interferências e compatibilidade espectral entre dcs 1800 e dect

5/11/2018 Interfer ncias e Compatibilidade Espectral entre DCS 1800 e DECT - slidepdf.com

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Interferências e Compatibilidade Espectral entre os Sistemas MóveisDCS 18001 e DECT2

Carlos Correia, Nuno Cota

Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Departamento de Engenharia Electrónica e ComunicaçõesRua Conselheiro Emídio Navarro, Nº1

Tel: +351 1 8317180; Fax: +351 1 8317114Email: [email protected], [email protected]

1 Digital Communication System at 1800 MHz2 Digital Enhanced Cordless Telecommunication

Resumo

Análise da compatibilidade espectral entre os dois

sistemas pan-europeus, identificando os três principais

mecanismos .de interferência:

• Bloqueio do DECT pela estação base(BTS) DCS1800;

• Emissões fora de banda do DECT, interferentessobre os móveis DCS 1800

• Bloqueio dos receptores dos móveis DCS 1800

pelo DECT

.1. INTRODUÇÃO

1.1. METODOLOGIA

A metodologia utilizada para abordar os problemas decompatibilidade espectral entre o DECT e o DCS1800 ésemelhante à utilizada para outros casos de sistemas deradiocomunicações operando em bandas adjacentes.

É possível definir a partir das normas, qual o nívelmáximo permissível de sinal interferente que é aceitávelno receptor (tendo em conta os diversos mecanismos deinterferência ) a partir do qual se calcula o isolamento,i.e. a atenuação a que a fonte têm que estar sujeita, demodo a não ultrapassar o nível máximo permissível desinal no receptor interferido.

Os isolamentos podem ser traduzidos em distânciasde interferência através da utilização de modelos depropagação adequados.

Com base nestas distancias, é possível verificar quaisos casos críticos e definir as bandas de guarda entreportadoras DCS1800 e DECT.

1.2. MECANISMOS DE INTERFERÊNCIA

Foram os seguintes os mecanismoa de interferênciaconsiderados:

• Emissões fora-de-banda : emissão sobre uma ouvárias frequências situadas fora da largura debanda necessária, mas na sua vizinhança imediata,devido ao processo de modulação, excluindo asemissões espúrias.

• Emissões espúrias (ou não essenciais ): emissõesem uma ou várias frequências situadas fora dalargura de banda útil ou de trabalho, cujo nível de

potência pode ser reduzido sem afectar atransmissão da informação correspondente. Estasemissões incluem harmónicas parasitas, produtosde intermodulação e de conversão de frequência,excluindo emissões fora de banda.

• Intermodulação : Processo que ocorre numdispositivo ou meio de transmissão não linearonde as componentes espectrais do sinal ou sinais

de entrada interagem de modo a produzir novascomponentes, resultantes de combinações linearesdas componentes espectrais do sinal presente àentrada.

• Dessensibilização : Capacidade do receptor emreceber um sinal pretendido numa frequência semque se degrade o desempenho (abaixo de umlimiar), devido à presença de um sinal interferenteintenso, numa frequência distinta.

As emissões fora-de-banda e espúrias são produzidas pelaestação interferente; as intermodulações edessensibilização são fenómenos que ocorrem no receptorinterferido.

1.3. CENÁRIOS DE INTERFERENCIA

Observando a distribuição de frequências dos sistemasDECT/DCS1800 verifica-se que a adjacência entre estesse dá entre as portadoras do DECT e subfaixa dedownlink do DCS1800, o que corresponde a uma baseDCS1800 a transmitir ou um móvel DCS1800 a receber,o que corresponde aos cenários da Tabela 1.

Tabela 1.

Caso Interferente Vitima

1 Base DCS 1800 Base DECT2 Base DECT Móvel DCS 18003 Base DCS 1800 Base DECT(Telepoint)4 Base DCS 1800 Móvel DECT5 Base DECT(Telepoint) Móvel DCS 1800

2. CÁLCULO DE ISOLAMENTOS

O isolamento é a atenuação a que a fonte vai estar sujeita,de modo a que não se ultrapasse o nível máximopermissível de sinal no receptor interferido.

Considere-se um receptor vitima, com sensibilidade S R epossuindo uma antena cujo ganho é G R, e uma fonteinterferente, com potência de emissão P I e ganho deantena G I ; então, o isolamento I necessário de modo a



não existir degradação de desempenho no receptor serádado por :

I = EIRPS + G R - S R (dB), (1)

com EIRPS = P I + G I , a calcular para os cinco cenários:casos 1 a 5.

