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Marcos Antonio Neves

VISÃO GERAL DE TELECOMUNICAÇÕES - RF

- CONCEITOS BÁSICOS- O SISTEMA DE RF- PROPAGAÇÃO DE RF- ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR

26 de Maio de 2017

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O Pai da Comunicação Sem FioPe. Roberto Landell de Moura

• Primeiras aplicações práticas das eq. Maxwell• Sistema de telegrafia sem fio (1892)• Transmissão pública sem fio (1894)• Bem antes de Marconi (1895)• Patentes EUA: Telefone sem fio, Telégrafo

sem fio e Transmissor de ondas (1902-1904)• Em 1905, solicitou ao Presidente do Brasil

dois navios para demonstrar seus inventos. OPresidente não permitiu o experimento.

CONCEITOS BÁSICOS-Logaritmo

Definição:

• y = logbx => by = x

y = logb1 => by = 1 >> y = 0

y = logb0 => by = 0 >> y =

• y = log10

x = logx => 10y = x

• Propriedades: log(xn) = n.logx

• log(a.k) = loga + logk

• log(a / k) = loga – logk

CONCEITOS BÁSICOS-Logaritmo

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: Bell (B)

• Expressar grande variação da intensidade (potência) dos sinais de comunicação.

• Audição humana se comporta como uma fonte receptora logarítmica.

• Razão entre dois valores de mesma natureza• Adimensional• 1 Bel = 10x; 2 Bels = 100x; 3 Bels = 1000x

= log

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: deciBell (dB)

• O Bell ainda é uma escala muito grande.• A escala ideal é dez vezes menor.

= 10 log

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: deciBell (dB)= 10

Exemplos:

• Pin = 20W; Pout = 40W= 10 log = 10 0,3 = +• Pin = 80W; Pout = 20W= 10 log = 10 log = 10 log4(-1) = 10 (( 1) log4 ) = 10 0,6 = 6dB

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: deciBell (dB)= 10

• Relação entre Tensões ou Correntes:• Sistemas balanceados: Zout = Zin = Z

dB = 10*log[( )( )] = 10*log( ) = 10*log( )2

dB = 20*log

dB = 20*log

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: dBi

• Ganho em relação à antena Isotrópica.• A antena Isotrópica é um ponto inextensível

com ganho unitário em todas as direções.

Gisotrópica = 1Giso(dB) = 10log1 = 10*0

Giso = 0 dBi

• Exemplo:

GantVHLP1-80 = 43,5 dBi

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: dBd

• Ganho em relação ao dipolo de meia onda.• Um dipolo tem ganho de 2,15 dBi.

G(dipolo = 0 dBdG(dipolo = 2,15 dBi

dBi = dBd + 2,15

• Exemplo:

GCMAX-O-43-V53 = 1,15 dBd

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: dBm

• dBm é a relação entre uma potência medida em Watts e uma outra potência de referência com valor fixo de 1 mW.

• Este valor foi definido a partir da impedância da linha de telefonia (600 ) e de uma tensão Vrms igual a 0,775 volts.= 10

• Exemplo: P = 1W

P = 10 = 10 log103=30 dBm

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: dBm – Importante!

• NÃO se pode somar dBm com dBm!• Prova:

• PW = 1W + 1W = 2W = 33 dBm

P = 10 = 10 log(2 103)P = 10 ( 2 + 10 ) = 33 dBm

• P 1 +P 1 = 30dBm+30dBm = 60dBm???

• Porém! dBm – dBm = dB !!!

• P 1 +P 1 = 30dBm+30dBm = 60dBm???

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: dBm

Tabela de Conversão de Watts para dBm

CONCEITOS BÁSICOS-Unidades: dBW

• dBW é a relação entre uma potência medida em Watts e uma outra potência de referência com valor fixo de 1 W.= 10

• Exemplo: P = 1000W

P = 10 = 10 10 = 30 dBW

CONCEITOS BÁSICOS-Ganho e Potência de um amplificador

Curva de transferência Teórica


Curva de transferência Teórica

GABSOLUTO = ( )( ) [adimensional]

GRELATIVO = POUT(dBm) – PIN(dBm) [dB]


Curva de transferência Teórica x Real

CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro



SINAL: É a informação modulada (BANDA BASE)PORTADORA: É a faixa de frequência de RF que contém o sinal.

TRANSMISSÃO

• Source Coding: Codifica a informação para aumentar a capacidade de transmissão.

• Channel Coding: Torna a informação robusta a erros causados pelo canal de comunicação.

