Discente: Samuel Davi de Lima
Orientadora: Prof. Dr. Renan Alves dos Santos
Título: Análise e simulação dos aspectos de transmissão de sinais 5G em macro células em ambientes urbanos.
Esse Trabalho de Conclusão de Curso feito pelo Samuel Davi de Lima tem o objetivo de analisar e simular os aspectos de transmissão de sinais 5G em macro células em ambientes urbanos. O trabalho irá fomentar uma análise em decorrência dos fatores geográficos, com base na densidade de usuários da cidade de Patos de Minas, aplicando conceitos de propagação de sinais, nas faixas de frequências licenciadas ao sinal 5G pela Anatel, para o território nacional utilizando a cobertura por macro células semelhantes a tecnologia do 4G. Para tal, será utilizado a faixa de frequência centrada em 3,5GHz, associada à faixa de FR1.
Introdução
Com a evolução e desenvolvimento constante de novas tecnologias no cenário mundial, a sociedade tem-se tornado adepta às mudanças estabelecidas nos padrões qualitativos de serviços no âmbito tecnológico. Para atender a grande demanda gerada por esta tendência é necessária uma alta taxa de transferência de dados para suportar todas as aplicações móveis que utilizam a internet como meio de comunicação para download e upload de dados.
Buscando solucionar essa demanda por conectividade o desenvolvimento da tecnologia foi e é crucial, onde um dos seus frutos que é o desenvolvimento da quinta geração da telefonia móvel celular (5G) vem tendo grande destaque.
Com o cumprimento dos requisitos estabelecidos pela padronização conforme a IMT-2020, o sinal 5G tornará possível a ampliação e inovação da internet das coisas (IoT), aplicação escalável do IPV6, aumento do comércio de aparelhos compatíveis com a nova tecnologia, dentre funções de automação industrial respectivos à indústria 4.0, aprimoramento do e-commerce, e aplicações de tempo real que vão utilizar a nuvem como ambiente de aplicação. Tais perspectivas do 5G, ampliam os horizontes da aplicação da tecnologia, criando assim a necessidade de constantes inovações em inúmeros segmentos de serviços e aplicações.
Assim tendo em vista este campo de estudos tão atual, esse trabalho de conclusão de curso tem o objetivo estudar os aspectos de propagação de sinais 5G na faixa de 3,5GHz, utilizando o cenário urbano de alta densidade de usuários com conexão de banda larga aprimorada (eMBB), aplicado na cidade de Patos de Minas – MG. A análise numérica é feita a partir do programa comercial Matlab, que permitirá o desenvolvimento do trabalho.
Configuração do Ambiente de Simulação para o Estudo
Para expressar o ponto de partida da análise na cidade de Patos de Minas, é definido o ponto geográfico inicial e a partir do ponto de origem, os sites serão configurados. Para uma abordagem dinâmica foi escolhido o ponto geográfico −18,58971 e −46,51506, conforme apresentado na figura abaixo, objetivando em um ambiente com alto índice de pedestres. A partir deste ponto inicial, a cobertura das células é definida conforme a quantidade de 19 sites é feita, cada site é formado por 3 transmissores distribuídos uniformemente, ressaltando que a modificação do cenário comparada com as resoluções de testes da ITU está baseada na frequência de operação de 3,5GHz.
Layout de rede e anexação dos transmissores.
Além dos 19 sites definidos como transmissores mostrados anteriormente, será definido um receptor com altura da antena de 1,5m, perda do sistema de 0dB, e sensibilidade do receptor configurada para −120 dBm.
layout de rede e anexação do receptor.
Análise da SINR
Com transmissores e receptores definidos agora é feita a execução dos passos respectivos à análise da SINR(Signal Interference + Noise Ratio) e demais parâmetros de desempenho.
Foi gerado um mapa respectivo ao modelo “Freespace” para fins de teste e foi possível observar que a inclinação da antena como fator mecânico deve ser atentamente observado e para esse cenário o ângulo de downtilt deve ser levado em consideração.
Com os cálculos de valores individuais de downtilt feitos, para cada arranjo de antena de microfita em cada ponto de transmissão e recepção da célula definida, os resultados da SINR melhoram como um todo, sendo observados nas imagens a seguir pela coloração vermelha, que destaca um aumento da distribuição de potência do sinal na cobertura.
Mapas SINR com modelo de propagação “Freespace”.
Sem correção de downtilt (SCD). Correção de downtilt aplicada (CCD).
Mapas SINR com modelo de propagação “Close-in”.
Sem correção de downtilt (SCD). Correção de downtilt aplicada (CCD).
SINR para cenários com SCD e CCD.
Para os demais parâmetros de desempenho mencionados anteriormente, sendo eles a capacidade do canal, BER, ordem de modulação, constelações e taxa de dados de pico é feita a análise com os mesmos modelos utilizados para a análise do SINR e a utilizando como referência, observando que cada uma delas foi feita com base em suas devidas normas e equações necessárias.
Conclusão
Neste trabalho foram apresentados os modelos e métodos de análises de forma a prever e predizer as características do sinal 5G, quando aplicados a ambientes regionais nacionais, conforme a cidade de Patos de Minas.
Foram apresentadas diversas análises baseadas em diferentes tipos de modulação, cenários e parâmetros que puderam mostrar a diferença na propagação nos modelos de propagação abordados que são o Freespace e Close-in. Considera-se que a abordagem utilizando os métodos de análise da tecnologia 5G NR a partir da SINR é eficaz, para propensão dos resultados para ambiente de simulação visando obter a BER, modulações, taxas de dados de pico, eficiência espectral e outros parâmetros. Contudo a busca das parametrizações em conformidade com a montagem do ambiente de simulação é correlata com o modelo teórico, uma vez que ainda faltam dados que descreva com maior exatidão a topografia regional.
Este trabalho busca contribuir de forma a apresentar um estudo ainda que específico, mas importante para a implantação da tecnologia 5G em ambientes regionais com características distintas de topografia, contrastando com a importância de se analisar as variáveis que afetam o sistema como um todo.
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