Aplicações de antenas adaptativas em sistemas de comunicações móveis

Abstract

A crescente demanda por serviços de comunicações móveis tem exigido o desenvolvimento de tecnologias que permitam atender a uma maior quantidade de usuários sem aumentar a banda de freqüências já utilizada. Há também uma crescente demanda por serviços que necessitam de grandes taxas de transmissão no terminal móvel, como acesso à Internet e transferência de vídeo. Por outro lado, o usuário deseja alta qualidade no serviço ofertado, o que implica baixas taxas de erro de símbolos (SER). Para isso, diferentes técnicas podem ser empregadas, como por exemplo, antenas inteligentes e MIMO. Este trabalho propõe-se a apresentar algumas aplicações do uso de antenas inteligentes e MIMO em sistemas de comunicações móveis. Para atingir esse objetivo, inicialmente realiza-se um estudo sobre conjuntos lineares, circulares e retangulares de antenas. Em seguida, são analisados alguns métodos de formação de lóbulos utilizados para calcular os pesos de cada elemento do conjunto de antenas a fim de se obter determinado diagrama de radiação. Um estudo comparativo entre esses métodos é realizado por meio de simulações computacionais. O problema da estimação de ângulos de chegada (DOA) em antenas inteligentes também é analisado por meio de diversas simulações computacionais, em que os parâmetros do sistema são alterados e vários métodos para a estimação do DOA são comparados. Esse estudo permitiu encontrar o método com melhor desempenho para a estimação de ângulos de chegada. O conceito de sistemas MIMO foi introduzido com o intuito de mostrar como melhorar a SER na transmissão em um canal Rayleigh. Com essa tecnologia, são obtidos ganhos de multiplexação e de diversidade. A discussão acerca desse assunto é finalizada com um conjunto de simulações que ilustram a melhora na SER quando sistemas MIMO são usados. Finalmente, é mostrado como antenas inteligentes e MIMO podem ser aplicados em sistemas de comunicações móveis. Conclui-se que, independentemente do sistema de comunicação considerado, há um aumento significativo na qualidade da comunicação. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The increasing demand for wireless communications services has demanded the development of technologies that allow serving a bigger amount of users without increasing the bandwidth used today. It also has an increasing demand for services that need high transmission rates on mobile terminal, as Internet and video transfer. On the other hand, the user desires high quality in the service, which implies in low symbol error rate (SER). For this, different techniques can be used, e.g. smart antennas and MIMO. This work proposes to present a study of some smart antennas and MIMO applications in wireless communications systems. To reach this objective, primarily a study of linear, circular and rectangular antenna array is realized. After that, some methods for beamforming are analyzed. These methods are used to calculate the weight of each element of the array to achieve a specified radiation pattern. Comparative studies of these methods are realized with computational simulations. The direction of arrival (DOA) estimation problem is analyzed with the use of computational simulations, where the systems parameters are modified. These studies allow finding the method with better performance in the DOA estimation. The MIMO systems concept was introduced with the aim to show how to improve the SER in a Rayleigh channel. With this technology, multiplexing and diversity gains are gotten. The discussion is finished with a set of simulations showing the improvement in SER when MIMO are used. Finally, it is shown how smart antennas and MIMO can be applied in wireless communications systems. The results show that, independently of the communication system considered, it has a significant increase in communication quality.