• Modulation: Modula a informação em um sinal de banda base.• Upconversion to IF: Converte a banda base em uma frequência

intermediária (IF).• Digital to Analog Conversion (DAC): Converte a IF em um sinal

analógico.• Upconversion to RF: Gera o sinal a ser transmitido através de uma

portadora de RF.


RECEPÇÃO

• Downconversion from RF: Converte o sinal de RF recebido em sinal de IF analógico.

• Analog to Digital Conversion (ADC): Converte o sinal de IF analógico em digital.

• Downconversion from IF: Converte o sinal de IF em banda base.• Demodulation: Decodifica o sinal de banda base e corrige possíveis

erros.• Channel Decoding: Decodifica a informação demodulada e corrige

erros devidos a ruído.• Source Decoding: Decodifica sua entrada para recuperar a informação

original.


Filtro Teórico x Real


Filtro Real


Sinal Amplif/Filtrado: Domínio do tempoSinal Original

Sinal 100x / Filtrado


Sinal Amplif/Filtrado/Amplif: Domínio do tempoSinal Original

Sinal 10x / Filtrado / 10x


Comparação A/F/A e A/F: Domínio do tempo


Filtragem de Sinal: Domínio da frequênciaFaixa a ser Filtrada


Filtragem de Sinal: Domínio da frequênciaFaixa a ser Filtrada com máscara do filtro


Filtragem de Sinal: Domínio da frequênciaFaixa Filtrada

CONCEITOS BÁSICOS-O amplificador como sistema realimentado

CONCEITOS BÁSICOS-O amplificador como sistema realimentado

• É o ruído intrínseco gerado por flutuações térmicas nos condutores à temperatura ambiente.

• No = KT(W/Hz)[Densidade eSpectral de Potência]

No = 10.log = - 174 dBm/Hz [PSD]

CONCEITOS BÁSICOS-Ruído térmico(No)

• PdBm = (PSD + 10.logB) dBm [potência]

• PSD = (PdBm – 10.logB) dBm/Hz

CONCEITOS BÁSICOS-Ruído térmico(No)

CONCEITOS BÁSICOS-Ruído térmico(No): Influência

CONCEITOS BÁSICOS-Figura de Ruído

É a relação entre a razão da potência do sinal pelo ruído na entrada e a razão da potência do sinal pelo ruído na saída.

CONCEITOS BÁSICOS-Figura de Ruído: Aplicação

CONCEITOS BÁSICOS-Ruído Térmico + Figura de Ruído

SISTEMA DE RF-Faixas de Frequencias: Anatel









SISTEMA DE RF-Visão Geral

SISTEMA DE RF-Transceptor de RF

SISTEMA DE RF-Duplexador

SISTEMA DE RF-Diplexador

SISTEMA DE RF-Combinador de RF

SISTEMA DE RF-Cabo de RF

SISTEMA DE RF-Guia de Onda de RF

SISTEMA DE RF-Antena: O Dipolo

SISTEMA DE RF-Antena: O Dipolo de meia onda

SISTEMA DE RF-Antena: Onda EletroMagnética(OEM)

SISTEMA DE RF-Antena: Polarização

SISTEMA DE RF-Antena: Tipos




SISTEMA DE RF-Antena: Diagramas de Irradiação

SISTEMA DE RF-Antena: Diagrama Retangular

SISTEMA DE RF-Antena: Diagrama Polar – H sem Tilt

SISTEMA DE RF-Antena: Diagrama Polar – H Tilt10°elet

SISTEMA DE RF-Antena: Diagrama Polar – V sem Tilt

SISTEMA DE RF-Antena: Diagrama Polar – V Tilt10°mec

SISTEMA DE RF-Antena: Diagrama Polar – V Tilt10°elet

SISTEMA DE RF-Antena: Cobertura – sem Tilt

SISTEMA DE RF-Antena: Cobertura – Tilt10°mec

SISTEMA DE RF-Antena: Cobertura – Tilt10°elet

• Perda de Retorno é a relação entre a potência refletida e a potência incidente (direta) em uma porta de RF, expressa em dB.

• Comumente o VSWR ( Voltage Standing Wave Ratio ) é usado como Perda de Retorno e vice-versa porque eles são relacionados, conforme tabela mais abaixo.

SISTEMA DE RF-Linhas de Transmissão

• Se impedância da carga ZL for puramente resistiva, a potência de RF será totalmente absorvida por ZL, porque corrente e tensão estão na mesma fase.


• A indutância da LT provoca a reatância da linha, o que provoca uma oposição à passagem da corrente e um atraso de fase da mesma em relação à fase da tensão.


