Modelagem para o cálculo da perda no percurso de ... ?· medidas para áreas urbanas de Okumura-Hata…

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  • Modelagem para o clculo daperda no percurso de propagaoem reas residenciais nas faixas deVHF e UHF

    ANDERSON ESCUDERO

    Dissertao apresentada ao Instituto Nacional de

    Telecomunicaes, como parte dos requisitos para

    obteno do Ttulo de Mestre em Telecomunicaes.

    ORIENTADOR: Prof. Dr. Jos Antnio Justino Ribeiro

    Santa Rita do Sapuca

    2004

  • Livros Grtis

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  • FOLHA DE APROVAO

    Dissertao defendida e aprovada em 04/06/2004, pela comisso

    julgadora:

    Prof. Dr. Jos Antnio Justino Ribeiro - DTE - INATEL

    Prof. Dr. Jos Antonio Cortez - IESTI - UNIFEI

    Prof. Dr. Maurcio Silveira - DTE - INATEL

    Prof. Dr. Adonias Costa Silveira Coordenador do Curso de Mestrado

  • A Deus e meus paisque me apoiaram em todos os momentos

  • AGRADECIMENTOS

    Agradeo primeiramente a Deus por ter me dado sade e competncia para concluir este

    trabalho. Ao professor Dr. Jos Antnio Justino Ribeiro pelo seu paciente trabalho de

    orientao, sem o qual esta pesquisa no seria possvel.

    Aos meus pais Antonio e Ins por toda confiana que depositaram em mim. Aos meus

    irmos Alessandro e Jnior pelos momentos de alegria.

    A todos os colegas do curso de mestrado que me deram foras nos momentos de

    desespero e me faziam rir nos momentos de tristeza.

    Ao Inatel por toda a estrutura que me ofereceu, imprescindvel na elaborao de todo o

    trabalho. Aos funcionrios do Inatel pela constante preocupao em tornar o campus

    mais agradvel possvel.

    Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior - CAPES pelo

    suporte financeiro em forma de bolsa de estudos.

    A todos, o meu obrigado.

  • ndiceLista de Figuras........................................................................................................... v

    Lista de Smbolos ..................................................................................................... viii

    Resumo ...................................................................................................................... xii

    Abstract .................................................................................................................... xiii

    Captulo 1

    Discusso preliminar................................................................................................. 1

    1.1 Introduo........................................................................................................... 1

    1.2 Resumo Histrico................................................................................................ 1

    1.3 Descrio geral de um sistema de comunicao sem fio ...................................... 4

    1.3.1 Etapas do processo de comunicao............................................................. 4

    1.3.2 Modos bsicos de comunicao .................................................................... 5

    1.3.3 Canal de comunicao ................................................................................. 5

    1.4 Abordagem para anlise do sistema de comunicao sem fio............................... 6

    1.4.1 Perda na propagao em grande escala ....................................................... 6

    1.4.2 Perda na propagao em pequena escala ..................................................... 6

    1.5 Apresentao do problema .................................................................................. 8

    1.6 Desenvolvimento do trabalho .............................................................................. 9

    CAPTULO 2

    Propagao de ondas eletromagnticas em meios ilimitados.................................... 10

    2.1 Soluo da equao de onda .............................................................................. 10

    2.2 Reflexo e refrao na fronteira de dois meios................................................... 13

    2.2.1 Leis da reflexo e refrao ......................................................................... 13

    2.2.2 Equaes de Fresnel................................................................................... 14

    2.3 Reflexo e refrao por uma camada de pequena espessura ............................... 16

    CAPTULO 3

    Perda na propagao de ondas eletromagnticas em ambientes urbanos................... 21

    3.1 Modelagem de um prdio como um obstculo com atenuao e defasagem....... 21

    3.2 Propagao de ondas eletromagnticas atravs de obstculos mltiplos ............. 24

    3.2.1 Modelagem matemtica para a seqncia de obstculos ............................ 24

    3.2.2 Truncamento do intervalo de integrao .................................................... 33

  • ndice iv

    CAPTULO 4

    Resultados numricos para propagao atravs de mltiplos obstculos .................. 38

