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Baixe Sistemas Modernos de Comunicação Wireless - Simon Haykin e Michael Moher - 2008 e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity!
r ' . e q E ? W A É SISTEMAS MODERNOS É dE DECOMUNICAÇÕES WIRELESS H419s Haykin, Simon Sistemas modernos de comunicações wireless / Simon Haykin, Michael Moher ; tradução de Glayson Eduardo de Figueiredo, José Lucimar do Nascimento. — Porto Alegre : Bookman, 2008. 580 p. : il.; 25 em. ISBN 978-85-60031-99-3 1. Sistemas de Comunicação. 2, Comunicação sem fio. 1. Moher, Michael. II. Título. CDU 681.327.84 Catalogação na publicação: Juliana Lagõas Coelho —- CRB 10/1798 Obra originalmente publicada sob o titulo Modern Wireless Communications, Ist Edition ISBN 0130224723 Authorized translation from the English language edition, entitled MODERN WIRELESS COMMUNICATIONS, Ist Edition by HAYKIN, SIMON; MOHER, MICHAEL, published by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright (c) 2005. All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc. Portuguese language edition published by Bookman Companhia Editora Ltda, a Division of Artmed Editora SA, Copyright (c) 2008 Tradução autorizada a partir do original em lingua inglesa da obra intitulada MODERN WIRELESS COMMUNICATIONS, 1º Edição, autoria de HAYKIN, SIMON; MOHER, MICHAEL, publicado por Pearson Education, Inc., sob o selo de Prentice Hall, Copyright (c) 2005. Todos os direitos reservados. Este livro não poderá ser reproduzido nem em parte nem na integra, nem ter partes ou sua iniegra armazenado em qualquer meio, seja mecânico ou eletrônico, inclusive fotoreprografação, sem permissão da Pearson Education, Inc. A edição em língua portuguesa desta obra é publicada por Bookman Companhia Editora Ltda, uma divisão da Artmed Editora SA, Copyright (c) 2008 Capa Mário Rôhnelt, arte sobre capa original Preparação de original Renato Antônio Merker Supervisão editorial Denise Weber Nowaczyk Projeto e editoração Armazém Digital Editoração Eletrônica — Roberto Vieira Os autores e os editores deste livro se esforçaram ao máximo na preparação desta obra. Esse esforço envolveu o desenvolvimento, a pesquisa e o teste de teorias e programas para determinar sua eficácia. Os autores e os editores não dão garantias de nenhuma espécie, expressa ou implícita, referentes aos programas e às documentações presentes no livro. Eles não se responsabilizam por danos relacionados com fornecimento, desempenho ou uso desses programas. Reservados todos os direitos de publicação, em língua portuguesa, à ARTMED? EDITORA S.A. (BOOKMAN” COMPANHIA EDITORA é uma divisão da ARTMED? EDITORA S.A.) Av. Jerônimo de Ornelas, 670 - Santana 90040-340 Porto Alegre RS Fone (51) 3027-7000 Fax (51) 3027-7070 É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na Web e outros), sem permissão expressa da Editora. SÃO PAULO Av. Angélica, 1091 - Higienópolis 01227-100 São Paulo SP Fone (11) 3665-1100 Fax (11) 3667-1333 SAC 0800 703-3444 IMPRESSO NO BRASIL PRINTED IN BRAZIL Em memória de William S. Hart e para Dianne Prefácio O rápido crescimento das comunicações wireless e o seu uso intenso no cotidiano de nossas vidas estão mudando fundamentalmente a forma como nos comunicamos. O mais importante nisso, a confiabilidade na propagação de ondas de rádio, que é o meca- nismo físico responsável pelo transporte dos sinais de informação do transmissor para o receptor, tem dotado as comunicações de uma característica distintiva, isto é, a mobili- dade dos usuários. Sistemas Modernos de Comunicações Wireless (intitulado originalmente em in- glês como Modern Wireless Communications) é um novo trabalho voltado para o ensino de sistemas de comunicação podendo ser usado em um curso de graduação como parte integral de um programa de engenharia elétrica ou em um curso tecnólogo que aborda comunicações wireless. O principal foco deste livro é a camada física, enfatizando os fundamentos da propagação de ondas de rádio e os aspectos teóricos das comunicações que usam técnicas de acesso múltiplo. Muitos aspectos das comunicações wireless são abordados num nível introdutório num primeiro momento. 