Projeto coordenado pelo professor Gustavo Fraidenraich do Departamento de Comunicação da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Unicamp, desenvolvido no Laboratório ComL@b da Unidade, visa aumentar a velocidade de transmissão e a quantidade de dados enviados e recebidos por meio de conexões sem fio ou wireless.

Em dissertação de mestrado orientada pelo docente, Cláudio Ferreira Dias apresentou um sistema de comunicação utilizado para testes wireless com múltiplas antenas, duas de transmissão e uma de recepção (2x1). A implementação do sistema foi realizada com o emprego do Rádio Definido por Software (RDS), que utiliza um software para substituir partes físicas de um rádio tradicional, o que facilita sobremaneira a adaptação do hardware a diferentes necessidades. A expectativa dos pesquisadores é atingir a meta de quatro antenas tanto na transmissão como na recepção (4x4), com o objetivo de conseguir aumentar a taxa de dados e qualidade de recepção.

Estabelecendo uma analogia, o professor Gustavo diz que cada link se assemelha a uma via em que circula um veículo com certo número de passageiros que simbolizam o transporte de dados. A utilização de quatro vias permite a transmissão de maior número de informações. “Pretendemos chegar a transmitir paralelamente maior quantidade de dados, o que faz aumentar a complexidade da recepção”, diz. Cláudio acrescenta que o objetivo deve ser sempre conseguir ampliar os canais de transmissão com velocidade maior sem alterar a potência porque, como se trata de transmissão por microondas, o aumento da potência pode vir a afetar a saúde das pessoas.

O sistema wireless é utilizado em celulares, na TV via satélite, nas comunicações telefônicas, nas redes Wi-Fi, embora a pesquisa se oriente mais especificamente para aplicação em sistemas Wi-Fi – que permitem a comunicação a um computador sem fio a uma distância de aproximadamente 200/300 metros, e para sistemas celulares –, cujas torres distam no máximo três quilômetros. Segundo os pesquisadores, o problema está na transmissão com mais de uma antena já que a recepção com várias delas ocorre há muito tempo.

Em relação ao desenvolvimento do trabalho, os pesquisadores consideram que conseguiram passar da teoria para a prática “porque uma coisa são as equações teóricas e outra o desenvolvimento do equipamento e dos experimentos, processo que envolve uma série de superações e constitui um aprendizado”. Ao transportarem as equações para o hardware e conseguirem a recepção dos sinais, eles se deram conta de que haviam vencido as limitações dos equipamentos porque tinham consciência de que nem tudo que está no papel, na teoria, efetivamente funciona sem adaptações. No processo que os levou à depuração realizaram primeiramente a montagem do sistema mais simples, constituído por uma antena transmissora e outra receptora, que constituiu a fase de aprendizado propriamente dito. “Foi a fase em que reinventamos a roda”, afirma o docente. No trabalho que deu origem à dissertação de mestrado, chegaram ao sistema 2x1 e no doutorado propõem-se a desenvolver o sistema 4x4.

Claudio lembra que o trabalho que estão realizando atende ao futuro sistema celular de quarta geração – atualmente os celulares estão na terceira geração –que permitirá utilizar vídeo de alta definição em tempo real e que prevê o uso do MIMO (Multiple Input e Multiple Output), o que levou a indústria a se dedicar ao mesmo desenvolvimento. A propósito, o professor afirma: “Apesar da probabilidade concreta de que cheguemos aos resultados depois dos centros mais avançados, o nosso estudo se reveste de particular importância porque estamos desenvolvendo tecnologia no Brasil onde, o quanto sabemos, somos pioneiros na construção de um sistema 4x4 porque não há nada dessa natureza sendo aqui estudado”.

A dissertação de mestrado resgata inicialmente alguns fundamentos teóricos, faz uma descrição geral do sistema 2x1, mostra sua implementação e apresenta os resultados em gráficos de desempenho obtidos de testes realizados no equipamento através de transmissão Alamouti.

