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8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme
A segunda abordagem adotada para o problema da estimação do canal
espacial foi a utilização de um arranjo de antenas “real”, com comutação temporal
dos sensores. Em particular, como no capítulo anterior, a configuração ULA foi
mantida aqui.
O aparato de sondagem em ambientes internos de [8] foi mais uma vez a
base para a configuração de sondagem. A adaptação daquela sonda temporal para
agregar a sondagem de AOA foi alvo de outro trabalho deste grupo de pesquisa;
uma dissertação de mestrado recém concluída [11], que correu em paralelo com a
presente tese. Embora outra configuração de arranjo tenha sido utilizada para
gerar os dados analisados em [11] (UCA – Uniform Circular Array – arranjo
uniforme circular, com 8 elementos), a sonda estava preparada para operar com
qualquer outra configuração de até 16 elementos, como foi o caso do arranjo
ULA-16 montado para aquisição dos dados aqui tratados.
Dois cenários semelhantes foram escolhidos para as sondagens: dois
corredores longos, ambos apresentando condição de visada direta entre os
elementos transmissor e receptor da sonda. Como na técnica por abertura sintética,
as medidas eram tomadas com a sonda imóvel. Entretanto, as sondagens foram
realizadas em vários pontos ao longo de cada corredor, permitindo uma análise do
comportamento de variação do espectro espacial-temporal com a distância, ainda
que a grosso modo.
O processamento dos dados deste capítulo foi facilitado pela estrutura
adotada para os algoritmos. Basicamente, apenas o processamento inicial dos
dados gerados pela sonda foi diferente do apresentado no capítulo anterior.
Gerados os arquivos que continham os vetores 3D pré-processados, aplicava-se os
mesmos algoritmos de estimação do espectro espacial desenvolvidos para os
dados sondados por abertura sintética, sem nenhuma alteração significativa dos
mesmos. Ainda com relação ao primeiro bloco de processamento, a supressão de
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 242
ruído também foi testada, mas desta vez apenas a 2D, e somente alguns pontos
foram processados. Esta menor atenção à técnica de supressão de ruído explica-se
em função dos resultados esperados, que indicavam a ausência de efeitos
significativos na região de interesse do espectro espacial-temporal, para fins de
análise comparativa com estimativas teóricas.
Os dados processados foram analisados de modo análogo ao apresentado no
capítulo 7. Aqui, entretanto, as estimativas teóricas ficaram restritas às reflexões
singulares ao longo do corredor de cada cenário, além da componente de
propagação direta. Esta simplificação se justifica pela condição de visada direta
sempre presente, e pelo volume de dados bem maior que precisou ser tratado neste
capítulo. Em compensação, aqui foi possível verificar a variação do espectro com
a distância, como previamente mencionado.
Complementando a análise básica, os resultados deste capítulo foram
comparados qualitativamente com os do anterior, para tentar estabelecer alguma
relação entre as diferenças observadas e as distinções de desempenho associadas a
cada técnica.
8.1. Descrição dos experimentos realizados
8.1.1. Técnica de sondagem
Seguindo a mesma filosofia de agregar funcionalidades adicionais à sonda
de canal faixa-larga montada e testada em [8], foi elaborado um esquema para
permitir a estimação de AOA utilizando arranjos de antenas “reais”. Como o
hardware de RF disponível era único, o esquema adotado foi o de comutação
temporal das antenas do arranjo, como em [7, 58]. A idéia então proposta foi
implementada como parte de outro trabalho deste grupo de pesquisa [11],
desenvolvido em paralelo com a presente tese.
Para incorporar a sondagem espacial à sonda disponível, basicamente seria
necessário montar um arranjo de antenas combinado com comutadores temporais
(switches) para a faixa de freqüência desejada, controláveis por computador. Além
disso, rotinas de controle para seleção dos comutadores deveriam ser
desenvolvidas para rodar em conjunto com as rotinas pré-existentes de controle do
analisador de rede utilizado (HP1614ET). Todo este trabalho foi desenvolvido em
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 243
[11], onde um arranjo UCA-8 foi o escolhido para realizar a análise lá
apresentada. Para a análise aqui apresentada, um arranjo ULA-16 foi montado, e
novas sondagens foram realizadas.
