03 rADIO

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Aula 3:Fundamentos de Rádio 
Comunicação 
Emanoela Lopes 
 Conceitos de Transmissão Eletromagnética e propagação 
 Espectro de frequência para rádio comunicação 
 Frequências livres (ISM) e licenciadas 
 Características gerais dos vários tipos de propagação 
 Propagação no espaço livre: atenuação, difrações 
 Propagação em regiões com múltiplos obstáculos, ondas de superfície e 
ionosférica 
 Linha de visada, Curvatura da terra, cálculo de altura de antenas 
 Conceitos de transmissão por espalhamento espectral (Spread Spectrum) 
 Fundamentos FHSS, DSSS e OFDM 
 
 
A corrente elétrica ao passar por um meio condutor gera 
alguns efeitos, como os seguintes: 
 
· Efeito Térmico: Aquecimento do condutor. 
· Efeito Luminoso: Por exemplo lâmpadas incandescentes. 
· Efeito Químico: A cromagem por exemplo. 
· Efeito Magnético: O condutor percorrido por uma corrente 
elétrica cria, na região próxima a ele, um campo magnético. 
 
 
 Maxwell verificou que um campo elétrico variável podia gerar um campo 
magnético. Imagine duas placas paralelas sendo carregadas 
progressivamente: 
 
 
 
 
 
 Na extremidade da antena existe um fio ligado pelo seu centro a uma fonte 
alternada (que inverte o sentido a intervalos de tempo determinados). Num 
certo instante, teremos a corrente num sentido e, depois de alguns 
instantes, a corrente no outro sentido. 
 
 
 A propagação dos sinais através de ondas eletromagnéticas é um 
processo físico através do qual a energia irradiada por uma antena 
transmissora atinge a antena receptora. 
 A energia em propagação está associada a um campo 
eletromagnético composto por componentes vetoriais dos campos 
elétrico ( E ) e magnético ( H ). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
Onda eletromagnética 
 Polarização da Onda 
Ondas eletromagnéticas possuem um plano elétrico (E) e um plano 
magnético (H) perpendiculares entre si. 
A orientação do plano elétrico é usada para definir a polarização da 
onda, ou seja, se o campo elétrico esta orientado perpendicularmente 
a superfície da terra a onda esta verticalmente polarizada e se ele 
está paralelo a superfície da terra a onda esta horizontalmente 
polarizada. As vezes o campo elétrico gira com o tempo e neste caso 
dizemos que ele esta polarizado circularmente. 
 
 
 
O uso do espectro de frequência é controlado pelas autoridades 
governamentais através de processos de licenciamento. 
 
Autoridades internacionais 
 FCC: Federal Communications Commision. 
 ERO: European Radiocommunications Office. 
 IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers. 
 ITU: International Telecommunication Union. 
 
Autoridade nacional 
ANATEL: Agência Nacional de Telecomunicações 
 
O que é Espectro Eletromagnético? 
É o intervalo que contém as radiações eletromagnéticas, desde as ondas de 
rádio aos raios gama. 
 
 . 
 
 Ondas Magnéticas podem se propagar em todas as direções e por longas 
distâncias e são capazes de atravessar barreiras. Um problema então é o 
compartilhamento de frequências ou bandas do espectro eletromagnético. 
Assim se torna necessário o controle centralizado. 
 
 A Anatel concede licenças de utilização em determinado território de 
acordo com a tecnologia escolhida. No caso de redes sem fio, existem três 
bandas de frequências que podem ser utilizadas sem licenciamento: 
900MHz, 2,4 Ghz e 5 GHz. 
 
 Aplicações: Sistema de travamento de porta de veículos; dispositivos 
médicos e outros. O requisito obrigatório para utilização compartilhada 
destas bandas é que a potencia máxima dos sinais não pode exceder a 
1W. 
 A escolha da frequência portadora define diversas características de 
propagação do sinal. O próprio alcance do sinal está relacionado com sua 
potência associada às características da frequência escolhida. 
Exemplos: 
 
Transmissão de Rádio 
Transmissão de 
Microondas 
 Penetrarem facilmente nos prédios. 
 
 Transmissão de rádio com 
baixas frequências, tem o 
comprimento de onda grande, 
atravessam obstáculos com maior 
facilidade, mas a potência diminui 
drasticamente à medida que a 
distância aumenta. 
 