• O comprimento de uma LT deve ser calculadopelo valor do comprimento de onda ( ) dafrequência transmitida ou do seu sub-multíplo.



• Medição do VSWR.


SISTEMA DE RF-Ganho e Potência

PROPAGAÇÃO DE RF-Visão geral

Canal de rádio Fixo e Móvel• Impõe limitações no desempenho dos

sistemas de comunicação sem fio

Caminhos de Transmissão• Linha de visão• Obstáculos• Prédios• Montanhas• Folhagens

PROPAGAÇÃO DE RF-Visão geral

Canais com fio• Estacionários• Previsíveis

Canais de rádio• Extremamente aleatórios• Difícil análise (modelagem)

PROPAGAÇÃO DE RF-Multipercursos

Reflexão• Quando a onda propagada se encontra com

objetos muito maiores que o comprimento deonda.

Múltiplas Reflexões(Multipercursos)• A onda se propaga por diversos caminhos de

distâncias diferentes. A interação destas ondascausa desvanecimento do sinal (fading).

• Modelo de Reflexão no Solo (2 Raios)

RECEPTORTRANSMISSOR

LOSE

iE rE

d

TOTE

PROPAGAÇÃO DE RF-Multipercursos

PROPAGAÇÃO DE RF-Difração

Difração• Ocorre quando o caminho entre o transmissor

e o receptor é obstruído por uma superfícieque tem irregularidades pontiagudas

Espalhamento• Ocorre quando o meio através do qual a onda

se propaga consiste de objetos comdimensões que são muito pequenas quandocomparadas com o comprimento de onda

PROPAGAÇÃO DE RF-Difração

PROPAGAÇÃO DE RF-Desvanecimento (Fading)

• Ocorre porque o sinal recebido é a soma demuitas contribuições vindas de diferentesdireções

• Ocarre quando o receptor está se movendo oua atmosfera sofre variações.

• A potência do sinal recebido pode variar daordem de 30 dB ou 40 dB

PROPAGAÇÃO DE RF-Desvanecimento (Fading)

• Técnicas de Diversidade

• Diversidade Espacial (Antenas)• Diversidade por Polarização• Diversidade em Freqüência• Diversidade no Tempo

PROPAGAÇÃO DE RF-Diversidade

• Diversidade de Antenas no Receptor

PROPAGAÇÃO DE RF-Diversidade Espacial

• Diversidade de Antenas no Receptor



• O mesmo sinal sendo recebido por duas antenas separadas adequadamente.


• O melhor sinal dos dois multipercursos.

PROPAGAÇÃO DE RF-Espaço Livre

Propagação de Espaço Livre• É o modelo utilizado para predição da potência

do sinal recebido quando não existe obstáculoentre a antena transmissora e receptora

Exemplo de Sistemas• Sistemas de comunicação via satélite• Enlaces de microondas

PROPAGAÇÃO DE RF-Espaço Livre

Propagação de Espaço Livre

= 32,44 + 20 + 20 ( )d(km) ; f(MHz)

• Relação Potência - Campo Elétrico

tt GP

2

2

2 mW

1204E

dGPP tt

d

Potênciade FluxodeDensidade

PROPAGAÇÃO DE RF-Difusão do Campo Elétrico

• Modelo de Reflexão no Solo (2 Raios)

RECEPTORTRANSMISSOR

LOSE

iE rE

d

TOTE

PROPAGAÇÃO DE RF-Modelos usados

• Modelo de Difração

RECEPTORTRANSMISSOR

T R

1d 2d


• Múltiplas Difrações

RECEPTORTRANSMISSOR


T

R

PROPAGAÇÃO DE RF-Link Budget

• Para ter-se uma comunicação com boa qualidade é necessário que o link entre as duas estações esteja balanceado.


Função de Balanceamento:

Pbts – Sms = Pms + Gdiversidade - Sbts


Pbts – Potência da ERBSms – Sensibilidade do móvelPms – Potência do móvel Gdiversidade – Ganho diversidade Sbts – Sensibilidade da ERB

)4log(20)(

)log(10)(

00

00

ddPL

ddNdPLPL

Onde:

PL(d0=1m, 960MHz) = 32dB

PL(d0=1m, 1880MHz) = 38 dB

d0 (outdoor típico) = 100m a 1000m

d0 (indoor típico) = 1m

Environment Path Loss Exponent NFree Space 2Urban area cellular/PCS 2.7 - 4.0Shadowed urban cellular/PCS 3 – 5In building line-of-sight 1.6 - 1.8Obstructed in building 4 – 6Obstructed in factories 2 – 3

