Comunicação sem fio - antenas
Antena é um condutor elétrico ou um sistema de
condutores
Necessário para a transmissão e a recepção de sinais
através do ar
Na transmissão
Antena converte energia elétrica
eletromagnética
Antena irradia essa energia no ar
em
energia
Na recepção
Antena capta energia eletromagnética do ar
Antena converte essa energia em energia elétrica
Comunicação sem fio - antenas
Uma única antena pode ser usada para
transmissão e recepção
Antena irradia potência em todas as direções
Mas não apresenta o mesmo desempenho em todas
as direções
Em geral, quanto maior a frequência, mais
direcional é o feixe gerado pela antena
Antenas podem ser
Omnidirecionais
Direcionais
Comunicação sem fio - antenas
Omnidirecional
Maioria das antenas
Alcance de transmissão cobre uma área circular em
torno do transmissor
Duas estações se comunicando → estações na
vizinhança devem permanecer caladas
Para não haver interferência
Comunicação sem fio - antenas
Direcional
Pode minimizar o problema de interferência
Área coberta pode ser aproximada por um setor
circular
Antena gera um feixe focado
Reutilização espacial pode ser mais explorada
Ganhos de transmissão e de recepção são maiores
Alcance de transmissão é maior
Comunicação sem fio - antenas
Modos omni e direcionais de antenas
Comunicação sem fio - antenas
Padrão de irradiação
Maneira comum de caracterizar o desempenho de uma
antena
Representação gráfica das propriedades de irradiação
da antena
Normalmente representado com um corte em duas
dimensões
Tamanho real de um padrão de irradiação é arbitrário
O que importa é a distância em cada direção relativa à
posição da antena
Distância relativa determina a potência relativa
radiada na direção
Padrões de irradiação idealizados (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - antenas
Padrão de recepção
Equivalente ao padrão de irradiação na antena
receptora
Tipos de antenas
Isotrópica
Omnidirecional
Dipolos
Hertz (λ/2)
Comprimento da antena é metade do comprimento
de onda do sinal que pode ser transmitido de maneira
mais eficiente
Marconi (λ/4)
Parabólica
Antenas dipolos (fonte: Stallings)
Padrões de irradiação em três dimensões (fonte: Stallings)
Antena parabólica (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - antenas
Ganho
Medida da direcionalidade da antena
Geralmente definido como a potência em uma direção
particular comparada à produzida em qualquer direção
por uma antena omnidirecional perfeita (isotrópica)
Aumento em uma direção significa redução em outras
Não se refere a obter mais potência de saída do que
de entrada, mas sim à direcionalidade
Comunicação sem fio - problemas
Problemas de transmissão sem fio
Atenuação
Perda no espaço livre
Ruídos
Desvanecimento
Absorção atmosférica
Comunicação sem fio - atenuação
Potência de um sinal cai com a distância
Redução chamada de atenuação
Sinal recebido deve ter uma potência suficiente
para que o circuito do receptor possa detectá-lo
e interpretá-lo
Sinal muito forte pode sobrecarregar o circuito
Distorção
Sinal deve manter um nível suficientemente mais
alto do que o ruído para ser recebido sem erros
Comunicação sem fio - atenuação
Além de uma determinada
atenuação torna-se muito forte
distância,
a
Usam-se repetidores
Atenuação varia com a frequência
É maior nas frequências mais altas
Técnicas para equalizar a atenuação através de uma
banda de frequências são usadas
Comunicação sem fio - perda no espaço livre
Tipo particular de atenuação em transmissões
sem fio
Sinal se espalha conforme a distância aumenta
→ atenuação cada vez maior a medida que o
sinal se afasta da antena transmissora
Sinal se dispersa por uma área cada vez maior
L = Pt / Pr
LdB= 10 log (Pt / Pr)
Comunicação sem fio - ruídos
Alterações sofridas pelo sinal transmitido entre a
transmissão e a recepção
Quatro tipos principais
Térmico
Intermodulação
Diafonia (crosstalk)
Impulsivo
Comunicação sem fio - ruído térmico
Devido à agitação térmica dos elétrons
Uniformemente distribuído através do espectro
de frequências
Ruído branco
Comunicação sem fio - ruído por intermodulação
Devido ao compartilhamento de um mesmo meio
de transmissão entre sinais de diferentes
frequências
Produz sinais em uma frequência que é a soma
ou a diferença entre as frequências originais ou
entre múltiplos dessas frequências
Ocorre
quando
há
não-linearidade
no
transmissor, no receptor ou no sistema de
transmissão interveniente
Não-linearidade pode ser causada por
Mau funcionamento de componentes
Potência de sinal excessiva
Natureza dos amplificadores utilizados
Comunicação sem fio - diafonia
Linha cruzada como na telefonia
Pode ocorrer quando sinais indesejados são
recebidos por antenas de micro-ondas
Efeito dominante nas bandas ISM
Comunicação sem fio - ruído impulsivo
Consiste de pulsos ou picos irregulares de
ruídos de curta duração e relativamente grande
amplitude
Gerado por trovões, centelhamento de relés e
em lâmpadas fluorescentes e falhas no sistema
de comunicação
Comunicação sem fio - desvanecimento
Fading
Variação temporal da potência do sinal recebido
Causada pelo mudanças no meio de transmissão ou
no(s) caminho(s)