1. ORGANIZAÇÃO DO LIVRO Este livro está organizado em sete capítulos, nove apêndices e uma bibliografia. O Capítulo | motiva o estudante no aprendizado das comunicações wireless. Ele inicia com um breve histórico sobre as comunicações wireless e em seguida descreve o modelo OS] de redes de comunicação. Entretanto, a discussão tem como foco o estudo da camada física, que é o esteio deste livro. O Capítulo 2 aborda a propagação de ondas de rádio começando com a explanação do mecanismo físico do processo de propagação, incluindo a propagação em espaço livre, reflexão e difração. Esses mecanismos físicos proporcionam uma compreensão dos modelos estatísticos empregados que resultam da propagação terrestre e em ambi- entes internos. Os efeitos em pequena escala do desvanecimento e o espalhamento não- correlacionado são discutidos, seguido de uma cuidadosa classificação dos diferentes tipos de canais wireless. A segunda metade do capítulo descreve o ruído e a interferên- cia e, combinados com a propagação, podemos determinar o desempenho do sistema de comunicação wireless através da análise de um planejamento de enlace. O Capítulo 3 revisa o processo de modulação com ênfase nas técnicas de transmis- são digital. Esse tratamento introdutório da modulação abre o caminho para a discussão dos seguintes assuntos: EH Representação em banda base complexa de sinais modulados de forma linear e as descrições de entrada/saída correspondentes de canais de comunicação wireless linea- res e filtros passa-faixa lineares. E Problemas práticos relativos à interferência de canais adjacentes e não-linearidades em amplificadores de potência na transmissão. V — 11 PREFÁCIO O cenário é então preparado para uma avaliação comparativa de várias estratégias de modulação para comunicações wireless, discussão do desempenho do receptor na presença de ruído de canal e desvanecimento Rayleigh e discussão do acesso múltiplo por divisão de frequência (FDMA). O Capítulo 4 tem foco nas técnicas de codificação e acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA). Após uma breve revisão da clássica teoria da informação de Shannon, a codificação da fonte dos sinais de voz é discutida, sucedida por aspectos fundamentais de códigos de convolução, intercaladores e códigos turbo. Os méritos relativos dos códigos convolucionais e turbo são discutidos no contexto das comunicações wireless. Os diversos aspectos da estimação, do rastreamento e da equalização de canal são tratados em detalhe. A discussão então se volta para o TDMA e as vantagens que ele oferece sobre o FDMA. O Capítulo 5 discute o espalhamento espectral, o acesso múltiplo por divisão de código (CDMA) e os sistemas celulares, Esse capítulo apresenta os fundamentos dos sistemas de espalhamento espectral, isto é, o componente fundamental dos sistemas de espalhamento espectral é o código de espalhamento: uma seção desse capítulo é dedicada a uma explanação de segiiências Walsh-Hadamard, segiiências de comprimento máxi- mo, códigos Gold e segiiências aleatórias. Essa discussão é então sucedida por uma descrição dos receptores RAKE, estimação de canal, sincronização de código e desem- penho de multipercurso de sistemas de segiiência direta. Isso conduz naturalmente a uma discussão de como os sistemas de segiiência direta operam num ambiente celular. O Capítulo 6 é dedicado à noção de diversidade de espaço e tópicos relacionados. Ele inicia com a diversidade no receptor, que representa a técnica tradicional para alivi- ar o problema que importuna as comunicações wireless. Em seguida o capítulo introduz a noção importante das comunicações wireless de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), que incluem a diversidade de espaço na recepção e na transmissão como ca- sos