000788121

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

RODRIGO DA ROCHA MANITO

PROJETO DE DIPLOMAO

ESTUDO DE VIABILIDADE DE RDIO ENLACE

Porto Alegre

2010




Projeto de Diplomao apresentado ao Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para Graduao em Engenharia Eltrica.

ORIENTADOR: lvaro Augusto de Almeida Salles

Porto Alegre

2010



RODRIGO DA ROCHA MANITO


Este projeto foi julgado adequado para fazer jus aos crditos da Disciplina de Projeto de Diplomao, do Departamento de Engenharia Eltrica e aprovado em sua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora.

Orientador: ____________________________________

Prof. lvaro Augusto de Almeida Salles, UFRGS Formao (Doutor pela University of London Londres, Inglaterra)

Banca Examinadora:

Prof. Dr. lvaro Augusto de Almeida Salles, UFRGS (Doutor pela University of London Londres, Inglaterra)

Prof. Dr. Renato Ventura, UFRGS (Doutor pela Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte, Brasil)

Eng. Lierson Brgido, Digitel S.A. (Engenheiro pela Escola de Engenharia Mau So Paulo, Brasil)

Porto Alegre, Julho de 2010.

DEDICATRIA

Dedico este trabalho aos meus pais, em especial pela dedicao e apoio em todos os

momentos difceis, aos meus amigos, familiares, namorada e todos aqueles que estiveram ao

meu lado.

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, agradeo pela pacincia e dedicao ao longo de todos esses anos, pois

nada disto seria possvel sem o apoio deles.

minha namorada, Roberta Steffen, pela compreenso em todos os momentos em que

eu tive de estar ausente, dedicando meus esforos para obter maior aproveitamento das

atividades do curso de engenharia eltrica.

Ao Eng. Lierson Brgido, pelo seu auxlio nas tarefas desenvolvidas durante o curso e

apoio na reviso deste trabalho.

empresa Digitel por me ceder toda infra-estrutura e conhecimento necessrio

durante minha formao.

Ao meu orientador que aceitou fazer parte de mais um desafio em minha vida.

Universidade, professores e funcionrios.

RESUMO

Este Projeto de Diplomao tem o objetivo de realizar e analisar os estudos de viabilidade de rdio enlace, comparando o estudo terico, por meio de cartas nomogrficas, com o estudo via software, PathLoss. Esses dados ainda sero confrontados com os resultados de dados medidos em campo. Alm disso, ser feita uma anlise sobre os custos desses estudos, identificando a necessidade ou no de realiz-los via software.

Palavras-chaves: Engenharia Eltrica. Comunicaes Wireless. Rdio Digital. Rdio Enlace. PathLoss.

ABSTRACT

The main aims of this work are to perform calculations and to analyze studies of radio links viabilities, comparing a theoric study, employing nomographic charts, with a study using the software entitled PathLoss. These results are then compared with the data collected on the field. Further to that, analyzes about the costs of these studies will be shown, identifying the needs to use a software or not.

Keywords: Electrical Engineering. Wireless Communication. Digital Radio. Radio Link. PathLoss.

SUMRIO 1. INTRODUO .............................................................................................................. 12 2. COMUNICAO SEM FIO ......................................................................................... 14 2.1. LEIS DE MAXWELL ................................................................................................. 16 2.2. MICROONDAS .......................................................................................................... 22 2.2.1.ATENUAO EM ESPAO LIVRE ...................................................................... 23 2.2.2. REFRAO ATMOSFRICA ............................................................................... 25 2.2.3. DIFRAO DEVIDO A OBSTCULOS ............................................................... 26 2.2.4. ATENUAO POR ABSORO .......................................................................... 26 3. RADIO ENLACES EM VISIBILIDADE ..................................................................... 27 3.1. CRITRIOS DE VISIBILIDADE .............................................................................. 30 3.1.1. ELIPSIDE DE FRESNEL ..................................................................................... 32 3.1.1.1. CLCULO DO RAIO DO ELIPSIDE DE FRESNEL ..................................... 33 3.1.2. RADIOHORIZONTE .............................................................................................. 34 3.2. CONCEITO DE RAIO EQUIVALENTE DA TERRA ............................................. 35 3.3. CALCULO DA ALTURA DAS ANTENAS ............................................................... 36 3.4. ATENUAO TOTAL LQUIDA ............................................................................ 38 4. DIMENSIONAMENTO TERICO DE RADIO ENLACE EM VISIBILIDADE ..... 39 5. DIMENSIONAMENTO USANDO SOFTWARE COMERCIAL ............................... 43 5.1. DIGITEL S/A .............................................................................................................. 44 6. ESTUDO DE CINCO RDIO-ENLACES INSTALADOS PARA A OPERADORA OI ...............................................................................................................................45 6.1. ENLACE BARANA-CUIT .................................................................................... 45 6.2. ENLACE AROEIRAS- UMBUZEIRO ...................................................................... 52 6.3. ENLACE GADO BRAVO-UMBUZEIRO ................................................................. 57 6.4. ENLACE SO JOS DE PRINCESA-LAGOA DA CRUZ ..................................... 62 6.5. ENLACE LEME DO PRADO-BERILO .................................................................... 67 7. RESULTADOS EXPERIMENTAIS MEDIDOS .......................................................... 72 8. COMPARAES ENTRE OS RESULTASDOS OBTIDOS ...................................... 76 9. COMENTARIOS, CONCLUSOES E SUGESTOES PARA OS PROXIMOS TRABALHOS .................................................................................................................... 79 10. REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................ 80

9

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1: Classificao das ondas conforme a faixa de freqncia de operao..................... 14 Figura 2: Campo eltrico versus Campo magntico .............................................................. 16 Figura 3: Campo eltrico varivel ........................................................................................ 17 Figura 4: Onda eletromagntica plana .................................................................................. 19 Figura 5: Enlace de Rdio .................................................................................................... 22 Figura 6: Propagao OEM .................................................................................................. 24 Figura 7: Ilustrao do efeito da refrao ............................................................................. 25 Figura 8: Difrao devido a obstculos................................................................................. 26 Figura 9: Elementos de uma comunicao bsica ................................................................. 27 Figura 10: Frentes de onda no elipside de Fresnel .............................................................. 33 Figura 11: Ilustrao do elipside da primeira zona de Fresnel ............................................. 34 Figura 12: Radiohorizonte .................................................................................................... 35 Figura 13: Parmetros para o clculo .................................................................................... 36 Figura 14: Enlace com elipside de Fresnel .......................................................................... 38 Figura 15: Carta Nomogrfica .............................................................................................. 40 Figura 16: Fluxograma do dimensionamento de um rdio enlace pelo PathLoss ................... 44 Figura 17 e Figura 18: Imagens das torres e informaes disponibilizadas pelo cliente ......... 48 Figura 19: Imagem da tela do software PathLoss em que as informaes disponibilizadas pelo

cliente so registradas. Nessa tela, so apresentados o ngulo de azimute, a distncia do enlace e a elevao do terreno ...................................................................................... 49

Figura 20: Perfil do enlace para k mdio gerado pelo PathLoss com base nas imagens topogrficas da NASA. ................................................................................................. 50

Figura 21: Imagem do Google Earth .................................................................................... 51 Figura 22: Perfil do Enlace ................................................................................................... 55 Figura 23: Perfil do Enlace ................................................................................................... 60 Figura 24: Perfil do Enlace ................................................................................................... 65 Figura 25: Perfil do Enlace ................................................................................................... 70 Figura 26: Mapa de localizao das estaes ........................................................................ 72 Figura 27 e Figura 28: Imagens da implantao do enlace Barana ...................................... 73 Figura 29 e Figura 30: Imagens da implantao do enlace Cuite ........................................... 73 Figura 31 e Figura 32: Leitura apresentada nos receptores instalados na estao Barana

(rdio principal RSSI RF = -47dBm / rdio backup RSSI RF = -48dBm) ...................... 75 Figura 33 e Figura 34: Leitura apresentada nos receptores instalados na estao Cuit (rdio

principal RSSI RF = -47dBm/rdio backup RSSI RF = -46dBm) .................................. 76

10

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Estrutura de tpicos .............................................................................................. 13 Tabela 2: Equaes de Maxwell ........................................................................................... 20 Tabela 3: Critrios de Raio de Fresnel .................................................................................. 32 Tabela 4, Tabela 5 e Tabela 6: Dados tcnicos ..................................................................... 46 Tabela 7: Dados do Enlace ................................................................................................... 46 Tabela 8: Dados de Projeto .................................................................................................. 48 Tabela 9: Resultados apresentados pelo software PathLoss .................................................. 52 Tabela 10, Tabela 11 e Tabela 12: Dados Tcnicos .............................................................. 53 Tabela 13: Dados do Enlace ................................................................................................. 53 Tabela 14: Clculos do Dimensionamento por meio do PathLoss ......................................... 56 Tabela 15, Tabela 16 e Tabela 17: Dados Tcnicos dos Equipamentos ................................. 57 Tabela 18: Dados Tcnicos do Enlace .................................................................................. 57 Tabela 19: Dimensionamento por meio do PathLoss ............................................................ 61 Tabela 20, Tabela 21 e Tabela 22: Dados Tcnicos do Equipamento .................................... 62 Tabela 23: Dados Tcnicos do Enlace .................................................................................. 62 Tabela 24: Dimensionamento por meio do PathLoss ............................................................ 66 Tabela 25, Tabela 26 e Tabela 27: Dados Tcnicos do Equipamento .................................... 67 Tabela 28: Dados Tcnicos do Enlace .................................................................................. 67 Tabela 29: Dimensionamento por meio do PathLoss ............................................................ 71 Tabela 30: Nvel de sinal recebido calculado pelo PathLoss e medido em campo ................. 76 Tabela 31: Nvel de sinal recebido calculado pelo PathLoss e medido em campo ................. 77 Tabela 32: Nvel de sinal recebido calculado pelo PathLoss e medido em campo ................. 77 Tabela 33: Nvel de sinal recebido calculado pelo PathLoss e medido em campo ................. 77 Tabela 34: Nvel de sinal recebido calculado pelo PathLoss e medido em campo ................. 77