Caso 1

Interferente - Base DCS 1800Vítima - Base DECT

ComG DCS = 13 dBi (Ganho da antena da Base

DCS1800)G DECT (Telepoint) = 0 dBi (Ganho da antena da Base

DECT)G DECT (Telepoint) = -83 dBm = -113 dB (Sensibilidade

da Base DECT)

• Emissões fora de banda

I = P fora-de-banda + G DCS + G DECT - S DECT (2)

Segundo o standard, o menor afastamento de frequênciaentre portadoras DECT e DCS 1800 deverá ser de2.2MHz.

Segundo as recomendações [1], o nível de emissõesfora de banda do DCS 1800, para uma potência deemissão de 43 dBm (20W), deve estar 75 dB abaixo dosinal da portadora, para um afastamento de frequência de2,2 MHz.

De referir, que a largura de banda utilizada para amedida deste tipo de interferência é de 100 KHz sendo alargura de banda do sinal de referência de 30 KHz. Assimobteremos:

∆f = 2,2 MHz⇒ I = -60,24 + 13 + 113 = 65, 76 dB (3)

• Emissões espúrias

I = Pespúrias + G DCS + G DECT - S DECT (4)

A norma [1] indica que o nível de emissões espúrias é de-30 dBm (1µW), para ∆f=2,2MHz.

Obteremos:

∆f = 2,2 MHz⇒ I = -44,77 + 13 + 113 = 81, 23 dB (5)

• Intermodulação do receptor

I = Pemitida + G DCS + G DECT - S DECT (6)com

Pemitida = 43 dBm

O valor de SDECT na expressão corresponde ao valormáximo interferente em canais adjacentes de modo a ter

um produto de intermodulação na portadora. O nível desinal nesses canais deve estar no máximo 33 dB acima do

sinal útil, [2] considerando-se que o sinal útil está 3 dBacima da sensibilidade do receptor (-83 dBm).

dB96=70+13+13=I

dB70-=KHz200

MHz110log+33+80dBm-=SDECT

⇒

(7)

• Dessensibilização

I = Pemitida + G DCS + G DECT - S DECT (8)com

Pemitida = 43 dBm

O nível de dessenbilização do DECT (SDECT na expressão)é de -53 dBm para afastamentos de frequência de2,2 MHz. (1)

Caso 2

Interferente - Base DECT

Vítima - Móvel DCS1800Com

G DCS = -5 dBi (Ganho da antena do MóvelDCS1800)

G DECT = 0 dBi (Ganho da antena da Base DECT)G DECT = -100 dBm = -130 dB (Sensibilidade do

Móvel DCS1800)• Emissões fora de banda

I = P for a-de-banda + G DCS + G DECT – S DCS (9)

Segundo a norma o nível de emissões fora-de-banda do

DECT tem que ter no máximo 1µW (-60dB) de potência,para um afastamento na frequência de 2,2MHz. Como ovalor medido é para a largura de banda do DECT, 1MHz,temos de o calcular para a largura de banda do DCS, 200KHz.

dBP

dBP

bandade fora

bandade fora

67101

10200log1060

101

102001

6

3

6

3

−=××

+−=××

×=

−−

−− µ (10)

obtendo assim um isolamento de

58dB=(-130)-0+(-5)+67-=I (11)

No entanto, este isolamento por si só, não garante umcorrecto funcionamento do receptor, pois a relaçãoportadora-interferência (C/I) , que no DCS1800 é de 9dB,não é mantida para todas as intensidades de sinalrecebido. Assim, assumindo o pior caso, em que ummóvel recebe um sinal de valor igual à sua sensibilidade,o nível de interferência terá de estar 9 dB abaixo, sendopor isso necessário adicionar 9 dB à expressão doisolamento.

dB67=9+58=I (12)• Espúrias

I = Pespúrias + G DCS + G DECT – S DCS (13)



É especificado para o DECT que o nível de potência dasemissões espúrias tem que ser ≤ -30dBm (1µW) = -60 dB,para uma largura de banda definida por estasrecomendações, em função do afastamento destas dafrequência central da portadora.