 
 
 Trafegam praticamente em linha 
reta. 
 
 Para maiores distâncias, deve ser 
utilizada torres mais altas, e as 
antenas devem estar 
perfeitamente alinhadas. 
 
 Como suas faixas de frequência 
são maiores que as ondas de 
rádio, menor será sua imunidade 
a obstáculos. 
 
Ondas de rádio 
 3Khz a 1Ghz; 
 A grande maioria é Omnidirecional; 
 Tx e Rx não precisam estar alinhados; 
 Baixa e média frequência (penetrar paredes); 
 AM, FM, TV. Telefone sem fio... 
 
Microondas 
 1Ghz a 300Ghz; 
 Maioria unidirecionais; 
 Impede interferência entre duas antenas diferentes; 
 Problemas ao atravessar paredes; 
 Telefonia celular, redes de satélites e Wireless LAN; 
 
Infravermelho: 
 Transmissão de Ondas de Infravermelho: Utilizadas em curto alcance, não 
atravessam paredes sólidas. 
 Frequência 300GHz a 400THz; 
 
 
 Propagação em Espaço Livre é a propagação na atmosfera. Faz-
se uso de antenas para a transformação de energia guiada em 
energia irradiada em uma direção ou em diversas direções. 
 
 Atenuação é a diminuição da intensidade do sinal ao atravessar 
um obstáculo. 
 
 Difração é a mudança da direção da onda quando a mesma passa 
junto a um obstáculo. 
 
 Absorção Atmosférica 
 
 Múltiplos Percursos 
 
 Refração 
 
 Reflexão 
 
 Difração 
 
 Scattering (espalhamento) 
 
 
 
 
 
Os efeitos que acontecem ao sinal até chegar no receptor: 
 
 Obstrução da linha de visada; 
 
 Atenuação em função da distância; 
 
 Vários tipos de meios; 
 
 Fenômenos devido a múltiplos percursos; 
 
 É o modelo utilizado para predizer o sinal recebido quando não há 
nenhum obstáculo entre o emissor e o receptor. 
 
 
 
 
 
 
Satélites 
Microondas 
 Existe uma equação das telecomunicações ou formula de Friis que 
pode ser utilizada para o cálculo de atenuação de um enlace operando 
em frequências elevadas: 
 
Atenuação(dB) = 32,44+20 log f + 20 log r - Gt(dB) - Gr(dB) 
sendo f em MHz e r em Km 
Ou 
 Atenuação(dB) = 92,44+20 log f + 20 log r - Gt(dB) - Gr(dB) 
sendo f em GHz e r em Km 
 
 f é a frequência de transmissão 
 r é a distância entre transmissor e receptor 
 Gt é o ganho do transmissor; 
 Gr é o ganho do receptor; 
 A representa atenuação (perda). 
 PR é a potência recebida em função da distância; 
 PT é a potência transmitida; 
 
 
 
 
 
 
Exemplo: Considere uma ligação entre duas antenas idênticas 
distantes de 30 Km em linha reta. O sistema utiliza antenas com 
ganho de 30dB . Sendo a frequência de operação de 3 GHz e a 
potencia transmitida de 10mwatts, calcular a atenuação (Trecho 
totalmente desobstruído e desprezando perda nos cabos ). 
 
Solução: 
 Pela formula de Friis : 
 A(dB) = 92,44 +20 log 3 + 20 log 30 - 30 -30 = 71,52 dB 
 
 
 
 
 
 
 
 LOS – Line of Sight – Linha de Visada 
 
 
 
 
 NLOS – No Line of Sight – Sem Linha de Visada 
 
 
 
 
 
 
 A teoria da zona Fresnel considera a linha entre os 
pontos A e B em conjunto com todo o espaço no entorno 
dessa linha, que pode contribuir para o que chega no 
ponto B. 
 
 Raio da primeira zona de Fresnel: 
 
 
 
 Raio da n-ésima zona de Fresnel: 
 
 
 
 Obstrução da Zona de Fresnel: 
 
ddd
Raio 211


d
ddn
Raion
21
 
 
 
 
 Numa ligação ponto-a-ponto utilizando 2,4 GHz com 
distância de 12 km determine qual o raio da zona de 
Fresnel a 4 km da antena transmissora. 
 