    4.1 Estrutura das simulaes ................................................................................... 38

    4.2 Comportamento da onda plana em seu percurso de propagao ......................... 39

    4.3 Dependncia entre a freqncia e a geometria dos obstculos ............................ 40

    4.4 Efeitos da freqncia sobre o fator Q nas faixas de VHF e UHF........................ 41

    4.5 Modelagem da perda no percurso ...................................................................... 43

    CAPTULO 5

    Comparao com medies e outros mtodos de previso ....................................... 45

    5.1 Introduo......................................................................................................... 45

    5.2 Comparao com o mtodo de Okumura-Hata................................................... 48

    5.3 Comparao com resultados experimentais publicados...................................... 53

    5.3.1 Medidas realizadas por Ott e Plitkins ......................................................... 53

    5.3.2 Medidas realizadas por Young.................................................................... 54

    CAPTULO 6

    Comentrios e Concluso........................................................................................ 57

    6.1 Aspectos relevantes do trabalho......................................................................... 57

    6.2 Descrio resumida das simulaes ................................................................... 58

    6.3 Verificao da validade do modelo apresentado ................................................ 59

    6.4 Propostas para estudos futuros........................................................................... 60

    Anexo A

    Artigos oriundos deste trabalho ............................................................................... 61

    Anexo B

    Desenvolvimento da Equao (3.11) ....................................................................... 62

    Anexo C

    Programas em MATLAB

    utilizados nas simulaes ............................................. 75

    Referncias bibliogrficas......................................................................................... 82

  • Lista de Figuras

    Figura 1.1 Elementos de um sistema de comunicao. A informao transmitida

    para um destinatrio atravs de um canal de transmisso com caractersticas

    prprias, que interferem na qualidade do sistema................................................... 4

    Figura 1.2 Representao da potncia mdia e instantnea, relacionada com a perda

    em grande e pequena escalas. ................................................................................ 7

    Figura 2.1 - Ilustrao para a soluo da equao de onda, mostrando os vetores que

    entram na descrio do campo eletromagntico e seu comportamento no meio.... 12

    Figura 2.2 Transmisso e reflexo de uma onda eletromagntica na fronteira de

    separao entre dois meios. ................................................................................. 14

    Figura 2.3 - (a) Onda com polarizao do campo eltrico normal ao plano de incidncia.

    (b) Onda polarizada com o campo eltrico paralelo ao plano de incidncia.......... 15

    Figura 2.4 Onda incidente penetra para o meio 2 em O, reflete-se na superfcie de

    separao entre o meio 1 e 2 e reaparece para se combinar com o raio que

    refletido em X...................................................................................................... 16

    Figura 2.5 - Reflexes e transmisses mltiplas de uma onda incidente em um meio de

    profundidade limitada, resultando em ondas transmitida e refletida com

    caractersticas determinadas pelos parmetros eletromagnticos e pelas

    correspondentes polarizaes. ............................................................................. 18

    Figura 3.1 Modelagem de um prdio como um obstculo (a) Espessura e estrutura

    reais (b) Representao das paredes internas e externas (c) Espessura e estrutura

    equivalentes (d) Espessura nula, com perda e defasagem equivalentes................. 21

    Figura 3.2 Mdulo do coeficiente de transmisso para onda tipo TM, para diversas

    freqncias, em obstculos com espessura equivalente m52,We = , constante

    dieltrica 2,04 jB = e ngulos de incidncia (in) entre 0 e 90. ....................... 23

    Figura 3.3 Argumento do coeficiente de transmisso para onda tipo TM, para diversas

    freqncias, em obstculos com espessura equivalente m52,We = , constante

    dieltrica 2,04 jB = e ngulos de incidncia (in) entre 0 e 90. ........................ 23

  • Lista de Figuras vi

    Figura 3.4 Viso de perfil do percurso de propagao entre antena transmissora e

    receptora. Considera-se que os prdios possuem espaamento uniforme d e altura

    mdia havg....