A largura de banda utilizada para as medições é de30KHz, que convertida para a largura de banda do DCS1800, 200KHz dará o seguinte para Pespurias:

dBP

dBP

espurias

espurias

521030

10200log1060

1030

102001

3

3

3

3

−=××

+−=××

×= µ (14)

Donde:

Como referido no caso anterior, é necessário acrescentar9 dB à expressão do isolamento.

dB82=9+73=I (16)

•

Intermodulação do receptor

71dBI S-G+G+P=I DCSDECTDCSemitida

=(17)


S-G+G+P=I DCSDECTDCSemitida (18)

Com recurso às normas ETSI [1], é possível obter o nívelde dessensibilização para um afastamento na frequênciade 2.2 MHz.

dB63-=dBm33-=SDCS (19)

No entanto, este nível é especificado para um sinal

sinusóidal de frequência 200 kHz. Concluímos sernecessária uma margem adicional de 3dB para umainterferente DECT. Deste modo,

dB66-=dB3-dBm33-=SDCS (20)

dB55=dB66+dBi5-dBm24=I (21)Caso 3

Interferente - Base DCS1800Vítima - Base DECT (Telepoint)

ComG DCS = -13 dBi (Ganho da antena da Base

DCS1800)

G DECT(Telepoint) = 12 dBi (Ganho da antena da BaseDECT Telepoint)G DECT(Telepoint)= -86 dBm = -116 dB (Sensibilidade

da Base DECT Telepoint)

• Emissões fora de banda

I = P fora-de-banda + G DCS + G DECT(Telepoint) – S DECT(Telepoint)

(22)

Segundo a norma o nível de emissões fora-de-banda doDCS é de -75 dB, para um afastamento na frequência de2,2MHz.

De referir que a largura de banda utilizada para a medidadeste tipo de interferência é de 100 KHz e a largura debanda do sinal de referência é de 30 KHz.

dB80,76=116+12+13+60,24-=I

MHz2,2=f ⇒∆ (23)

• Emissões espúrias

oint)DECT(telepoint)DECT(telepDCSespurias S-G+G+P=I (24)

Segundo as recomendações [1], o nível de emissõesespúrias é de -30 dBm (1µW), para uma largura de bandadefinida por estas recomendações, em função doafastamento destas da frequência central da portadora.

Obtém-se então:

dB96,23=116+12+13+44,77-=I MHz2,2=f

⇒∆ (25)


comPemitida = 43 dBm

O valor de SDECT na expressão corresponde ao valormáximo interferente em canais adjacentes de modo a terum produto de intermodulação na portadora. [1]recomenda que o nível de sinal nesses canais deve estarno máximo 33 dB acima do sinal útil, considerando-seque o sinal útil está 3 dB acima da sensibilidade doreceptor (-83 dBm).

dB111=73+12+13+13=I

dB73-=KHz200

MHz110log+33+83dBm-=S oint)DECT(telep

⇒

(27)

•

Dessensibilização

oint)DECT(telepoint)DECT(telepDCSemitida S-G+G+P=I (28)


O nível de dessensibilização do DECT (SDECT naexpressão) é de -53 dBm para afastamentos de frequênciade 2,2 MHz.

dB124=86+12+13+13=IMHz2,2=f ⇒∆ (29)

Caso 4

Interferente - Base DCS1800

Vítima - Móvel DECTComG DCS = -13 dBi (Ganho da antena da Base

DCS1800)G DECT = -5 dBi (Ganho da antena do Móvel

DECT)G DECT = -83 dBm = -113 dB (Sensibilidade do

Móvel DECT)• Emissões fora de banda

I = P for a-de-banda + G DCS + G DECT – S DECT (30)

Segundo as recomendações [1], o nível de emissõesespúrias é de -30 dBm (1

µW), para uma largura de banda

definida por estas recomendações, em função doafastamento destas da frequência central da portadora.

73dB=(-130)-0+(-5)+52-=I (15)

oint)DECT(telepoint)DECT(telepDCSemitida S-G+G+P=I (26)



De referir que a largura de banda utilizada para a medidadeste tipo de interferência è de 100 KHz e a largura debanda do sinal de referência è de 30 KHz.. Donde:

dB60,76=113+5-13+60,24-=I MHz2,2=f

⇒∆ (31)

•

Emissões espúrias

DECTDECTDCSespurias S-G+G+P=I (32)

Segundo as recomendações [1], o nível de emissõesespúrias é de -30 dBm (1µW), para uma largura de bandadefinida por estas recomendações, em função doafastamento destas da frequência central da portadora.

Então:

dB76,23=113+5-13+44,77-=I MH2,2= f

⇒∆ (33)


DECTDECTDCSemitida S-G+G+P=I (34)com

Pemitida = 43 dBm

O valor de SDECT na expressão corresponde ao valormáximo interferente em canais adjacentes de modo a terum produto de intermodulação na portadora. A normaETSI recomenda que o nível de sinal nesses canais deveestar no máximo 33 dB acima do sinal útil, considerando-se que o sinal útil está 3 dB acima da sensibilidade doreceptor (-83 dBm).

