Fundamentos de Radio Comunicação - Parte II

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Aula 04: Fundamento de radio comunicação –
Parte II
PROF. JOÃO INÁCIO A. FERREIRA
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -2
Conteúdo Programático desta aula
Ao final desta aula, você será capaz de:
• Entender:
• Spread Spectrum - SS, 
• Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS, 
• Direct Sequency Spread Spectrum – DSSS e 
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM.
• Entender e especificar Antenas e acessórios de rádio.
• Analisar Diagrama de irradiação.
• Calcular perda no espaço livre, o alcance e a relação 
sinal/ruído.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -3
Transmissão por espalhamento espectral
O processo que possibilita que vários sinais 
possam ser enviados ao mesmo tempo em 
um mesmo canal, é chamado de 
multiplexação. 
Existem diferentes técnicas de 
multiplexação sendo as mais importantes a 
multiplexação por divisão em frequência, 
por divisão no tempo e por divisão em 
códigos.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -4
Transmissão por espalhamento espectral
O espalhamento espectral (SS) é uma técnica que 
distribui a informação a ser transmitida por uma 
largura de banda maior que a necessária para sua 
transmissão. 
Envolve a utilização de múltiplas portadoras 
(frequência) com o objetivo de aumentar a 
confiabilidade na recepção.
Uma vantagem desta técnica é que, como a 
quantidade necessária de energia por banda é 
menor, garante uma maior imunidade a 
interferências. 
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -5
Transmissão por espalhamento espectral
O espectro utilizado nas aplicações de uso 
não-licenciado sofre com uma considerável 
quantidade de sinais interferentes.
O uso desta técnica se justifica pois a banda 
de frequência disponível é dividida em 
canais independentes e os dados são 
enviados alternado-se o canal de 
transmissão ao longo do tempo.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -6
Transmissão por espalhamento espectral
O espalhamento do sinal pode ser obtido de 
várias formas, como por sequência direta, 
por salto de frequência ou formas híbridas.
As técnicas de espalhamento espectral 
podem ser:
• Com Salto de Frequência (FHSS)
• Com Sequência direta (DSSS)
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -7
Transmissão por espalhamento espectral
Frequency Hopping Spread Spectrum – FHSS
O espectro de dispersão de saltos de frequência, 
em sistemas WLAN que operam na faixa de 2.400 a 
2.483MHz, divide a banda em 79 canais com 1 MHz 
de largura cada um. 
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -8
Transmissão por espalhamento espectral
Frequency Hopping Spread Spectrum – FHSS
Os dados são transmitidos por canais escolhidos por uma 
sequência pseudo-randômica e utilizada pelo transmissor e 
que deve ser conhecida do receptor para que a informação 
seja totalmente recuperada.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -9
Transmissão por espalhamento espectral
O uso de um mesmo padrão pseudo-aleatório por todas as 
estações, garante que estas mudem para a mesma 
frequência de forma simultânea seguindo a ordem de 
canais escolhidos. 
Isto gera também uma boa segurança já que para 
monitorar a transmissão será necessário o conhecimento 
prévio da sequência de canais utilizada.
O FHSS tem como vantagem ser pouco sensível a 
interferência de rádio e como desvantagem uma baixa 
largura de banda.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -10
Direct Sequency Spread Spectrum
A técnica de espalhamento espectral por 
sequência direta combina dois sinais, o de 
informação, que tem uma taxa menor, com 
um outro de taxa mais elevada.
A largura de banda necessária para 
transmitir um sinal digital esta diretamente 
relacionada com a taxa de bits deste sinal.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -11
Direct Sequency Spread Spectrum
A técnica chamada chipping, consiste em modular cada bit 
com a sequência Barker respectiva, conforme figura:
Todo este processo espalha a banda transmitida do sinal 
resultante, reduzindo a potência de pico,mas mantendo a 
potência total sem alteração.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -12
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing - OFDM
Utilizada na primeira WLAN de alta velocidade, a 802.11a 
este método de modulação é utilizado em diversas 
tecnologias como xDSL. 
O OFDM divide a largura de banda disponível em várias 
faixas estreitas e modula cada uma com uma taxa de dados 
(bits) menor, em vez de transmitir mais dados em uma 
única portadora.
A banda é dividida em 52 sub-canais, sendo 48 utilizados 
para transmissão de dados e 4 para controle.