11

LISTA DE ABREVIATURAS

ANATEL: Agncia Nacional de Telecomunicaes

ELF: Extremely Low Frequency

VF: Voice Frequency

VLF: Very Low Frequency

LF: Low Frequency

MF: Medium Frequency

HF: High Frequency

VHF: Very High Frequency

UHF: Ultra High Frequency

SHF: Super High Frequency

EHF: Extremely High Frequency

OEM: Onda Eletromagntica

SI: Sistema Internacional de Medidas

SNR: Signal to Noise Ratio

ITU-R: International Telecommunication Union - Radio communication Sector

ERB: Estaes Rdio Bases

CCC: Central de Comutao e Controle

PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy

NASA: National Aeronautics and Space Administration

IDO: Indoor Unit

ODU: Outdoor Unit

RSSI: Received Signal Strength Indication

RF: Radio Frequency

M-D-O: Mo-de-obra

12

1. INTRODUO

A comunicao sempre foi um desafio para a humanidade. Desde os primrdios da era

homo sapiens a histria no falha em mostrar as dificuldades para se estabelecer

comunicao entre povos distantes.

Solues das mais variadas foram sendo empregadas ao longo do tempo, desde o

emprego de animais para entrega de mensagens at o uso da energia eltrica para aprimorar o

processo.

Com o avano na tecnologia e servios de comunicaes, uma forma de transmisso

de dados sem fio se mostrou vivel. Aps muitos estudos e testes os enlaces de rdios se

tornaram uma soluo adequada para esta questo. Principalmente devido necessidade de

solues do tipo ponto--ponto e ponto-multiponto (p. ex., redes de celulares).

Conforme foram sendo desenvolvidos rdios mais robustos e com maior capacidade

de transmisso de dados, a demanda por estas solues passou a aumentar. A ANATEL

passou a estabelecer metas para as operadoras atingirem cidades com cada vez menos

habitantes e com maior velocidade e disponibilidade de servio. As empresas passaram a

desejar mais links dedicados e assim interligar suas filiais.

Este projeto de diplomao tem por objetivo realizar e analisar os estudos de

viabilidade de um rdio enlace instalado pela empresa Digitel S/A para a operadora Oi. Desta

forma ser comparado o estudo terico, por meio de cartas nomogrficas, com o estudo via

software intitulado PathLoss. Esses dados ainda sero confrontados com os resultados de

informaes coletadas em campo. Por ltimo, ser feita uma anlise sobre os custos desses

estudos, identificando a necessidade ou no de realiz-los via software.

A Tabela 1 apresenta os captulos que devem compor o documento final, entregue

banca de avaliao do projeto de diplomao.

13

Captulo Contedo

1.INTRODUO Objetivos do documento, apresentao de assuntos relativos comunicao wireless e importncia do estudo e equipamentos utilizados.

2. COMUNICAO SEM FIO

Apresentao da tecnologia aplicada para a realizao da transmisso digital via ondas eletromagnticas.

3. RADIO ENLACES EM VISIBILIDADE

Efeitos e consideraes a se realizarem sobre rdio enlaces.

4. DIMENSIONAMENTO TERICO DE RADIO

ENLACE EM VISIBILIDADE

Abordagem terica sobre o dimensionamento via cartas nomogrficas e utilizando o PathLoss.

5. ESTUDOS DE CINCO RDIO-ENLACES

INSTALADOS PARA A OPERADORA OI

Descrio dos estudos realizados para a operadora Oi.

6. DIMENSIONAMENTO USANDO SOFTWARE

COMERCIAL Descrio dos estudos por meio do Pathloss.

7. RESULTADOS EXPERIMENTAIS

MEDIDOS Descrio dos resultados alcanados.

8. COMPARAES ENTRE OS

RESULTASDOS OBTIDOS

Comparao entre os clculos realizados, valores encontrados e resultados prticos medidos.

9. COMENTARIOS, CONCLUSOES E

SUGESTOES PARA OS PROXIMOS

TRABALHOS

Alguns comentrios e concluses pertinentes aos resultados alcanados no projeto realizado. Alm dos levantamentos de custos e viabilidade econmica dos

estudos.

10. REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS

Referncia bibliografia usada neste Projeto de Diplomao.

Tabela 1: Estrutura de tpicos

14

2. COMUNICAO SEM FIO

Quando se fala em comunicao wireless isto se refere a uma comunicao via

ondas eletromagnticas para transferir informaes de um local para outro sem o uso de cabos

de qualquer tipo. Dentre as aplicaes esto, transmisso de voz, dados e vdeos.

Neste projeto ser considerado um enlace de microondas na faixa de freqncia de 8.5

GHz. Abaixo segue uma tabela com a classificao das ondas conforme a faixa de freqncia

de operao (Figura 1).

Figura 1: Classificao das ondas conforme a faixa de freqncia de operao

Dentro de cada faixa existem caractersticas especficas de mecanismos de

propagao, assim resumidos:

Faixa ELF Faixa de freqncia cujas ondas penetram razoavelmente no solo ou na

gua, portanto possui aplicaes em comunicao com submarinos e escavaes de minas. As

aplicaes operam nesta faixa com transmissores de alta potncia e grandes antenas;

15

Faixa VLF O mecanismo de propagao utilizado nesta faixa a reflexo

ionosfrica, sendo considerado um timo condutor, pois induz pequena atenuao na onda

refletida;

Faixa LF At os 100 kHz nesta faixa, que vai at os 300 kHz;

Faixa MF Acima de 100 kHz, o mecanismo de propagao utilizado o de ondas

de superfcie com menor atenuao que o da reflexo ionosfrica;

Faixa HF Nesta faixa de freqncia aparece o mecanismo da reflexo ionosfrica ,

visto que em regies mais prximas do transmissor ainda permanece a presena das ondas de

superfcie;

Faixa de VHF em diante Nestas faixas no se utiliza mais reflexo ionosfrica,

pois as ondas no atingem o ngulo necessrio at os limites da ionosfera para retornar

superfcie terrestre. Acima de VHF so usadas antenas diretivas que concentram a energia em

feixes mais estreitos, estabelecendo as ligaes por meio da onda espacial direta entre as duas

antenas transmissora e receptora, formando sistemas em visada direta. Nas faixas de VHF e

UHF possvel trabalhar com enlaces obstrudos, enquanto que nas faixas de SHF e EHF

deve-se necessariamente ter visibilidade direta.

Ao longo das ltimas dcadas muitos estudos tm sido feitos com relao a

propagao das ondas eletromagnticas, tanto no espao livre, quanto em outros meios. Isto se

deve em grande parte pela falta de conhecimento sobre os males que essas ondas podem ou

no causar aos seres vivos e tambm ao aumento de demanda por este tipo de soluo.

Todos esses sistemas baseiam-se nas leis de Maxwell.

16

2.1. LEIS DE MAXWELL

Maxwell estabeleceu algumas leis bsicas de eletromagnetismo, baseado nas j

conhecidas anteriormente, como a Lei de Coulomb, a Lei de Ampre, a Lei de

Faraday, etc.

Na realidade, Maxwell reuniu os conhecimentos existentes e descobriu as

correlaes que havia em alguns fenmenos, dando origem teoria de que

eletricidade, magnetismo e ptica so de fato manifestaes diferentes do mesmo

fenmeno fsico.

O fsico ingls Michael Faraday j havia afirmado que era possvel produzir

um campo eltrico a partir de um campo magntico varivel.

Imagine um im e um anel, como ilustra a Figura 2:

Figura 2: Campo eltrico versus Campo magntico

Considere o im perpendicular ao plano do anel. Movendo-se ou o im ou o

anel, aparecer uma corrente no anel, causado por um campo eltrico criado devido

variao do fluxo magntico no anel.

Maxwell verificou que o contrrio tambm era possvel. Um campo eltrico

varivel podia gerar um campo magntico.

17

Imagine duas placas paralelas sendo carregadas progressivamente, como

mostra a Figura 3:

Figura 3: Campo eltrico varivel

Ao crescerem as cargas das placas, o campo eltrico aumenta, produzindo um

campo magntico (devido a variao do campo eltrico).

