[Sisteleco] Lista_Unidade_03

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UFRN

Luiza Maria
19/01/2024
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Sistemas de Telecomunicações

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ELE0527 - SISTEMAS DE TELECOMUNICACOES I
Sisteleco: Lista Unidade 03
Natal - RN
Dezembro de 2023
01) Defina envoltória de modulação e discuta o efeito do ı́ndice m no envelope. Por que a mo-
dulação não pode ser chamada de ‘adição de frequências’?
A envoltória de modulação é a forma de onda resultante da variação da amplitude de uma portadora de
acordo com uma onda moduladora. O ı́ndice de modulação (m) controla o quanto a amplitude da portadora é
alterada, sendo maior caso a variação de amplitude seja maior e vice-versa.
A modulação não pode ser descrita como ”adição de frequências”porque não envolve a adição direta das
frequências das ondas moduladora e portadora. Na modulação de amplitude, por exemplo, a frequência da onda
portadora permanece a mesma, sendo apenas a amplitude modificada para transmitir informações, sem adição
de frequências.
02) Considerando a seguinte expressão de potência média total, determine as potências associadas
às bandas laterais e à portadora quando m = 0;m = 0, 5 e m = 1.
1. Para m = 0
Pmedtotal =
E2p
2R
+
m2E2p
8R
+
m2E2p
8R
Pmedport =
E2p
2R
PmedBLI = PmedBLS =
02E2p
8R
= 0
2. Para m = 0, 5
Pmedtotal =
E2p
2R
+
m2E2p
8R
+
m2E2p
8R
Pmedport =
E2p
2R
PmedBLI = PmedBLS =
0, 52E2p
8R
=
E2p
32R
3. Para m = 1
Pmedtotal =
E2p
2R
+
m2E2p
8R
+
m2E2p
8R
Pmedport =
E2p
2R
PmedBLI = PmedBLS =
12E2p
8R
=
E2p
8R
03) Como é posśıvel observar (matematicamente) que a largura de um pulso (no tempo) tem
relação inversa com a largura de banda ocupada (no espectro de frequências)? Qual a diferença
entre o PDM e sua versão aprimorada, o PPM?
A largura de um pulso no tempo e a largura de banda ocupada no espectro de frequências têm uma relação
inversa. Quanto mais estreito o pulso no tempo, maior a largura de banda no espectro de frequências, e
vice-versa, o que fica claro pela expressão da taxa de amostragem fs =
1
Ts
.
PDM (Modulação por Densidade de Pulso) e PPM (Modulação por Posição de Pulso) são técnicas de
modulação digital que diferem principalmente na forma como representam os dados. Enquanto o PDM utiliza
da densidade dos pulsos para codificar informações digitais, o PPM utiliza a posição temporal dos pulsos dentro
de intervalos fixos para representar os dados.
2
04) Um sinal m(t) limitado em banda a 3kHz é amostrado a uma taxa 1/3 maior que a taxa de Ny-
quist. O erro máximo aceitável na amplitude da amostra (ou seja, o máximo erro de quantização)
é 0,5% da amplitude de pico (mp). As amostras quantizadas são codificadas em sequências de
bits (número L de ńıveis de quantização). Calcule a largura de banda mı́nima requerida de um
canal para a transmissão. Se 24 sinais deste tipo são transmitidos em um esquema TDM (mul-
tiplexação por divisão no tempo), compute a mı́nima banda necessária para a transmissão do sinal.
Dado que o sinal m(t) é limitado em banda a 3 kHz e é amostrado a uma taxa 1/3 maior que a taxa de
Nyquist, a taxa de amostragem será fs =
4
3
× 2× 3kHz = 8kHz.
Bandasinal = 2 ∗ fm = 2 ∗ 3kHz = 6kHz
Agora, a largura de banda total para 24 sinais transmitidos por TDM será: 24∗Bandasinal = 24∗6 = 144kHz
Portanto, a largura de banda mı́nima necessária para transmitir 24 sinais deste tipo por TDM é de 144 kHz.
05) Um sinal analógico é amostrado, quantizado e codificado em uma onda PCM binária. As
especificações do sistema PCM incluem: (i) taxa de amostragem = 8 kHz; (ii) número de ńıveis
de representação = 64. A onda PCM é transmitida por um canal de banda base que utiliza
modulação por amplitude de pulso discreta. Determine a largura de banda mı́nima necessária
para transmitir a onda PCM se for permitido que cada pulso assuma o seguinte número de ńıveis
de amplitude: 2, 4 e 8.