A montagem dos arranjos em [11] foi inspirada no aparato mostrado em
[58], com antenas monopolo de quarto de onda sobre uma das faces de uma base
metálica, que servia como plano terra para as antenas, e comutadores temporais
sobre a face oposta, além de um LNA. Em [11], optou-se por montar os
comutadores em uma placa adicional, posicionada poucos centímetro abaixo da
placa com as antenas, como no esboço ilustrado na Figura 155. Desta forma, a
sonda ganhou maior modularidade, facilitando a troca de configurações de
arranjo, pois apenas a placa com as antenas precisava ser trocada. Em [58], a troca
envolveria também os comutadores.
Figura 155 Esboço do esquema de montagem da base para o arranjo de antenas e para
os comutadores temporais.
A mesma faixa de freqüências tratada em [8] foi utilizada nas sondagens, ou
seja, 1,8 GHz, com 200 MHz de largura de banda. As antenas monopolo foram
montadas no próprio CETUC, com base em um projeto previamente utilizado
neste mesmo grupo de pesquisa [59]. Foram adquiridos comutadores temporais do
tipo SP4T (quatro-para-um), controláveis por lógica TTL, modelo ZSDR-425 da
Mini-circuits. Como se desejava trabalhar com arranjos de até 16 elementos,
foram necessários cinco comutadores para controlar a seleção das antenas. O
espaçamento entre os elementos foi o mesmo das sondagens por abertura sintética
(5 cm), assim como o número de pontos de aquisição por varredura no domínio da
freqüência (801 pontos para os 200 MHz de faixa).
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 244
O enlace de sincronização entre as portas do analisador de rede foi
simplificado em [11], em comparação com o utilizado na sonda original faixa-
larga em [8]. Como a mobilidade desejada não era um parâmetro tão crítico como
em [8], um enlace por cabo coaxial de 50 m foi utilizado ao invés do enlace ótico
de [8]. O arranjo foi usado na recepção, enquanto que a transmissão era realizada
por uma antena discônica (a mesma dos demais experimentos relatados nesta
tese). Com esta configuração, lembrando que na transmissão apenas um
amplificador convencional precisava ser utilizado, a ponta móvel da sonda pôde
ficar restrita à antena discônica e um mastro de suporte. Desta forma, o aparato de
alimentação auxiliar usado na sonda original em [8], com bateria DC e
conversores, deixou de ser necessário.
A idéia original quanto ao número de varreduras (snapshots) era a de se
trabalhar com um valor alto o suficiente para dar uma maior confiabilidade às
estimativas das matrizes de covariância dos dados. Optou-se então por 30 como
valor a ser praticado. No primeiro ponto de sondagem, este valor foi aplicado.
Entretanto, como este procedimento deveria ser repetido ainda para as demais 15
antenas do arranjo, em cada ponto, o experimento iria se alongar excessivamente.
Com isso, para manter a executabilidade da sondagem, apenas 3 snapshots por
ponto foram armazenadas.
A calibração para as sondagens com o arranjo ULA-16 ficou restrita aos
elementos do hardware. Não foi realizada nenhuma calibração adicional para
compensar os efeitos de acoplamento mútuo entre as antenas do arranjo.
8.1.2. Locais de teste
As sondagens foram realizadas em dois locais de teste: o corredor principal
do CETUC; e o corredor do 4º andar do edifício Leme, também na PUC. Ou seja,
dois ambientes semelhantes, ambos apresentando condição de visibilidade entre a
antena transmissora e o arranjo de antenas na recepção.
No CETUC foram escolhidos 5 pontos ao longo do corredor. O bloco de
recepção ficou postado a 2 m do acesso de entrada ao corredor, como indicado na
Figura 156. Ao longo do corredor, o afastamento entre o receptor e o transmissor
foi de: 3 m; 8,9 m; 19 m; 24,9 m; e 36 m. No edifício Leme, 10 pontos foram
escolhidos, com espaçamento entre os pontos de medida uniforme e igual a 5 m.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 245
O receptor estava a cerca de 10 m do blindex à entrada da secretaria do
departamento de Engenharia Elétrica, como indicado na Figura 157
Figura 156 Planta do CETUC, indicando a rota e a localização do receptor na sondagem
com arranjo ULA-16.
Figura 157 Planta do edifício Leme, indicando a rota e a localização do receptor na
sondagem com arranjo ULA-16.
Em cada ponto de medida, duas orientações relativas do arranjo eram
adotadas. Ou o arranjo era posicionado em paralelo com as paredes do corredor,
ou perpendicular a elas. Os dados gerados com a primeira orientação são referidos
a partir daqui pela letra ‘N’; os demais pela letra ‘Z’. A Figura 157 exemplifica a
notação adotada.
