somador paraa junção do sinal interferente ao sinal do sistema CDMA.
A FIG. 4.8 apresenta o diagrama em blocos da simulação.
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FIG. 4.8: Diagrama em blocos da simulação.
Durante a realização da simulação dos blocos que compõem a geração do sinal, so-mente o bloco Combinação com o Sincronismo e Paging - Modulação Seqüência Diretasofreu alteração, pois através dele é possível determinar o valor da magnitude do sinal detransmissão (S ) no canal. Com relação ao dispositivo bloqueador, somente o bloco VCOfoi alterado, pois nele é possível de�nir o valor da magnitude do sinal interferente (J ).
4.2.1 RESULTADOS OBTIDOS
Como citado anteriormente, é possível alterar J e S na simulação e, portanto, de�nirdiversos valores para a relação J/S. O propósito desta simulação é veri�car a partir deque ponto da relação J/S vai haver a ocorrência de bits e quadros com erro nos módulosde medição.
A TAB. 4.1 apresenta os resultados da simulação para diversos valores de J,mantendo-se S constante.
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TAB. 4.1: Resultados obtidos na simulação.Teste J (dBm) S (dBm) J/S (dB) BER FER1 7 -7 14 0 02 8,57 -7 15,57 0 03 9,26 -7 16,26 0 04 9,78 -7 16,78 0 05 10,27 -7 17,27 0 06 10,85 -7 17,85 0,00083 0,035717 11,39 -7 18,39 0,00083 0,035718 11,80 -7 18,80 0,00726 0,071439 12,37 -7 19,37 0,01391 0,178610 13,26 -7 20,26 0,03447 0,321411 14,07 -7 21,07 0,1136 0,571412 14,80 -7 21,80 0,2245 0,750013 15,48 -7 22,48 0,2747 0,821414 16,11 -7 23,11 0,3167 0,892915 16,70 -7 23,70 0,3617 0,928616 17,25 -7 24,25 0,4007 0,928617 17,77 -7 24,77 0,4286 0,964318 18,25 -7 25,25 0,4387 0,964319 18,72 -7 25,72 0,4458 0,964320 19,16 -7 26,16 0,4523 0,9643
Para valores de J/S menores que 17,85 dB, o sistema não indicou a ocorrência debits e quadros com erro. Entretanto, a partir desse valor (17,85 dB), começaram a surgirvalores de BER e FER nos medidores, caracterizando assim uma degradação na qualidadedo sinal imposta pela presença do bloqueador. O aumento da quantidade de bits e quadroserrados acompanhou diretamente o aumento da relação J/S. Uma observação interessanteé que para valores muito maiores de J/S (por exemplo, J/S = 32 dB), o valor da BERse aproximou de 0,5, em virtude de que os bits 0 e 1 são igualmente prováveis para aocorrência de erros de leitura no demodulador do sistema (probabilidade de 0,5).
Vale lembrar que os resultados obtidos durante as simulações não podem ser con-siderados como absolutos, pois a ferramenta Simulink apresenta um comportamento es-tatístico durante a realização das simulações e, com isso, uma pequena diferença pode serobservada nos resultados em função da variação da duração das simulações (contador dopróprio Simulink, que não apresentou analogia com o tempo (s) durante as simulações).Para possibilitar uma maior linearidade nos resultados apresentados, a duração de cadaevento de simulação foi a mesma (T = 0,620), indicada pelo contador do Simulink. Uma
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outra consideração se refere à totalização de bits e quadros transmitidos em cada simu-lação, pois também foi o mesma em todos os eventos realizados (o total de bits em cadasimulação foi de 4816 e o total de quadros em cada simulação foi de 28).
A FIG. 4.9 apresenta o grá�co da variação da BER em função da relação J/S,conforme os dados da TAB. 4.1.
FIG. 4.9: BER em função de J/S.
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5 IMPLEMENTAÇÃO E TESTES PRÁTICOS
Este trabalho teve como uma de suas propostas a implementação de um dispositivobloqueador que opera seguindo o conceito de CME do tipo bloqueio com varredura.Essa implementação possibilitou a condição de se avaliar os resultados da geração deinterferência na faixa de 900 MHz, especi�camente sobre o sistema de telefonia móvelCDMA.
