Modelos de desvanecimento multimodais para sistemas de comunicações sem fio de gerações avançadas

Resumo

Em sistemas de comunicação sem fio, o sinal de rádio sofre degradação devido às perturbações presentes no canal. Particularmente, três fenômenos são responsáveis por tal degradação: perda de percurso, desvanecimento de longo prazo, ou de larga escala, e desvanecimento de curto prazo, ou de pequena escala, o último sendo objeto deste Projeto de Pesquisa. Mantidos os demais parâmetros de sistema, como frequência de operação, altura das antenas, etc., a perda de percurso se processa à medida que o receptor se distancia do transmissor. O desvanecimento de longo prazo, por sua vez, ocorrendo em dezenas de comprimento de onda, é caracterizado pelo sombreamento do sinal devido a obstáculos presentes no caminho de rádio. O desvanecimento de curto prazo, ocorrendo em frações de comprimento de onda, é consequência do efeito de multipercurso. Enquanto que a perda de percurso concerne a média na área do sinal e pode ser quantificada de forma determinística, ambos os tipos de desvanecimento implicam em flutuações estocásticas, sendo caracterizados por modelos estatísticos diversos. O desvanecimento de longo prazo implica em flutuações no valor médio da área enquanto que o desvanecimento de curto prazo implica em flutuações no valor médio local. Tanto a perda de percurso quanto o desvanecimento assumem papel fundamental no projeto e avaliação do desempenho de sistemas de comunicações sem fio. Um modelo estocástico é descrito pelas estatísticas de primeira ordem e de ordem superior, compreendendo a variável aleatória (RV, do inglês random variable), a função densidade de probabilidade (PDF, do inglês probability density function), a função distribuição cumulativa (CDF do inglês cumulative distribution function), função de auto-correlação, etc. Embora seja comum modelar-se o canal usando distribuições clássicas (e.g., Rayleigh, Rice, Nakagami-m, Weibull, alpha-mu, eta-mu, kappa-mu), o desenvolvimento de novas tecnologias, aplicações, e sistemas sem fio mais avançados requerem modelos mais sofisticados. Por exemplo, sabe-se que em comunicações em Terahertz (THz), o sinal desvanecido pode apresentar características diferentes daquelas observadas para as faixas de frequências inferiores. Em particular, as PDFs podem se mostrar do tipo bi ou multimodais. Assim, o desenvolvimento de novos modelos de desvanecimento de curto prazo se faz necessário. É fato que alguns modelos já se apresentam na literatura. No entanto, esses modelos, em geral, mostram-se como artifícios matemáticos e intratáveis do ponto de vista prático. Além disso, a artificialidade matemática imposta torna impraticável a extensão para se abranger as estatísticas de ordem superior. O objetivo deste Projeto de Pesquisa é o desenvolvimento de um modelo de desvanecimento de curto prazo em canal de comunicação sem fio para sistemas avançados. Pretende-se que o modelo se baseie em premissas físicas de forma que tanto as estatísticas de primeira ordem e de ordem superior possam ser desenvolvidas e se mostrarem matematicamente tratáveis. (AU)