ANTENAS INTELIGENTES

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Antenas Inteligentes
1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos a tecnologia de comunicação sem fio cresceu exponencialmente criando
novos serviços a custos menores. A intensificação do uso dessa tecnologia com o aumento na duração
das conexões e no número de usuários, trouxe redução na qualidade da transmissão e falhas. Assim
surgiu a necessidade de desenvolver sistemas de transmissão, em que se tem a diminuição da
interferência entre canais de comunicação diferentes. Sendo esse o conceito de antenas inteligentes. 
Antenas inteligentes são conjuntos de antenas que reagem às mudanças do ambiente
dinamicamente, com o objetivo de fornecer um sinal de maior qualidade, sem interferências e assim se
tem um melhor aproveitamento das faixas de frequência nas comunicações sem fio. Esse sistema tem a
capacidade de cancelar interferência de outros canais, dirigindo um feixe na direção do sinal desejado e
nulos na direção de outros receptores. 
Atualmente as antenas inteligentes são uma importante tecnologia nos sistemas de comunicação
móvel de nova geração. 
2 PRECEDENTES DAS ANTENAS INTELIGENTES
As antenas convencionais precederam o sistema de antenas inteligentes, e ainda hoje são
utilizadas pelo mercado atual. Essas antenas convencionais são classificadas como omnidirecionais ou
setorizadas. Esses termos estão relacionados à forma de distribuição de sinal para o ambiente.
Essas formas de distribuição do sinal, das antenas convencionais, são um desperdício de
recursos, pois a maior parte do sinal que é transmitido irradia em direções que não coincidem com a
real posição do usuário. Esse sinal também pode causar interferência para outros usuários que não
estejam o utilizando. Existem ainda a interferência sentida pela base emissora , que recebe sinais
vindos de vários usuários pelos quais ela não é responsável. Na Figura2, a seguir , temos o diagrama de
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irradiação de uma antena omnidirecional.
Figura1_ Diagrama de antena omnidirecional
Fonte:(Blog sobre antenas…, 2016)
Desde o início da comunicação via redes sem fio, as antenas de dipolo tem sido
utilizadas. Essa antena é omnidirecional, pois irradia e recebe igualmente em todas as
direções do plano XY. Seu padrão de irradiação se assemelha as ondas circulares
concêntricas em uma piscina. 
Quanto às antenas setorizadas, vemos uma melhoria na qualidade do serviço, em
relação as omnidirecionais. Esse sistema consiste na divisão em setores de uma área que
antes era coberta por uma única estação transmissora. Cada um desses setores terá
cobertura através de um sinal emitido por uma antena direcional que é colocada numa
única base transmissora. Terá um setor para cada antena direcional existente na base. A
seguir na Figura3 temos a ilustração dessa setorização.
Figura2_Setorização
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Fonte: (JOSÉ…,2016).
A divisão em setores proporciona um alcance maior de sinal e também que se
tenha a reutilização de faixas de frequências, sem que ocorra uma grande interferência
como no modelo anterior.
A setorização trouxe uma grande melhoria nos sistemas de comunicação sem fio,
porém ainda se poderia obter maior otimização no consumo de energia e recursos,
tratando com mais eficiência as interferências de sinais entre estações de transmissão e
usuários. Neste contexto foi desenvolvido o conceito das antenas inteligentes.
 3 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA
Uma antena inteligente é um conjunto que contem múltiplos elementos de uma
antena e um processador de sinal. Esse processador é o responsável por ajustar e calibrar
a radiação e os elementos da antena, para se obter melhor ganho em determinada
frequência, ou faixa de frequência.
Os elementos da antena processam os sinais adaptativamente de modo a explorar
da melhor maneira o canal de comunicação disponível .O processamento dos sinais de
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entrada é realizado ajustando fase e amplitude da onda. 
Os elementos da antena são combinados com o intuito de adaptar o canal de
transmissão ao usuário, que receberá o sinal emitido pelo sistema inteligente. O fato
desse sistema realizar essa adaptação do sinal emitido ao ambiente e ao usuário, é que o
fez receber esse adjetivo, inteligente.
As antenas inteligentes são consideradas um recurso chave para se poder
aumentar a capacidade de comunicação e qualidade das redes sem fio, como por exemplo
a rede 3G. 
4. ANALOGIA DO SISTEMA 
A funcionalidade de muitos sistemas de engenharia é prontamente entendida
quando relacionada a sistemas do corpo humano. Assim, para dar uma visão de como
funciona o sistema de antenas inteligentes , vamos relacioná-lo com o funcionamento da
cabeça de uma pessoa.
A cabeça é equipada com um par de orelhas para a recepção de sinais, uma boca
para a emissão de sinais e um cérebro responsável pelo processamento desses sinais.