especiais. O mais importante, o uso das comunicações MIMO representa a “frontei- ra espacial” das comunicações wireless na qual, para os recursos de comunicações pres- critos na forma de potência de transmissão e largura de banda de canal fixas, provêem o significado prático para o aumento significativo da eficiência espectral das comunica- ções wireless à custa de um aumento da complexidade computacional. A discussão de comunicações wireless MIMO inclui também códigos de bloco espaço-tempo (STBC) ortogonais, melhor exemplificado pelo código Alamouti e a sua forma diferencial. Em seguida a discussão se volta para o acesso múltiplo por divisão de espaço (SDMA) e antenas inteligentes. O Capítulo 7 relaciona a camada física e os tópicos de acesso múltiplo dos capítu- los anteriores com uma camada mais alta da rede de comunicações. Esse capítulo final do livro começa com uma comparação das diferentes estratégias de acesso múltiplo. Em seguida a discussão nos leva a considerar várias funções de gerenciamento de enlace associadas a sistemas wireless, isto é, sinalização, controle de potência e handover. As diferenças entre os sistemas usados em telefonia e aqueles usados para transmissão de dados são claramente delineados. A essa discussão se sucede uma discussão das arquite- turas de redes wireless, para aplicações de telefonia e de dados. Uma característica de enriquecimento deste livro é a inclusão de Exemplos-tema em cada capítulo do livro, exceto o Capítulo 1. Em geral, eles podem ser vistos como “Capítulos dentro de Capítulos” que mostram aplicações práticas dos tópicos discutidos nos capítu- los pertinentes. Mas especificamente, os seguintes Exemplos-tema são discutidos: X PREFÁCIO Os códigos MATLAB usados para resultados gráficos dos experimentos e os grá- ficos do livro também se encontram no Manual do Professor. Os arquivos M estão dis- poníveis no site em http://www.prenhall.com/haykin As cópias eletrônicas no formato JPG de figuras selecionadas do livro podem ser acessadas no mesmo site. Esse material pode ser usado para apresentações em PowerPoint'M de notas de aula bascadas no livro. 3. RECONHECIMENTOS Estamos em débito com muitos colegas pelo envio de material de apoio e observações importantes, que nos ajudaram de várias formas a escrever parte deste livro. Nesse con- texto, as seguintes contribuições (em ordem alfabética) são reconhecidas: Dr. Claude Berrou, ENST Bretagne, Brest, France Dr. Stewart Crozier, Communications Research Centre, Ottawa, Ontario Dr. Suhas Diggavi, Swiss Federal Institute of Technology (EPFL), Lausanne, Switzerland Dr. David Gesbert, University of Oslo, Sweden Dr. Lajos Hanzo, University of Southhampton, United Kingdom Dr. John Lodge, Communications Research Centre, Ottawa, Ontario Dr. Mathini Sellathurai, Communications Research Centre, Ottawa, Ontario Dr. Abbas Yongaçoglu, University of Ottawa, Ottawa, Canada Dr. Mansoor Shafi, Telecom, Wellington, New Zealand As críticas e recomendações feitas por diversos revisores de versões anteriores do manuscrito foram profundamente apreciadas. Elas nos proporcionaram um grande nú- mero de idéias. Além disso, somos gratos a Kris Huber, McMaster University e Blair Simpson, Space-Time DSP Inc., pela sua assistência na criação de muitas das figuras deste livro. Agradecemos ao Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Inc. e a European Telecommunications Standards Institute, por permitir a reprodução de algu- mas figuras neste livro. Estamos particularmente agradecidos a Tom Robbins, Craig Little e ao pessoal da Prentice Hall, Pearson Education pelas suas contribuições, as quais, individual e coleti- vamente, realmente tornaram possível a produção deste livro. O apoio contínuo e o encorajamento de nossas respectivas esposas, Nancy e Dianne, e de nossas famílias foram ingredientes essenciais para a finalização deste livro. Somos gratos a todos eles. E por último, porém não menos importante, somos profundamente