 
 
 
 
 
 
A atmosfera terrestre pode ser encarada como subdividida em várias 
camadas principais, conforme foi ilustrado na figura abaixo: 
 
 A troposfera tem altitude de aproximadamente 11 km. Nela estão presentes 
vários tipos de gases como o oxigênio, o nitrogênio e o dióxido de carbono, 
além de vapor d’água e precipitações eventuais como chuva e neve. 
 
 A estratosfera se estende da altitude de 11 km até cerca de 50 km. 
Esta camada é estável para propagação radioelétrica e tem pouco 
interesse para as telecomunicações. 
 
 A ionosfera é uma das camadas mais altas da atmosfera. Por outro 
lado essa região é alvo de constante bombardeio da irradiação e 
partículas provenientes do sol, além dos raios cósmicos. Este 
bombardeio sobre as moléculas dos gases rarefeitos provoca a 
formação de íons, sendo a principal fonte de ionização a irradiação 
ultravioleta do sol. Esta camada se estende de cerca de 50 km a 400 
km de altitude. 
 Na propagação terrestre, as ondas viajam na porção mais baixa da 
atmosfera, junto á terra. Esses sinais de baixa frequência se propagam em 
todas as direções a partir da antena de transmissão e seguem a curvatura 
do planeta. A distância alcançada depende da quantidade de energia no 
sinal: quanto maior a potência, maior a distância. 
 
 Na propagação celeste (ionosférica) ondas de rádio de frequência mais 
alta são irradiadas para o alto chegando até a ionosfera, onde são 
refletidas de volta para terra. 
 
 Na propagação em visada direta, sinais de frequência muita alta são 
transmitidos em linha reta, diretamente de antena a antena. As antenas 
devem ser direcionais. 
 Um sinal Spread Spectrum possui grande largura de banda e baixa 
potência se assemelhando a um sinal de ruído. Como receptores 
não irão interceptar nem decodificar um sinal de ruído, isso cria 
uma espécie de canal de comunicação seguro. 
 Essa segurança foi o que levou o meio militar nos anos 50 e 60 a 
usar a tecnologia. 
 A banda passante é dividida em 79 canais de 1MHz, não 
sobrepostos. 
-Taxa máxima de transmissão:1 ou 2 Mbits/s 
 
 O transmissor deve mudar de canal de acordo com uma sequência 
pseudo-randômica. 
 
 Potência máxima a 1 W (mas, o dispositivo deve ser capaz de 
reduzir sua potência a 100 mW). 
 
 Um mecanismo de sincronização distribuído é definido para fazer 
com que os saltos de frequência ocorram no mesmo instante. 
 
Modulador Uso do canal 
 
 No DSSS, Cada bit é representado por um código, chamado 
de chips. 
 
 
 
 
 Exemplo: 
 
 
 
 
 
 
Nesta técnica, a banda de 2.4GHz é dividida em 14 canais de 22MHz. 
 
 
 
 
Utiliza a multiplexação de frequência, permitindo o envio de múltiplas 
portadoras de sinal digital. Os dados são divididos em múltiplos fluxos ou 
canais, cada um com uma subportadora, permitindo o envio de dados de 
forma paralela. Principais vantagens do OFDM: 
 
 Adapta-se às más condições de transmissão, como interferência sem a 
necessidade de uma equalização do sinal. 
 Baixa sensibilidade a erros de sincronismo de sinal. 
 
 Robusto à interferência de sinal tanto em banda larga como entre canais. 
 
 Utilizada na primeira WLAN de alta velocidade, a 802.11a este método de 
modulação é utilizado em diversas tecnologias como xDSL. 
 
 O OFDM pode utilizar modulação BPSK, QPSK, 16 QAM e 64 QAM. 
 http://www.qsl.net/cs1arm/uo14.htm 
 http://www.qsl.net/cs1arm/vertical.gif 
 http://www.qsl.net/cs1arm/horizontal.gif 
 https://pt.khanacademy.org/science/physics/light-
waves/introduction-to-light-waves/a/light-and-the-electromagnetic-
spectrum 
 Redes de Computadores Princípios, Tecnologias e Protocolos para 
projeto de Redes 1ª. Edição Natalia Olifer e Victor Olifer Editora 
LTC (Páginas 195 à 199 e 272 à 280 ) 
 https://www.youtube.com/watch?v=TILUry0srlM 
 http://labcisco.blogspot.com.br/2013/03/o-espectro-eletromagnetico-
na-natureza.html