L = 64 = 2n −→ n = 6
BT = fs · n = 8 · 6 = 48kHz
Bmin = TaxadeAmostragem ∗ log2(NúmerodeN ı́veisdeAmplitude)
L = 2 : Bmin = 8 ∗ log2(2) = 8kHz
L = 4 : Bmin = 8 ∗ log2(4) = 16kHz
L = 8 : Bmin = 8 ∗ log2(8) = 24kHz
06) Considere um sistema de telefonia celular que possui 33 MHz de largura de banda e utiliza
dois canais simplex de 25 kHz para fornecer canais de voz e controle duplex. Calcule o número
de canais dispońıveis por célula, a partir da seguinte reutilização do sistema. Determine uma
distribuição justa destes canais em cada célula, se 1 MHz do espectro for dedicado a canais de
controle.
a) Reutilização de 7 células
b) Reutilização de 12 células
S = k ∗N
S → Canais duplex dispońıveis para uso; k → Canais (k < S); N → Células
Como há dois canais simplex para um controle duplex, consideremos a banda do canal duplex 50 kHz:
S =
33M
50k
−→ S = 660canais
Para N=7
k =
S
N
−→ k = 660
7
−→ k = 94, 29Canais/Celulas
Como 1 MHZ do espectro for dedicado ao controle, teremos:
Controle =
1
33
−→ Controle = 0, 03
NC = 94 ∗ 0, 03 ≈ 3
Logo, cada célula tem 91 Canais duplex e 3 de controle.
Para N=7
k =
S
N
−→ k = 660
12
−→ k = 55Canais/Celulas
3
Como 1 MHZ do espectro for dedicado ao controle, teremos:
Controle =
1
33
−→ Controle = 0, 03
NC = 55 ∗ 0, 03 ≈ 2
Logo, cada célula tem 55 Canais duplex e 2 de controle.
07) Os canais FCC (Forward Control Channels) são responsáveis por iniciar ligações móveis no
sentido direto (estação base → estação móvel). Fale sobre a relação de FCC com a reutilização
de frequência.
Os canais FCC (Forward Control Channels) são essenciais para iniciar chamadas de estações base para
dispositivos móveis, pois eles transmitem informações para configuração e controle das chamadas. Já em relação
à reutilização de frequência, esta está ligada ao conceito de reuso de frequência em sistemas celulares. Nos
sistemas celulares, as frequências dispońıveis são divididas em células individuais, e as estações base em células
adjacentes precisam operar em frequências diferentes para evitar interferência mútua.
A reutilização de frequência é uma estratégia usada para otimizar o uso eficiente do espectro. Ela envolve
a alocação cuidadosa das mesmas frequências para células distantes o suficiente para minimizar a interferência,
permitindo o reuso das mesmas frequências em células separadas geograficamente, aumentando a capacidade
do sistema.
08) Em 2013, a Anatel começou a alterar as regras de interconexão, sendo muito mais vantajosas
para as operadoras móveis. O Ato 9.919 de dezembro de 2018 alterou o RVU-M, gerando novas
tarifas, desde fevereiro de 2019. Fale sobre a alteração deste ato e a repercussão na tarifa de
público.
Essa alteração no RVU-M afetou diretamente as tarifas de interconexão entre as operadoras, impactando
indiretamente as tarifas para o público. O RVU-M é um componente chave na determinação dos valores que as
operadoras cobram umas das outras pelo uso das redes para completar chamadas entre diferentes operadoras.
As mudanças no RVU-M e nas tarifas de interconexão podem influenciar os custos operacionais das empresas
de telecomunicações e, em alguns casos, esses custos podem ser repassados aos consumidores finais através de
ajustes nas tarifas de serviços de telefonia móvel ou fixa.
09) A existência de um identificador temporário (como o TMSI) promove confiabilidade ou se-
gurança para os sistemas de comunicação? Qual o principal objetivo do TMSI?
A segurança é justamente o objetivo do TMSI, principalmente em relação aos protocolos de acesso ao
meio. O TMSI, funciona basicamente como um identificador temporário de um dispositivo móvel que preserva
a privacidade do usuário. Além disso, promove a confiabilidade pois tem um tamanho menor que o IMSI,
requirindo menos recursos de transmissão, logo maior confiabilidade na transmissão.
10) Quais os principais pontos de evolução ao comparar a arquitetura dos sistemas GERAN e
UTRAN, incluindo as funcionalidades de núcleo de rede?GERAN (GSM EDGE Radio Access Network):
• Baseado no GSM, com melhorias como EDGE.
• Oferece serviços de voz e dados.
• Arquitetura simples com comutação de circuitos e pacotes.
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network):
• Introduzido com o UMTS, usando WCDMA.
