Modelo de propagação indoor multi-andar em 2.4 GHz com estimativa de parâmetros de QoS em chamadas VoIP

O advento de novas formas multimídia tem atraído uma clientela exigente, onde preocupação não é somente com o serviço, mas também, com a qualidade que esse serviço pode ser oferecido. As WLAN (Wireless Local Area Networks) tornaram-se a forma mais comum de roteamento de Internet, devido ao seu baixo custo e facilidade de implementação. Para realizar um bom roteamento é necessário um planejamento, utilizando-se modelos. Os modelos de propagação existentes na literatura fazem a predição da intensidade do sinal, mas algumas vezes não contemplam a previsão de um bom serviço. Nesse sentido a presente dissertação propõe-se a elaborar um modelo de propagação empírico indoor multi-andar que não só prediz a potência recebida, mas também faz uma previsão para algumas métricas de QoS (Quality of Service) de chamadas VoIP (Voice over Internet Protocol). Para a elaboração do modelo proposto foram feitas campanhas de medição, em um prédio de dois andares, em pisos distintos mantendo-se a posição do ponto de acesso (PA) fixa. Estudos de geometria analítica para a contagem e agregação de perdas em pisos e paredes. Os resultados do modelo proposto foram comparados com um modelo da literatura que tem um comportamento similar, onde é possível verificar o melhor desempenho do modelo proposto, e para efeito de estudo um andar completamente simulado foi introduzido para avaliação.

Análise de propagação de ondas eletromagnéticas em ambiente indoor: modelo do caminho dominante versus traçado de raios e FDTD

Este trabalho trata de alguns modelos de propagação de ondas eletromagnéticas. Primeiramente, foram analisados modelos relacionados com a predição do sinal eletromagnético em ambientes indoor. Os modelos utilizados neste trabalho foram o Traçado de Raios, Caminho Dominante de Energia (DPM) e o FDTD. Para os dois primeiros modelos foi, utilizado um software comercial e para o método FDTD foi desenvolvido um algoritmo para o qual o sinal é analisado em um ambiente com a mesma geometria utilizada no software. Os resultados, para os pontos de recepção analisados, fornecidos pelos três modelos, são concordantes. Verifica-se a influência dos fenômenos de propagação na intensidade do sinal. A relevância deste trabalho encontra-se no fato de não haver, na literatura pesquisada, trabalhos que comparassem os três modelos de predição mencionados, além de propor temas para pesquisas futuras.

Análise e projeto de superfícies seletivas de frequência com elementos pré-fractais para aplicações em comunicações indoor

In this thesis, a frequency selective surface (FSS) consists of a two-dimensional periodic structure mounted on a dielectric substrate, which is capable of selecting signals in one or more frequency bands of interest. In search of better performance, more compact dimensions, low cost manufacturing, among other characteristics, these periodic structures have been continually optimized over time. Due to its spectral characteristics, which are similar to band-stop or band-pass filters, the FSSs have been studied and used in several applications for more than four decades. The design of an FSS with a periodic structure composed by pre-fractal elements facilitates the tuning of these spatial filters and the adjustment of its electromagnetic parameters, enabling a compact design which generally has a stable frequency response and superior performance relative to its euclidean counterpart. The unique properties of geometric fractals have shown to be useful, mainly in the production of antennas and frequency selective surfaces, enabling innovative solutions and commercial applications in microwave range. In recent applications, the FSSs modify the indoor propagation environments (emerging concept called wireless building ). In this context, the use of pre-fractal elements has also shown promising results, allowing a more effective filtering of more than one frequency band with a single-layer structure. This thesis approaches the design of FSSs using pre-fractal elements based on Vicsek, Peano and teragons geometries, which act as band-stop spatial filters. The transmission properties of the periodic surfaces are analyzed to design compact and efficient devices with stable frequency responses, applicable to microwave frequency range and suitable for use in indoor communications. The results are discussed in terms of the electromagnetic effect resulting from the variation of parameters such as: fractal iteration number (or fractal level), scale factor, fractal dimension and periodicity of FSS, according the pre-fractal element applied on the surface. The analysis of the fractal dimension s influence on the resonant properties of a FSS is a new contribution in relation to researches about microwave devices that use fractal geometry. Due to its own characteristics and the geometric shape of the Peano pre-fractal elements, the reconfiguration possibility of these structures is also investigated and discussed. This thesis also approaches, the construction of efficient selective filters with new configurations of teragons pre-fractal patches, proposed to control the WLAN coverage in indoor environments by rejecting the signals in the bands of 2.4~2.5 GHz (IEEE 802.11 b) and 5.0~6.0 GHz (IEEE 802.11a). The FSSs are initially analyzed through simulations performed by commercial software s: Ansoft DesignerTM and HFSSTM. The fractal design methodology is validated by experimental characterization of the built prototypes, using alternatively, different measurement setups, with commercial horn antennas and microstrip monopoles fabricated for low cost measurements