5.1 IMPLEMENTAÇÃO DE UM DISPOSITIVO BLOQUEADOR COMVARREDURA
5.1.1 COMPOSIÇÃO E TOPOLOGIA
A FIG. 5.1 apresenta a topologia do dispositivo bloqueador implementado, parainserção de ruído em uma única banda de freqüências.
FIG. 5.1: Diagrama em blocos do dispositivo bloqueador implementado.
A função dos módulos que compõem o dispositivo implementado é a seguinte:
• Gerador de Ruído→ Tem como �nalidade gerar o ruído aleatório que é inserido noespectro para causar a interferência requerida.
• Controlador do nível DC→ Tem como �nalidade gerar um nível DC, para que sejapossível o estabelecimento de um nível quiescente sobre o qual será adicionado oruído e outros sinais.
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• Gerador de Sinal de Varredura → Tem como função gerar um sinal com a formade onda triangular, para que seja produzido o efeito da varredura em freqüência.
• Somador → Tem como função somar os sinais de ruído, varredura e o nível DC.
• VCO → O módulo Oscilador Controlado à Tensão é responsável por gerar um sinalde RF a partir de um sinal DC (ou de baixa freqüência) em sua entrada.
A FIG. 5.2 representa gra�camente a freqüência de saída de um VCO em funçãode sua tensão de entrada.
FIG. 5.2: Freqüência × Tensão em um VCO.
• Ampli�cador → Tem como função ampli�car o sinal do bloqueador para um nívelde potência que seja su�ciente para efetuar o bloqueio.
• Antena → Sua �nalidade é irradiar para o espaço livre a energia eletromagnéticagerada pelo dispositivo bloqueador.
Os módulos Gerador de Ruído, Controlador do Nível DC, Gerador de Sinal deVarredura e Somador são circuitos de baixa freqüência. Os módulos VCO, Ampli�-cador e Antena são circuitos de alta freqüência. O Sistema de Controle não faz parte daclassi�cação acima, pois apenas fornece a possibilidade de gerenciar as características deoperação do dispositivo bloqueador.
Essa possibilidade de adequar cada um dos sinais gerados pelos módulos Geradorde Ruído, Controlador do Nível DC e Gerador de Sinal de Varredura, pode ser feitasimplesmente com um potenciômetro em série na saída de cada um desses módulos.
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No Gerador de Ruído, o potenciômetro variável tem como função variar a amplitudedo sinal de ruído aleatório, conforme a necessidade em questão.
No Controlador do Nível DC, o potenciômetro tem a função de controlar a excursãodo sinal interferente. Cada valor DC de saída desse circuito, corresponde a uma freqüênciacentral do sinal gerado pelo dispositivo bloqueador. Qualquer alteração desse valor desaída, a faixa de freqüências do sinal interferente se desloca pela banda de operaçãopossível do VCO.
No Gerador de Sinal de Varredura, o potenciômetro tem como �nalidade possibilitara variação da amplitude da onda triangular. Quanto maior for esse valor, maior será abanda de operação do dispositivo bloqueador. A largura de banda do sinal gerado pelodispositivo é importante, pois torna o mesmo bastante seletivo ou abrangente na ação.
Uma abordagem mais especí�ca sobre os módulos Gerador de Sinal de Varredura eSomador é apresentada no Apêndice, nos subitens 8.1.1 e 8.1.2, respectivamente. Comrelação aos circuitos de alta freqüência é feita uma abordagem sucinta sobre VCO nosubitem 8.1.3 do Apêndice. Os demais módulos que compuseram os circuitos de altafreqüência (Ampli�cador e Antena) neste trabalho foram obtidos no laboratório de Mi-croondas do IME.
5.1.2 PROJETO DOS MÓDULOS DO BLOQUEADOR
Inicialmente, para produzir o sinal de ruído, foi utilizado um diodo Zener (1N5235),inversamente polarizado, como um estabilizador de tensão. O diodo Zener é umdiodo semicondutor projetado para trabalhar na região de polarização reversa máxima,chamada de região Zener. Para que o efeito Zener ocorra, deve-se ter uma junção P-Nabrupta com concentrações de dopantes elevadas em cada lado da junção. Com a tensãoreversa muito alta, os portadores minoritários de cada lado da junção podem ser acele-rados e adquirir energia su�ciente para gerar pares extras através de colisões com a redecristalina. Os novos pares podem gerar outros pares, numa reação em cadeia, chamada deEfeito de Avalanche, a partir de um determinado valor de tensão (Tensão de Zener - VZ).Com essa geração de portadores minoritários pela junção, surge um ruído de naturezaquântica, que possui características de um ruído branco.