O OFDM pode utilizar modulação: 
• BPSK, 
• QPSK, 
• 16 QAM e 64 QAM.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -13
Antenas
As antenas são as responsáveis por promover a dispersão da 
energia confinada no cabo para o espaço e vice-versa. É 
um dispositivo crítico para o bom funcionamento de 
sistemas sem fio e com uma característica básica.
Antenas devem possuir características de reciprocidade, ou 
seja, funcionam tanto para transmissão como para 
recepção.
Equipamentos com antenas externas e que podem ter suas 
posições alteradas, permitindo uma nova polarização 
(mudança do ângulo), auxiliam na correção de problemas 
com interferências intra ou intersistemas em ambientes 
indoor ou outdoor.
• Assim como em outras tecnologias de transmissão via rádio, a 
distância que o sinal é capaz de percorrer depende também da 
qualidade e do tipo da antena usada. As antenas dipole utilizadas 
por padrão nos pontos de acesso são pequenas, práticas e baratas, 
mas existe a opção de utilizar antenas mais sofisticadas para 
aumentar o alcance da rede.
• O alcance típico de uma rede 802.11g é de 30 metros em espaços 
fechados (como uma casa ou um prédio, onde existem paredes e 
outros obstáculos) e 150 metros em campo aberto, sem obstáculos. 
Entretanto, a distância máxima e a qualidade do sinal (e, 
conseqüentemente, a velocidade de transmissão) podem variar 
bastante de um modelo de ponto de acesso para outro, de acordo 
com a qualidade e potência do transmissor e do ganho da antena 
usada pelo fabricante, sem contar os obstáculos presentes entre o 
ponto de acesso e o cliente.
Antenas
• As antenas usadas por padrão nos pontos de 
acesso são chamadas de dipole ou 
omnidirecionais, pois irradiam o sinal em todas 
as direções, permitindo que você se conecte à 
rede a partir de qualquer ponto na área em torno 
do ponto de acesso. Na verdade, o "em todas as 
direções" é uma figura de linguagem, pois as 
antenas concentram o sinal na horizontal, em um 
raio de 360 graus, irradiando, em compensação, 
pouco sinal na vertical.
Antenas
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -16
O objetivo principal das antenas 
não é o de amplificar o sinal 
transmitido, apenas direcionam 
(focalizam) a energia deste sinal.
As dimensões de uma antena devem 
ser proporcionais à frequência em 
que operam.
Antenas
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -17
Ganho e Diretividade
O ganho é a relação entre a energia 
irradiada por uma antena com base no 
diagrama de irradiação da mesma, em 
comparação com as mesmas características 
de uma antena isotrópica (irradiador 
hipotético capaz de irradiar em todas as 
direções), ambas de mesma potência. 
Antenas
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -18
Ganho e Diretividade
O ganho é a representação numérica dessa 
diretividade indicando o quanto a antena 
verificada é mais diretiva que a antena 
isotrópica, e não deve ser interpretado 
como uma amplificação de potência.
Uma antena com um lóbulo principal de 
maior ângulo possui menor diretividade
mas cobre uma área maior, já uma antena 
com um lóbulo de ângulo mais fechado tem 
maior diretividade e concentra maior 
energia.Uma antena terá uma maiordensidade de potencia irradiada em uma 
determinada direção, quanto maior for sua 
diretividade e o seu ganho.
Antenas
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -19
Antenas
Polarização
A polarização refere-se à posição do campo 
elétrico em relação a Terra, sendo vertical 
quando está perpendicular ao eixo e 
horizontal quando está paralela ao eixo.A 
polarização de uma antena pode ser 
vertical, horizontal ou circular e é uma 
propriedade da RF produzida na antena. 
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -20
Polarização
Alguns sistemas podem operar com antenas 
de dupla polarização. Esta característica 
permite a mudança da orientação de 
polarização de acordo com determinados 
efeitos indesejáveis, como minimizar 
efeitos de interferências. 
Antenas
Antenas omnidirecionais
Antenas omnidirecionais
• As antenas do ponto de acesso devem ficar sempre na posição 
vertical, a menos é claro que se deseje que o sinal seja irradiado na 
vertical, de forma a conseguir se conectar à rede quando estiver no 
andar de cima, por exemplo. Ao instalar o ponto de acesso, o ideal 
é que ele fique em uma posição central e um pouco mais alto que 
os móveis e demais obstáculos, de forma que o sinal possa trafegar 
até os clientes sem muitos desvios. Se instalar o ponto de acesso 
em uma posição central não for possível, considere usar uma 
antena setorial ou um defletor caseiro (veja a seguir), de forma a 
direcionar o sinal para a área desejada.