Modelo estatístico para aplicações no planejamento de sistemas móveis celulares em ambiente indoor multifontes

O projeto de sistemas de comunicações móveis requer o conhecimento do ambiente em que será implementado. Para tanto, busca-se a exatidão na predição de propagação do sinal através do uso de modelos de predição. O presente trabalho propõe um modelo empírico para a estimativa da intensidade de sinal recebida em ambientes indoor, e que apresentam mais de uma fonte transmissora, utilizando Sistema de Antenas Distribuídas (DAS). O método apresenta uma generalização para o caso de múltiplas fontes, também chamado multifontes, e como caso particular com apenas uma fonte. A modelagem é feita através do uso de radiais partindo de cada transmissor, com o intuito de considerar a variabilidade do sinal em ambientes indoor. Estas várias perturbações no sinal, que causam desvanecimento rápido são caracterizadas através das distribuições estatísticas de desvanecimento. As mais utilizadas como a de Rayleigh, Rice e Nakagami são apresentadas para caracterização do canal, além dessas são calculadas as distribuições recentemente desenvolvidas, de Kappa-mi e Eta-mi. Para a validação do modelo realizaram-se campanhas de medições em um shopping center, que possui um DAS, com o teste em dois ambientes distintos, um supermercado e uma praça de alimentação. As simulações são realizadas no software MATLAB® e o desempenho dos resultados avaliados através do cálculo dos erros absoluto, desvio padrão e erro rms.

Modelo 2,5D de predição de propagação para ambientes interiores utilizando o método do traçado de raios

A 2.5D ray-tracing propagation model is proposed to predict radio loss in indoor environment. Specifically, we opted for the Shooting and Bouncing Rays (SBR) method, together with the Geometrieal Theory of Diffrartion (GTD). Besides the line-of-sight propagation (LOS), we consider that the radio waves may experience reflection, refraction, and diffraction (NLOS). In the Shooting and Bouncing Rays (SBR) method, the transmitter antenna launches a bundle of rays that may or may not reach the receiver. Considering the transmitting antenna as a point, the rays will start to launch from this position and can reach the receiver either directly or after reflections, refractions, diffractions, or even after any combination of the previous effects. To model the environment, a database is built to record geometrical characteristics and information on the constituent materials of the scenario. The database works independently of the simulation program, allowing robustness and flexibility to model other seenarios. Each propagation mechanism is treated separately. In line-of-sight propagation, the main contribution to the received signal comes from the direct ray, while reflected, refracted, and diffracted signal dominate when the line-of-sight is blocked. For this case, the transmitted signal reaches the receiver through more than one path, resulting in a multipath fading. The transmitting channel of a mobile system is simulated by moving either the transmitter or the receiver around the environment. The validity of the method is verified through simulations and measurements. The computed path losses are compared with the measured values at 1.8 GHz ftequency. The results were obtained for the main corridor and room classes adjacent to it. A reasonable agreement is observed. The numerical predictions are also compared with published data at 900 MHz and 2.44 GHz frequencies showing good convergence

Desenvolvimento de metodologias para a localização de intruso em ambientes indoor

O presente trabalho propõe metodologias para detectar a presença e localizar um intruso em ambientes indoor, 2-D e 3-D, sendo que neste último, utiliza-se um sistema cooperativo de antenas e, em ambos os casos, o sistema é baseado em radares multiestáticos. Para obter uma alta resolução, o radar opera com pulsos UWB, que possuem amplitude espectral máxima em 1 GHz para ambientes 2-D e, pulsos de banda larga com frequências entre 200 MHz e 500 MHz para ambientes 3-D. A estimativa de localização, para os ambientes bidimensionais, é feita pela técnica de otimização Enxame de Partículas - PSO (Particle Swarm Optimization), pelo método de Newton com eliminação de Gauss e pelo método dos mínimos quadrados com eliminação de Gauss. Para o ambiente tridimensional, foi desenvolvida uma metodologia vetorial que estima uma possível região de localização do intruso. Para a simulação das ondas eletromagnéticas se utiliza o método numérico FDTD (Diferenças Finitas no Domínio do Tempo) associado à técnica de absorção UPML (Uniaxial Perfectly Matched Layer) com o objetivo de truncar o domínio de análise simulando uma propagação ao infinito. Para a análise do ambiente em 2-D foi desenvolvido o ACOR-UWB-2-D e para o ambiente 3-D foi utilizado o software LANE SAGS.