gratos a Lola Brooks, McMaster University pelo seu incansável esforço em todos os assuntos relacio- nados à preparação e à produção várias versões diferentes do manuscrito do livro. SIMON HAYKIN Ancaster, Ontario MICHAEL MOHER Ottawa, Ontario Introdução .......... e rreeerteereeerereererecarcenereererereereeracereaceaeaeeenaraeaenaracereeerecencereereneers 1.1 Cronologia das comunicações sem fio (wireless)... icisecereresseeaceeanenaeeea 1.2 Sistemas de comunicação .........teeeeeereeermereeerrereeererenceecerenemaeeneerareenerecereneeneeenes 13: Carmada fisica... arqasmarmegarpessciguaio sedtricand co sionAga na ia fo E CESNE ne a eU da qa aaa ASMA Ea eta 1.4 Camada de enlace... cre ceerereerererearanearent arena re erarcereraaearaaa araras ars enrrenereaneneanes li Resumo: dO IVO... coeresessieorerepor tur aroi he NE Cpia ERA TENER MC Ca O ENC A E SEA OL OO Notas erefarêicias: ., cases smerrecontasarsitao nara ana apo EN EO pan G EAR ES RO A Va ADM L ado DOER ECO GU Propagação e ruído ... 2.1 Introdução .. gabi 2-2 Própagação no espaço Né 2.2.1 Radiação [GPB eo a 2:22 Radiação direcional) ssaspasianass ques ssisppiasaeasios passeava qaraqalagas pes matas oquncpagegniãs 2.2.3 A equação de Friis .. 2.2.4 Polarização ... ; passada 2.3 Propagação terrestre: “modelos fisicos .. 2.3.1 Reflexão e o modelo plano-terra .. Essas 2.3.2 Difração.. ARPRR Ren qe 2.3.3 Perdas por IREÇÃO au : ae 2.4 Propagação terrestre: modslos Caicos 24.1 Perda de percurso médios cssaaseninsassasa iss sos consscai calos aereas o smalasacnscasassoas 242 Perda lócal da propagação =-sse ossos is qpsm ipa pasoasisapslssessasaate so sogbnascsensapsç castas 2-5 Propagação em ambientes fechados... uai sie pseseema estaria rstrali onasnesptacainas oram aaa 2.6 Efeitos locais da propagação sobre os sistemas móveis de comunicação .........ss 2.6.1 Desvanecimento de Rayleigh ..... 2.6.2 Desvanecimento riceano ......e 20:58 Efeito-DOppIGr ass mossissiaaseisanr as puras a Tong aan SEE RaUaU NC aD ORE Nana SUS ASUS SSL Ga aaa Sra 2:64 Desvanecimento rapido ssa LIDA a ao 27 Classificação. do canal uassusass sas DSG 271 Canais:seletivos no tempo aguas asas Lacan Eai 2.1.2 Canais seletivos em fregiiência .....aisssmassasgnasãs assess iasaioe o eee 2: Canais SONÓTICOS aauumanaiaaino 2.74 Canais WSSUS assess 23 Tempo:de coerência sussa GS 2.7.6 Perfil potência-atraso .. Ron 2.7.7 Largura de banda de coerência. X RE 2.7.8 Canais estacionários versus canais E nriDnar asa 2.7.9 Resumo da classificação do canal... reeereecerereaseenenaneeneema Sumário SUMÁRIO 13 3.10 Comparação das estratégias de modulação para as comunicações wireless .................... 167 3.101 Canáis Bnearés .essenessa spas enuseasenaran unia qc cm aiasa cana ro qe pmerasças 168 3. 10:2-Canais não-hneares s..e cs esigasaiurem stsnearinnta pondo psuear ss ronca aaa nana ços coa soar nais everis 169 3.11 Estimativa do canal e rastreamento de fase... career errar recreio TO 3 All Detecção diferencial usas canas passasse raca cas gana caneca 18] 3.11.2 Transmissão de símbolos pilotos ................. ss sceseereeesernesnmecerererisnereesercerasos VT 3.12 Sensibilidade do receptor: taxa de erro de bits... merecer TITO 3.12.1 Ruído de canal... esa çns ga scsasçosparssaprpa caraca [7 3.13 Exemplo — tema 1: Mniliiplesação pi por divs de: Mequencia Cro obnlos percas 180 JS: PrefXO CICNCO sara aa TR Ra a 185 3.14 Exemplo — tema 2: telefones wireless (cordless) ....... tecer 86 3.15: Resumo 6 disCUSSÃO: snsc manera sans sacas ass ieaiscnscans 188 Notas & IEISTENCIAS cacessiana amassar ess meras erencamianasa ca eseacomaramesmenas 180 Problemas adicionais... ss sssaensas cascos cisassas a evescani ares cias canas mansa TOO Acesso múltiplo por divisão de tempo e de código... 