Embora Maxwell tenha estabelecido quatro equaes para descrever os

fenmenos eletromagnticos analisados, podemos ter uma noo de sua teoria

baseados em duas concluses:

Um campo eltrico varivel no tempo produz um campo magntico.

Um campo magntico varivel no tempo produz um campo eltrico.

A velocidade de propagao de uma onda eletromagntica depende do meio

em que ela se propaga.

Maxwell mostrou que a velocidade de propagao de uma onda

eletromagntica, no vcuo, dada pela expresso:

[1]

18

Onde o a permissividade eltrica do vcuo e o a permeabilidade

magntica do vcuo.

Aplicando os valores deles na frmula acima se encontra o valor da velocidade

da luz no vcuo, de aproximadamente 3x108 m/s.

Podemos resumir as caractersticas das ondas eletromagnticas no seguinte:

So formadas por campos eltricos e campos magnticos

variveis;

O campo eltrico perpendicular ao campo magntico (para um

meio sem perdas);

So ondas transversais (os campos so perpendiculares direo

de propagao), em casos de ondas planas;

Propagam-se no vcuo com a velocidade "c" .

Pode propagar-se em um meio material com velocidade menor

que a obtida no vcuo.

Por exemplo, o campo magntico ao redor do fio em certo instante estar

apontando num sentido e, depois, no sentido contrrio.

Atravs da segunda equao de Maxwell observa-se que um campo eltrico E

varivel no tempo ir gerar um campo magntico H, que ser tambm varivel no

tempo. Por sua vez, esse campo magntico ir gerar um campo eltrico, de acordo com

a primeira equao de Maxwell. E assim consecutivamente. Cada campo varia e gera

outro campo que, por ser varivel, gera outro campo: e est criada a perturbao

eletromagntica que se propaga atravs do espao, constituda pelos dois campos em

recprocas indues. A Figura 4 representa graficamente esses campos:

19

Figura 4: Onda eletromagntica plana

Note que o campo eltrico perpendicular direo de propagao e o campo

magntico tambm, o que comprova que a onda plana eletromagntica uma

onda transversal.

Alm disso, o campo eltrico perpendicular ao campo magntico, o que

podemos verificar facilmente p. ex., quando um fio percorrido por cargas em

movimento, o campo eltrico num ponto prximo ao fio pertence ao plano do fio,

enquanto o campo magntico est saindo ou entrando neste plano.

Sumrio das Equaes:

As variveis em negrito nas equaes representam campos vetoriais ou vetores,

as integrais so integrais de superfcie sobre uma superfcie "fechada" , as

integrais so integrais de superfcie em uma superfcie aberta e as integrais

so integrais de linha em um caminho fechado .

Nome Diferencial parcial Forma integral

Lei de Gauss:

[2]

20

Lei de Gauss para o

magnetismo

(ausncia

de monopolos

magnticos):

Lei da induo de

Faraday:

Lei de Ampre +

extenso de

Maxwell:

Tabela 2: Equaes de Maxwell

onde:

a densidade volumtrica de carga eltrica (unidade SI: Coulomb por metro

cbico), no incluindo dipolos de cargas ligadas no material.

o vetor densidade de fluxo magntico (unidade SI: tesla).

o vetor densidade de campo eltrico (unidade SI: Coulomb por metro

quadrado).

o vetor campo eltrico (unidade SI: volt por metro),

o vetor campo magntico (unidade SI: ampre por metro)

o vetor densidade de corrente eltrica (unidade SI: ampre por metro

quadrado)

o operador gradiente que em coordenadas cartesianas pode ser escrito

como

[3]

[4]

[5]

[6]

21

o divergente do campo vetorial (unidade SI: 1 por metro),

o rotacional do campo vetorial (unidade SI: 1 por metro).

22

2.2. MICROONDAS

A faixa de microondas genericamente correspondente a freqncias da ordem

de 1 a 30 GHz. Acima destas freqncias normalmente chama-se ondas milimtricas ,

p.ex., de 30 a 300 GHz, conforme mostra tambm no trabalho de Fbio Limongi.

As microondas so muito utilizadas em telecomunicaes. As ligaes de

telefone e programas de TV recebidos "via satlite" de outros pases so feitas com o

emprego de microondas. Na Figura 5 podemos observar a concepo bsica de um

enlace de Microondas.

Figura 5: Enlace de Rdio

Este sistema ocorre dentro da atmosfera terrestre e, portanto, est sujeito s

variaes do clima na regio de instalao dos rdios e antenas. Esses fenmenos

afetam o desempenho do sistema.

Outros fatores que podem proporcionar perdas da atmosfera:

Atenuao devido a Chuva;

Atenuao devido aos gases da Atmosfera;

Desvanecimento ou Fading;

23

Atenuao por Absoro;

Variao do Nvel de Rudo Espectral.

As interferncias podem ser classificadas de acordo com suas fontes e tambm

como fixas e variveis.

Interferncias Fixas: So as que mantm a relao sinal rudo fixa, enquanto as

Interferncias Variveis so as que no mantm a SNR constante.

Interferncias de acordo com suas Fontes:

Do mesmo Enlace (mutua) (sistemas com mltiplos canais);

Interferncia do sinal Refletido;

Interferncia de outros Enlaces (diagrama de radiao das outras

antenas).

2.2.1.ATENUAO EM ESPAO LIVRE

Conforme Friis uma onda eletromagntica, propagando-se no espao

livre, sofre uma atenuao contnua. Ao afastar-se da fonte, a mesma

quantidade de energia distribuda em uma rea maior, diminuindo a

densidade de potncia na regio.

A atenuao de espao livre pode ser calculada pela equao de Friis a

seguir:

2..4

=

pi dAo

Essa equao pode ser reescrita na forma logartmica, tornando-se:

[7]

24

Ao (dB) = 32,4 + 20.log (f) + 20.log (d)

onde:

d = distncia do enlace (km)

f = freqncia (MHz)

Ao = atenuao em espao livre (dB).

Note que o valor da constante calculado levando em considerao as

unidades de freqncia em MHz e distncias em km. Qualquer alterao das

unidades ir variar este valor de 32,4 para mais ou para menos. A Figura 6,

mostrada abaixo, mostra uma propagao simples de uma onda

eletromagntica. Todos os clculos referentes a atenuao esto baseados em

uma onda eletromagntica plana.

Figura 6: Propagao OEM

[8]

25

2.2.2. REFRAO ATMOSFRICA

A intensidade dos efeitos da refrao pode ser calculada pelo gradiente

mdio de refratividade N, definido pela diferena entre o ndice de refrao, a

uma altura de 1 km e a uma altura de 100 m acima do solo. O gradiente de

refratividade tem um valor negativo, na maioria dos casos (BEAN; DUTTON,

1966), e expresso em unidades N (Figura 2).

Para freqncias menores que 100 GHz, a refratividade N pode ser

calculada, com erro inferior a 0,5%, pela equao 9, de origem emprica,

proposta por Bean e Dutton (1966).

+=

Tep

TN .810,4.6,77

onde:

N = refratividade em unidades N

p = presso atmosfrica em hpa

T = temperatura em K

e = presso do vapor dgua em hpa.

Na Figura 7 podemos observar o efeito da refrao de uma OEM.

Figura 7: Ilustrao do efeito da refrao

[9]

26

2.2.3. DIFRAO DEVIDO A OBSTCULOS

Quando uma onda eletromagntica limitada em seu avano por um

objeto opaco que deixa passar apenas uma frao das frentes de onda, sofre

uma deflexo denominada difrao (Figura 8).

Figura 8: Difrao devido a obstculos

Uma nova onda composta pelos radiadores, com caractersticas de

frente de onda diferentes da onda original.

2.2.4. ATENUAO POR ABSORO

A atenuao gasosa em enlaces, na superfcie terrestre, pode ser

calculada conforme Recomendao ITU-R P676-3 (1995):

( )dowoAab . +=

onde:

[10]

27

o = atenuao especfica do ar seco/oxignio em dB/km

w = atenuao especfica do ar mido/vapor dgua em dB/km

do = comprimento do enlace em km.

( )

( ) ( ) ( )42

222

3222

3

10...3,264,325

9,80,93,183

6,105,82,22

6,3.0021,0050,0

10..50,157

81,4227,0

09,610.19,7

++

++

+++=

++

++=

fpfff

pw

fff

o

onde:

f = freqncia em GHz

p = densidade de vapor dgua em grama/m3 (usar p = 7,5 g/m3)

3. RADIO ENLACES EM VISIBILIDADE

Para acontecer uma comunicao bsica entre dois pontos devem-se ter

obrigatoriamente trs componentes:

Transmissor

Receptor

Meio de transmisso da comunicao (Figura 9)

Figura 9: Elementos de uma comunicao bsica

[11]

[12]

28

A Radiocomunicao estuda as telecomunicaes sob o prisma da utilizao do meio

areo, atravs das ondas eletromagnticas que se deslocam do transmissor ao receptor e vice-

versa. A propagao da onda ocorre quando h a transferncia de energia eletromagntica

entre esses dois pontos pela atmosfera terrestre ou ambiente aberto e ilimitado, conforme

mencionado no trabalho de dissertao de Fernando Felice.

