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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
CONCEITOS BÁSICOS-Ganho e Potência de um amplificador
Curva de transferência Teórica
GABSOLUTO = ( )( ) [adimensional]
GRELATIVO = POUT(dBm) – PIN(dBm) [dB]
CONCEITOS BÁSICOS-Ganho e Potência de um amplificador
Curva de transferência Teórica x Real
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
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.
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
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.
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
Filtro Teórico x Real
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
Filtro Real
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
Sinal Amplif/Filtrado: Domínio do tempoSinal Original
Sinal 100x / Filtrado
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
Sinal Amplif/Filtrado/Amplif: Domínio do tempoSinal Original
Sinal 10x / Filtrado / 10x
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
Comparação A/F/A e A/F: Domínio do tempo
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
Filtragem de Sinal: Domínio da frequênciaFaixa a ser Filtrada
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e Filtro
Filtragem de Sinal: Domínio da frequênciaFaixa a ser Filtrada com máscara do filtro
CONCEITOS BÁSICOS-Sinal, Portadora e 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-Faixas de Frequencias: Anatel
SISTEMA DE RF-Faixas de Frequencias: Anatel
SISTEMA DE RF-Faixas de Frequencias: Anatel
SISTEMA DE RF-Faixas de Frequencias: Anatel
SISTEMA DE RF-Faixas de Frequencias: Anatel
SISTEMA DE RF-Faixas de Frequencias: Anatel
SISTEMA DE RF-Faixas de Frequencias: Anatel
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: Tipos
SISTEMA DE RF-Antena: Tipos
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.
SISTEMA DE RF-Linhas de Transmissão
• 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.
SISTEMA DE RF-Linhas de Transmissão
• O comprimento de uma LT deve ser calculadopelo valor do comprimento de onda ( ) dafrequência transmitida ou do seu sub-multíplo.
SISTEMA DE RF-Linhas de Transmissão
SISTEMA DE RF-Linhas de Transmissão
• Medição do VSWR.
SISTEMA DE RF-Linhas de Transmissão
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
PROPAGAÇÃO DE RF-Diversidade Espacial
PROPAGAÇÃO DE RF-Diversidade Espacial
• O mesmo sinal sendo recebido por duas antenas separadas adequadamente.
PROPAGAÇÃO DE RF-Diversidade Espacial
• 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
PROPAGAÇÃO DE RF-Modelos usados
• Múltiplas Difrações
RECEPTORTRANSMISSOR
PROPAGAÇÃO DE RF-Modelos usados
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.
PROPAGAÇÃO DE RF-Link Budget
Função de Balanceamento:
Pbts – Sms = Pms + Gdiversidade - Sbts
PROPAGAÇÃO DE RF-Link Budget
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
Contato
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/.