196 Lo INEROUNÇÃO "oras araras acaa ras a nani ssa a ado ci LU an Sua ss as tais LDO 4.2 A nosiacom Es ninar es 190 4.3 Porquea amostragem é seguida dei uma a codificação En Ro E E O SA DN] 4d Teoria da informação de Shannon usas E E aaa SD 4.41 'Teoremada codificação de fonte usasse nono naipe BOB 443 Teorema dacodificação:de canal sussa nas aspas 203 4.4.3 Teorema da capacidade de informação ..........isiiereeiarieaira 204 4.4.4 Teoria da fRioreç de taxa su asiss a a a aca 205 4.5 Codificação de voz.. PMPA IV upa PE ERR a POE E AA ER RA [6 4.5.1 Predição Rr nas PERA Se aa EUR Sp RA 6 4.5.2 LPC excitado e A o Gra ANhP o ronado at poetas JR io 0, Seenadao | Dio co MRE 207 4.5.3 LPC excitado por código ......... e irerrrererarntarene cer eanananmanarrana re rena sanar aenanana 209 4.6 Codificação para controle de erros. rn a o aroroR nana nana om ras nr O) 4.6.1 Códigos cíclicos de verificado de e dum cre Porco 4.7 Códigos convolucionais .. rio dn oa cn aadendaos ansnnsanansasa Ses aanannanão slnne ane 4.7.1 Diagramas de eli e de o no ado me CRT eae een 4.7.2 Distância livre de um código convolucional............ screen 26 4.8 Probabilidade máxima na decodificação de códigos convolucionais ............................ 219 4.9 O algoritmo de Viterbi .. a maia ads nana Ressaca re rrenan) 4.9.1 Modificações no algori itmno de Viterbi.. o Re RES O 4.10 Intercalação ............... E co or e Loreena 4.10.1 Intercalação de Bloco E Atiaredeoer fino cerPeeasangeson eco denna res penraocno Rare toiheno demon neve D O O 4.10.2 Intercalação anveacional à GoAbaaa ea Asa ada aaa ao road Eneas apa nua aaa Aba o aan DE O 4.10.3 Intercalação aleatória .. cas nai dae sna val = nd E ubo Oa EA danos aaa gundo co aaa ES 4.11 Desempenho de ruído de códigos convolucionais .. aa slma rio E daaa aa nda aa a Ar dae ca ED 4.12 Códigos turbo .. RN RrRSa ras ad pon aa CAD Ono ano a ER APR RUE R RA CARRO nda e 4.12.1 Codificação turbo... a 4.12.2 Decodificação furbo.. E PO E RR DE E DE 4.12.3 Desempenho do gúido, E 4.12.4 Decodificação de nrotabilidade máxima a à posteno 2 4.13 Comparação de estratégias de codificação de canal para comunicações: WitGleSSA sau aueeanascageeasacaussaçueacommgrata quase soa cascas pasa ra pariresas vacas pasaaraso ge D6] ALAS: COMITICAÇÃO Encsasreincors eira vancersaopraenrea canon a ata can Ceuta sua ad rpa ip tra car RA La vo Lo Lo =] =] tn Lo 14 SUMÁRIO ASS De COUICAÇÃO puseripsanapanrascaas iara nr aasaari aaa pon cce ana npagamesgadiss casca panaassaa ço DA 133: CADAl AMIN os socersapa ma racajo Rca sea o aceda in Do RR Naga paR Enc 244 4.13.4 Desvanecimento em canais wireless... eeeeeaceraceeeearereeeeaseeaaaes 244 4.13.5 Latência.. sa nascar Tapas npc 245 4.13.6 Equalização- decodificação conjunta... sacecesaçenpnemgamie oncaanasennvero coreumsisnaas 245 4.14 Modulação RF revisitada .. sesecasaa antopeseaanaeseas acmianiena as renan usas 246 4.15 Processamento de banda baséi para estimação e equializáção de canal. sempusgesanaças 246 4:15-] Estimação de Canal ..s asus ata aaa co re een cepsenrstm agr pasas 248 4.15.2 Equalização de Viet PPP GU RD EPRUR JE RR P E RR SE ORE GR RR DOSE APR P O Rs GRE 250 4.16 Acesso múltiplo por divisão de tempo ............. ie areieerereeeneeereeerteaeas 252 4.16.1 Vantagens do sistema TDMA sobre o FDMA ...........ssineeeeeeeeenereaeerraaias 254 4,16.2 TDMA revestido Sobre FDMA. ...ssssusssasanisniasvisantamecsrmassmacaasererencsrnanca nã 255 4.17 Exemplo — tema 1: GSM... peoena aasarasnasae atracar 256 4.18 Exemplo — tema 2: equalização: decodinicação. conjiiátio: aesnsennanemecas arara 250 4.18.1 Experimento com computador ........sssee nenem renrerenrereacerereseerarena ZOO 4.19 Exemplo — tema 3: técnicas de acesso aleatório concentram casais arescensransa 203 4.19.1 Aloha puro .. Punta asa Dara aa in careta isa narinas 263 4.19.2 Aloha gitedi; : nina ana nana assassino 209 4.19,3 Acesso múltiplo ec com mi detecção de portadora... nn coesa MOO 4.19.4 Outras me com protocolos de acesso o aleatório emergentes DO8 420 Resumo-GISCUSSÃO ns ia o Sn o on na nigas D0D Notas e referências sassquaganaa ana is nt e nas nega escamas csons agia 244 Problemas adicionais sacana E saca atada E 5 Espalhamento opeeua! e acesso múltiplo por divisão de código ......................................... 