Apresentação

Sou aluno do 5º ano do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (MIEEC) da Faculdade de Engenharia da Universiade do Porto (FEUP) no ramo de Telecomunicações, Electrónica e Computadores da especialização de Tecnologia das Comunicações. Esta página apresenta a evolução da dissertação ao longo do 2º semestre, recorrendo a relatórios semanais e atas de reuniões detalhar as tarefas realizadas e as dificuldades encontradas. Nesta página Web pode encontrar a descrição do projeto, o planeamento do projeto, a execução (desenvolvimentos e resultados obtidos), referências e meios (ferramentas utilizadas), e os documentos (relatórios semanais e atas das reuniões).

Esta dissertação será realizada no INESC Porto - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores do Porto, que se trata de uma associação privada sem fins lucrativos reconhecida como instituição de utilidade pública, tendo adquirido em 2002 o estatuto de Laboratório Associado.



Descrição do Projeto

Aproveitando a baixa atenuação e elevada largura de banda da fibra ótica, os sistemas rádio-sobre-fibra (RoF) usam a rede ótica para transporte de sinais de rádio de forma (idealmente) transparente em aplicações de comunicações sem fios. No entanto, devido à não-linearidade dos vários componentes do sistema (tais como amplificadores micro-ondas e conversores eletro/óticos) os sinais RF analógicos sofrem distorção de intermodulação. Este efeito, que ocorre também em sistemas de comunicação sem fios, é particularmente nocivo no caso dos sinais multi-portadora (p.ex. OFDM). Para contornar este efeito, o standard 4G LTE propõe o uso de uma modulação mono portadora para o uplink denominada por frequency division multiple access (SC-FDMA). Esta modulação é baseada em OFDM e possui desempenhos de débito e complexidades idênticos, no entanto, tem a vantagem de possuir um peak-to-average power ratio (PAPR) baixo o que a torna menos suscetível à distorção provocada pelos elementos não lineares do canal. Assim, neste trabalho pretende-se estudar e avaliar o desempenho de uma ligação ponto-a-ponto de um sistema RoF baseado na modulação SC-FDMA comparativamente ao OFDM. Para isso, propõe-se o desenvolvimento em Matlab do transmissor e receptor SC-FDMA e a simulação do sistema RoF completo baseado em modelos já disponíveis de conversores eletro-óticos (E/O), nomeadamente lasers e moduladores Mach-Zehnder. A avaliação do sistema SC-FDMA será feita usando diferentes parâmetros de sinal e de conversão E/O. A comparação com links equivalentes usando modulações OFDM já desenvolvidos será também efetuada. No final, está prevista a validação dos resultados obtidos na simulação através da realização de testes experimentais usando lasers e/ou moduladores óticos e o equipamento laboratorial necessário.

Orientador: Prof. Dr. Henrique Manuel de Castro Faria Salgado
Professor associado da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Coorientador: Dr. João Manuel Barbosa de Oliveira / Dr. Luís Manuel de Sousa Pessoa
Investigadores do INESC TEC

Palavras-chave

LTE

O LTE (Long Term Evolution) é uma tecnologia móvel de transmissão de dados, que veio proporcionar aos utilizados uma rede de dados mais rápida e estável que as anteriores.

RoF

Um sistema RoF ou Rádio-sobre-Fibra pode ser descrito por um sinal RF modulado sobre uma portadora ótica, que é transmitido numa fibra ótica e é recebido por um fotodetetor.

OFDM

O OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) as subportadoras são sobrepostas e ortogonais entre si e é utilizado no downlink do LTE.

SC-FDMA

O SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) é similar ao OFDM mas apresenta um PAPR mais baixo e é utilizado no uplink do LTE.

Conceitos importantes

LTE

  • 07-03-2014

O LTE ou Long Term Evolution teve as suas origens na indústria das telecomunicações e não na comunidade da rede computacional, tendo sido lançado pela TeliaSonera em Dezembro de 2009. O seu standard foi desenvolvido pelo 3GPP (3rd Generation Partnership Project) e está especificado nos documentos Release 8 e Release 9. As operadoras de telecomunicações móveis estão estrategicamente evoluindo das suas infraestruturas da terceira geração (3G) para a quarta geração (4G), de modo a poder angariar clientes no mercado competitivo do acesso de banda larga, onde as telecomunicações de circuito comutados não são mais o serviço principal apesar do ainda ser o maior contributo para as receitas das operadoras.

Os protocolos LTE são baseados no protocolo TCP/IP para controlar a comutação de pacotes, e assim como o 3G, utilizam as modulações: QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM (16-Quadrature Amplitude Modulation) e 64-QAM nas duas direções de transmissão e de uma forma adaptativa porque são mais robustas em ambientes ruidosos. A implementação desta tecnologia apresenta diferença entre o downlink (da estação base até o dispositivo móvel) e o uplink (do dispositivo móvel até à estação base) como resultado dos diferentes requisitos entre as duas direções e dos diferentes equipamentos em cada uma das extremidades. O LTE utiliza esquemas de acesso múltiplo à rede de acesso rádio, para o downlink usa OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex) e para o uplink usa o SC-FDMA (Single Frequency Division Multiple Access).