8.2. Processamento dos dados coletados
Conforme adiantado no capítulo anterior, o processamento dos dados
coletados pela sonda com arranjo ULA-16 foi análogo ao apresentado no capítulo
anterior. A maior diferença entre os conjuntos de dados das duas sondas era o
formato de armazenamento das medidas ao serem coletadas. Na sondagem por
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 246
abertura sintética, as respostas de canal no domínio da freqüência eram gravadas
separadamente para cada posição do arranjo sintetizado, ou seja, cada arquivo era
composto essencialmente por uma matriz de 801 colunas, com o número de linhas
igual ao número de snapshots tomadas. A sondagem com ULA-16 modificou
ligeiramente este processo, trocando o parâmetro que definia o número de linhas
de cada arquivo, que passou a ser 16, o número de elementos do arranjo. Com
isso, para cada posição, 3 arquivos eram gravados, cada um correspondendo a
uma snapshot distinta. Vale lembrar, entretanto, que na primeira posição medida
no CETUC (cetuc1n e cetuc1z), foram realizadas 30 varreduras.
A diferença supracitada no formato de armazenamento das medidas impôs a
modificação do bloco de algoritmos responsável pela preparação dos vetores 3D,
conforme explicado no capítulo anterior. O segundo bloco de algoritmos, que
executava a estimação dos espectros espaciais e gravava as informações úteis para
posterior análise, ficou praticamente inalterado. Ou seja, estimações por
conformação de feixe, Capon, MUSIC e ESPRIT foram realizadas para todos os
dados disponíveis.
O baixo número de varreduras por ponto (3) inviabilizou a estimação pelo
método de Capon. Apenas as medidas “privilegiadas” do ponto inicial do CETUC
puderam ser avaliadas por este método. Tal comportamento era de certo modo
esperado, já que no conjunto de dados obtido pela outra técnica de sondagem, o
método também havia falhado para um número até mais alto de snapshots (11
para AOALH). Com isso, o método de Capon não pôde ser devidamente incluído
na análise que se segue.
Com relação à supressão de ruído, apenas a configuração 2D foi testada,
com re-escalonamento MLN, wavelet Symlet8, 5 níveis de decomposição e
conformação de limiar suave. Esperava-se que os resultados não viessem a afetar
a região principal dos espectros, o que veio a se confirmar. Com isso, apenas dois
pontos em cada corredor foram tomados na geração de espectros com ruído
suprimido, para posterior análise.
8.3. Análise dos resultados
Um dos objetivos da análise foi verificar o funcionamento dos métodos de
estimação espacial sob as condições específicas que envolviam a sondagem com
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 247
ULA-16. Em particular, esperava-se uma limitação natural de desempenho
associada ao efeito das interferências por acoplamento mútuo entre as antenas,
que não foi compensado por qualquer esquema de calibração adicional. A perda
de retorno das antenas monopolo foi medida em [11], e ficou em torno de 15 dB
quando cada antena era avaliada separadamente. Ao medir aquele parâmetro
quando as antenas estavam devidamente dispostas sobre a base de montagem, na
configuração UCA-8, as perdas diminuíram para valores entre 9 e 13 dB,
indicando a relevância do efeito em questão.
A metodologia adotada foi análoga à aplicada no capítulo anterior, ou seja,
uma comparação com estimativas teóricas. Como todos os pontos se encontravam
em condição de visada direta, apenas as estimativas teóricas da componente direta
e das reflexões singulares nas paredes de cada corredor foram calculadas para
cada ponto. Adicionalmente, como pontos consecutivos ao longo de cada rota
foram escolhidos para realização das sondagens, a variação do espectro espacial
com a distância também pôde ser verificada.
Tendo à disposição conjuntos de dados gerados por duas técnicas de
sondagem distintas (arranjo por abertura sintética e arranjo “real”), procurou-se
ainda, dentro do possível, realizar uma comparação qualitativa entre os resultados
dos conjuntos em questão. A comparação foi naturalmente limitada, pois apenas
dois pontos de medidas em visada direta foram tomados com a primeira técnica
(AOALH e AOALV), e o número de sensores também era diferente (11 e 12
contra 16 do arranjo “real”). O foco adotado nesta análise foi a observação crítica
dos picos “secundários” do espectro espacial, em particular suas variações de
amplitude e o número de picos detectados.