277] 5.1 Introdução .. AE ao a Gp EA E E Up ea a UDN DOTE 5.2 Modulação em nano iria PRDC RPREEa E io RR RAL ei AO RE PPS de 279 5.2.1 A equação do espalhamento .............. re eeeeereeaserenneneaeaarararararaneeraranenenaas DIO 5.2.2 Receptor de filtro casado ........... cc eererrererereeeanemar renais rarearereseneererarranras 28] 5.2.3 Desempenho com interferência ...........cssiseiseerreeaeeamraeaeaerreerieseererecrranias DEZ 5.3 Códigos de espalhamento .............cces iieeeeeraererreerereceererareeracacerrameerarerrerecreenceeraras ZBA 5.3.1 Seqiiências Walsh- amaro nata na anna nana annan nan nana A) 5.3.2 Fatores de espalhamento Variável orosonal, sas ensaia Serrana Semasa asari aca EO 5.3.3 Seqiiências de comprimento máximo ........... ss cceeeerararerceneeeereerraneas LDO 5.3.5 Códigos Gold .. CC Ucrania ER 5.3.6 Seqiiências aledôrias o SCE a 5.4 As vantagens do CDMA em comunica Des Wireless TREE TOO RIU SITE coound CAS 5.4.1 Interferência de acesso múltiplo .............. crer reenereeneerercarareaes 298 5.4.2 Canais de multipercursos ............c re rececrerecerensaraaraer eram arenercenencarcarenrara SO 5.4.3 Receptor RAKE ............. cena eeneraaaeaareaneraneaneecacenaneaaeeaneras 303 5.4.4 Canais com desvanecimento ............. e ceceeeeaeereceeereaaeeareeaaeneaias 06 5.4.5 Resumo dos benefícios do DS-SS ........... ee eeeeeeereereseeaeeeecereseareaceraceros JOB 5.5 Sincronização de código ......... eee reeraraceaeceenenaenaranre came ceneaeenecarre carreiras SOB 5.6 Estimação de canal.. RE CSIaNGe anta CERUsaLMad a aba na cena gds enero age sea sanspsnçes STO 5.7 Controle de potências o a sprobilema ENADE distante asas an RE aaban a Roo a Ens nara a nene aan PLA 5.8 Codificação FEC e CDMA .......... sie creereneeeanernenaene rare reareeenencemecaececarmeraas ITS so Detecção de MUIMUSDÁrio ...s. samcssaeas aneqaes circasnauaraaraga ste casanmaaavosicansaaso pelada pedncua stages alcança 317 5:10 COMA mim ambiente Celular casu nvestiior torque ceegraira dao nara prece ig acção DERA 16 SUMÁRIO 6.6.2 Código Alamouti.. aciameavE Ra cessa a 6.6.3 Comparação de desemipármio entre os esquemas de diversidade na recepção e diversidade na transmissão ...........cseeeeesecseereerm 6.6.4 Código de bloco espaço-tempo ortogonal complexo generalizado .. eesinegedtos 6.6.5 Comparações de desempenho de diferêntes códigos de bloco espaço-tempo usando um único receptor... 6.7 Códigos de bloco espaço-tempo diferencial... reererirariracerrecerereeraraenasas 6.7.1 Codificação de bloco espaço-tempo diferencial ................s near 6.7.2 Estruturas de transmissão e recepção... res eraeeaiaerreniereaerenrenaeranas 6.7.3 Desempenho diante do ruído .. a usage 6.8 Acesso múltiplo por divisão de espaço e é antenas inteligentes : 6.8.1 Arranjo de antenas .. eureseiatrassenãS 6.8.2 Multipercursos com anfeiás direoionaio-« 6.9 Exemplo — tema 1: arquiteturas BLAST... REaonTnCCEnTaCE a anna areia atas 6.9.1 Arquitetura BLAST Sissi PES RESP ERES PADEIRO RD NRO GA EA JO O RR SR 6.9.2 Arquitetura BLAST vertical... 6.9.3 Arquitetura turbo-BLAST .. ita agr 6.9.4 Avaliação do desempenho experimental do Turbo-BLAST versus V-BLAST quais paes ion amais ali means do 6.10 Exemplo — tema 2: diversidade, códigos em bloco espaço-tempo e V-BLAST ... SECR 6.10.1 Diversidade na recepção versus diversidade r na transmissão issues 6.10.2 Códigos de bloco espaço-tempo versus V-BLAST .. RE REEECREE EEO 6.10.3 Ordem de diversidade e ganho de multiplexação ...........ieseesereneertiaeas 6.11 Exemplo — tema 3: canais heyhole sas maniuacar na aca la dsada 6:12 Resumo e-dISCUSSÕES sas a ainsi DE ECOS na Notas e:referências scan sa Ee Problemas adicionalSs a RS RCE E iG 1 Arquiteturas wireless... 