• Maior largura de banda e taxas de dados mais altas.
• Arquitetura mais distribúıda, com capacidade de processamento na borda da rede (RNC).
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Diferenças e Evoluções:
• GERAN tem estrutura mais simples e suporta voz e dados.
• UTRAN oferece melhor largura de banda, suporta dados mais eficientemente e tem arquitetura mais
distribúıda para um melhor gerenciamento de recursos.
11) E em relação à arquitetura dos sistemas UTRAN e e-UTRAN?
UTRAN:
• Tecnologia Base: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
• Arquitetura de Acesso: Baseada em WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access).
• Elementos Principais: NodeBs (Node B) conectados ao RNC (Radio Network Controller).
• Núcleo de Rede: Inclui elementos como MSC (Mobile Switching Center), SGSN (para compatibilidade
com GPRS), e suporte para GGSN (Gateway GPRS Support Node) para redes IP e pacotes de dados.
e-UTRAN:
• Tecnologia Base: LTE (Long-Term Evolution), parte do 3GPP.
• Arquitetura de Acesso: Baseada em OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) e SC-
FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access).
• Elementos Principais: Enfatiza eNodeBs (Evolved Node B).
• Núcleo de Rede: Mantém elementos como MSC e SGSN, mas também se integra ao núcleo de rede do
LTE, conhecido como Evolved Packet Core (EPC).
Diferenças e Evoluções:
• Tecnologia de Acesso: UTRAN usa WCDMA, enquanto e-UTRAN emprega OFDMA e SC-FDMA, per-
mitindo maiores taxas de dados e eficiência espectral.
• Elementos de Rede: e-UTRAN simplifica a arquitetura de acesso com foco nos eNodeBs, integrando-se ao
Evolved Packet Core (EPC) para suporte de dados, resultando em menor latência e maior eficiência na
transferência de dados.
Em resumo, o e-UTRAN, sendo parte do LTE, representa uma evolução em relação ao UTRAN, oferecendo
tecnologia de acesso mais avançada, eficiência aprimorada e uma arquitetura mais simplificada, especialmente
no suporte e transferência de dados.
12) Quais são as vantagens e desvantagens do WCDMA? É correto dizer que o OFDMA se trata
de uma extensão do WCDMA?
O WCDMA oferece alta taxa de dados, eficiência espectral e suporte para voz e dados, mas sua imple-
mentação é complexa e pode ter cobertura limitada em áreas internas.
O OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) não é uma extensão direta do WCDMA
(Wideband Code Division Multiple Access), pois são tecnologias de acesso radioelétrico distintas usadas em
diferentes tipos de redes móveis.
O WCDMA é uma tecnologia usada em redes 3G, enquanto o OFDMA é empregado em redes 4G (LTE) e
também em tecnologias Wi-Fi. Embora ambos sejam métodos de acesso múltiplo para comunicações móveis,
operam de maneiras diferentes e o WCDMA representa uma evolução tecnológica com maior eficiência espectral
e desempenho superior em redes de alta velocidade.
13) O que é necessário garantir no OFDM e OFDMA para a utilização da IFFT e FFT?
A utilização adequada da IFFT e FFT no OFDM e OFDMA é crucial para garantir a ortogonalidade entre os
subcanais, permitindo a transmissão e recuperação correta dos dados. Para além, garantir a taxa de amostragem
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adequada, o gerenciamento adequado da potência de transmissão e evitar distorções indesejadas para obter um
desempenho ideal do sistema.
14) O que é PRB, ı́ndice e valor TBS, considerando a taxa de transmissão no LTE? Qual a relação
com os parâmetros largura de banda e MCS?
No LTE, a gestão eficiente do espectro é realizada por meio de unidades espećıficas. Os PRBs (Physical
Resource Blocks) são essenciais, representando a alocação de recursos em termos de tempo e frequência. Cada
PRB é identificado por um ı́ndice único e sua quantidade é determinada pela largura de banda dispońıvel na
rede. Enquanto isso, o TBS (Transport Block Size) refere-se ao tamanho do bloco de dados em bits que pode ser
transmitido, sendo seu valor altamente dependente do ı́ndice do PRB selecionado, da largura de banda alocada
e do esquema de modulação e codificação (MCS) escolhido para a transmissão.
15) Como o 5G pode proporcionar uma maior confiabilidade e segurança para as comunicações
cŕıticas, como véıculos autônomos e aplicações de missão cŕıtica?
