O que é Rake Receiver?

Postado por leopedrini terça-feira, 22 de fevereiro de 2011 07:55:00 Categories: Curso
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Você já ouviu falar de 'Rake Receiver'? Com certeza você já ouviu falar de Receptor (Receiver em Inglês), e provavelmente você já tenha ouvido falar de Rastelo (Rake em inglês).

 

 

Então, já dá para imaginar o que pode ser um Rake Receiver?

 

Se a analogia não ajudou muito, vamos lá.

Em um sistema de comunicação sem fio, o sinal pode alcançar o receptor através de múltiplos caminhos distintos.

 

Em cada caminho, o sinal pode ser obstruído, refletido, difratado e refratado. O sinal desses muitos percursos então chegam desvanecidos e defasados. O Rake receiver serve para corrigir esse efeito, selecionandos os sinais corretos / mais fortes, trazendo grande auxílio nos sistemas CDMA e W-CDMA.

Tudo bem, mas o que é o Rake Receiver e como ele faz isso?

 

Definição

O Rake Receiver nada mais é que um rádio, cujo objetivo é tentar minimizar os efeitos do desvanecimento que o sinal sofre devido aos multipercursos em que ele viaja. Na verdade, podemos entender o Rake Receiver um conjunto de sub-rádios, cada um defasado levemente, para permitir que as as componentes individuais do multipercurso possam ser sintonizadas de forma adequada.

Cada uma dessas componentes é decodificada de forma totalmente independente, mas são combinadas no final. É como se nós pegássemos o sinal original, e adicionássemos outras cópias do sinal original que alcançam o receptor com diferentes amplitudes e tempos de chegada. Se o receptor conhece a amplitudes e tempo de chegada de cada uma dessas componentes, é possível fazer essa estimativa de canal, permitindo essa adição das componentes.

Cada um desses sub-rádios do Rake Receiver é chamado de Finger. Cada finger é responsável pela coleta da energia de bit ou símbolo, daí a analogia com o rastelo que usamos no jardim, onde cada um ramo do rastelo coleta galhos e folhas!

Para facilitar um pouco o entendimento, imagine dois componentes de sinal chegando na unidade móvel como vimos na figura anterior, com uma defasagem de ∆t entre eles.

 

Observe como atua cada Finger:

  • O primeiro, com a componente g1 e referência de tempo t;
  • O segundo, com a componente g2, mas com a referência de tempo t - ∆t.

 

 

Os Fingers então, são então receptores que funcionam independentemente com a função de demodular o sinal, ou seja, receber e remover os componentes de RF da informação.

A grande idéia por trás da metodologia de combinar múltiplas cópias do sinal transmitido para obter um sinal melhor é que se tivermos várias cópias, provavelmente pelo menos uma delas deve estar em boas condições, e temos mais chance de uma melhor decodificação.

 

Principais Vantagens

A principal vantagem do Rake Receiver é que ele melhora a relação SNR (ou Eb/No). Naturalmente, esta melhoria observada é maior em ambientes com muitos multipercursos do que em ambientes sem obstruções.

De forma simplificada: temos um sinal melhor do que teríamos sem o Rake Receiver! Isso já é um argumento suficiente, não?

 

Desvantagens e Limitações

A principal desvantagem do Rake Receiver não é necessariamente técnica, mas também não é tão problemática. Isso porque a desvantagem está basicamente nos custos dos receptores. Quando inserimos um rádio a mais na recepção, precisamos de mais espaço e aumentamos a complexidade. Consequentemente, aumentamos os custos.

Quanto maior o número de componentes de multipercurso suportadas pelo receptor, mais complexo é o algorítmo. Como sempre fazemos aqui, não vamos ficar deduzindo fórmulas envolvidas, mas a complexidade aumenta de forma quase exponencial.

E no mundo real, a quantidade de componentes de multipercurso que chega no receptor é bem grande, não existe um 'limite'. Tudo vai depender do ambiente.

 

O número limite de fingers numa unidade móvel é determinado pelo padrão da tecnologia, sendo por exemplo de 6 para o CDMA, correspondendo ao número máximo de canais de tráfego direto que podem ser processados pela unidade móvel de uma só vez (Active Set).

Entretanto, nos ambientes celulares, a maioria das unidades móveis só necessita na verdade de 3 demoduladores. Mais que isso seria um desperdício de recursos, e um custo adicional para a fabricação do telefone.

 

Searcher

Um detalhe importante no sistemas CDMA e WCDMA é a utilização de um finger do Rake Receiver como um 'Searcher'. É assim chamado devido à sua função de buscar sinais de piloto sendo transmitidos por qualquer Estação (BS) do Sistema. Estes sinais de piloto podem ser entendidos como faróis usados para alertar ao móvel, a presença de uma BS.

Assim, num UE (User Equipment) UMTS, temos de forma simplificada, a configuração do Rake Receiver conforme abaixo.

 

 

Fingers na BS and UE

Para concluir, o número de Rake Fingers utilizado na BS e no UE é geralmente diferente. Isso porque vimos que para termos mais fingers, o tamanho físico do receptor aumenta, assim como os seus requerimentos de potência. Isso pode ser um problema para o UE, mas não é problema para a BS, já que é claro, a mesma tem mais condições de oferecer espaço e potência para novos fingers. Fica apenas o critério do custo para ser levado em conta na BS.

De qualquer forma, o crítico mesmo fica com o UE. Mas os atuais 4 fingers garantem um excelente ganho comprovado na prática.

 

Conclusão

Vimos hoje que o Rake Receiver é usado em redes CDMA e WCDMA como uma forma eficiente de recepção de sinal de multipercurso, onde vários recptores são capazes de reconstruir o sinal com diferentes tempo de chegada, códigos, amplitude e fase.