Após a geração do ruído através do diodo Zener, foi necessário fazer a ampli�caçãodesse ruído e essa ampli�cação foi realizada em dois estágios. O primeiro estágio deampli�cação foi implementado com um transistor (2N3904 - Phillips). No segundo estágiode ampli�cação, foi utilizado um ampli�cador operacional (LM386 - ON Semicinductor),
63
que possibilitou uma amplitude máxima de 1 Vpp de ruído, valor considerado su�cientepara realização do projeto. A FIG. 5.3 apresenta o esquemático do Gerador de Ruído.
FIG. 5.3: Esquemático do Gerador de Ruído implementado e estágios de ampli�cação.
O aspecto do ruído gerado por esse módulo é apresentado na FIG. 5.4.
FIG. 5.4: Ruído branco gerado observado em um osciloscópio.
Depois da geração do ruído, foi implementado o Gerador de Sinal de Varredura. Ocircuito foi construído com o uso do CI LM324, que possui um banco de quatro ampli�-cadores operacionais. O Gerador de Sinal de Varredura é constituído por dois estágios:
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um Gerador de Onda Quadrada e um Integrador. A FIG. 5.5 apresenta o esquemáticodo Gerador de Onda Quadrada.
FIG. 5.5: Gerador de Onda Quadrada implementado.
Inserindo os valores dos componentes do Gerador de Onda Quadrada na EQ. 8.1 doApêndice, o valor do período da onda quadrada é de 1, 77× 10−4s e, consequentemente,a sua freqüência está em torno 5,6 kHz. Esses valores coincidem com os encontradosnas medições feitas no Gerador de Onda Quadrada implementado. Foi realizada tam-bém a medição do valor de amplitude da onda quadrada, cujo valor encontrado foi deaproximadamente 9,8 Vpp. A FIG. 5.6 apresenta a onda quadrada gerada.
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FIG. 5.6: Forma de onda quadrada gerada observada em um osciloscópio.
O outro estágio é o Integrador, que fornece em sua saída uma onda triangular. Oesquemático do Integrador utilizado no projeto é apresentado na FIG. 5.7.
FIG. 5.7: Integrador implementado.
Utilizando a EQ. 8.2 do Apêndice, o valor da amplitude da onda triangular é deaproximadamente 9,0 Vpp, valor este que também foi encontrado na leitura no Integradorimplementado. O valor da freqüência da onda triangular é o mesmo da onda quadrada,em torno de 5,6 kHz. A �gura 5.8 apresenta a onda triangular gerada.
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FIG. 5.8: Forma de onda triangular gerada observada em um osciloscópio.
Antes de somar o sinal de ruído e de onda triangular, foi implementado o Controladordo Nível DC. O circuito implementado é apresentado na FIG. 5.9.
FIG. 5.9: Controlador do Nível DC implementado.
Depois da obtenção do sinal de ruído (V1 ), do nível DC (V2 ) e da onda triangular(V3 ), esses sinais foram somados através de um Somador Não Inversor, cujo esquemáticoé apresentado na FIG. 5.10.
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FIG. 5.10: Somador implementado.
O sinal na saída desse circuito é apresentado na FIG. 5.11.
FIG. 5.11: Forma de onda na saída do Somador.
Conforme a EQ. 8.8 do Apêndice, o valor de saída é de aproximadamente de 8,6VDC. Esse valor foi também encontrado nas medições na saída do Somador.
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5.1.3 IMPLEMENTAÇÃO DO BLOQUEADOR
Os circuitos citados na Seção 5.1 foram montados em uma única placa, de formaa possibilitar a interligação dos mesmos nas menores dimensões possíveis. A FIG. 5.12apresenta a placa implementada, de dimensões �nais (não otimizadas) de 8 x 7.4 cm2.
FIG. 5.12: Placa implementada com os circuitos do bloqueador (até o somador,inclusive).