Planejamento de redes de comunicação sem fio para ambiente indoor considerando os efeitos da polarização das antenas: abordagem baseada em medições

Uma das principais aplicações de ondas eletromagnéticas, na atualidade, na área de telecomunicações trata dos enlaces em sistemas móveis sem fio. Sejam estes terrestres (indoor/outdoor) ou via satélites, o projetista do sistema de telecomunicações tem que ser capaz de determinar os sistemas irradiantes, as potências envolvidas, a frequência de operação do sistema, a área de cobertura e os parâmetros de qualidade do serviço. O planejamento das novas redes de comunicações sem fio representa um grande desafio ao incluir serviços cada vez mais avançados com diferentes requisitos de qualidade, suporte a mobilidade, altas taxas de transmissão e capacidades elevadas de tráfego. Os diversos ambientes nos quais essas redes operam, os fenômenos associados produzem diversos efeitos no comportamento do sinal recebido e, consequentemente, uma variação no desempenho do enlace de comunicação entre os pontos de acesso, a rede e os usuários. Por conseguinte, esses efeitos devem ser avaliados corretamente, de tal forma que o dimensionamento da rede atenda aos requisitos de qualidade regulamentados. O presente trabalho objetiva estabelecer uma metodologia para o planejamento de redes de comunicação sem fio para ambientes indoor, considerando os parâmetros de qualidade de serviços e os efeitos da polarização das antenas. Foi proposto um modelo empírico para determinar a área de cobertura desse ambiente a partir de uma abordagem baseada em medições. Como resultado de campanhas de medições, foram identificados os principais parâmetros que interferem nas perdas no enlace de propagação, destacando-se os materiais envolvidos no ambiente bem como os efeitos da polarização das antenas transmissora, entre outros. Tais efeitos, avaliados corretamente, permitirão ao projetista da rede, de uma forma crítica e com base em dados obtidos em campo, definir a melhor configuração de parâmetros e critérios de projeto para a implantação de uma rede móvel de acesso sem fio. As medições para determinação dos parâmetros de cobertura e de qualidade de serviços foram realizadas no prédio do Laboratório de Engenharia Elétrica e de Computação e no prédio de aulas do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará. Nas campanhas de medição foram utilizadas algumas frequências, escolhidas devido à importância dos serviços disponibilizados: 2,4 GHz - redes locais sem fio (WLAN’s); 3,5 GHz - Wimax licenciado; 5,85 GHz - Wimax livre e 10 GHz (a faixa de 9,8 a 10 GHz não está ainda regulamentada, de 10 - 10,15 GHz-radioamador (Resolução Anatel, Nº 452/2006 - D.O.U. de 20.12.2006) ou serviços de comunicações multimídias (SCM) para sistemas em banda larga). Os principais resultados obtidos com o modelo proposto foram avaliados e comparados com os principais modelos da literatura e mostraram que a metodologia adotada para o planejamento de redes de comunicação sem fio em ambientes indoor teve um bom desempenho.

Planejamento de redes de comunicação sem fio para ambientes indoor considerando aplicações multimídia: abordagem híbrida - simulação e medição

As tecnologias wireless vêm evoluindo de forma rápida nas últimas décadas, pois são uma eficiente alternativa para transmissão de informações, sejam dados, voz, vídeos e demais serviços de rede. O conhecimento do processo de propagação dessas informações em diferentes ambientes é um fator de grande importância para o planejamento e o desenvolvimento de sistemas de comunicações sem fio. Devido ao rápido avanço e popularização dessas redes, os serviços oferecidos tornaram-se mais complexos e com isso, necessitam de requisitos de qualidades para que sejam ofertados ao usuário final de forma satisfatória. Devido a isso, torna-se necessário aos projetistas desses sistemas, uma metodologia que ofereça uma melhor avaliação do ambiente indoor. Essa avaliação é feita através da análise da área de cobertura e do comportamento das métricas de serviços multimídia em qualquer posição do ambiente que está recebendo o serviço. O trabalho desenvolvido nessa dissertação objetiva avaliar uma metodologia para a predição de métricas de qualidade de experiência. Para isso, foram realizadas campanhas de medições de transmissões de vídeo em uma rede sem fio e foram avaliados alguns parâmetros da rede (jitter de pacotes/frames, perda de pacotes/frames) e alguns parâmetros de qualidade de experiência (PSNR, SSIM e VQM). Os resultados apresentaram boa concordância com os modelos da literatura e com as medições.