  • Permite débitos de pico até 299.6 Mbits/s na ligação descendente e até 75.4 Mbits/s na ligação ascendente, dependendo dos equipamentos utilizados. Garante ainda uma latência de transferência menor de 5 ms na rede de acesso rádio.

  • Suporta portadoras com largura de banda flexível de menos de 1.4 MHz até 20 MHz nos modos FDD e TDD, e ainda simplifica a construção e gestão de redes de próxima geração porque permite uma autoconfiguração e uma auto-otimização da rede.

  • Permite que dispositivos como telemóveis, computadores e outros dispositivos eletrónicos incorporem módulos LTE que suportam handcover e roaming para as redes já existentes, sejam sistemas 3GPP ou não.

  • O número de regiões que possuem 4G está aumentando a cada dia, no entanto, a conectividade é limitada em regiões específicas.

  • O risco de sofrer um ataque de vírus e um tracking através das cookies num sistema de endereçamento IP aumenta significativamente.

  • O investimento nestes equipamentos acarreta custos adicionais para as empresas que pretendem utilizar a tecnologia 4G nas suas redes.

  • RoF

    • 07-03-2014

    Um sistema RoF é composto por uma CS (Central Station) e uma ou mais BSs (Base Stations) que cobrem uma determinada área. No sentido descendente (downlink), a CS realiza a multiplexagem, modulação e processamento do sinal a enviar para a BS. No sentido ascendente (uplink), a CS realiza a desmultiplexagem e a desmodulação do sinal recebido da BS. No downlink, as BSs realizam a conversão O-E dos sinais recebidos para que estes possam ser amplificados e radiados pela antena. No uplink, os sinais elétricos que chegam à antena, vindo de estações móveis têm de ser convertidos em óticos através de um conversor E-O, para serem transmitidos pela fibra ótica até à CS. Existem 3 métodos de transporte dos sinais rádio usando uma ligação ótica: RF-sobre-fibra (Radio Frequency-over-fiber), IF-sobre-fibra (Intermediate Frequency-over-fiber) e BB-sobre-fibra (Baseband-over-fiber).

  • Os sistemas RoF apresentam um atenuação muito baixa quando comparados com outras soluções para transporte dos mesmos sinais como são a distribuição elétrica de microondas e ondas milimétricas (MMW).

  • As fibras óticas garantem larguras de banda bastante elevadas através da combinação de três principais janelas de transmissão, situadas nos comprimentos de onda de 850 nm, 1310 nm, e 1550 nm. Numa fibra monomodo, a combinação das larguras de banda destas três janelas de transmissão podem exceder os 50THz.

  • Permite o envio de sinais com modulações sem restrições, ou seja, permite a distribuição de diferentes serviços ao mesmo tempo.

  • Os sistemas RoF são afetados por fontes de ruído, onde se incluem: o RIN (Relative Intensity Noise) do laser, o ruído de fase do laser, o ruído do fotodíodo, o ruído térmico associado à resistência de polarização do díodo e o ruído do amplificador.

  • A dispersão nas fibras monomodo, mais concretamente, a dispersão cromática limita o alcance das ligações e pode causar desfasamentos.

  • A distorção imposta pelo laser e o MZM ( Mach-Zehnder Modulator).

  • OFDM

    • 11-03-2014

    O OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) é uma evolução do convencional FDM (Frequency Division Multiplex), onde as subportadoras são sobrepostas porque são ortogonais entre si, não existindo interferência entre subportadoras e sendo o espetro necessário reduzido em 50 %. A grande diferença entre o OFDM e o FDM está no facto de no FDM, os dados transmitidos são modulados numa única portadora ou SC (Single Carrier), enquanto que no OFDM, os dados são transmitidos em paralelo em algumas subportadoras, onde o débito de cada uma é inversamento proporcional ao número de subportadoras usadas na transmissão. O sistema OFDM é baseado numa tecnologia digital, usando a FFT (Fast Fourier Transform) para transportar o sinal do domínio das frequências e a IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) para transportar de volta o sinal para o domínio do tempos sem nenhuma perda da informação original.

    SC-FDMA

    • 11-03-2014

    O acesso múltiplo por divisão em frequência de uma única portadora ou SC-FDMA (Single Frequency Division Multiple Access) é uma forma modificada do OFDMA e trata-se de uma técnica promissora no futuro dos sistemas de telecomunicações na ligação ascendente com débito binário elevado. O SC-FDMA tem um débito similar e essencialmente a mesma complexidade global que o OFDMA utilizado na ligação descendente do standard LTE. O transmissor e o recetor SC-FDMA são muito semelhantes aos da modulação OFDMA, a única diferença é a existência de uma DFT no transmissor SC-FDMA e uma IDFT no recetor SC-FDMA, por esta razão a modulação SC-FDMA é muitas vezes referida como frequency-spread OFDMA ou DFT-spread OFDMA.

    A transmissão das subportadoras é realizada sequencialmente, em vez de ser em paralelo, que comparativamente com o OFDM, acaba por reduzir consideravelmente as flutuações no envelope da forma de onda transmitida, tornando o seu PAPR mais baixo que o OFDMA. Assim sendo, o custo do processamento do sinal é reduzido porque o amplificador não necessita de operar numa região tão afastada da que lhe garante a potência de pico, uma vez que a substancial interferência intersimbólica do sinal que chega à BS é cancelada com uma igualização adaptativa no domínio das frequências.