O sinal gerado por essa placa é composto de uma onda triangular com o ruído e onível DC inserido à mesma. Esse sinal é entregue a um VCO, para possibilitar a geraçãode um sinal de RF em sua saída. O VCO utilizado na implementação foi o JTOS-1025,fabricado pela Mini-Circuits. A TAB. 5.1 apresenta algumas especi�cações técnicas dessedispositivo.
TAB. 5.1: Especi�cações técnicas do VCO JTOS-1025 (MINI-CIRCUITS, 2001).
Faixa de operação 685 - 1025 (MHz)Potência de saída 8,6 (dBm)
Voltagem de sintonia 1 - 16 (V)Sensibilidade à variação de voltagem de sintonia 21 - 36 (MHz/V)
Tensão de alimentação 12 (V DC)Corrente máxima 22 (mA)
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Para funcionamento do VCO, foi necessária a elaboração de uma placa, seguindo asorientações contidas em MINI-CIRCUITS (2001). A placa implementada é apresentadana FIG. 5.13, de dimensões �nais (não otimizadas) de 5 x 4,3 cm2.
FIG. 5.13: Placa do VCO implementada.
O custo de implementação dessas duas placas (Figuras 5.12 e 5.13) foi de aproxima-damente R$ 70,00.
5.2 TESTES DO BLOQUEADOR IMPLEMENTADO
Após a implementação e interligação das duas placas, foi possível veri�car no espectrode saída do VCO a geração de uma banda de freqüências com o sinal de ruído inserido.Esta condição é apresentada na FIG. 5.14.
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FIG. 5.14: Banda de freqüências gerada observada no osciloscópio.
Os resultados práticos do dispositivo bloqueador implementado estão citados na TAB5.2.
TAB. 5.2: Resultados práticos do bloqueador implementado.
Especi�cação ValorFaixa máxima de operação 590 a 973,4 MHzTipo de fonte interferente Ruído aleatório
Potência de saída 8,6 dBmTensão de alimentação 12 VDC
5.3 VALIDAÇÃO DA EFETIVIDADE DO BLOQUEADOR SOBRE O SISTEMA DETELEFONIA MÓVEL CDMA (IS-95)
Com o dispositivo bloqueador implementado, foi possível realizar testes práticos,tendo como objetivo a inserção de ruído no espectro para veri�cação do conceito debloqueio sobre o sistema de telefonia móvel CDMA (IS-95).
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5.3.1 AMBIENTE DE REALIZAÇÃO
Os testes foram realizados no laboratório de Microondas do IME e com os recursosdisponíveis na ocasião. Os equipamentos e dispositivos utilizados foram os seguintes:
• Fonte DC (Tektronix - PS281 DC)
• Dispositivo bloqueador implementado
• VCO (Mini-Circuits - JTOS-1025)
• Analisador de Espectro (HP 8566 B - 100 Hz a 2,5 GHz e 2 a 22 GHz)
• Atenuador (HP 8491 A - 10 dB)
• Ampli�cador (HP 8447 D - 25 dB - 0,1 a 1300 MHz)
• Antena omni-direcional
• Cabos e conectores
O arranjo desses dispositivos, para realização dos testes de interferência está ilustradona FIG. 5.15.
FIG. 5.15: Arranjo para realização dos testes.
Cumpre acrescentar as seguintes considerações técnicas sobre o ampli�cador e a an-tena que foram utilizados nos testes:
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• Foi necessária a utilização de um atenuador de 10 dB, para atender ao limite máximode potência de 0 dBm na entrada do ampli�cador.
• O ampli�cador apresentou um ganho de 12,4 dB na faixa próxima a 900 MHz.
• Fazendo os devidos cálculos, considerando as duas condições acima descritas, oampli�cador apresentou um ganho real de 2,4 dB ao sistema.
• A antena utilizada apresentou um ganho aproximado de 1,0 dB na faixa próximaa 900 MHz.
Considerando o valor de potência de saída do dispositivo bloqueador (+8,6 dBm),como citado na TAB. 5.2, e o ganho fornecido pelo ampli�cador utilizado nos testes (2,4dB), pode-se concluir que a potência na saída do ampli�cador foi de 11 dBm ou 12,58mW.
5.3.2 RESULTADOS OBTIDOS
O conceito de bloqueio foi testado sobre o sistema de telefonia móvel celular CDMA(IS-95). Foram utilizados os equipamentos e dispositivos citados na Seção 5.3.1 e aindaum terminal CDMA (telefone comercial), marca ZTE, modelo C133.