Characterisation of indoor air organic pollutants in Brisbane

The occurrence and levels of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons and volatile organic compounds in selected non-industrial environments in Brisbane have been investigated as part of an integrated indoor air quality assessment program. The most abundant and most frequently encountered compounds include, nonanal, decanal, texanol, phenol, 2-ethyl-1-hexanol, ethanal, naphthalene, 2,6-tert-butyl-4-methyl-phenol (BHT), salicylaldehyde, toluene, hexanal, benzaldehyde, styrene, ethyl benzene, o-, m- and pxylenes, benzene, n-butanol, 1,2-propandiol, and n-butylacetate. Many of the 64 compounds usually included in the European Collaborative Action method of TVOC analysis were below detection limits in the samples analysed. In order to extract maximum amount of information from the data collected, multivariate data projection methods have been employed. The implications of the information extracted on source identification and exposure control are discussed.

A pilot study on the effect of indoor particle sources on indoor particle concentration in residential houses

Characterization of indoor particle sources from 14 residential houses in Brisbane, Australia, was performed. The approximation of PM2.5 and the submicrometre particle number concentrations were measured simultaneously for more than 48 h in the kitchen of all the houses by using a photometer (DustTrak) and a condensation particle counter (CPC), respectively. From the real time indoor particle concentration data and a diary of indoor activities, the indoor particle sources were identified. The study found that among the indoor activities recorded in this study, frying, grilling, stove use, toasting, cooking pizza, smoking, candle vaporizing eucalyptus oil and fan heater use, could elevate the indoor particle number concentration levels by more than five times. The indoor approximation of PM2.5 concentrations could be close to 90 times, 30 times and three times higher than the background levels during grilling, frying and smoking, respectively.

Indoor exposure to submicrometer particles and PM2.5 in residential houses in Brisbane, Australia

As part of a large study investigating indoor air in residential houses in Brisbane, Australia, the purpose of this work was to quantify indoor exposure to submicrometer particles and PM2.5 for the inhabitants of 14 houses. Particle concentrations were measured simultaneously for more than 48 hours in the kitchens of all the houses by using a condensation particle counter (CPC) and a photometer (DustTrak). The occupants of the houses were asked to fill in a diary, noting the time and duration of any activity occurring throughout the house during measurement, as well as their presence or absence from home. From the time series concentration data and the information about indoor activities, exposure to the inhabitants of the houses was calculated for the entire time they spent at home as well as during indoor activities resulting in particle generation. The results show that the highest median concentration level occurred during cooking periods for both particle number concentration (47.5´103 particles cm-3) and PM2.5 concentration (13.4 mg m-3). The highest residential exposure period was the sleeping period for both particle number exposure (31%) and PM2.5 exposure (45.6%). The percentage of the average residential particle exposure level in total 24h particle exposure level was approximating 70% for both particle number and PM2.5 exposure.

Relationship between indoor/outdoor concentrations of particles : a critical review

The relationship between indoor and outdoor concentration levels of particles in the absence and in the presence of indoor sources has been attracting an increasing level of attention. Understanding of the relationship and the mechanisms driving it, as well as the ability to quantify it, are of importance for assessment of source contribution, assessment of human exposure and for control and management of particles. It became particularly important to address this topic when evidence came from epidemiological studies on the close association between outdoor concentration levels of particles and health effects, yet with many studies showing that indoor concentrations could be significantly higher than those outdoors. This paper presents a summary of an extensive literature review on this topic conducted with an aim to identify general trends in relation to the I/O relationship emerging from studies conducted worldwide. The review considered separately a larger body of papers published on PM10, PM2.5, as well as the smaller database on particle number and number or volume size distribution. A specific focus of this paper is on naturally ventilated houses. The conclusion from the review is that despite the multiplicity of factors that play role in affecting the relationship, there are clear trends emerging in relation to the I/O relationship for particle mass concentration, enabling more general predictions to be made about the relationship. However, more research is still needed on particle number concentration and size distribution.

Pedestrians Effects on Indoor MIMO-OFDM Channel Capacity

Temporal variations caused by pedestrian movement can significantly affect the channel capacity of indoor MIMOOFDM wireless systems. This paper compares systematic measurements of MIMO-OFDM channel capacity in presence of pedestrians with predicted MIMO-OFDM channel capacity values using geometric optics-based ray tracing techniques. Capacity results are presented for a single room environment using 5.2 GHz with 2x2, 3x3 and 4x4 arrays as well as a 2.45 GHz narrowband 8x8 MIMO array. The analysis shows an increase of up to 2 b/s/Hz on instant channel capacity with up to 3 pedestrians. There is an increase of up to 1 b/s/Hz in the average capacity of the 4x4 MIMO-OFDM channel when the number of pedestrians goes from 1 to 3. Additionally, an increment of up to 2.5 b/s/Hz in MIMO-OFDM channel capacity was measured for a 4x4 array compared to a 2x2 array in presence of pedestrians. Channel capacity values derived from this analysis are important in terms of understanding the limitations and possibilities for MIMO-OFDM systems in indoor populated environments.