A energia ser distribuda por todo o espao, mas apenas uma parte da potncia

irradiada pela antena transmissora chegar antena receptora. O Rdio enlace ou sistema

Rdio ponto--ponto define de que forma a interligao entre os pontos de transmisso e

recepo pode ser feita, a fim de garantir que o sinal gerado em sua origem chegue a seu

destino inteligvel, dentro de uma taxa de erros aceitvel, levando-se em considerao os

diversos fatores que sero analisados neste trabalho; tambm chamado de radio visibilidade,

pois se considera que existe visada entre as duas antenas, a transmissora e receptora, para que

o enlace acontea com sucesso.

Portanto, para que um rdio enlace funcione satisfatoriamente, so necessrios os

seguintes requisitos bsicos:

1) A intensidade do sinal recebido deve ter potncia suficiente para se sobrepor ao

sinal do rudo recebido (com uma margem definida);

2) A intensidade do sinal deve ser propagada sem distoro excessiva, ou seja, a onda

deve ser transmitida em uma faixa de freqncia com atenuao e velocidade de propagaes,

com variaes tolerveis para as freqncias da faixa.

3) Para que o rdio enlace tenha confiabilidade, conforme o seu grau, as condies

acima devem permanecer com pequenas variaes na maior parte do tempo. Para a melhor

compreenso da questo da confiabilidade e o seu grau, define-se que o projeto de um rdio

enlace pode ser do tipo: otimizado, superdimensionado ou sub-dimensionado.

29

Um rdio enlace considerado otimizado quando ele elaborado sob medida para

atender a finalidade a que se destina, ou seja, est na melhor relao custo benefcio, ou

ainda, tecnicamente correto para aquela especfica situao ao menor valor monetrio a ser

despendido. Isto significa que este projeto deve ser executado com confiabilidade somente na

situao que foi considerada, sem levar em conta expanses futuras ou qualquer tipo de troca

de componentes que constituem o sistema que no sejam exatamente com os mesmos

parmetros especificados do original. Entretanto, para a realizao dos clculos, tomam-se

margens de certos parmetros dependendo do grau de preciso necessrios que estes exigem.

Um exemplo que se enquadra bem nisto, seria a dos parmetros climticos e

topogrficos de propagao empregados no clculo de desempenho que, quando no

encontrados para determinada regio do pas, so utilizados os valores estatsticos do ITU-R.

De maneira anloga ao explicado acima, um sistema definido como

superdimensionado, quando o dimensionamento dos parmetros e componentes do sistema

valorizado bem acima do necessrio. Neste caso, pode ocorrer pela impercia do projetista ou

para que o Rdio enlace esteja planejado para suportar futuras expanses. Para o primeiro

caso, que considerado grave, alm do desperdcio financeiro que acarreta, problemas

tcnicos tambm surgem, como por exemplo super dimensionar a altura de torres e antenas,

tornando assim o enlace mais susceptvel a interferncias e reflexes, alm de perda do nvel

de reflexo e possvel atenuao adicional pelo aumento da metragem do cabo coaxial

utilizado.

Por outro lado, um sistema dito sub-dimensionado quando sua valorizao

considerada inferior ao mnimo aceitvel, acarretando o mau funcionamento do Rdio enlace

atravs de alta taxa de erros de bit e, por conseguinte, a degradao rpida do link (ou seja,

baixa confiabilidade).

Principais aplicaes:

30

Redes de transporte das operadoras de telefonia regionais e de longa distncia

so utilizadas para os chamados backbones - que so as redes principais, para os

entroncamentos secundrios, de longa distncia ou para redes metropolitanas;

Redes Corporativas para a interligao de suas unidades com a unidade

central, localizadas em metrpoles, outras cidades ou estados;

Rede de transporte das operadoras de sistemas celulares fixos ou mveis

utilizada para a conexo entre as Estaes Rdio Bases (ERB) e a Central de

Comutao e Controle (CCC) chamados de backhauls e entre as CCCs e as

operadoras das redes fixas, principalmente nas regies metropolitanas;

Rede de distribuio de sinais de televiso as operadoras de televiso

regionais distribuem seus sinais, desde as centrais de gerao at os pontos de difuso

ou as unidades mveis de reportagem, para transmisses ao vivo, realizando links

temporrios;

Rede privada das operadoras de sistemas de utilidade pblica utilizada para

prover a comunicao de sinais de voz ou de dados de comando entre as subestaes;

Redes de distribuio dos provedores de Internet para interligarem seus

assinantes de forma rpida e personalizada, ou para efetuarem a conexo de seus

equipamentos centrais com seus provedores.

3.1. CRITRIOS DE VISIBILIDADE

CRITRIOS DE RDIO VISIBILIDADE:

Para a definio dos critrios de rdio visibilidade necessrio saber o perfil

do enlace, obtido a partir ou de cartas topogrficas digitalizada para o caso de

31

utilizao de programas computacionais, ou de levantamentos em campo. Com isto,

deve-se aplicar a correo equivalente da curvatura da Terra fator K ao perfil do

enlace.

A escolha do valor de K um assunto polmico, pois muitos projetistas adotam

at hoje os critrios de K=2/3 e K=4/3 para o Kmnimo e o Kmdio indiferente de

qualquer situao. Este padro no est incorreto, mas data dos rdios analgicos e se

baseia nas prticas TELEBRAS. A utilizao destes padres, super dimensiona a

altura das antenas, comprometendo os valores financeiros na famosa regra do custo-

benefcio, haja visto que o Kmnimo pode determinar essa altura (em alguns casos

possvel que se utilize o Kmdio, dependendo das condies, local e freqncia do

enlace). A recomendao ITU-R 530-09, aplica a determinao do Kmnimo para

99,9% do tempo no pior ms do ano em funo da distncia, otimizando assim o

sistema.

Aps a correo do perfil atravs da aplicao do fator K, determina-se a altura

da antena baseando-se na percentagem do raio de Fresnel que dever estar

desobstruda, que influenciada pela freqncia de operao do radio enlace, que no

caso deste trabalho 8,5 GHz. Na Digitel utilizado um valor de 60% da zona de

Fresnel liberada para que o enlace possa ser dito vivel, sempre observando que

existem outras condies que devem ser atendidas antes de garantir que um enlace

ser adequado ou no.

Resumidamente tem-se que:

Aplicao ao perfil da correo equivalente da curvatura da Terra para o

valor de Kmdio para 50 % do tempo. No havendo possibilidade de obteno deste

valor, adota-se K=4/3;

32

Aplicao ao perfil da correo do valor de Kmnimo 99,9 % da Tabela 3,

utilizando o comprimento do enlace em questo. Este grfico faz parte da

recomendao ITU-R 530-09 em que o fator de Kmnimo dado em funo do

comprimento do enlace em km para o pior ms do ano;

Determinao da altura da antena para os valores de Kmdio e Kmnimo

obtidos no passo 1 e 2 e a percentagem do raio de Fresnel;

Utilizao do maior valor obtido entre os passos 1 e 3 para as antenas dos

dois pontos do enlace. Conforme mostra a Tabela 3:

Tabela 3: Critrios de Raio de Fresnel

3.1.1. ELIPSIDE DE FRESNEL

Elipside de Fresnel o lugar geomtrico dos pontos entre as antenas

que possui comprimento igual soma da distncia entre as antenas e meio

comprimento de onda, regio tambm denominada de primeira zona de Fresnel

Citado tambm por SIZUN, 2003.

Todas as caractersticas do espao, nas proximidades da linha de visada

das antenas que diferem das caractersticas do vcuo, esto envolvidas no

processo de propagao. Abaixo possvel observar a representao do

elipside de Fresnel de um enlace tpico (Figura 10).

33

Figura 10: Frentes de onda no elipside de Fresnel

3.1.1.1. CLCULO DO RAIO DO ELIPSIDE DE FRESNEL

No caso de um enlace real, as antenas transmissora e receptora

ocupam os pontos focais da elipse, como mostra a Figura 11. Devem

ser atendidas as condies de desobstruo de 60% da primeira zona de

Fresnel para k mnimo e 100% da primeira zona de Fresnel para k

mdio (SIZUN, 2003).

O raio da seo reta circular da primeira zona de Fresnel, em um

ponto definido (ponto com maior elevao do terreno ponto crtico)

pela distncia D1 e D2, a partir das antenas na trajetria de visada do

rdio enlace, pode ser calculado como segue:

dfDDRm.

2.1.72,547=

onde:

Rm = raio de Fresnel (m)

[13]

34

D1 = distncia AC (km)

D2 = distncia BC (km)

d = distncia do enlace (km)

f = freqncia em MHz

Como ilustrado na Figura 11, podemos identificar mais

claramente as variveis utilizadas.

Figura 11: Ilustrao do elipside da primeira zona de Fresnel

3.1.2. RADIOHORIZONTE

Define-se como radiohorizonte, a linha de horizonte com radio

visibilidade para um transmissor ou receptor. Leva-se em conta a curvatura

terrestre e a refrao atmosfrica.

A equao abaixo, indica a mxima distncia entre um transmissor e um

receptor, em funo da altura das antenas para que haja radio visibilidade.