Devido às razões citadas no CAP. 2, foi feita a inserção do sinal de bloqueio, comuma largura de banda de 1,23 MHz, somente sobre a portadora primária (canal 283 =878,49 MHz). Conforme indicado na TAB. 5.1, a sensibilidade à variação de voltagemde sintonia do VCO utilizado nos testes é de 21 a 36 MHz/V. Como o objetivo é inserirruído em apenas 1,23 MHz, não foi necessária a utilização do efeito da varredura emfreqüência durante os testes e, portanto, o sinal de varredura do dispositivo bloqueadorfoi completamente atenuado através do respectivo potenciômetro. Houve necessidadetambém de se ajustar a amplitude do sinal de ruído, para igualar a largura de banda dosinal de bloqueio com a do canal a ser interferido. Com isso, o dispositivo bloqueadorcom varredura utilizado nos testes passou a operar seguindo o conceito de bloqueio comruído em banda estreita - NBN, pois atuou somente em um canal especí�co do sistema esem o efeito da varredura em freqüência. Uma outra classi�cação a ser dada a esta açãode bloqueio pode ser a de bloqueio inteligente, pois o sinal interferente está sendo inseridoem partes fundamentais para a aquisição do sistema CDMA (conforme apresentado noCAP. 2)
Como não foi possível obter os parâmetros de RF do sinal do sistema CDMA, foifeita a medição dos níveis de potência de recepção deste sinal S nas redondezas do IME
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e, principalmente, no local de realização dos testes (Laboratório de Microondas). Essasmedições foram feitas através de um aparelho celular Nokia, modelo 2280, que possuiessa facilidade. A ERB responsável pela cobertura está distante 550 metros do local doteste. Existem alguns obstáculos no trajeto do sinal e, além disso, a antena utilizadapela operadora é do tipo painel e não está apontada para o local de realização do teste(aproximadamente 80o). A FIG. 5.16 apresenta o mapeamento do valor potência recebida(em dBm) em função do aumento da distância entre a ERB e o aparelho Nokia, modelo2280.
FIG. 5.16: Mapeamento das potências do sinal da ERB CDMA mais próxima (valoresem dBm).
A área em destaque na FIG. 5.16, se refere ao local de realização dos testes. Den-tro desta área, com o dispositivo bloqueador operando, foi feita também a medição dapotência do sinal de bloqueio J em alguns pontos (7 pontos dentro do Laboratório e2 pontos externos ao mesmo, próximos à porta), com a utilização de um analisador deespectro. Uma consideração a ser feita é que as medições de S e J foram realizadaspor equipamentos distintos, cada um tendo a sua antena especí�ca, que apresentaramuma pequena diferença em seus respectivos ganhos, fato este que não comprometeu osresultados dos testes.
A TAB. 5.3 apresenta os resultados das medições de S e J nos 9 pontos escolhidos,a relação J/S de cada ponto, a localização física dos mesmos (interno ou externo aolaboratório) e os resultados da ação do bloqueio.
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TAB. 5.3: Resultados dos testes.
Ponto / Localização J (dBm) S (dBm) J/S (dB) Resultado1 / interno -44,10 -95 50,9 Bloqueio2 / interno -51,20 -94 42,8 Bloqueio3 / interno -51,50 -94 42,5 Bloqueio4 / interno -56,70 -94 37,3 Bloqueio5 / interno -59,20 -94 34,8 Bloqueio6 / interno -60 -94 34 Bloqueio7 / interno -62 -94 32 Bloqueio8 / externo -65,50 -84 18,5 Intermitente9 / externo -67,3 -84 16,7 Celular operando
O bloqueio foi obtido com êxito dentro do Laboratório de Microondas, onde a relaçãoJ/S esteve superior à margem de bloqueio - MJ para o sistema CDMA, que é de 18 dB,como explicado no CAP. 2. O telefone móvel CDMA não conseguiu efetuar a aquisiçãodo sistema, demonstrando em seu visor a mensagem "procurando serviço". No pontode medição 8 (externo ao Laboratório), a condição de bloqueio se apresentou de formaintermitente, visto que a relação J/S esteve oscilando em valores próximos à 18 dB. Noponto de medição 9 (também externo ao Laboratório), onde a relação J/S esteve menorque 18 dB, o telefone móvel efetuou a aquisição normalmente do sistema e tornou-sedisponível na rede.