Assim, imaginemos duas pessoas que mantêm uma conversa no interior de um
quarto escuro. O ouvinte pode determinar a localização da pessoa que fala à medida que
ela se move pelo quarto, pois sua voz chega a cada ouvido, em instantes diferentes de
tempo. O cérebro que é processador de sinal, calcula a direção da pessoa que fala a partir
das diferenças de tempo entre a voz recebida em cada ouvido. E após adiciona as
intensidades dos sinais dos dois ouvidos para focar no som proveniente da direção
calculada. Se outras pessoas também conversarem, o cérebro pode se concentrar em uma
conversa de cada vez e eliminar a interferência. Da mesma maneira, o ouvinte pode
responder na mesma direção da pessoa que falava, orientando sua boca, que é o seu
transmissor, em sua direção.
A premissa de funcionamento das antenas inteligentes é semelhante à maneira
descrita para as cabeças das pessoas do exemplo. Os sistemas elétricos de antenas
inteligentes usam duas antenas no lugar dos dois ouvidos e um processador digital de
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sinais no lugar do cérebro.
Apos o processador digital de sinais medir os atrasos temporais de cada antena ele
calcula a direção de chegada do sinal de interesse e ajusta os ganhos e fases dos sinais
para produzir um diagrama de radiação que foque no sinal de interesse e elimine qualquer
sinal que não seja de interesse. 
A Figura retrata a analogia realizada anteriormente. 
Figura3_ Analogia com a cabeça humana.
Fonte : (BALANIS…,2008).
5 TIPOS DE ANTENAS
Há várias modalidades de antenas inteligentes, mas as principais são os sistemas
de feixe chaveado e os sistemas adaptativos. Ambos tem por objetivo aumentar o ganho
na direção do usuário, mas somente o adaptativo permite ganho ótimo e minimização de
interferências.
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O sistema de feixe chaveado ou feixes comutados divide um setor em subsetores ,
cada um com um diagrama de radiação predeterminado e fixo, com sensibilidade
ampliada em direções particulares. Esse sistema de antenas detecta a força do sinal e
seleciona o feixe que corresponde à maior potência recebida. Esse mesmo feixe é
utilizado na recepção e transmissão. A Figura4 ilustra o sistema de feixe chaveado.
Figura4_Sistema de feixes chaveados
Fonte:(CARDIERI…,2016)
O sistema de antenas adaptativas ou matriz de antenas adaptativas ajusta um
padrão de radiação de forma a otimizar algum critério entre; relação sinal interferência ;
nível do sinal recebido; taxa de erro de bits. Ele lança nulos na direção das fontes ou
receptores interferentes e altos ganhos na direção do usuário desejado.
 Controlando-se a fase de alimentação de cada elemento da rede se pode obter
diagramas com máximos de radiação em direções específicas desejadas, A Figura5
mostra e os diagramas de radiação deuma rede de antenas com 8 elementos para máximo
ganho nas direções 70º em um caso, e 45º no outro. 
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Figura 5_ Exemplo de diagramas de radiações adaptativas 
Fonte:(PERRI…,2016).
6 ARQUITETURA
São utilizados os tradicionais sistemas de feixes comutados e matriz de antenas
adaptativas que possibilitam a estação transmissora a personalização dos feixes gerados
para os usuários conectados, isto é, cada feixe gerado pela base é dedicado a um
determinado usuário, formando um campo em torno do usuário, reduzindo a interferência
e ruídos vindos de fontes fora desse campo.
 Recepção (Uplink)
Nesse processamento, considera-se que a antena inteligente é utilizada apenas na
estação transmissora. A comunicação com a base é feita através de sinais
omnidirecionais, sendo que esta seleciona os sinais desejados e os separa dos outros que
também se encontram no meio de propagação.
O sinal recebido geralmente é multiplicado por um determinado valor, ajustando a
sua amplitude e sua fase. Há a combinação dos sinais recebidos e ajustados, sendo
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montado o sinal de saída do sistema. Um determinado algoritmo adaptativo é aplicado
controlando os valores multiplicadores.
Em sistemas de feixes comutados, os ajustes efetuados no sinal de entrada já são
caracterizados por um ganho máximo. Contudo, em sistemas de matriz de antenas
adaptativas, alguns outros fatores devem ser levados em consideração. É possível a
mudação do padrão de propagação para que a recepção do sinal seja ainda mais
otimizada.
• Transmissão (Downlink)
Nesse processamento os sistemas de feixes comutados se comunicam com os
usuários por meio da mudança de feixes, procurando um feixe que favoreça mais a
transmissão .Já os sistemas adaptativos interpretam o ambiente, e fazem uma transmissão
mais seletiva e precisa, considerando os sinais existentes no momento.
Para escolher um tipo de processamento de transmissão dependemos do tipo do
sistema de comunicação que pode usar Time Division Duplex (TDD), que transmite e
recebe na mesma frequência, ou Frequency Division Duplex (FDD), que utiliza
frequências separadas para transmitir e receber. 