Na Figura 12 podemos ver um enlace com a Zona de Fresnel para K

mdio e Kmnimo, levando em considerao a curvatura da terra.

35

Figura 12: Radiohorizonte

)21.(12,4 hhd +=

Onde,

d = distncia entre as antenas (km)

h1 = altura da antena 1 (m)

h2 altura da antena 2 (m)

Para raio equivalente = 4/3

(TSM ANTENAS. )

3.2. CONCEITO DE RAIO EQUIVALENTE DA TERRA

Recomenda-se que seja considerado, nos clculos de desempenho do rdio

enlace, dois valores de k: o k mdio e o k mnimo. Como k mdio, que superado em

mais de 50% do tempo de um ano, pode ser utilizado o valor de 4/3 ou outro valor

calculado pelas curvas de refratividade da Recomendao ITU-R P 453-8 (1995). O k

mnimo pode ocorrer, estatisticamente, em 0,1% do tempo, em um ano, conforme

Recomendao P 530-6 (2007).

A aplicao do conceito de raio equivalente obtida, na representao grfica

do perfil do terreno, entre as antenas de transmisso e recepo, em grficos especiais

[14]

36

com raio de curvatura equivalente a 4/3 do raio terrestre. Esse grfico apresenta, no

eixo horizontal, a distncia entre a antena transmissora e receptora e, no eixo vertical,

a altitude em relao ao nvel do mar.

3.3. CALCULO DA ALTURA DAS ANTENAS

Com os dados do perfil do terreno e da localizao dos pontos crticos pontos

de maior altitude que podem provocar obstruo dentro do elipside de Fresnel ,

pode-se calcular a altura das antenas de transmisso e recepo. O mtodo consiste em

arbitrar a altura de uma delas e calcular a altura da outra, obedecendo-se aos critrios

de desobstruo da primeira zona de Fresnel, previamente estabelecidos. A Figura 13

apresenta os principais parmetros utilizados no clculo:

Figura 13: Parmetros para o clculo Onde:

= comprimento de onda em metros;

h = distncia do ponto crtico linha de visada em metros;

r1 = raio do elipside de Fresnel no ponto crtico em metros;

37

Hpc = altitude do ponto crtico em metros;

HA = altitude do ponto A em metros;

HB = altitude do ponto B em metros;

hc = correo da curvatura da terra no ponto crtico em metros;

hA = altura da antena A em metros;

hB = altura da antena B em metros;

d1 = distncia do ponto crtico antena A em quilmetros;

d2 = distncia do ponto crtico antena B em quilmetros;

d = distncia total entre as duas antenas em quilmetros.

( ) ( )

kddhc

ddd

r

dHBhAHAdHBhchHpcdhB

2.1.078478,0

.2.11

1.2

=

=

+++=

A partir do nvel mnimo de sinal exigido pelo receptor faz-se o somatrio das

demais variveis, corrigindo-as sempre que for necessrio.

Equao Geral:

RX = TX + GT Ao + GR PR PC

Onde,

TX Potncia de sada do rdio (dBm);

GT Ganho da antena do transmissor (dBi);

GR Ganho da antena do receptor (dBi);

PR Perda por atenuao no cabo coaxial (dB);

[15]

[16]

[17]

[18]

38

RX Sensibilidade do receptor (dBm);

Ao Atenuao por espao livre (dB);

PC Atenuao por acoplamento 1+1 (Perda no Duplexer, necessrio para

realizar a ligao de dois rdios em apenas uma antena), como demonstra a Figura 14.

Figura 14: Enlace com elipside de Fresnel

Quando necessrio levantar as antenas (colocao de torres) , ento,

utilizado um valor igual para ambos os lados. Desta forma as antenas tero a mesma

altura, porm, no necessariamente a mesma altitude. Contudo, em alguns casos, as

estaes esto suficientemente prximas que torna desnecessria a utilizao de torres.

Por outro lado, quando se utiliza um software (que para este projeto ser o

PathLoss), possvel definir alturas diferentes para os dois lados e obter as diferenas

nos clculos instantaneamente e sem esforos adicionais.

3.4. ATENUAO TOTAL LQUIDA

A atenuao total lquida para um enlace dada por:

39

AT = Ae + Aab + Armf + Aca + Acb + AtTx + AtRx + Atob (GT + GR)

[dB]

Onde:

Ae atenuao no espao livre (dB);

Aab atenuao devido a absoro na atmosfera (dB);

Armf atenuao total no circuito de ramificao nos lados TX e RX (dB);

Aca atenuao no guia de onda/cabo de RF da estao A (dB);

Acb atenuao no guia de onda/cabo de RF da estao B (dB);

AtTx valor da atenuao no lado do Transmissor (dB);

AtRx - valor da atenuao no lado do Receptor (dB);

Atob valor da perda por obstruo (dB);

GT + GR ganhos das antenas de transmisso e recepo (dBi).

4. DIMENSIONAMENTO TERICO DE RADIO ENLACE EM VISIBILIDADE

Para a realizao do estudo terico so consideradas as frmulas acima e cartas

nomogrficas como a mostrada abaixo. O resultado obtido ao utiliz-las aproximado e por

isso s deve ser utilizado em condies extremas, pois poder afetar o planejamento

operacional desejado e esperado para o enlace. A Figura 15 mostra um exemplo de carta

nomogrfica utilizada para clculos de viabilidade de Rdio Enlace.

[19]

40

Figura 15: Carta Nomogrfica

A carta mostrada acima (Figura 15) feita para auxiliar no clculo do raio da zona de

Fresnel, possibilitando o clculo da altura das antenas com base nos valores percentuais deste

raio que deve estar livre ao longo do percurso, logo, sua utilizao se dar da seguinte forma:

A) Quando o maior obstculo est longe das duas estaes:

1) Marca-se sobre as escalas (2) e (4) as distncias d1 e d2 (distncias entre o

ponto considerado s duas extremidades do enlace). Juntar os dois pontos e

marcar a interseco na escala (3);

2) Marcar na escala (1) o comprimento total D (distncia total do enlace), juntar

com o ponto marcado na escala (3) e marcar a interseco da escala (5);

41

3) Juntar este ltimo ponto com a freqncia de operao do enlace, escala (7) e

ler o raio de Fresnel na escala (8).

B) Quando o obstculo est muito mais prximo de uma das estaes:

1) Juntar a freqncia de operao do enlace, escala (7), distncia d1, do

obstculo at a estao mais prxima dele, escala (9) e ler o raio de Fresnel

na escala (8).

C) Determinado o valor do raio de Fresnel em alguns pontos do enlace, traar sobre o

perfil do enlace o elipside de Fresnel e verificar se est livre de obstruo.

Todos os mtodos utilizando as cartas nomogrficas so aproximaes dos clculos

analticos e devem ser tomados com precaues para no resultar em medidas errneas ou

desnecessrias na prtica.

Para que o PathLoss possa traar o perfil certo de cada enlace ele utiliza cartas

topogrficas geradas e distribudas pela NASA. Aps a insero da latitude e longitude dos

dois lados do enlace o software esboa o perfil exato do terreno.

Assim como qualquer outra ferramenta atual para estudo de viabilidade, o software

no pode prever construes e outros obstculos que podem interferir no desempenho dele.

Por este motivo, recomendada a visita ao local antes de prosseguir com os estudos.

Entretanto, em muitos casos esta visita representa um custo adicional e indesejado, portanto,

deve ser evitada sempre que possvel.

42

Para evitar este custo utilizado o Google Earth. Assim o local pode ser visualizado

rapidamente e sem grandes despesas. Contudo, as imagens no esto sempre atualizadas e

podem gerar uma margem de erro maior em cada enlace.

Este ainda um problema carente de uma soluo mais barata, rpida e precisa. Logo,

a deciso de realizar ou no a visita, aps esta srie de precaues feita de maneira

subjetiva, contando com a experincia dos profissionais responsveis pelo estudo.

Aps a determinao do perfil do enlace necessria a incluso dos dados tcnicos

dos equipamentos que sero utilizados em ambos os sites (potncia, sensibilidade, freqncia

de operao, dentre outros).

O software, ento, analisa os critrios de desobstruo do elipside de Fresnel, na qual

se verifica o raio da seo reta circular da primeira zona de Fresnel, no ponto crtico do

enlace; faz os clculos necessrios para a viabilidade do enlace com base nas informaes

acrescentadas e gera um relatrio com os resultados obtidos.

Verifica-se ento, a margem de operao do sistema (na Digitel deve ser maior ou

igual a 30 dB) e o tempo de indisponibilidade anual.

Antes de ser liberado, recomendado o estudo de interferncia, por outros enlaces que

podem existir prximos ao local onde esse ser instalado ou mesmo por outras fontes de rudo

que podem existir na regio (como estradas e cidades).

Este estudo no ser abordado neste projeto, porm, ele sempre realizado e pode ser

feito pelo prprio software PathLoss. Para isto descarregada uma lista com todos os enlaces

que foram registrados na faixa de freqncia de operao solicitada para a regio escolhida,

diretamente do site da ANATEL.