8.3.1. Comparação com estimativas teóricas
Antes de apresentar as comparações propriamente ditas, é conveniente
indicar a resolução angular esperada para o arranjo utilizado. Dadas as mesmas
considerações apontadas no capítulo 7, ou seja, que a resolução mínima esperada
ocorre para a estimação por conformação de feixe, para um arranjo ULA-16, a
solução da eq. (7.5) na direção de broadside indica a capacidade de distinguir
AOAs separados de no mínimo 12,84º. Ainda com referência à eq. (7.5), a direção
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 248
limite para a qual a solução é real é de aproximadamente 51º. Neste AOA, a
resolução piora para 36,3º.
Como no capítulo anterior, os dados também foram agrupados em dois
blocos. Aqui, o primeiro corresponde às medidas no CETUC, e o segundo, às
medidas no edifício Leme.
8.3.1.1. Medidas no CETUC
Conforme apresentado na seção 8.1, no corredor do CETUC foram
realizadas sondagens em 5 posições distintas, representadas pelos conjuntos de
dados “cetucip”, onde o sufixo ip indica o ponto (i = 1, ..., 5) e a disposição
relativa do arranjo (n ou z). As figuras a seguir (Figura 158 a Figura 160)
apresentam alguns dos espectros espaciais-temporais estimados para os 10
conjuntos em questão. A Tabela 12 e a Tabela 13 apresentam as estimativas
teóricas para os conjuntos medidos no CETUC, para as orientações relativas ‘Z’ e
‘N’ respectivamente.
Figura 158 Espectros espaciais-temporais por conformação de feixe para o ponto 1 do
CETUC.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 249
Figura 159 Espectros espaciais-temporais por MUSIC para o ponto 3 do CETUC.
Figura 160 Espectros espaciais-temporais por ESPRIT para o ponto 5 do CETUC.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 250
DIR RE RD PONTO
θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns]
1 -7,59 10,09 14,93 10,35 -28,07 11,33
2 -2,57 29,70 5,14 29,79 -10,19 30,14
3 -1,21 63,35 2,41 63,39 -4,81 63,56
4 -0,92 83,01 1,84 83,04 -3,68 83,17
5 -0,64 120,01 1,27 120,03 -2,54 120,12 LEGENDA: DIR – componente direta
RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota
Tabela 12 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no CETUC,
para a orientação do arranjo do tipo ‘Z’.
DIR RE RD PONTO
θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns]
1 -82,41 10,09 -61,93 10,35 75,07 11,33
2 -87,43 29,70 -79,81 29,79 84,86 30,14
3 -88,79 63,35 -85,19 63,39 87,59 63,56
4 -89,08 83,01 -86,32 83,04 88,16 83,17
5 -89,36 120,01 -87,46 120,03 88,73 120,12 LEGENDA: DIR – componente direta
RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota
Tabela 13 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no CETUC,
para a orientação do arranjo do tipo ‘N’.
Houve uma concordância muito boa na detecção dos retardos principais para
os quatro primeiros pontos sondados. Apenas no ponto 5, o pico do espectro
espacial-temporal ocorreu cerca de 10 ns acima do retardo esperado (125 ns), em
condições ideais. Entretanto, o ponto em questão encontrava-se a cerca de 1 a 2 m
do fim do corredor, onde um armário metálico estava posicionado. A distância
associada à diferença de retardo observada (10 ns) é de 3 m, ou seja, compatível
com a distância adicional (ida e volta) percorrida por uma onda refletida no
armário metálico. Verificou-se ainda que, em 125 ns, a componente mais forte era
cerca de 6 dB mais fraca que o pico espectral em 135 ns, em ambos os conjuntos
‘Z’ e ‘N’, com AOAs de -6º e -81º, respectivamente. Ou seja, os dados indicam
que o armário metálico atuou como um refletor em fase com a antena
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 251
transmissora, modificando seu diagrama de radiação, o que explica a diferença
verificada no ponto 5.
A coerência observada para a detecção dos retardos também foi verificada
para os espectros espaciais. Nas tabelas acima, os AOAs das três componentes
principais convergem para a direção de broadside à medida que o transmissor se
afasta do receptor, para o conjunto ‘Z’. Para o caso da estimação por conformação
de feixe, dada a resolução máxima de 12,84º, a partir do ponto 3 já não era mais
possível prever nenhuma separação entre as componentes em questão. Esta
tendência foi confirmada pelas sondagens, como indica a Figura 161. Obviamente,
o conjunto ‘N’ apresentou tendência análoga, convergindo para a direção de
endfire (90º), também indicada na mesma figura.
LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 161 Espectro espacial por conformação de feixe nos retardos de detecção das
componentes principais no CETUC.
As estimativas por MUSIC, ilustradas na Figura 162, confirmaram a mesma
tendência esperada de convergência dos AOAs principais ao longo da rota. A
estimativa ESPRIT para o conjunto ‘Z’ também confirmou a tendência em
questão, mas o método falhou em estimar as componentes principais para o
conjunto ‘N’, como a Figura 163 indica.
Deve-se destacar ainda que ambos os métodos MUSIC e ESPRIT foram
capazes de resolver as componentes DIR e RD no ponto 3, orientação ‘Z’, com
erro menor que a resolução máxima por conformação de feixe esperada. A
conformação de feixe não tem esta capacidade a partir deste ponto.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 252
LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 162 Espectro espacial MUSIC nos retardos de detecção das componentes
principais no CETUC.
LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 163 Espectro espacial ESPRIT nos retardos de detecção das componentes
principais no CETUC.
8.3.1.2. Medidas no edifício Leme da PUC
No corredor do edifício Leme foram realizadas sondagens em 10 posições
distintas, representadas pelos conjuntos de dados “lemeip”, onde o sufixo ip
indica o ponto (i = 1, ..., 10) e a disposição relativa do arranjo (n ou z). As figuras
a seguir (Figura 164 a Figura 166) apresentam alguns dos espectros espaciais-
temporais estimados para os 20 conjuntos em questão. A Tabela 14 e a Tabela 15
apresentam as estimativas teóricas para os conjuntos medidos no edifício Leme,
para as orientações relativas ‘Z’ e ‘N’ respectivamente.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 253
Figura 164 Espectros espaciais-temporais por conformação de feixe para o ponto 1 do
edifício Leme.
Figura 165 Espectros espaciais-temporais por MUSIC para o ponto 5 do edifício Leme.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 254
Figura 166 Espectros espaciais-temporais por ESPRIT para o ponto 10 do edifício Leme.
DIR RE RD PONTO
θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns]
1 -4,57 16,72 -34,22 20,15 27,47 18,79
2 -2,29 33,36 -18,78 35,21 14,57 34,44
3 -1,53 50,02 -12,77 51,27 9,83 50,75
4 -1,15 66,68 -9,65 67,62 7,41 67,23
5 -0,92 83,34 -7,74 84,10 5,94 83,78
6 -0,76 100,01 -6,47 100,64 4,95 100,37
7 -0,65 116,67 -5,55 117,22 4,25 116,99
8 -0,57 133,34 -4,86 133,81 3,72 133,61
9 -0,51 150,01 -4,32 150,43 3,31 150,25
10 -0,46 166,67 -3,89 167,05 2,98 166,89
LEGENDA: DIR – componente direta RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota
Tabela 14 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no edifício
Leme, para a orientação do arranjo do tipo ‘Z’.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 255
DIR RE RD PONTO
θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns] θ [º] τ [ns]
1 -85,43 16,72 62,53 20,15 -55,78 18,79
2 -87,71 33,36 75,43 35,21 -71,22 34,44
3 -88,47 50,02 80,17 51,27 -77,23 50,75
4 -88,85 66,68 82,59 67,62 -80,35 67,23
5 -89,08 83,34 84,06 84,10 -82,26 83,78
6 -89,24 100,01 85,05 100,64 -83,53 100,37
7 -89,35 116,67 85,75 117,22 -84,45 116,99
8 -89,43 133,34 86,28 133,81 -85,14 133,61
9 -89,49 150,01 86,69 150,43 -85,68 150,25
10 -89,54 166,67 87,02 167,05 -86,11 166,89
LEGENDA: DIR – componente direta RE – reflexão à esquerda do sentido da rota RD – reflexão à direita do sentido da rota
Tabela 15 Estimativas teóricas dos AOAs principais na rota de sondagem no edifício
Leme, para a orientação do arranjo do tipo ‘N’.