Então:

dB91=70+5-13+13=I

dB70-=KHz200

MHz1 10log+33+80dBm-=SDECT

⇒

(35)


DECTDECTDCSemitida S-G+G+P=I (36)


O nível de dessensibilização do DECT (SDECT naexpressão) é de -53 dBm para afastamentos de frequênciade 2,2 MHz, onde:

dB104=83+5-13+13=I MHz2,2=f ⇒∆ (37)

Caso 5

Interferente - Base DECT Telepoint Vítima - Móvel DCS 1800.

As Bases DECT Telepoint possuem antenas com 12dBide ganho, em oposição ás normais Bases DECT queapresentam antenas com ganhos da ordem dos 0dBi.Deste modo, para determinar os valores de isolamentobasta-nos acrescentar 12dBi aos obtidos para o Caso 2. • Emissões fora-de-banda

dB79=12+67 =I (38)

• Espúrias

dB94=12+82 =I (39)

• Intermodulação no receptor

dB83=12+71=I (40)


dB67=12+55=I (41)

3. CENÁRIOS CRITICOS de INTERFÊRENCIA

Os diferentes mecanismos de interferência citados, sãomais ou menos importantes no estudo da compatibilidadeentre sistemas de telecomunicações consoante apresentamuma maior ou menor probabilidade de ocorrência.

Os fenómenos de dessensibilização do receptor,devido à sua elevada probabilidade de ocorrência, são de

importância vital no calculo da compatibilidade entreDECT e DCS1800.

Já os fenómenos de intermodulação do receptor são depouca importância para este estudo, uma vez que a suaprobabilidade de ocorrência é bastante reduzida, estãolimitados aos últimos 20MHz da faixa de recepção dosmóveis DCS1800, e podem facilmente ser resolvidos comrecurso a mecanismos de handover intra-célula noDCS1800 e pela selecção dinâmica de canal no DECT.

As emissões fora de banda e espúrias, apresentam umaprobabilidade de ocorrência mediana, pelo que apenas se

deve ter em consideração os casos que necessitam de ummaior valor de isolamento.

Assim, os cenários críticos de interferênciaidentificados são os seguintes (por ordem de importânciarelativa):

I. Dessensibilização do DECT pela Base DCS,

casos 1, 3, e 4

II. Emissões fora de banda e espúrias do DECT

interferindo com um móvel DCS, casos 2 e 5.

III. Dessensibilização do móvel DCS a partir do

DECT, casos 2 e 5

4- CÁLCULO DAS DISTÂNCIAS PARA OSCENÁRIOS CRÍTICOS E MODELOS DO ANEXO 3

Dessensibilização do DECT pela Base DCS 1800

Caso 1

Uma vez que o receptor DECT está em linha de vista coma estação base DCS, aplicando o modelo depropagação A, temos

md 63110 20

53109

≅=

−

(42)

No caso geral, aplicando o modelo de propagação B,temos



md 79101

40

73109

≅=

+

−

(43)

Quando a estação base DECT está localizada no chão,aplicando o modelo de propagação C, temos

md 2010 20

83109

≅=

−

(44)

Caso 3

Aplicando o modelo de propagação E, temos

md 37610 40

21124

≅=

−

(45)

Caso 4


md 6310 2068104

≅=

−

(46)

Emissões fora de banda e espúrias do DECT interferindocom o móvel DCS 1800

Caso 2

Aplicando o modelo de propagação D, temos

md 40101

40

5882

≅=

+

−

(47)

Caso 5

Aplicando o modelo de propagação F, temos

md 13910

242

8892

≅=

+

−

(48)

Dessensibilização do móvel DCS1800 a partir do DECT

Caso 2


md 710 20

3855

==

−

(49)

Caso 5


md 20101

305867

≅=

+−

(50)

5. AUMENTO DA SEPARAÇÃO ENTREPORTADORAS DECT/DCS1800

Os cenários de interferência que necessitam de um maiorisolamento são os que envolvem uma base DSC1800 ainterferir com uma base DECT, especialmente Telepoint

Para estes casos os mostraram que uma distancia entrebases DECT e DCS1800 da ordem dos 60m iria garantir acompatibilidade entre os dois sistemas, embora se tenhaque tomar precauções adicionais quando esta distancia

não é respeitada. Assim, para o caso 3, aplicando omodelo de propagação adequado, teremos :

dB104=60logx20+68 =I (51)

logo, ∆f=5MHz.

Estando a primeira portadora DECT localizada em1881.792 MHz, a ultima portadora DCS deverá estar em1881.792 - 5 = 1876.792 MHz, o que corresponde aocanal 869. Assim, os canais DCS isentos de problemas decompatibilidade são os que variam entre 512 e 869, ficadoos restantes 16 canais inutilizados.