43

Assim que as informaes so passadas para a operadora (neste caso para a Oi) e o

enlace liberado para instalao a Digitel tambm se encarrega de fazer o registro de cada

enlace instalado junto ANATEL.

5. DIMENSIONAMENTO USANDO SOFTWARE COMERCIAL

Ser dimensionado um enlace de rdio digital, buscando atender as necessidades do

cliente Operadora Oi , no Estado da Paraba, para posterior implantao em campo.

Para iniciar o projeto, foram necessrias algumas informaes importantes, obtidas

com os clientes, sobre a localizao e infra-estrutura disponibilizada para os equipamentos.

Essas coordenadas geogrficas, assim como as alturas de torres a serem utilizadas, so dados

essenciais. Alm dessas informaes, o cliente deve, tambm, informar a taxa de transmisso

necessria, geralmente definida em quantidade de E1s (Taxas de transmisso padronizadas

pelo ITU-R de 2.048 Mbps), a freqncia de operao e o tipo de diversidade (proteo).

De posse dessas informaes e com o auxlio do software PathLoss, inicia-se a anlise

de viabilidade do enlace, verificando-se, primeiramente, se os critrios de desobstruo da

primeira zona de Fresnel so atendidos.

Aps a comprovao do critrio de desobstruo do elipside Fresnel, devem-se

verificar todas as perdas (atenuaes) naturais do enlace. Nessa fase, sero analisadas a

atenuao de espao livre e a atenuao por absoro.

Logo, avaliam-se as especificaes tcnicas dos equipamentos e materiais disponveis

para definir a melhor soluo. Devem-se levar em considerao, tambm, todos os resultados

obtidos anteriormente, buscando atender o nvel mnimo de sinal exigido pelo receptor.

44

Na Figura 25, abaixo, pode ser observado o fluxo de trabalho em um

dimensionamento de Rdio Enlace:

Figura 16: Fluxograma do dimensionamento de um rdio enlace pelo PathLoss

5.1. DIGITEL S/A

A Digitel desenvolve, fabrica, comercializa e suporta uma ampla linha

de produtos para comunicao de dados, voz e imagem, utilizando o que h de

Implantao do enlace em condies reais de propagao.

Anlise dos resultados tericos e prticos

Definio dos equipamentos e materiais a serem utilizados

Coleta de informaes do cliente: coordenadas geogrficas, alturas de

torres, taxa de transmisso, frequncia de operao e tipo de diversidade

Verificao dos critrios de desobstruo do elipsoide de Fresnel

Verificao das perdas naturais do enlace: atenuao de espao livre e

por absoro

45

mais avanado em termos de tecnologia e qualidade. Tem como principais

clientes operadoras de telefonia, companhias de energia eltrica e rgos

pblicos.

Por meio do domnio das principais tecnologias de acesso e com uma

equipe de Pesquisa e Desenvolvimento voltada para o contnuo

aperfeioamento de seus produtos, a Digitel busca agregar valor a seus clientes,

tornando-os mais competitivos em seus negcios.

Atualmente, seu principal cliente a Operadora Oi com a qual possui

um contrato para fornecimento e instalao de rdios PDH, a nvel Brasil.

No prximo captulo sero apresentados os clculos tericos analticos,

via software e medidos em campo de 5 enlaces instalados para a operadora Oi.

6. ESTUDO DE CINCO RDIO-ENLACES INSTALADOS PARA A OPERADORA OI

6.1. ENLACE BARANA-CUIT

Dados Tcnicos dos Equipamentos, apresentados nas Tabelas 4, 5 e 6:

Rdio ClearWave 8,5 GHz 16E1 1+1 Potncia de transmisso 22 dBm Tolerncia +/- 3 dB Limiar de recepo -78 dBm Mximo sinal de entrada (saturao) -25 dBm

Antenas Brasilsat Modelo Dimetro Ganho Tolerncia ADS77-12 1,2 m 37,6 dBi +/- 0,5 dBi ADS77-18 1,8 m 41,1 dBi +/- 0,5 dBi

46

Perdas do sistema de derivao Acoplamento ODU 1+1 3 dB Conectores 0,25 dB Guia de Onda 0,25 dB

Tabela 4, Tabela 5 e Tabela 6: Dados tcnicos

Dados Tcnicos do Enlace, mostrados na Tabela 7:

Estao: Barana Estao: Cuit Especificao do equipamento: Rdio 8500 MHz 16E1 1+1

Latitude: 06 38 35.20 S Latitude: 06 29 11.80 S Longitude: 036 15 16.10 W Longitude: 036 09 22.70 W Altura da antena: 21 metros Altura da antena: 47 metros Localidade: Barana - Paraba Localidade: Cuit - Paraba Tabela 7: Dados do Enlace

Clculos e resultados:

mdfDDRm 85,3

43,20.850043,0.20

.547.

2.1.547 ===

Rm = 3,85m

Onde:

D1 =20 km distncia da estao Barana at o ponto crtico do enlace

D2 = 0,43 km distncia da estao Cuit at o ponto crtico do enlace

f = 8500 MHz freqncia de operao do enlace

d = 20,43 km distncia total do enlace

De acordo com os resultados obtidos, verifica-se que o enlace possui liberao

de 100% da primeira zona do elipside de Fresnel para k mdio; portanto, pode-se

afirmar que o mesmo no sofrer difrao devido a obstculos (atenuao).

O prximo passo consiste em calcular todas as atenuaes naturais do enlace.

Verificam-se as atenuaes de espao livre e de absoro, respectivamente.

Obtm-se ento a atenuao de espao livre:

Ao (dB) = 32,4 + 20.log (f) + 20.log (d) = 137,26 dB

[20]

[21]

47

onde:

f = 8500 MHz

d = 20,43 km

Logo, calcula-se a atenuao devido absoro:

( ) dBxxdowoAab 23,043,20).1058,41073,6(. 33 =+=+=

onde:

kmdokmdBxwkmdBxo

43,20/1058,4/1073,6

3

3

=

=

=

Valores de atenuao do ar e do vapor de gua obtidos ao substituir os dados

na equao [11].

Considerando as informaes tcnicas dos equipamentos utilizados, chega-se

aos resultados pretendidos:

Potncia do sinal recebido (RX) ser igual soma:

RX = TX + GT + GR Aab Ao PR PC

Onde,

RX Potncia Recebida;

TX Potncia Transmitida;

GT Ganho da Antena Transmissora;

GR Ganho da Antena Receptora;

Aab Atenuao por absoro;

Ao Atenuao em Espao Livre;

PR Atenuao nos cabos coaxiais;

PC Perdas de conexo 1+1.

[22]

[23]

48

Logo,

RX = 22 + 37,6 + 41,1 0,23 137,26 1 3

Portanto,

RX = 40,79 dBm [dentro dos valores exeqveis pelos equipamentos]

A seguir, so apresentadas as informaes disponibilizadas pelo cliente

para realizao deste projeto, Tabela 8:

Estao: Barana Estao: Cuit Especificao do equipamento: Rdio 8500 MHz 16E1 1+1

Latitude: 06 38 35.20 S Latitude: 06 29 11.80 S Longitude: 036 15 16.10 W Longitude: 036 09 22.70 W Altura da antena: 21 metros Altura da antena: 47 metros Localidade: Barana - Paraba Localidade: Cuit - Paraba

Tabela 8: Dados de Projeto

Estao: Barana Estao: Cuit

Figura 17 e Figura 18: IMAGENS DAS TORRES E INFORMAES DISPONIBILIZADAS PELO CLIENTE

As Figuras 16 e 17 mostram as torres onde foram instaladas as antenas

do enlace em questo.

[24]

49

Deve-se registrar, no software PathLoss, as coordenadas geogrficas, as

alturas de antenas e a frequncia de operao do enlace.

O software PathLoss utiliza, como base topogrfica, imagens de alta

resoluo capturadas pelos satlites da NASA e, com base nessas imagens,

apresenta seus primeiros resultados:

a) ngulo de azimute (graus);

b) distncia total do enlace (km);

c) elevao do terreno (m);

d) traado da linha de visada;

e) traado do elipsoide de Fresnel.

Abaixo (Figura 18) segue a imagem da interface de insero de dados

iniciais do PathLoss, j com as informaes do enlace postadas.

Figura 19: Imagem da tela do software PathLoss em que as informaes disponibilizadas pelo cliente so registradas. Nessa tela, so apresentados o ngulo de azimute, a distncia

do enlace e a elevao do terreno

50

Aps a insero desses dados no software possvel buscar o perfil do

terreno entre os dois pontos do enlace. O PathLoss faz esta procura e carrega o

perfil correto segundo as cartas fornecidas pela Agncia Espacial Americana

(NASA). Neste perfil podem ser visualisados todos os pontos de declive e

aclive, bem como seus mximos e mnimos, mostrando onde eles ocorrem e

permitindo uma pr-avaliao do enlace. Caso esteja visualmente muito

obstrudo no h a necessidade de progredir com os estudos, afirmando a

inviabilidade deste.

Abaixo (Figura 19) segue o perfil selecionado pelo PathLoss para o enlace em estudo:

Figura 20: Perfil do enlace para k mdio gerado pelo PathLoss com base nas imagens topogrficas da NASA.