7 ALGORITMOS
As antenas inteligentes fazem uso de algoritmos que adaptam o sinal, visando a
máxima eficiência de comunicação, no processamento e na análise dos sinais
transmitidos e recebidos. Esses algoritmos são chamados algoritmos de adaptação de
pesos, em que a antena calcula valores numéricos, os pesos, para ajustes do sinal que está
sendo processado.
Na unidade de processamento do sinal, o usuário é identificado, separado dos
demais e o sinal obtido é ajustado com a transmissão. A base da antena então executa os
seguintes procedimentos na ordem: estima a direção de chegada de todos os componentes
emissores/receptores, determina se o sinal vindo de uma dada direção é o sinal desejado
ou se é uma interferência, e, por fim, computa os pesos de modo que a relação sinal/ruído
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seja máxima.
Há três tipos de algoritmos:
 Algoritmos de referência temporal (TR)
São algoritmos baseados no conhecimento prévio da estrutura de tempo de partes do
sinal recebido, utilizado, por exemplo, em sequências de formação de sistemas 2G e 3G.
Assim, os pesos são ajustados pelo receptor de forma que a diferença entre o sinal de
saída e a sequência de formação conhecida seja mínima.
 Algoritmos de Referência Espacial (SR)
São algoritmos que estimam a direção de chegada dos sinais desejados e dos sinais
causadores de interferência. Se baseiam no conhecimento prévio da geometria física da
antena. Como na maioria dos sistemas de comunicações móveis o tempo que uma frente
de onda (região do espaço em que estão todos os pontos da onda que estão em fase e a
um mesmo número de comprimentos de onda em relação a fonte) leva para atravessar a
antena é muito menor que um bit de intervalo, os atrasos de tempo da onda entre os
elementos da antena são estimados como mudanças de fase. São captadas informações
adicionais para o cálculo da direção de chegada de cada um dos sinais e após a
identificação do usuário, os sinais são separados e detectados.
 Algoritmos cegos (BA)
Ao contrário dos algoritmos citados acima, em que se baseiam em sequências de
formação ou nas propriedades do receptor, os algoritmos cegos podem ser aplicados para
a adaptação de pesos. Em resumo, eles tentam extrair do sinal recebido a resposta
desconhecida do canal e os dados desconhecidos transmitidos. Essa extração ocorre nos
elementos da antena e mesmo que estes não conheçam os bits, os algoritmos cegos
utilizam informações adicionais sobre a estrutura do sinal transmitido. Os algoritmos
semicegos utilizam sequências de formação em conjunto com os algoritmos cegos,
possuindo performance superior aos algoritmos TR e BA trabalhando separadamente.
Para aplicação em tempo real, os algoritmos cegos e semicegos requerem elevado tempo
de processamento.
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8 APLICAÇÕES
Essa tecnologia de antenas inteligentes possibilita uma considerável melhora na
performance de redes sem fio, é possível que aparelhos como celulares e pontos de
acesso sem fio obtenham valores mais altos de qualidade do sinal e de cobertura de
transmissão.
As antenas inteligentes são aplicáveis a muitos protocolos e padrões de redes sem
fio, como métodos de acesso digital (Time Division Multiple Acess – GSM por exemplo)
e analógico (Frequency Division Multiple Access – TACS e AMPS por exemplo), e
métodos duplex (Frequency Division Duplex e Time Division Duplex).
Abaixo explicações um pouco mais detalhadas de alguns sistemas nos quais as
antenas inteligentes se aplicam.
 GSM
O GSM é uma tecnologia móvel muito popular para telefones celulares em escala
mundial. É um padrão em que o sinal e os canais de voz são digitais, sendo visto como
um sistema de segunda geração, 2G. O sucessor 3GPP foi baseado nesse sistema,
desenvolvendo a tecnologia 3G.
É baseado na rede TDMA que significa Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo, em
que cada usuário ocupa um intervalo de tempo específico no canal de frequência,
combinada com um gerenciamento de alocação de frequência. Utiliza um conjunto de
frequência de 890 a 915 MHz para transmissões do terminal e um outro conjunto de 935
a 960 MHz para transmissões da rede.
Nesse sistema, as antenas inteligentes aumentam o poder de recepção do sinal e
reduzem a interferência no aparelho receptor, sendo esta sentida apenas a partir de outros
usuários.
 Redes 3G
A rede 3G é um padrão de tecnologia móvel de terceira geração, sucessor do 3G.
Suportam um número maior de clientes de voz e dados devido a um espectro maior de
frequências e maiores taxas de dados.