Enquanto o dispositivo bloqueador permaneceu ligado, a condição de bloqueio estevepresente dentro da respectiva área. Poucos segundos após o desligamento, o telefoneCDMA conseguiu fazer a aquisição na rede e entrar em operação.
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6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
De forma geral, o presente trabalho apresentou um estudo teórico, prático e experi-mental do conceito de geração de interferência intencional sobre sistemas que utilizam oespaço livre como meio de transmissão.
O trabalho possibilitou a realização das seguintes ações:
a) Abordagem teórica sobre alguns temas que se referem ao conceito de geração deinterferência intencional, como por exemplo:
• Tipos de perturbações sofridas por um sinal em sistemas de telecomunicações;
• Tipos de CME, com destaque para a CME do tipo bloqueio;
• Formas de implementação da CME do tipo bloqueio e seus respectivos con-ceitos;
• Modelo genérico da recepção de um sinal em sistemas de telecomunicações;
• Espalhamento espectral e ganho de processamento;
• Equacionamento para determinação da relação J/S e do parâmetro margemde bloqueio.
b) Descrição de algumas considerações importantes para a melhoria da efetivação dobloqueio sobre um sistema.
c) Apresentação de um estudo de caso sobre a geração de bloqueio em terminais IS-95,incluindo os seguintes passos:
• Abordagem teórica sobre a lógica de funcionamento do sistema CDMA;
• Determinação do valor do parâmetro margem de bloqueio para esse sistema;
• Apresentação de uma proposta para efetivação do bloqueio, através da inserçãodo sinal interferente sobre um único canal do sistema (canal 283) e não portoda a banda de freqüência utilizada.
d) Apresentação de uma análise prévia do conceito de bloqueio sobre o sistema detelefonia móvel GSM e sobre os rádios transceptores TalkAbout.
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e) Sugestões de composição e topologia de dispositivos bloqueadores para operaçãoem banda única e em múltplas bandas de freqüências.
f) Apresentação de alguns dispositivos bloqueadores disponíveis no mercado e suasrespectivas características técnicas.
g) Elaboração de uma simulação computacional através do programa Matlab 7.0(Simulink), com a realização dos seguintes passos:
• Implementação, através de um diagrama em blocos, de uma réplica de umdispositivo bloqueador;
• Obtenção de um modelo do canal de tráfego do CDMA IS-95 (ponto-a-ponto),na biblioteca do Simulink ;
• Apresentação dos resultados obtidos através da realização de diversas simu-lações. Esses resultados apresentaram uma certa concordância, quando com-parados à parte teórica e aos resultados práticos do conceito de bloqueio sobreo sistema CDMA.
h) Realização do projeto e implementação de um dispositivo bloqueador com varredurapara a faixa de 590 à 973,4 MHz.
i) Realização de testes práticos sobre os sistema de telefonia móvel CDMA e apresen-tação de resultados e comentários.
Acredita-se, portanto, que este trabalho proporcionou algumas contribuições aosmeios acadêmico e pro�ssional, e fornece condições para o desenvolvimento de novosestudos relacionados ao tema.
As sugestões para trabalhos futuros são as seguintes:
• Testar as topologias sugeridas para funcionamento em múltiplas bandas de freqüên-cias;
• Sugerir novas composições e topologias de dispositivos bloqueadores;
• Implementar um dispositivo bloqueador considerando os efeitos de acoplamento dossinais e das antenas (quando for o caso), para a condição de operação em múltiplasbandas de freqüências;
• Testar o dispositivo implementado em outros sistemas;77
• Avançar os estudos sobre a condição de geração de interferência sobre canais es-pecí�cos de determinados sistemas;
• Dar seqüência à abordagem teórica sobre as formas possíveis de implementação daCME do tipo bloqueio;
• Fazer uma análise comparativa dos resultados da ação do bloqueio em diferentestipos de modulação.
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8 APÊNDICES
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8.1 INFORMAÇÕES ADICIONAIS SOBRE ALGUNSMÓDULOS DO DISPOSITIVOBLOQUEADOR IMPLEMENTADO
O apêndice resume algumas considerações sobre o Gerador de Sinal de Varredura, oSomador e o VCO utilizados na implementação do dispositivo bloqueador.