Para quase todos os pontos de sondagem, a estimação dos retardos
principais apresentou muito boa concordância com o esperado. As exceções foram
os pontos 4 e 5, sendo que para este último a divergência ocorreu apenas para a
orientação ‘N’. Uma possível explicação para as diferenças observadas no ponto 4
segue a mesma linha de raciocínio adotada para o ponto 5 do CETUC. Na
distância correspondente ao ponto 6 havia um grande armário metálico encostado
em uma das paredes do corredor, como indicado na Figura 157. A diferença de
percurso entre os pontos 4 e 6 (10 m) corresponde a uma diferença de retardo de
67 ns aproximadamente, contabilizando ida e volta em linha reta. Tal diferença é
compatível com a observada entre os retardos principais esperado (70 a 75 ns) e
detectado (130 ns), embora a forma como o armário interferiu com o diagrama de
radiação da antena transmissora não tenha sido tão óbvia como a observada no
ponto 5 do CETUC.
O comportamento de convergência dos AOAs comentado para os dados do
CETUC também era esperado aqui. Para o caso da estimação por conformação de
feixe, a partir do ponto 4 já não era mais possível prever nenhuma separação entre
as componentes em questão. Esta tendência foi confirmada pelas sondagens, como
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 256
indica a Figura 167. A tendência análoga para o conjunto ‘N’ também é indicada
na mesma figura.
LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 167 Espectro espacial por conformação de feixe nos retardos de detecção das
componentes principais no edifício Leme.
As estimativas por MUSIC, ilustradas na Figura 168, confirmaram a
tendência esperada de convergência dos AOAs principais ao longo da rota. A
estimativa ESPRIT para o conjunto ‘Z’ também confirmou a tendência em
questão, mas o método voltou a falhar para o conjunto ‘N’, como a Figura 169
indica, embora algumas componentes refletidas tenham sido detectadas.
LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 168 Espectro espacial MUSIC nos retardos de detecção das componentes
principais no edifício Leme.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 257
LEGENDA: ∇ - DIR; - RD; O - RE Figura 169 Espectro espacial ESPRIT nos retardos de detecção das componentes
principais no edifício Leme.
Os métodos MUSIC e ESPRIT foram capazes de resolver as componentes
DIR, RD e RE em alguns pontos além do ponto limite para a conformação de
feixe (3), para a orientação ‘Z’. Em particular, o MUSIC foi capaz de resolver as
componentes DIR e RE em dois pontos além do limite mencionado. O ESPRIT
foi ainda mais eficaz, resolvendo estas componentes em quatro pontos além do
limite em questão, além de resolver as componentes DIR e RD em dois pontos.
8.3.1.3. Avaliação do desempenho dos métodos espaciais adotados
Destacar um método específico como o mais eficiente ou adequado a partir
dos resultados apresentados não é uma tarefa simples. A conformação de feixe foi
robusta para todos os conjuntos, mas incapaz de resolver componentes próximas,
como esperado. O ESPRIT por sua vez, conseguiu realizar a referida separação,
mas seu desempenho para a configuração ‘N’ foi inaceitável. O MUSIC também
foi capaz de resolver algumas componentes de propagação com AOAs muito
próximos, embora em menor número que o ESPRIT, e com desempenho aceitável
para a orientação ‘N’. Os espectros MUSIC foram também mais “enxutos” que os
por conformação de feixe, com menos picos secundários e menor amplitude dos
mesmos. Sob um ponto de vista subjetivo portanto, adotando um meio-termo
entre robustez e resolução, o MUSIC pode ser indicado como o que melhor se
comportou para os conjuntos testados.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 258
8.3.2. Influência da supressão de ruído dos PDPs na estimação do espectro espacial
Conforme previamente mencionado, apenas alguns conjuntos foram
submetidos ao processamento adicional de supressão de ruído 2D, já que não se
esperava alterações significativas nos picos principais, os únicos comparados a
estimativas teóricas. De fato, todos os conjuntos assim processados apresentaram
o desempenho esperado, com redução significativa do piso de ruído nos retardos
mais altos. A Figura 170 exemplifica isto.
Figura 170 Espectro espacial-temporal MUSIC sem e com supressão de ruído 2D (sufixo
“den”) para o conjunto cetuc1n.
