Cobertura Celular para Sistemas de Banda Larga

Abstract

Este trabalho enquadra-se no âmbito da propagação das ondas electromagnéticas na banda de frequências das ondas milimétricas e da cobertura celular, em ambientes interiores e exteriores, para sistemas de banda larga. Primeiramente são abordados os mecanismos de propagação de ondas electromagnéticas destacando-se os mais relevantes para a banda das ondas milimétricas. Neste estudo, apresentam-se os modelos de propagação mais comuns no planeamento de sistemas de comunicações móveis, concluindo-se que os modelos determinísticos em que as propriedades electromagnéticas e a geometria do cenário, assim como as configurações de antenas assumem uma maior importância, são os mais apropriados ao planeamento de sistemas celulares de banda larga. Abordam-se ainda os efeitos climatéricos na propagação das ondas electromagnéticas, identificando-se os mais susceptíveis de degradar o desempenho do sistema e que, portanto, deverão ser considerados na fase de planeamento. A degradação do desempenho do sistema é avaliada para um caso particular, recorrendo a estatísticas meteorológicas de longo prazo recolhidas na cidade de Aveiro. Ainda no âmbito da propagação das ondas electromagnéticas, definem-se as grandezas e os conceitos físicos utilizados na caracterização da resposta impulsiva do canal (RI), os quais serão utilizados extensivamente durante os estudos de cobertura celular. O estudo da cobertura celular centra-se na definição das configurações de antenas e dos arranjos celulares mais adequados à cobertura de um dado cenário, tanto a nível da distribuição de potência como na dispersão temporal do canal. As configurações propostas são avaliadas recorrendo a simulações e medições experimentais realizadas com um demonstrador de comunicações móveis de banda larga em alguns dos cenários estudados. Estes dados experimentais permitem igualmente avaliar o desempenho do demonstrador em possíveis cenários de aplicação de sistemas desta natureza. Para um cenário interior de grandes dimensões, realiza-se também o estudo da RI do canal rádio-móvel na banda das ondas milimétricas, com base em simulações e medições experimentais. Após o processamento dos dados experimentais são obtidos diversos parâmetros relativos à RI do canal, para diferentes condições de propagação. Estes parâmetros são posteriormente comparados com os parâmetros obtidos por simulação e utilizados para identificar a configuração de antenas mais adequada ao cenário em causa. Finalmente realiza-se o estudo da geração das portadoras milimétricas, da modulação da informação a transmitir e da sua distribuição através de uma rede de suporte em sistemas celulares de banda larga. Neste estudo recorre-se a tecnologia óptica em alternativa às tecnologias electrónicas mais convencionais por forma a reduzir os custos e a complexidade inerente à sua natureza picocelular, apresentando-se uma proposta para a estrutura da rede de suporte.

This work deals with the electromagnetic propagation in the millimetre-wave band and with cellular coverage, in outdoor and indoor environments for wide band systems. First the electromagnetic propagation mechanisms will be studied, pointing out the most relevant ones in the millimetre-wave band. The most common propagation models for planing mobile systems are presented, concluding that the deterministic models, where the electromagnetic properties and the geometry of the scenario, as well as the antenna configurations, assume a more significant importance are the most adequate for planing wide band cellular systems. Further, the climatic effects in the propagation of electromagnetic waves are studied, identifying the most susceptible of degrading the system’s performance and therefore, which should be considered in the system’s planing stage. The degradation of the system’s performance is evaluated for a particular case, using long term meteorological statistics collected in Aveiro city. Still in the study of electromagnetic waves propagation, the physical entities and concepts used in the characterisation of the channel impulse response, which will be extensively used during the cellular coverage study, are defined. Cellular coverage studies focus on the definition of the antenna configurations and cellular layouts more adequate to the coverage of a particular scenario, both from the power distribution and channel time dispersion point of view. The antenna and cellular configurations proposed are evaluated using experimental measurements carried out in some of the studied scenarios. These experimental data allows also to evaluate the performance of the wide band mobile communications demonstrator, used in the measurement campaign, in possible application scenarios for this kind of systems. For a large indoor scenario, the millimetre wave channel impulse response is also studied, based on simulations and experimental measurement. After processing the experimental data, several channel impulse response parameters are obtained, for different propagation conditions. These parameters are afterwards compared with the ones obtained by simulation and used to assess the most suited antenna configuration for the considered scenario. Finally, the generation of millimetre wave carriers, the modulation of the information to transmit and its distribution in a backbone network for wide band cellular systems is studied. In this study, optical technology is used as an alternative to more conventional electronic technologies, in order to reduce the costs and the complexity inherent to its pico-cellular nature. A proposal for a cellular mobile broadband backbone network is presented.