Em um ambiente fixo
Afetado por mudanças nas condições atmosféricas
Ex.: chuva (rainfall)
Em um ambiente móvel
Afetado pelas mudanças na localização relativa de
vários obstáculos
Comunicação sem fio - múltiplos caminhos
Sinal recebido pelo receptor é composto de
sinais vindo de diferentes direções e caminhos
Diferente das comunicações cabeadas
Mecanismos de propagação
Reflexão
Difração
Dispersão
Comunicação sem fio - reflexão
Ocorre quando um sinal encontra uma superfície
grande comparada ao comprimento de onda do
sinal
Sinais podem ser recebidos mesmo que não haja
visada direta
Comunicação sem fio - difração
Ocorre no canto de um corpo impenetrável que
obstrui a passagem e é grande quando
comparado ao comprimento de onda do sinal
Quando a onda encontra a quina, se propaga em
diferentes direções
Tendo a quina como fonte
Sinais podem ser recebidos mesmo que não haja
visada direta
Comunicação sem fio - dispersão
Também chamada espalhamento
Ocorre no canto de um corpo impenetrável que
obstrui a passagem e é pequeno ou de mesma
ordem de grandeza quando comparado ao
comprimento de onda do sinal
Quando a onda encontra a quina, se propaga
em diferentes direções
Tendo a quina como fonte
Sinais podem ser recebidos mesmo que não
haja visada direta
Exemplo de reflexão (R), dispersão (S) e difração (D) (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - múltiplos caminhos
Propagação por múltiplos
múltiplas cópias do sinal
caminhos
gera
Fases podem atuar de modo construtivo ou destrutivo
Interferência intersimbólica pode ocorrer
Interferência intersimbólica (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - absorção atmosférica
Vapor d’água e oxigênio contribuem para a
atenuação
Vapor d’água
Pico de atenuação em 22 GHz
Atenuação menor em frequências menores que 15
GHz
Oxigênio
Pico de atenuação em 60 GHz
Atenuação menor em frequências menores que 30
GHz
Comunicação sem fio - absorção atmosférica
Chuva e neblina (fog) causam a dispersão de
ondas que gera atenuação
Isso pode ser uma causa principal de perdas
Em áreas com muita chuva
Distâncias envolvidas devem ser pequenas ou
Bandas de frequências mais baixas devem ser
usadas
Comunicação sem fio - modos de propagação
Sinal irradiado pode se propagar de três formas
Acima do solo (ground wave)
No céu (sky wave)
Através de visada direta
Bandas de frequências (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - modos de propagação
Acima do solo
Segue o contorno da terra
Pode-se propagar por distâncias consideráveis
Frequências até 3 MHz
Ondas sofrem difração na terra
Ondas são espalhadas pela atmosfera
Não penetram na atmosfera mais alta
Ex.: Rádio AM
Propagação acima do solo (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - modos de propagação
No céu
Sinal é refratado na ionosfera
Pode-se propagar por distâncias consideráveis através
de saltos entre a terra e a ionosfera
Frequências de 3 MHz a 3 GHz
Ex.: Rádio-amador
Propagação no céu (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - modos de propagação
Visada direta
Antenas devem estar alinhadas
Comunicação via satélite – sinais de 30 MHz não são
refletidos na ionosfera
Comunicação no solo – antenas com linha de visada
efetiva devido à refração
Propagação através de visada direta (fonte: Stallings)
Comunicação sem fio - modos de propagação
Caso haja visada direta
Difração e dispersão possuem efeitos menores
Reflexão pode ter um impacto significativo
Caso não haja visada direta
Difração e dispersão são os meios primários de
recepção do sinal
Redes sem fio
Divididas em duas categorias
Redes com infraestrutura
Toda a comunicação é realizada através de um ponto de
acesso
Ex.: redes celulares
Redes infraestruturadas
Redes sem fio
Divididas em duas categorias (cont.)
Redes sem infraestrutura ou redes ad hoc
Estações se comunicam diretamente
Redes ad hoc de comunicação direta
Redes ad hoc de múltiplos saltos
Estações também se comportam como roteadores
Redes ad hoc
Rede ad hoc de múltiplos saltos
Redes ad hoc
Principais características
Auto-organização dinâmica
Topologia arbitrária e temporária
Vantagens
Grande flexibilidade
Podem ser formadas em lugares ermos
Baixo custo de instalação
Robustez
Podem resistir a catástrofes da natureza e a situações de
destruição por motivo de guerra
Redes ad hoc
Principais aplicações
Ambientes onde
Não há infraestrutura
A infraestrutura existente não é confiável
Redes sem fio
Não usam detecção de colisão como no
CSMA/CD
Grande diferença da potência entre o sinal transmitido
e o sinal recebido
Difícil separação de sinal e ruído
Difícil separação do que é transmissão e o que é
recepção no transmissor
Sinal da estação transmissora tem potência bem
maior
Nem todas as estações escutam as outras
Ex.: colisão no transmissor não significa que houve
colisão no receptor
Atenuação grande e variável
Há também o problema do terminal escondido
Redes sem fio
Problema do terminal escondido
Redes sem fio
Problema do terminal escondido
Não importa a interferência no transmissor e sim no
receptor
Não usa CSMA puro
Redes sem fio
Problema do terminal exposto
B transmite para A e C quer transmitir para D