• A partir daí, é possível aumentar a potência de transmissão do 
ponto de acesso de duas maneiras:
A) Usando um amplificador de sinal, de forma a aumentar a potência 
de transmissão do ponto de acesso.
B) Substituindo a antena padrão por uma antena de maior ganho, ou 
seja, por uma antena que concentre o sinal, permitindo que ele atinja 
distâncias maiores.
Antenas omnidirecionais
• Existem no mercado antenas omnidirecionais com maior 
ganho, que podem substituir diretamente as antenas do 
ponto de acesso. Temos aqui uma antena de 5 dBi ao lado de 
uma antena padrão de 2.2 dBi:
Antenas omnidirecionais
• Antenas omnidirecionais maiores, de uso externo, podem oferecer 
ganhos de 10 ou até mesmo 15 dBi. O sinal continua sendo transmitido 
em todas as direções na horizontal, mas o ângulo vertical se torna muito 
mais estreito em relação ao oferecido pelas antenas padrão, ou seja, o 
maior ganho da antena não faz com que ela transmita mais sinal, mas 
apenas com que concentre a transmissão em uma faixa mais estreita:
Antenas direcionais
• As antenas direcionais, que além de concentrarem 
o sinal na vertical, concentram-no também na 
horizontal, fazendo com que, em vez de um ângulo 
de 360 graus, o sinal seja concentrado em um 
ângulo de 90 graus ou menos.
• As primeiras em ordem hierárquica são as antenas 
setoriais, que concentram o sinal em um ângulo de 
aproximadamente 90 graus, ou seja, um quarto de 
um círculo completo. Se instaladas no canto de um 
galpão ou cômodo, elas distribuem o sinal em todo 
o ambiente, deixando pouco sinal vazar no outro 
sentido. A maioria das antenas setoriais trabalham 
com ganho de 12 a 17 dBi. Embora no papel a 
diferença possa parecer pequena, uma antena de 
17 dBi trabalha com uma potência de transmissão 
pouco mais de 3 vezes maior que uma de 12 dBi.
Antenas direcionais
• Duas variações das antenas setoriais são as patch antenas
(antenas de painel) e as round patch antenas (antenas 
circulares).
• As patch antenas são antenas quadradas, que contêm 
internamente uma folha de metal. Elas trabalham com um 
ângulo de cobertura mais aberto do que as antenas setoriais, 
mas em compensação oferecem menos ganho, servindo como 
uma espécie de meio-termo entre elas e as antenas 
ominidirecionais:
Antenas direcionais
• Em seguida temos as antenas yagi, que oferecem um 
ganho ainda maior, mas em compensação são 
capazes de cobrir apenas uma pequena área, para a 
qual são diretamente apontadas (normalmente em 
um raio de 24 x 30 graus, ou mais estreito). 
Antenas direcionais
• Continuando, temos as antenas parabólicas, que também captam o sinal em 
apenas uma direção, de forma ainda mais concentrada que as yagi, 
permitindo que sejam atingidas distâncias ainda maiores. A maioria das 
antenas parabólicas destinadas a redes WI-FI utilizam uma grelha metálica no 
lugar de um disco sólido, o que reduz o custo e evita que a antena seja 
balançada pelo vento, saindo de sua posição ideal. Por causa disso, elas são 
também chamadas de antenas de grelha, ou grid antennas, em inglês.
A maioria das miniparabólicas disponíveis no 
mercado oferecem ganhos de 22 a 24 dBi, mas 
pesquisando é possível encontrar antenas com 
ganhos ainda maiores. Para uso profissional, 
existe também a opção de usar antenas 
parabólicas com refletor sólido, que oferecem 
ganhos de até 32 dBi. Entretanto, devido ao 
alto ganho, é muito difícil usar uma 
(legalmente) sem obter a licença apropriada 
junto à Anatel 
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -29
Acessórios para redes sem fio
Divisor - Splitter
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -30
Acessórios para redes sem fio
Divisor - Splitter
Utilizado para dividir o sinal de saída, para alguma 
finalidade específica, como ampliar a área de cobertura 
incluindo mais uma antena para alcançar uma área não 
atendida por uma única antena. 
Características como: 
• perda por inserção (atenuação), 
• fator de divisão de potência (perda teórica por divisão) e
• isolamento (Atenuação entre as saídas do divisor), 
devem ser observados antes da utilização deste acessório.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -31
Acessórios para redes sem fio
Amplificador de Potência
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -32
Acessórios para redes sem fio
Amplificador de Potência
Utilizado para amplificar o sinal transmitido ou recebido. 