51

importante observar que neste perfil no so expostas edificaes e

arvoredos que possam existir no local. Para minimizar os riscos pode ser feito

uma visualizao pelo Google Earth das coordenadas indicadas. Porm, ainda

h problemas quanto ao crescimento de civilizao em torno do enlace ou

mesmo arvores de grande porte, ocasionando a obstruo parcial ou total da

visada.

Abaixo segue a visualizao deste enlace pelo Google Earth, Figura 20:

Figura 21: Imagem do Google Earth

De acordo com a necessidade do cliente e condies do enlace,

verificam-se as especificaes tcnicas dos equipamentos e materiais a serem

utilizados para seu o atendimento.

necessrio, tambm, incluir uma margem de desvanecimento e

tambm para os sinais interferentes, prximos banda de frequncias utilizada

pelo enlace. Para a transmisso de dados e voz, o fabricante recomenda

trabalhar com uma margem de, aproximadamente, 30dB.

Por fim, o PathLoss gera o relatrio final (report), apresentando todos

os resultados do clculo de dimensionamento, verificando-se, assim, a

viabilidade do enlace.

Abaixo segue a imagem deste relatrio, Tabela 9:

52

Tabela 9: Resultados apresentados pelo software PathLoss

Analisando os resultados apresentados, verifica-se que o enlace atende

o limiar de recepo (-44,79 dBm) com uma margem de desvanecimento de

33,21 dBm. Com a confirmao da viabilidade do enlace apresentado pelo

PathLoss, d-se incio implantao do enlace em condies reais de

propagao.

6.2. ENLACE AROEIRAS- UMBUZEIRO

Dados Tcnicos dos Equipamentos, Tabelas 10, 11 e 12:

53


Antenas Brasilsat Modelo Dimetro Ganho Tolerncia ADS 77-12 1,2 m 37,6 dBi +/- 0,5 dBi ADS 77-18 1,8 m 41,1 dBi +/- 0,5 dBi


Tabela 10, Tabela 11 e Tabela 12: Dados Tcnicos

Dados Tcnicos do Enlace, Tabela 13:

Estao: AROEIRAS Estao: UMBUZEIRO Especificao do equipamento: Rdio 8500 MHz 16E1 1+1

Latitude: 07 31' 10.01" S Latitude: 07 41' 46.49" S Longitude: 35 41' 11.99" W Longitude: 35 40' 50.91" W Altura da antena: 25 metros Altura da antena: 59 metros Localidade: Aroeiras - Paraba Localidade: Umbuzeiro - Paraba

Tabela 13: Dados do Enlace


mdfDDRm 09,13

53,19.850033,9.2,10

.547.

2.1.547 ===

Rm = 13,09 m

Onde:

D1 =10,2 km distncia da estao Aroeiras at o ponto crtico do enlace

D2 = 0,43 km distncia da estao Umbuzeiro at o ponto crtico do enlace


[20]

54








Ao (dB) = 32,4 + 20.log (f) + 20.log (d) = 136,80 dB

onde:

f = 8500 MHz

d = 19,53 km


( ) dBxxdowoAab 22,053,19).1058,41073,6(. 33 =+=+= onde:

kmdokmdBxwkmdBxo

53,19/1058,4/1073,6

3

3

=

=

=


na equao [11].





Onde,



[21]

[22]

[23]

55







Logo,

RX = 22 + 37,6 + 41,1 0,22 136,80 1 3

Portanto,


Abaixo segue o perfil selecionado pelo PathLoss para o enlace em estudo, Figura 21:

Figura 22: Perfil do Enlace

[24]

56

Abaixo (Tabela 14) segue a imagem do relatrio gerado pelo PathLoss

aps a insero dos dados no software:

Tabela 14: Clculos do Dimensionamento por meio do PathLoss




57


propagao.

6.3. ENLACE GADO BRAVO-UMBUZEIRO





Tabela 15, Tabela 16 e Tabela 17: Dados Tcnicos dos Equipamentos


Estao: GADO BRAVO Estao: UMBUZEIRO Especificao do equipamento: Rdio 8500 MHz 16E1 1+1

Latitude: 07 34' 58.07" S Latitude: 07 41' 46.49" S Longitude: 35 47' 42.05" W Longitude: 35 40' 50.91" W Altura da antena: 24 metros Altura da antena: 51 metros Localidade: Gado Bravo - Paraba Localidade: Umbuzeiro - Paraba

Tabela 18: Dados Tcnicos do Enlace


mdfDDRm 54,7

78,17.850098,15.8,1

.547.

2.1.547 === [20]

58

Rm = 7,54 m

Onde:

D1 =1,8 km distncia da estao Gado Bravo at o ponto crtico do enlace

D2 = 15,98 km distncia da estao Umbuzeiro at o ponto crtico do enlace









Ao (dB) = 32,4 + 20.log (f) + 20.log (d) = 135,98 dB

onde:

f = 8500 MHz

d = 17,78 km


( ) dBxxdowoAab 20,078,17).1058,41073,6(. 33 =+=+= onde:

kmdokmdBxwkmdBxo

78,17/1058,4/1073,6

3

3

=

=

=

[21]

[22]

59


na equao [11].





Onde,









Logo,

RX = 22 + 37,6 + 37,6 0,20 135,98 1 3

Portanto,


Abaixo segue o perfil selecionado pelo PathLoss para o enlace em estudo, como mostra a Figura 22:

[23]

[24]

60




61

Tabela 19: Dimensionamento por meio do PathLoss




62


propagao.

6.4. ENLACE SO JOS DE PRINCESA-LAGOA DA CRUZ





Tabela 20, Tabela 21 e Tabela 22: Dados Tcnicos do Equipamento


Estao: S. J. DE PRINCESA Estao: LAGOA DA CRUZ Especificao do equipamento: Rdio 8500 MHz 16E1 1+1

Latitude: 07 43' 54.00" S Latitude: 07 42' 49.63" S Longitude: 38 05' 29.00" W Longitude: 37 55' 17.15" W Altura da antena: 40 metros Altura da antena: 25 metros Localidade: S. J. De Princesa - PB Localidade: Lagoa da Cruz - PB



63

mdfDDRm 77,5

85,18.85001.85,17

.547.

2.1.547 ===

Rm = 5,77 m

Onde:

D1 =17,85 km distncia da estao S. J. De Princesa at o ponto crtico do

enlace;

D2 = 15,98 km distncia da estao Lagoa da Cruz at o ponto crtico do

enlace;

f = 8500 MHz freqncia de operao do enlace;

d = 18,85 km distncia total do enlace.







Ao (dB) = 32,4 + 20.log (f) + 20.log (d) = 136,5 dB

onde:

f = 8500 MHz

d = 18,85 km


( ) dBxxdowoAab 21,085,18).1058,41073,6(. 33 =+=+=

[20]

[21]

[22]

64

onde:

kmdokmdBxwkmdBxo

85,18/1058,4/1073,6

3

3

=

=

=


na equao [11].





Onde,









Logo,

RX = 22 + 41,1 + 37,6 0,21 136,5 1 3

Portanto,


[23]

[24]

65





66


67





propagao.

6.5. ENLACE LEME DO PRADO-BERILO





Tabela 25, Tabela 26 e Tabela 27: Dados Tcnicos do Equipamento


Estao: LEME DO PRADO Estao: BERILO Especificao do equipamento: Rdio 8500 MHz 16E1 1+1

Latitude: 17 02' 33.00" S Latitude: 17 00' 43.893" S Longitude: 42 42' 37.99" W Longitude: 42 29' 42.09" W Altura da antena: 20 metros Altura da antena: 32 metros Localidade: Leme do Prado - MG Localidade: Berilo - MG


68


mdfDDRm 58,12

24.850018.6

.547.

2.1.547 ===

Rm = 12,58 m

Onde:

D1 =6 km distncia da estao Leme do Prado at o ponto crtico do

enlace;

D2 = 18 km distncia da estao Berilo at o ponto crtico do enlace;

f = 8500 MHz freqncia de operao do enlace;

d = 24 km distncia total do enlace.







Ao (dB) = 32,4 + 20.log (f) + 20.log (d) = 138,59 dB

onde:

f = 8500 MHz

d = 24 km


( ) dBxxdowoAab 27,024).1058,41073,6(. 33 =+=+=

[20]

[21]

[22]

69

onde:

kmdokmdBxwkmdBxo

24/1058,4/1073,6

3

3

=

=

=


na equao [11].





Onde,









Logo,

RX = 22 + 41,1 + 37,6 0,27 138,59 1 3

Portanto,


[23]

[24]

70





71






propagao.

72

7. RESULTADOS EXPERIMENTAIS MEDIDOS

Em seguida, Figura 26, apresentado o mapa com a localizao da regio no estado da

Paraba onde o enlace Barana Cuiet foi ativado:

Figura 26: Mapa de localizao das estaes

Ento so apresentadas imagens dos equipamentos instalados em campo: antenas,

rdios (unidades outdoor - ODU e indoor - IDU), cabos e acoplamentos neste enlace.

