Modulação de sinal GNSS focado ao Sistema Europeu Galileo
Resumo
O sistema de navegação global por satélites (Global Navigation Satellite System - GNSS) tem como objetivo determinar a geolocalização de um receptor de forma precisa, utilizando um conjunto de satélites, cujos sinais transmitidos variam a modulação de acordo com a constelação. Por exemplo, o futuro sistema GNSS europeu Galileo, que estará completamente operacional em 2020, utiliza modulações que ainda poderão ser atualizadas, como a BPSK (Binary Phase Shift Keying), a BOC (Binary Offset Carrier) a AltBOC (Alternative BOC) e a MBOC (Modified BOC). O GNSS é utilizado em diversas atividades com diferentes níveis de precisão. Como por exemplo, no monitoramento de estruturas de pontes e viadutos; Dados para o georreferenciamento de imóveis rurais; Levantamento topográfico do terreno; Sistemas de comunicação; Sincronismo de tempo; Agricultura de precisão coletando e analisando dados, mapeando a área, definindo a área de plantio e aplicação de insumos necessárias na produção. Além disso, o sistema GNSS é essencial para a futura utilização de veículos autônomos, que necessitam de alta confiabilidade e precisão na localização.
Neste contexto, este Trabalho de Conclusão de Curso apresenta a descrição detalhada dos principais esquemas de modulação previstos no sistema Galileo. As modulações BPSK, BOC, AltBOC e MBOC foram implementadas em MATLAB e avaliadas sobre um canal AWGN (Additive white Gaussian noise). Considerando diferentes códigos de espalhamento espectral, obteve-se as curvas da Taxa de Erro de Bit (Bit Error Rate - BER) pela Razão de Sinal por Ruído(Signal to Noise Ratio - SNR). Os resultados demonstram que, quanto maior o número de valores bipolares ( valores -1 ou 1) utilizados no código de espalhamento espectral, maior a robustez do sistema, conforme esperado. Além disso, a partir dos resultados da função de autocorrelação das modulações BPSK e BOC, é possível verificar que a modulação BOC possui dois picos laterais ao pico central, obtendo-se
três picos. Se esses picos ficarem acima do threshold no processo de traking do receptor ao sinal de satélite, poderá haver um estado de erro ao receptor, quando ao invés de detectar o pico central, detecta um dos laterias. Os mesmos picos ocorrem nas modulações AltBOC e MBOC, contudo, em menor amplitude.
Além disso, na análise das modulação do domínio da frequência, a modulação BOC possui dois picos principais cuja potência é menor que os picos laterais, fazendo com que a utilização dessa modulação na banda E6P (1278.75 MHz) não interfira com o sinal GLONASS BPSK que é transmitido nessa mesma banda. Já o espectro do sinal modulado AltBOC de envelope constante na banda E5 (1191.795 MHz) é semelhante a dois sinais BPSK duplicado em 15 MHz para a esquerda e para a direita da frequência da portadora. Assim, o sinal GPS modulado em BPSK, que utiliza a banda L5 contida na banda E5, não interfere todo o espectro do sinal AltBOC.
Por fim, o espectro do sinal modulado MBOC, com relação ao sinal BOC, possui dois picos principais de maior potência com relação aos picos laterais. Esse sinal é utilizado pelo Galileo na banda de frequência E1 (1575.52 MHz), que é compartilhada pelo sinal BOC da constelação GPS. Ou seja, os sinais BOC e MBOC não se interferem significativamente.