São úteis para compensar perdas por atenuações. 
Quando utilizados em sistemas ponto-área (um ponto para 
diversas estações) devem ser bidirecionais (amplificar o 
sinal transmitido e o recebido), pois caso contrário devem 
ser também incluídos nas estações, o que em alguns casos 
não é possível.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -33
Acessórios para redes sem fio
Power Over Ethernet – PoE
Baseado no padrão IEEE 802.3af, que define o uso do cabo 
Ethernet (cabo de dados) para conduzir também a energia 
elétrica necessária a alimentação do equipamento.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -34
Acessórios para redes sem fio
Conversores de frequência
Utilizados com a finalidade de alterar a frequência de 
comunicação entre dois dispositivos. 
Devem ser utilizados em pares (transmissor – receptor). 
Úteis quando a frequência padrão, utilizada, está 
comprometida por excesso de ruído (interferências).
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -35
Acessórios para redes sem fio
Protetor de Linha
Utilizado para proteção contra descargas atmosféricas 
quando a antena está instalada em área externa e 
conectada por cabo de RF.
Não esquecer do aterramento bem executado para todos os 
dispositivos.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -36
Diagrama de irradiação
A descrição da energia irradiada por uma antena é de 
grande importância, por representar graficamente esta 
característica em um determinado plano.
O diagrama exibe, entre outros parâmetros:
• Plano de irradiação vertical e horizontal;
• Relação de irradiação frente/costa;
• Abertura do feixe.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -37
Diagrama de irradiação de uma antena dipolo de 
meia onda
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -38
Diagrama de irradiação de uma antena isotrópica
Antena teórica ideal, usada como referência para 
descrever propriedades diretivas de antenas reais.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -39
Diagrama deirradiação, em três dimensões,de 
uma antena dipolo.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -40
Diagrama de irradiação de uma antena setorial
Normalmente utilizadas em sistemas ponto-multiponto e 
ponto-área. Mais comuns em ângulos de 30, 60, 90 e 120 
graus de abertura.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -41
Diagrama de irradiação de uma antena omni.
Transmissão horizontal de 360° e vertical mais estreita.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -42
Diagrama de irradiação de uma 
antena parabólica vazada. 
Ângulos vertical e horizontal estreitos, maior alcance.
Podem ter o alimentador focal (no ponto focal da antena) 
ou alimentador off-set (fora do ponto focal).
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -43
Cálculos de potência
Perda no espaço livre (Free Space Loss - FSL) 
Ondas de rádio se propagam no espaço em linha reta e 
parte da potência de irradiação se perde no espaço livre, 
mesmo sem obstáculos. 
O FSL é uma medida em decibel e que representa a 
quantidade de força de sinal que é perdida no espaço livre. 
Também não leva em consideração os ganhos das antenas 
e/ou perdas no cabo. 
O FSL é proporcional aos quadrados da distância e da 
frequência.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -44
Cálculos de potência
FSL(dB) = 92,4 + 20log(d.f) 
Onde:
d = distância em quilômetros 
f = frequência (GHz) 
Para f em MHz, a fórmula será: 
FSL(dB) = 32,4 + 20log(d.f)
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -45
Cálculos de potência
Alcance e relação sinal/ruído 
Não é suficiente que o sinal transmitido atinja o receptor 
com um nível de sinal maior que a sensibilidade do 
mesmo. 
Um sinal com potência ideal mais com muito ruído não será 
adequado ao bom funcionamento.
A relação entre o sinal e o ruído (SNR – Signal Noise Ratio) 
é o valor obtida da relação entre a potência da portadora 
no receptor, e a potência do ruído, numa dada largura de 
banda, expressa em dB. 
Os ruídos podem ter origem térmica, industrial ou de outro 
sistema sem fio.
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -46
Cálculos de potência
Alcance e relação sinal/ruído 
A SNR pode ser obtida pela expressão: 
SNR = 10log(Ps/Pr)
Onde:
Ps = potência do sinal (Watt) 
Pr = potência do ruído (Watt)
Fundamentos de radio comunicação – Parte II – AULA 04 -47
Resumo da Aula
• Spread Spectrum - SS, 
• Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS, 
• Direct Sequency Spread Spectrum – DSSS e 
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM.
• Entendeu e especificar Antenas e acessórios de rádio.
• Analisou Diagrama de irradiação.
• Calculou perda no espaço livre, o alcance e a relação 
sinal/ruído.