8.3.3. Comparação com resultados da sondagem por abertura sintética
Dois conjuntos de medidas obtidos pela sondagem por abertura sintética,
AOALH e AOALV, guardam grande semelhança com os conjuntos analisados
neste capítulo. Em particular, fatores em comum como a condição de visibilidade,
a disposição relativa dos arranjos, e os locais de medidas (corredores) indicam a
possibilidade e a conveniência de se tentar comparar os dados em questão. Não se
pode perder de vista, entretanto, que além das diferenças associadas às técnicas de
sondagem propriamente ditas, havia diferenças razoáveis entre os locais de teste
(largura dos corredores, constituição elétrica das paredes, reentrâncias, presença
de obstáculos metálicos, etc), de modo que a comparação deve ser interpretada
com ressalvas.
A Figura 171 apresenta a comparação entre os conjuntos de dados obtidos
sob orientação do arranjo perpendicular às paredes dos corredores (AOALV,
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 259
cetucz e lemez), com respectivos espectros espaciais estimados por conformação
de feixe, na componente de retardo principal. À primeira vista, as diferenças
podem ser classificadas com base em dois parâmetros: número de picos; e faixa
dinâmica (mais especificamente a diferença entre as potências do pico principal e
dos picos secundários, não associados às reflexões principais). O número médio
de picos é sempre maior nos conjuntos estimados com arranjo real, numa
proporção aproximada de 50%. No entanto, esta diferença pode ser creditada ao
maior número de elementos do arranjo real – 16 x 11, numa proporção
equivalente à observada para o número de picos. A diferença mais marcante é
observada na faixa dinâmica das estimativas, bem menor para os dados obtidos
com arranjo real.
Figura 171 Comparação entre AOALV e os conjuntos cetucz e lemez, para estimação
espacial por conformação de feixe.
As mesmas observações quanto às estimativas por conformação de feixe
cabem para as estimativas por MUSIC. Com espectros de aparência mais “clara”
que os por conformação de feixe, fica mais fácil constatar as referidas diferenças,
como pode ser verificado na Figura 172.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 260
Figura 172 Comparação entre AOALV e os conjuntos cetucz e lemez, para estimação
espacial por MUSIC.
A comparação entre os dados correspondentes à orientação de arranjo
paralela às paredes do corredor apresentou resultados análogos quanto ao número
de picos detectados, em ambas estimativas (por conformação de feixe e por
MUSIC). Já a faixa dinâmica apresentou comportamento distinto. No caso da
conformação de feixe, verifica-se uma razoável semelhança, como ilustrado na
Figura 173. A Figura 174 apresenta as comparações entre as estimativas por
MUSIC, na qual se percebe semelhança na faixa dinâmica “efetiva”, ou seja, com
relação aos níveis mais baixos do espectro. A faixa dinâmica associada aos picos
secundários, como previamente definida para as presentes comparações, mostra-se
reduzida nos dados associados ao arranjo real.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 261
Figura 173 Comparação entre AOALH e os conjuntos cetucn e lemen, para estimação
espacial por conformação de feixe.
Figura 174 Comparação entre AOALH e os conjuntos cetucn e lemen, para estimação
espacial por MUSIC.
8 Estimação do canal espacial com uso de arranjo linear uniforme 262
Assumindo que os efeitos das diferenças entre os ambientes de sondagem
em questão são menos relevantes, tende-se a atribuir os resultados verificados nas
comparações ao acoplamento mútuo entre as antenas do arranjo real. Na verdade,
as diferenças seriam ainda maiores, em tese, se as sondagens por abertura sintética
tivessem sido realizadas com maior controle sobre a precisão da separação entre
as posições dos arranjos sintetizados. As contribuições indesejadas do
acoplamento mútuo tendem a reduzir a faixa dinâmica das estimativas, o que fica
mais evidente quando a incidência da componente principal se dá na direção de
broadside do arranjo. Nesta situação, os elementos do arranjo são atingidos por
pela frente de onda de modo uniforme, induzindo a mesma densidade de corrente
em todos os elementos, maximizando o efeito de interferência das ondas re-
irradiadas. Na direção de endfire, a frente de onda atinge primeiro um dos
elementos do arranjo. Os demais são atingidos sucessivamente após
deslocamentos de aproximadamente ½ comprimento de onda (0,3 no caso desta
tese), ou seja, por versões sucessivamente atenuadas e retardadas com relação à
incidência no primeiro elemento. Com isso, o efeito do acoplamento mútuo tende
a ser mínimo nesta situação, em concordância com os resultados observados para
os conjuntos cujos arranjos estavam orientados paralelamente às paredes dos
corredores.