8.1.1 MÓDULO GERADOR DE SINAL DE VARREDURA
O Gerador de Sinal de Varredura é constituído por dois estágios que operam de formasucessiva. O primeiro estágio apresenta um multivibrador astável, que tem como funçãogerar uma onda quadrada, e o segundo, um circuito Integrador, que tem o objetivo gerarem sua saída uma onda triangular.
Os multivibradores constituem uma classe de osciladores e, como todo oscilador,fazem uso de realimentação. Estes dispositivos apresentam apenas dois estados de saída:um alto e um baixo. O estado alto apresenta uma certa amplitude em relação ao estadobaixo, que normalmente está no nível "zero", ou seja, na referência de tensão (JÚNIOR,1988). Assim sendo, a forma de onda do sinal de saída tem como padrão um pulsoretangular ou quadrado.
Os multivibradores se dividem em três categorias:
• Monoestáveis: apresentam um único estado estável. A mudança para o estadoinstável se dá após a aplicação de um pulso de disparo. O tempo de permanêncianeste estado instável depende apenas dos valores de parâmetros do circuito.
• Biestáveis: apresentam dois estados estáveis e distintos. A mudança entre eles éfeita pela aplicação de um pulso de disparo.
• Astáveis: não apresentam estados estáveis. O multivibrador comuta constante-mente entre os dois estados possíveis, produzindo um trem de pulsos com umadeterminada frequência, que é dependente dos componentes do próprio circuito.
Cada um desses tipos pode ser considerado como um circuito ampli�cador de doisestágios. O modo de como é realizado o acoplamento entre os dois estágios (de 1 para 2e de 2 para 1) é que determina o tipo do multivibrador.
O circuito básico de um multivibrador astável com ampli�cadores operacionais ne-cessita apenas de um capacitor e três resistores externos, conforme demonstrado na FIG.8.1.
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FIG. 8.1: Esquemático de um multivibrador astável (JÚNIOR, 1988).
Conforme citado acima, este circuito tem por característica operar em dois estadosnão estáveis, um na saturação positiva e outro na saturação negativa, gerando ondasquadradas de baixa freqüência (LANDO e ALVES, 1986).
A freqüência da onda quadrada (f ) pode ser calculada pela EQ. 8.1 (JÚNIOR, 1988).
T =1
f= 2R1Cln(1 +
2R2
R3
) (8.1)
O segundo módulo do Gerador de Sinal de Varredura é o circuito Integrador, que temcomo função integrar a onda quadrada a �m de se obter um sinal na forma triangular.
Basicamente, um circuito Integrador elementar possui o esquemático apresentado naFIG. 8.2.
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FIG. 8.2: Esquemático de um Integrador.
Neste circuito, o ampli�cador operacional é ligado a um resistor e a um capacitor. Umampli�cador com esta con�guração de circuito é chamado de Integrador, pois a voltagemde saída Vo aumenta linearmente no tempo para uma entrada �xa Vi, que é uma ondaquadrada e, portanto, o resultado da integração será uma onda triangular (LANDO eALVES, 1986).
A tensão de saída apresenta valores de pico, que são obtidos através da seguinterelação (JÚNIOR, 1988):
Vop =VppT
4R1C(8.2)
onde VPP é o valor de tensão pico-a-pico da onda quadrada.
8.1.2 MÓDULO SOMADOR
Genericamente, um circuito Somador Inversor possui o esquemático apresentado naFIG. 8.3.
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FIG. 8.3: Esquemático de um circuito Somador Inversor.
Pode-se notar a existência de um resistor de realimentação negativa (Rf ), que rea-limenta a porta inversora e um resistor de equalização (Re) para minimizar a tensão deo�set, ou seja, exatamente 0 V na saída quando as duas entradas forem iguais.
Aplicando a Lei de Kirchho� das correntes no ponto a (JÚNIOR, 1988), tem-se que
V1
R1
+V2
R2
+V3
R3
+Vo
Rf
= 0 (8.3)
ou seja,
Vo = −Rf (V1
R1
+V2
R2
+V3
R3
) (8.4)
Conforme apresentado na FIG. 8.3, os sinais a serem somados são aplicados na portainversora (−) e, portanto, o valor de tensão do sinal de saída do Somador sai com osinal invertido, caracterizando assim, um Somador Inversor. Essa condição de inversãotambém pode ser observada na EQ. 8.4, onde o sinal negativo representa a inversão.