O 5G apresenta uma série de recursos que podem reforçar a confiabilidade e a segurança das comunicações
cŕıticas, como aquelas em véıculos autônomos e aplicações de missão vital. Ele reduz a latência, oferecendo
respostas rápidas e cruciais, e permite a criação de redes altamente confiáveis e redundantes por meio de técnicas
como o network slicing. Além disso, suporta uma enorme densidade de dispositivos conectados, assegurando
a comunicação eficaz em ambientes de alta demanda, além de empregar protocolos avançados de segurança e
criptografia, garantindo a integridade dos dados e protegendo contra ataques cibernéticos. Com funcionalidades
como network slicing personalizado e redundância de caminhos de comunicação, o 5G permite a criação de redes
dedicadas e isoladas para aplicações cŕıticas, oferecendo assim maior confiabilidade e segurança para operações
vitais.
16) Na propagação da onda em sistemas de comunicação via satélite geoestacionários, quais são
os efeitos da atenuação de chuva e da camada ionosférica?
Na transmissão via satélite, a chuva causa atenuação do sinal, o que significa que a intensidade do sinal é
reduzida à medida que atravessa as gotas de chuva na atmosfera. Isso afeta principalmente as frequências mais
altas, resultando em uma diminuição da potência do sinal recebido.
Por outro lado, a camada ionosférica, uma região da atmosfera superior carregada de part́ıculas ionizadas,
influencia a propagação das ondas de rádio. Essa camada pode refletir, refratar e absorver as ondas de rádio,
alterando seu caminho de propagação e, portanto, impactando a qualidade e a confiabilidade das comunicações
via satélite.
17) Quais são os principais parâmetros que determinam a alocação dos blocos de recurso em uma
rede sem fio? Como eles afetam a capacidade e qualidade de serviço para os equipamentos de
usuário?
Os principais parâmetros que determinam a alocação de blocos de recurso em redes sem fio incluem largura de
banda, esquemas de modulação, tamanho dos blocos de dados e gerenciamento de interferência. Eles impactam
a capacidade da rede para suportar usuários e a qualidade do serviço, influenciando a eficiência espectral, a
qualidade de transmissão e a capacidade de lidar com interferências.
18) Considerando os sistemas 3GPP-LTE (Release 10), a partir dos seguintes parâmetros de en-
trada, apresente o número de PRB, o ı́ndice e valor TBS, o tipo de modulação, a quantidade de
śımbolos OFDM e a taxa final de downlink do sistema.
a) BW = 15MHz, prefixo ćıclico = normal, MCS = 28, MIMO = 2x2, CC = 2
Prefixo ćıclico normal, logo, 7 aimbolos OFDM.
Śımbolos OFDM: 7 (CP normal) ou 6 (CP extendido); MCS = 28, logo modulação 64 QAM; ı́ndice
TBS = 26, valor de TBS = 55056kbps;
6
Taxatotal = 55056 ∗MIMO ∗ CC −→ Taxatotal = 55056 ∗ 2 ∗ 2 −→ Taxatotal = 220, 22Mbps
19) Qual é a diferença fundamental entre órbitas de satélite de baixa órbita (LEO) e órbitas
geoestacionárias (GEO) em termos de altitude, velocidade e cobertura geográfica? Quais são as
vantagens das órbitas de satélite de baixa órbita em relação às órbitas geoestacionárias em termos
de latência, capacidade, mobilidade e cobertura global?
Órbitas de baixa órbita (LEO) e órbitas geoestacionárias (GEO) divergem em termos de altitude e velocidade.
LEOs, situadas a altitudes menores (160-2.000 km), possuem velocidades mais elevadas (7-8 km/s). Já asGEOs
estão a cerca de 35.786 km de altitude, movendo-se a velocidades mais baixas (3 km/s), mantendo uma órbita
śıncrona com a Terra.
Em termos de cobertura geográfica, LEOs exigem mais satélites para cobrir uma área devido à proximidade
com a Terra. Oferecem cobertura dinâmica e frequente, ideais para regiões remotas ou polares. Por outro lado,
as GEOs fornecem cobertura estável para áreas espećıficas, mas podem ter limitações em altas latitudes.
LEOs apresentam vantagens em relação às GEOs: menor latência devido à proximidade, maior capacidade
e velocidade de dados, e são mais adequados para aplicações senśıveis à latência, como comunicações em tempo
real. São também mais proṕıcios para aplicações que demandam mobilidade, como rastreamento cont́ınuo.
Por outro lado, GEOs oferecem estabilidade de cobertura para áreas espećıficas, mas apresentam latência
mais alta devido à maior distância, além de posśıveis limitações em capacidade de dados. Embora forneçam
cobertura estável, são menos flex́ıveis para aplicações móveis ou globais.
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