PROPAGAÇÃO DE RF-Perdas em ambiente urbano

Método 1 (Mais simples)Environment Freq (MHz) n (dB)Indoor Retail Store 914 2.2 8.7Indoor Grocery Store 914 1.8 5.2Indoor Soft Partition Office 914 2.4 9.6Indoor Soft Partition Office 1900 2.6 14.1Indoor Suburban Home 900 3.0 7.0Indoor Office Same Floor 914 2.76-3.27 5.2-12.9Indoor Office Entire Building 914 3.54-4.33 12.8-13.3Indoor Office Wing 914 2.68-4.01 4.4-8.1Indoor Average 914 3.14 16.3Indoor Through One Floor 914 4.19 5.1Indoor Through Two Floors 914 5.04 6.5Indoor Through Three Floors 914 5.22 6.7

PROPAGAÇÃO DE RF-Perdas em ambientes indoor

Projeto de RF IndoorPerda de Propagação – Antena (5)

Wall Type Lwall(dB) Min.

Lwall(dB) Typical

Lwall(dB) Max.

Thick (25-cm) concrete with large windows 4 4 5Thick (25-cm) concrete with large windows and large incidence angle

9 11 12

Thick concrete, no windows 10 13 18Double (2 x 20 cm) concrete; indoor 14 17 20Thin (10 cm) concrete; indoor 3 6 7Brick wall, small windows 3 4 5Steel wall (1 cm) with large reinforced windows 9 10 11Glass wall 1 2 3Reinforced glass 7 8 9Concrete (20 cm) large windows 5.4Concrete (30 cm) 9.4Bricks, 63 cm 4.0Bricks, 70 cm 4.5Porous Concrete 6.6

PROPAGAÇÃO DE RF-Perdas de paredes

PROPAGAÇÃO DE RF-Problemas no uso do Bloqueador de Sinal

PROPAGAÇÃO DE RF-Problemas no uso do Bloqueador de Sinal

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Catálogo

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Especificações elétricas

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Saturated Output Power

• A maioria dos amplificadores começa acomprimir aproximadamente 5 a 10 dB abaixode P1dB. Aplicar níveis de potência de sinalacima deste ponto resulta em uma diminuiçãono Ganho. Portanto, a mudança na potênciade saída não será linear em relação a umamudança correspondente na potência deentrada até o ponto onde o amplificador estána saturação (PSAT) e o ganho é igual zero.

Curva de transferência Teórica x Real

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Saturated Output Power

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Ponto de Compressão de 1dB

• 1 dB compression point: Define o nível de saída no qual o ganhodo amplificador é 1 dB menor que o Small-signal gain.

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Gain Flatness

• Small-signal gain: permite que você quantifique o ganho doamplificador em uma freqüência particular em um sistema de 50ohms.

• Gain Flatness: A planicidade permite que você visualize osdesvios no ganho do amplificador em uma faixa de freqüênciaespecificada em um sistema de 50 ohms.

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-IP3

• O ganho do amplificador de RF é definido como a diferença depotência entre o sinal de saída do amplificador e o sinal deentrada, ambas à mesma impedância característica do sistema.

• IP3 - Third-order intercept point: Ponto de intercepção de terceiraordem é uma medida de produtos de terceira ordem gerados pordois sinais de amplitude igual que chegam simultaneamente naentrada de um amplificador.

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-IP3

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Harmonics

• A distorção harmônica é produzida por não-linearidade no amplificador e aparece na formade freqüências de sinal de saída em múltiplosinteiros da freqüência do sinal de entrada.Uma vez que a distorção harmónica éinfluenciada pelo nível de potência de entrada,é geralmente especificada em termos do nívelrelativo para os harmónicos à potência de sinalfundamental.

ESPECIFICAÇÕES AMP OPHIR-Harmonics

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41 99121 0812

Muito obrigado! Referências

[1] RAPPAPORT, T.S. Wireless Communications: Principles and Practice. USA: Prentice Hall, 1999.

[2] ALENCAR, Marcelo Sampaio de. Telefonia Celular Digital. 1. ed. São Paulo: Érica, 2004.

[3] AGILENT TECHNOLOGIES. Fundamentals of RF and Microwave NoiseFigure Measurements: Application Note 57-1. USA, October, 2000.

[4] MINI-CIRCUITS. “ Amplifier Terms Defined ”. AN-60-038 Rev.: B, (04/14/15), M150261, File: AN60038.doc , [online], available: https://www.minicircuits.com/.

o pai da comunicação sem fio - taktgtn.com.br · • expressar grande variação da intensidade...

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