Existe um outro tipo de arranjo de Somador que não inverte o valor de tensão dosinal de saída do circuito. Trata-se de um Somador Não Inversor. O seu esquemáticobásico é apresentado na FIG. 8.4.
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FIG. 8.4: Somador Não Inversor.
Aplicando a Lei de Kirchho� das correntes no ponto b (JÚNIOR, 1988), tem-se que:
V1 − Vb
R1
+V2 − Vb
R2
+V3 − Vb
R3
= 0 (8.5)
então,
Vb =V1
R1+ V2
R2+ V3
R3
1R1
+ 1R2
+ 1R3
=G1V1 + G2V2 + G3V3
G1 + G2 + G3
(8.6)
lembrando que G = 1Ré a condutância.
Os resistores R e Rf formam um ampli�cador não inversor de modo que:
Vo = (1 +Rf
R)Vb (8.7)
logo,
Vo = (1 +Rf
R) · G1V1 + G2V2 + G3V3
G1 + G2 + G3
(8.8)
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8.1.3 VCO - OSCILADOR CONTROLADO À TENSÃO
Existem algumas estruturas que são consagradas dentro da teoria de circuitos os-ciladores. Como exemplo, pode-se citar:
• Oscilador Hartley
• Oscilador Colpitts
Nesses osciladores o processo de sintonia da freqüência de oscilação é feita por ele-mentos reativos.
O oscilador Hartley é um tipo de oscilador LC que utiliza dois indutores e um capaci-tor para realizar o processo de sintonia da freqüência de oscilação. A FIG. 8.5 apresentaum exemplo de arranjo deste oscilador.
FIG. 8.5: Exemplo de arranjo de um oscilador Hartley (BOYLESTAD e NASHELSKY,1998).
A freqüência de oscilação no oscilador Hartley é dada por (BOYLESTAD e NASHEL-SKY, 1998).
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fo =1
2π√
LeqC(8.9)
A indutância equivalente Leq é dada por
Leq = L1 + L2 + 2M (8.10)
onde L1 e L2 representam os valores dos indutores e 2M representa o acoplamento mútuoque deve ser levado em conta na determinação da indutância equivalente do circuitotanque.
O oscilador Colpitts tem o princípio de funcionamento bastante similar ao osciladorHartley, com a única diferença que o processo de sintonia da freqüência de oscilação éfeita através de um circuito de realimentação capacitivo, formado por dois capacitores eum indutor. Um exemplo de arranjo desse oscilador é apresentado na FIG. 8.6.
FIG. 8.6: Exemplo de arranjo de um oscilador Colpitts (BOYLESTAD e NASHELSKY,1998).
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A frequência de oscilação no oscilador Colpitts é dada pela por (BOYLESTAD eNASHELSKY, 1998).
fo =1
2π√
CeqL(8.11)
A capacitância equivalente Ceq é dada por
Ceq =C1C2
C1 + C2
(8.12)
onde C1 e C2 representam os valores dos capacitores utilizados no processo de sintoniada freqüência de oscilação.
Na conceituação anterior, referente aos osciladores Hartley e Colpitts, foi consideradoque os valores dos capacitores utilizados no circuito ressonante são �xos e, com essacondição, a freqüência de oscilação na saída é única, dada pelas Equações 8.9 e 8.11.
Entretanto, com intuito de possibilitar a redução de componentes no circuito e, prin-cipalmente, fazer com que o dispositivo bloqueador seja abrangente, pode-se fazer asubstituição de um desses capacitores �xos por um tipo de capacitor que varia o valor dasua capacitância em função de diferentes valores de tensão aplicado à sua entrada (umVaractor). Sendo assim, para cada valor de tensão de entrada, obtem-se uma diferentefreqüência de oscilação na saída. Esse é o conceito de um Oscilador Controlado à Tensão- VCO. Os osciladores Hartley e Colpitts podem ser classi�cados como VCO�s, desde quea substituição do capacitor �xo pelo variável seja efetuada.
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