Explicações

Claudio Ferreira Dias explica que os atuais sistemas de comunicação de dados operam com taxas de transmissão cada vez mais elevadas porque há uma demanda crescente por serviços multimídia e internet em dispositivos móveis como vídeoconferência, download de músicas e videoclips. O grande desafio tem sido projetar equipamentos que suportem estas taxas considerando algumas limitações práticas como faixas de frequência, potência de transmissão e confiabilidade no enlace. O desafio é maior quando a transmissão dos sinais é realizada por ondas de rádio, porque as adversidades advindas da comunicação sem fio dificultam sobremaneira a transmissão.

O problema da via pela qual trafegam os dados, o ar no caso da transmissão wireless, é que o sinal emitido por uma antena não tem apenas um único caminho e se espalha por todo o espaço e, ao encontrar obstáculos, sofre reflexão. Em consequência, várias versões refletidas chegam à antena receptora. Exemplo disso são os antigos sistemas de TV analógicos em que, em regiões com baixa recepção da potencia do sinal, sucessivas reflexões produzem as denominadas imagens com “fantasmas”, resultado de superposição de imagens atrasadas refletidas por obstáculos existentes no percurso de propagação do sinal.

Para o pesquisador, os problemas da transmissão sem fio podem ser contornados com a utilização de técnicas de diversidade, que levam o receptor a enxergar o sinal transmitido sob condições de canais diferentes, tornando mais confiável a transmissão de dados a altas taxas em sistema sem fio. Em particular, lembra ele, o uso de múltiplas antenas fornece ganhos sem induzir perdas na eficiência. Além disso, os sistemas com múltiplas entradas e saídas apresentam significativo ganhos quando comparados aos sistemas 1x1.

Para o mestrado, os pesquisadores optaram por um sistema de duas antenas transmissoras e uma receptora conhecido como esquema de transmissão Alamouti, nome do seu criador. Preferido por não ser tão complexo, o sistema oferece a vantagem de não demandar um hardware com grande poder de processamento.

Outro aspecto importante que possibilitou o desenvolvimento do trabalho foi o uso do conceito de Rádio Definido por Softwar (Software Defined Radio) – SDR, originário dos sistemas militares do Departamento de Defesa Americano, que surgiu da necessidade de integração das várias interfaces aéreas existentes nos sistemas de comando e controle por eles utilizados. A necessidade de interoperabilidade exigiu o desenvolvimento de rádios que interagissem simultaneamente com duas ou mais interfaces aéreas nas várias faixas de frequências utilizadas, executando a função de um gateway que pudesse ser modificado por uma simples troca de software, sem necessidade de maiores ajustes ou remodelação do hardware, aumentando a vida útil dos equipamentos e possibilitando alcançar maior custo/beneficio.

Para Claudio, o conceito de SDR é resultado da evolução do receptor de rádio. Antes o rádio era montado com componentes eletrônicos justapostos e a necessidade de alterar um determinado parâmetro como, por exemplo, a frequência exigia a construção de um novo equipamento. O SDR oferece uma flexibilidade maior e no caso de alterações basta mudar algumas linhas do programa do computador para adaptar o rádio às novas especificações. Ele acrescenta que esse recurso possibilitou a montagem no laboratório do sistema com duas antenas de transmissão e uma de recepção, embora parte do equipamento não seja constituído de hardware.

Os pesquisadores concluem enfatizando que o desenvolvimento de um sistema utilizando múltiplas antenas foi exequível pelo fato de a FEEC possuir laboratórios com equipamentos para desenvolver aplicações em SDR, o que possibilitou que o sistema Alamouti fosse implementado e avaliado no Laboratório ComL@b em relação aos ganhos prometidos pelos estudos teóricos.

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■ Publicação

Dissertação: “Esquema de transmissão Alamouti 2x1 implementado em Rádio Definido por Software”
Autor: Cláudio Ferreira Dias
Orientador: Gustavo Fraidenraich
Unidade: Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC)

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