73

Figura 27 e Figura 28: Imagens da implantao do enlace Barana

Figura 29 e Figura 30: Imagens da implantao do enlace Cuite

Nas Figuras 29 e 30 so apresentadas imagens de onde e como os equipamentos foram

instalados, assim como a linha de visada entre as estaes.

Concluda a instalao dos equipamentos, parte-se para a etapa do processo: o

alinhamento do enlace.

ODU

Antena Acoplamento

Linha de visada

IDU

74

Nessa etapa, verificam-se os resultados apresentados pelo software, ou seja, ajusta-se

o ngulo de azimute at obter o nvel de recepo apresentado pelo projeto. Devido

tolerncia dos equipamentos, o nvel de recepo pode apresentar pequenas variaes.

O nvel de sinal recebido pode ser obtido atravs do prprio rdio que permite a

consulta via console, conectando-o a um laptop. Abaixo, so apresentadas as leituras

realizadas nos equipamentos que comprovam os nveis de recepo obtidos em campo. So

apresentadas duas leituras por estao, pois o enlace apresenta diversidade em freqncia, ou

seja, utiliza dois transmissores por ponta.

A diversidade em freqncia a capacidade de ter redundncia da transmisso das

informaes. Significa que h dois equipamentos por estao transmitindo sinais em

diferentes canais de freqncia, permitindo, desta forma, que no ocora perda de sinal caso

um dos lados do enlace fique fora de operao, pois o outro equipamento seguir

transmitindo.

Este tipo de soluo muito empregada para capacidades de transmisso acima de 4

E1s. Como este enlace possui uma transmisso de 16E1s j era de se esperar algum tipo de

proteo contra perdas (redundncia). Alm disto, a diversidade de frequencias pode

compensar as perdas, e tambem o desvanecimento.

Seguem as leituras dos rdios em Barana, Figuras 31 e 32:

75

Figura 31 e Figura 32: Leitura apresentada nos receptores instalados na estao Barana (rdio principal RSSI RF = -47dBm / rdio backup RSSI RF = -48dBm)

Este sistema de proteo tambm conhecido como 1 + 1 heterofreqncial. Onde um

dos rdios ir operar como principal e o outro como backup. Desta forma as informaes

so transmitidas de forma redundante, mas sem causar sobreposio de dados no destino.

Logo abaixo seguem as leituras dos rdios em Cuit, Figuras 33 e 34:

76

Figura 33 e Figura 34: Leitura apresentada nos receptores instalados na estao Cuit (rdio principal RSSI RF = -47dBm/rdio backup RSSI RF = -46dBm)

8. COMPARAES ENTRE OS RESULTASDOS OBTIDOS

A partir das anlises feitas realizada a comparao dos resultados dos estudos

tericos analticos com os estudos calculados via software e ainda com os valores medidos em

campo. Faz-se, ento, um comparativo desses resultados apresentados nas Tabelas 30, 31, 32,

33 e 34:

Nvel de recepo Resultado (dBm) PathLoss -44,79 Terico - Calculado -40,79 Medido em Barana Link principal -47 Medido em Cuit - Link principal -47

Tabela 30: Nvel de sinal recebido calculado pelo PathLoss e medido em campo

Nvel de recepo Resultado (dBm) PathLoss -44,40

77

Terico - Calculado -40,32 Medido em Aroeiras Link principal -47 Medido em Umbuzeiro - Link principal -47


Nvel de recepo Resultado (dBm) PathLoss -47,05 Terico - Calculado -42,92 Medido em Gado Bravo Link principal -49 Medido em Umbuzeiro - Link principal -49


Nvel de recepo Resultado (dBm) PathLoss -44,07 Terico - Calculado -40,01 Medido em S. J. de Princesa Link principal -44 Medido em Lagoa da Cruz - Link principal -44


Nvel de recepo Resultado (dBm) PathLoss -46,23 Terico - Calculado -42,16 Medido em Leme do Prado Link principal -46 Medido em Berilo - Link principal -46


Como se verifica, os resultados calculados pelo software atendem as expectativas,

levando-se em conta a tolerncia dos rdios e antenas utilizados, apesar das diferenas

encontradas.

Os resultados tericos tambm garantiram, ainda que tenha discrepncia com os

obtidos pelo PathLoss e identificados em campo. Porm, os resultados via software so bem

mais precisos. Nos dias atuais quanto mais precisos e exatos forem os valores calculados com

aqueles obtidos na prtica melhor para a empresa. Pois a concorrncia neste setor vem

aumentando gradativamente, exigindo das empresas uma resposta rpida e segura.

78

Os gastos para se obter o software e a licena necessrios para a realizao desses

estudos totalizam 50 mil reais, aproximadamente.

Alm disto, se faz necessria uma mo-de-obra especializada e eficaz para

desenvolver um nmero satisfatrio de estudos dirios. Este M-D-O representa um custo de

aproximadamente 5 mil reais por ms. Alm desses gastos, existem equipamentos bsicos

para a realizao desse processo, como computador, internet, espao fsico e etc. Podem-se

estimar esses gastos em aproximadamente 5 mil reais (dado o exemplo desenvolvido na

prpria Digitel).

Ou seja, todos os custos para iniciar a operao com o software somam 55 mil reais,

alm dos 5 mil fixos mensais devido ao operador do PathLoss.

Em contra partida, um operador desses com alguns meses de dedicao e experincia

pode realizar mais de 20 estudos dirios.

Cada estudo pode fornecer at 3 mil reais de receita, podendo este valor sofrer grandes

variaes. Contudo em apenas 1 dia de operao a empresa pode faturar at 60 mil reais.

Todo este processo via software pode ser viabilizado, como foi apresentado acima,

desde que exista uma demanda de estudos mnima igual a 2 ou 3 enlaces por semana.

Confrontando com a realidade dos estudos tericos, o PathLoss no apresenta

desvantagem nenhuma. Pois mais acurado e mantm uma preciso que nenhum recurso

humano poderia obter e se mostra muito mais rentvel, uma vez que um analista experiente

pode conseguir calcular at 5 enlaces por dia, no mximo. A receita desses estudos tambm

no pode ultrapassar o valor de 3 mil reais por enlace, pois este o valor ditado pelo mercado.

Logo, ficam claras as vantagens de se realizar um estudo via software, porm, para

uma demanda pequena, abaixo de 2 ou 3 enlaces por semana, a opo por estudos tericos se

apresenta como a melhor soluo.

79

9. COMENTARIOS, CONCLUSOES E SUGESTOES PARA OS PROXIMOS

TRABALHOS

A partir desse trabalho de diplomao, foi concluda a importncia que as redes de

telecomunicaes que utilizam sistemas de transmisso wireless representam para as

operadoras e para a sociedade em geral.

O avano no desenvolvimento de novos equipamentos mais robustos, eficientes e

inteligentes faz com que a ANATEL possa exigir metas rigorosas das operadoras,

proporcionando benefcios para grande parte da populao, principalmente aos povos mais

distantes, em locais de difcil acesso.

Por outro lado, h ondas eletromagnticas em excesso percorrendo nossa atmosfera,

assim como nossos corpos e mentes. Muitos danos causados pelo acmulo de OEM no espao

atmosfrico j foram apresentados a sociedade em alerta para que seja criada uma

regulamentao prevendo um avano ainda maior por esses fenmenos.

possvel abstrair, tambm, de todos os resultados obtidos que, para uma empresa

como a Digitel, cuja demanda por estudos de viabilidade ultrapassam facilmente 10 enlaces

por semana, via software, como o PathLoss, adotado pela empresa h aproximadamente 2

anos.

Contudo, empresas pequenas, normalmente familiares, com uma demanda baixa por

estudos devem se ater ao recurso analtico e terico para um melhor custo-benefcio.

80

10. REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] BEAN, B.R.; DUTTON, E.J. Radio meteorology. US: Department of Commerce National Bureau of Standards Monograph, 1966.

[2] BEZERRA FILHO, Francisco. Modulao, transmisso e propagao das ondas de rdio. So Paulo: rica, 1980.

[3] CRANE, Robert K. Propagation handbook for wireless communication sstem design. Florida: CRS Press, 2003.

[4] RECOMMENDATION ITU-R P. 453-8. The radio refractive index: its formula and refractivity data. Geneva. 1995.

[5] RECOMMENDATION ITU-R P. 530-6. Propagation data and prediction methods required for the design of terrestrial line-of-sight systems. Geneva. 2007.

[6] RECOMMENDATION ITU-R P. 676-3. Attenuation by atmospheric gases. Geneva. 1995.

[7] SIZUN, H. Radio Wave propagation for telecommunication applications. Belfort: Springer, 2003.

[8] SIWIAK, Kazimierz. Radiowave propagation and antennas for personal communications. Boston: Artech House, 1998.

[9] TSM ANTENAS. Antenas e sistemas de rdio-enlace. Disponvel em: . Acesso em: 1 jan. 2010.

[10] FELICE, FERNANDO. Dissertao Mestrado, anlise do desempenho de enlaces ponto--ponto utilizando a faixa de freqncia no licenciada de 2,4 GHz em tecnologia Spread Spectrum

[11] LIMONGI, FBIO. Projeto de Diplomao, Dimensionamento de Rdio Enlace.

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