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Nesse sistema, o uso das antenas inteligentes aumenta a eficiência na recepção dos
sinais e garantem uma menor interferência no interior da célula. Contudo, como os
telefones móveis 3G são sistemas CDMA, as antenas reduzem a interferência na célula
pois diminuem a energia necessária para manter a ligação entre base e usuário. A rede
CDMA é uma rede de Acesso Múltiplo por Divisão de Código, em que os dados são
codificados por um código específico para cada canal.
Como uma conexão de alta capacidade, que é característica da rede 3G, requere mais
energia para a transmissão de uma simples conversa de voz, nota-se que uma redução de
energia é muito vantajosa, já que um aumento de energia em uma rede CDMA gera
prejuízo na performance do sistema de comunicação.
 MIMO (Multiple Input and Multiple Output)
MIMO é um conjunto de técnica de transmissão emsistemas sem fio, que possui
múltiplas antenas na transmissão e na recepção, melhorando a capacidade do sistema.
Com as antenas inteligentes, possibilita redução de interferência e aumento do alcance e
das taxas de dados do sinal. Utilizam MIMO por exemplo, a tecnologia de celulares, o
Wi-Fi, rádio digital AM/FM, TV móvel via satélite e UWB (Ultrawideband)
9 VANTAGENS E DESVANTAGENS
As vantagens são :
 Segurança
A possibilidade de interceptação do sinal é dificultada. Já que o sinal não é enviado
em todas as direções, para se interceptar um determinado sinal seria necessário estar
dentro da área de alcance da antena receptora
 Menor interferência
A irradiação do sinal, principal causa de interferência, cai consideravelmente devido à
direção definida do sinal.
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 Maior largura de banda
Possibilita a reutilização das faixas de frequências por vários usuários, fazendo com
que a banda abranja maior número de usuários.
 Posição geográfica
Como as antenas inteligentes trabalham com sinais direcionados a usuários definidos,
é possível determinar o posicionamento de determinado aparelho com muita precisão.
 Fácil implementação
Como esse tipo de antena não é um novo padrão, pode ser implementada a partir de
antenas comuns já conhecidas.
 Maior número de usuários
Como o sinal é direcionado para receptores específicos, as frequências são utilizadas
por mais usuários, e isso implica menor custo de operações do provedor.
As desvantagens são :
 Maior custo
Como são mais complexas que as antenas tradicionais, a implantação das antenas
inteligentes gera maior custo.
 Complexidade
A maior complexidade em relação às antenas convencionais torna mais difícil a
detecção e correção de erros e falhas.
 Localização/posição
Como a localização/posição em que a antena inteligente será implantada busca um
aproveitamento ótimo do sinal e as antenas tradicionais possuem uma posição ótima
diferente, essa variação de nova localização requer novos cálculos.
 Tamanho
Os arrays de antenas utilizadas no modelo de antena inteligente são maiores
comparados com antenas tradicionais, o que pode parecer que a implantação é inviável.
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10 CONCLUSÃO
É possível concluir que o uso de antenas inteligentes aperfeiçoa o uso do serviço
pelo usuário , através do aumento da capacidade do serviço de comunicação sem fio
oferecido. Essa melhora é alcançada devido a redução da interferência no sistema, ao
aumento das taxas de envio e recebimento de dados e a expansão do alcance do sinal.
Logo, para sistemas de comunicação sem fio, as antenas inteligentes se mostram
imprescindíveis. 
11 REFERÊNCIAS:
Livros:
• BALANIS, Constantine A. Teoria de antenas, v.2 análise e síntese. 3. Rio de
Janeiro LTC 2008 1
Sites:
• FERREIRA, João Luiz Reis. Antenas Inteligentes. Disponivel em:
<http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/antena/index.html> Acesso em :16 de
novembro de 2016.
• PERRI, Eduardo P. Smart Antennas: Antenas Inteligentes Aplicadas à
Telefonia Celular. Disponível em
:<http://www.teleco.com.br/pdfs/tutorialsmartant.pdf>. Acesso em :16 de
novembro de 2016. 
• CARDIERI, Paulo. Antenas Adaptativas em Sistemas Móveis Celulares.
Disponível em:
<http://www.decom.fee.unicamp.br/~cardieri/Exercicios/AntenaAdaptativa_2.pdf
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• JOSÉ, Paulo. Sistemas de telefonia celular. Disponível em:
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• Blog sobre antenas. Disponível em: < http://blog.stanisce.info/?page_id=13>
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• HAMMERSCHMIDT, Roberto. O que é 3G? Disponível em: <
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• SILVA, Domiciano Correa Marques . Frente de onda e raio de onda. Disponível
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Acesso em :18 de novembro de 2016.
• TECNOLÓGICA, Inovação. Antenas inteligentes prometem nova geração de
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<http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=antenas-
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• HAYKIN, Simon; MOHER, Michael. Sistemas modernos de comunicações
wireless. Disponível em: <https://books.google.com.br/books?
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