71 Introdução .. = E TCETItEnTo 7.2 Comparação de Catraian is des acesso o múltpio «e 7.3 Modelo de referência OSI.. TROTE 74 Omodelo OSI e as comunicações wireless rep = a 7.5 Sinalização e protocolo na subcamada MAC .............emeeeceereeererererarereeerreereeeesese 7.6 Controle de potência .............. cre ereerante rente eeneaeraen encena aca raanana aresta encare rena era enenaanaas 7.6.1 Loop aberto... 7.62 Loop Fechado... e cereais 7.6.3 Controle de potência “de loop Rd ce 7.6.4 Outras considerações ............... ii ceereeecanenaaeaneaaaeeareaameeancaneaaaneaa 7.7 Handover.. . PETER Tl Algoritmos de handovers.. TERRE rr 7.7.2 Considerações de acesso múltiplo O DD 7.8 Camada de rede... 7.8.1 Redes celulares» e PO SS 7.82 LANs em ambientes Fechados asa : 7.9 Exemplo — tema |: padrões de redes de telefonia wireless cEsriraio SARU danger area nes tape ça ia ada 7.10 Exemplo — tema 2: padrões de redes de telefonia wireless ............... ci iseceesertteaas « 397 405 .. 406 409 412 413 419 . 420 ssa 42 vo 424 429 « 432 433 cem 434 .. 436 439 cmo 443 cu 443 « 44d 446 449 453 456 457 car 406 um. 466 466 .. 470 473 .. 474 478 cura 478 cu ATO .. 480 480 uu 48] .. 482 483 e 483 . 483 . 485 486 488 7.11 Exemplo — tema 3: IEEE 802.11 Mac ................ cs d=k2: Resumo & dISQUESÃO: saspeacessniasoriaemanpaimiasaasro dleapave rias tira ipva Notas ETEferÊnCIas «siga sqausiraios cpenica Cores ATIRE TARDE Conga ata apa dE va na ProbEMAS sigo uscesasses ip sieie asas aaa q aU OE a aque ipa suioase Apêndice À Teoria de Fourier ............. Apêndice B Funções de Bessel ..........ss Apêndice h Variáveis aleatórias e processos aleatórios Apêndice D Filtros casados ................ ee eereseeererasecrecereeeerecerceçes Apêndice E FUNÇÃO E CIDS:ssssiasssssa ssa aamaieimssomiacoi iai PIS ad Esa ass saD ECO paTg Agar) ane SECT RA apêndice É Algoritmo MAP... eretas Apêndice G Capacidade de enlaces MIMO ....................iin apêndice H Autodecomposição ........ iii Apêndice | Arranjo de antenas adaptativas ..... Bibliografi ibliografia............... seereeseeerteeemeererieererereeremtreenerereraaereerererererreaeee renome ane creraneareea mantem eerarereransa e INHICE ..sasmsesesacimasas SUMÁRIO 17 cs gpRaeeRa caraças danse atacar 493 .. 495 « 508 O 511 Gncevrsasnaina iano aire nero Cega 524 A | 559 «565 CAPÍTULO | Introdução O telégrafo sem fio não é dificil de entender. O telégrafo comum é como um gato muito comprido. Você puxa o rabo dele em Nova York e ele mia em Los Angeles. O telégrafo sem fio é a mesma coisa, só que sem o gato. Albert Einstein (1879-1955) 1.1 CRONOLOGIA DAS COMUNICAÇÕES SEM FIO (WIRELESS") É um fato comprovado a existência das ondas eletromagnéticas e, por isso, para o enten- dimento das ondas de rádio é fundamental que se compreenda as comunicações wireless. A história das comunicações via ondas eletromagnéticas é relativamente recente; tem cerca de 150 anos. Nesse curto intervalo de tempo, tem sido intenso o desenvolvimento das radiocomunicações. Alguns marcos desse desenvolvimento são: H Em 1864, James Clerk Maxwell formulou a Teoria Eletromagnética da Luz, em que previu a existência das ondas de rádio. Em sua homenagem, hoje o conjunto de equações básicas que regem a propagação das ondas eletromagnéticas é conhecido como eguações de Maxwell. E A comprovação da existência física das ondas de rádio foi demonstrada pela primeira vez em 1887, por Heinrich Hertz. m Em 1894, baseado nos trabalhos pioneiros de Maxwell e Hertz, Oliver Lodge demons- trou as comunicações wireless, apesar de ter conseguido alcançar apenas 150 metros. m Durante o período de 1895 a 1901, Guglieimo Marconi desenvolveu um aparato para transmitir ondas de rádios a longas distâncias, culminando na transmissão através do Oceano Atlântico no dia 12 de dezembro de 1901, da cidade Cornwall, na Inglaterra. à cidade de Signal Hill, em Newfoundland, no Canadá. Durante esse mesmo período. um desenvolvimento concomitante foi feito por À. S. Popoff na Rússia. E Em 1902, o primeiro enlace de rádio ponto a ponto foi estabelecido nos Estados Unidos, interligando Califórnia e Catalina Island. Esse primeiro sistema de rádio era frequentemente denominado de telegrafia wireless ou telegrafia wireless. E Em 1906, Reginald Fessenden entrou para história sendo o primeiro a realizar uma transmissão em radiodifusão, transmitindo voz e música usando uma técnica que veio a ser conhecida como modulação em amplitude (Amplitude Modulation — AM). “N. de T.: O termo wireless é tão utilizado em sua forma original, em inglês. que resolvemos adotá-lo neste livro. 