5.1. CALCULO DOS ISOLAMENTOS PARA ∆f=5MHz( casos críticos).


Caso 1

Para este caso, e com o novo afastamento, o nível dedessensibilização do DECT é de -33 dBm (-63 dB), dondese tira o isolamento necessário:

dB89=63+13+13=I (52)

Caso 3

Neste caso o nível de dessensibilização é de -36 dBm (-66dB), logo:

dB104=66+12+13+13=I (53)

Caso 4

Este caso, em relação ao caso 1, difere apenas no ganhoda antena do receptor:

dB84=63+5-13+13=I (54)

Emissões espúrias do DECT interferindo com o móvel

DCS 1800

Caso 2

Para este afastamento precisamos de calcular as emissõesfora de banda, não sendo necessário calcular as espúrias,pois o valor calculado anteriormente já abrange os 5MHz.

Assim, e seguindo a norma do DECT, temos que em 5canais ao lado (5MHz) no máximo 20µW (-77dB) depotência.

dBP

dB ¬ P

bandade fora

bandade fora

84101

10200 log10771011020020 6

3

6

3

−=

××+−=

×××=

−−

−− (55)

obtendo assim um isolamento de

41dB=(-130)-0+(-5)+84-=I (56)

Adicionando 9 dB

dB50=9+41=I (57)

Caso 5

Este caso, em relação ao caso 2, difere apenas no ganhoda antena do emissor :



dB I 53)130(12)5(84 =−−+−+−= (58)

Adicionando 9 dB

dB62=9+53=I (59)


Caso 2

dB59-=3-dBm26-=SDCS (60)

dB48=dB59+dBi5-dBm24-=I (61)

Caso 5

Este caso, em relação ao caso 2, difere apenas no ganhoda antena do emissor :

dB60=12+48=I (62)

5.2. CÁLCULO DAS DISTÂNCIAS PARA ∆f=5MHz (casoscríticos)


Caso 1

Uma vez que o receptor DECT está em linha de vista coma estação base DCS, aplicando o modelo de propagaçãoA, temos

md 6310 20

5389

≅=

−

(63)

No caso geral, aplicando o modelo de propagação B,

temos

md 25101

40

7389

≅=

+

−

(64)

Quando a estação base DECT está localizada no chão,aplicando o modelo de propagação C, temos

md 210 20

8389

≅=

−

(65)

Caso 3


md 6310 2068104≅=

−(65)

Caso 4


md 610 20

6884

≅=

−

(66)

Emissões fora de banda e espúrias do DECT interferindo

com o móvel DCS 1800

Caso 2


md 410 20

3850

≅=

−

(67)

Caso 5


md 14101

32

5862

≅=

+

−

(68)


Caso 2


md 310 20

3848

==

−

(69)

Caso 5


md 1210

130

5860

≅=

+

−

(70)6. CONCLUSÕES

As conclusões fundamentais a retirar, com as premissasdo estudo são as seguintes:

a) A separação mínima de frequências entre oDCS1800 e as portadoras DECT éaproximadamente 2.2MHz (correspondente aaproximadamente 3.5GHz entre portadoras). Noscasos 1, 3 e 4 o isolamento relativo a bloqueio éda ordem de –56dBm para aplicação DECTtelepoint .

b) Uma melhoria das especificações dos receptores

DCS1800 no que respeita ao bloqueio, nãocontribui para eliminar os problemas nos casos 2e 5, que são limitados pelas em1issões “fora debanda” do DECT.

c) Estando a primeira portadora DECT localizadaem 1881.792 MHz, a ultima portadora DCSdeverá estar em 1881.792 - 5 = 1876.792 MHz, oque corresponde ao canal 869. Assim, os canaisDCS isentos de problemas de compatibilidadesão os que variam entre 512 e 869, ficado osrestantes 16 canais inutilizados.

d) A canibalisação de canais poderá ser limitadaquando utilizarmos de modo sistemático:

- Selecção dinâmica de canal (DECT).

- Frequency hopping (DCS).- Intracell handover (DCS e DECT).

- Localização dos canais BCCH para ∆ f >3.5GHz.

REFERÊNCIAS

[1] ETS 300 175: "Radio Equipment and Systems (RES);Digital European Cordless Telecommunications(DECT) ".

[2] ETS 300 577 “European digital cellulartelecommunications system (Phase 2); Radio

transmission and reception (GSM 05.05)”.[3] ERC FM 10/SE 7 (92) 22

interferências e compatibilidade espectral entre dcs 1800 e dect

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