20 SISTEMAS MODERNOS DE COMUNICAÇÕES WIRELESS Durante esse período inicial, o uso militar e comercial das transmissões de rádio foram sendo adotadas rapidamente. Fregiientemente é creditado às comunicações wireless o salvamento de 700 pessoas durante o naufrágio do Titanic em 1912. O marco inicial das comunicações móveis terrestres é a história de pioneirismo da polícia de Detroit. Em 1921, o Departamento de Polícia de Detroit fez uso das comu- nicações wireless em um veículo operando um sistema de rádio cuja freqiiência por- tadora era próxima de 2MHz. Em 1934, 194 forças policiais municipais e 58 estadu- ais estavam utilizando rádio AM para realizar comunicações móveis de voz. Trabalhos paralelos realizados em ambos os lados do Atlântico resultaram na primei- ra transmissão multidifusão de televisão em 1927. O Bell Labs demonstrou a trans- missão multidifusão em uma área nos arredores de Nova York, enquanto o inglês John Braid fez demonstrações similares no Reino Unido. As técnicas de espalhamento espectral (spread spectrum) surgiram um pouco antes da Segunda Guerra Mundial e as pesquisas se intensificaram durante o período de guerra para fins estritamente militares. Havia duas motivações em particular: codificação e otimização da faixa de fregiiência. As técnicas de codificação de espalha- mento espectral eram puramente analógicas, por natureza, em que um sinal seme- lhante a um ruído (pseudo-ruído) multiplicava um sinal de voz. Esse pseudo-ruído ou sinal interferente era transmitido geralmente em um canal separado para permitir a decodificação no receptor. Em 1946, surgiram os primeiros sistemas públicos de telefonia móvel em cinco cida- des americanas. Em 1947, foram implementados os primeiros enlaces de microondas constituído de sete torres conectando as cidades de Nova York e Boston. Esse sistema comutado era capaz de suportar 2400 conversações simultâneas entre as duas cidades. O ano de 1958 marcou uma nova era nas comunicações wireless com o lançamento do satélite SCORE (Signal Communication by Orbital Relay Equipment). Esse saté- lite era capaz de suportar apenas um canal de voz, mas o seu sucesso impulsionou uma nova área nas comunicações via rádio. Em 1981, foi inaugurado na Escandinávia o primeiro sistema de telefonia celular que ficou conhecido como Nordic Mobile Telephone (NMT). Dois anos depois (1983) entrou em operação o sistema americano Advanced Mobile Phone Service (AMPS). Em 1988, foi implementado na Europa o primeiro sistema de telefonia celular digital. Ele ficou conhecido como GSM (Global System for Mobile Communications). Origi- nalmente, a intenção era desenvolver um padrão europeu que substituísse a grande quantidade de sistemas analógicos incompatíveis em operação simultânea em diver- sos países. O padrão americano 1S-54 foi lançado logo depois do padrão GSM. Esses são apenas alguns dos desenvolvimentos realizados nas comunicações wireless nos últimos 150 anos. Hoje, os dispositivos wireless estão em toda parte. Telefones celulares são itens de consumo muito comuns. Além disso, há uma tendên- cia em substituir o cabeamento das redes Ethernet por redes wireless. A introdução desses serviços aumentou a mobilidade e a área de serviço de muitas das aplicações existentes, criando numerosas aplicações (não previstas). A tecnologia wireless é uma área em franco crescimento nas redes públicas e tem se destacado nos sistemas de 
