Interferências de Parques Eólicos Sobre a Transmissão de ... · o aparecimento de uma imagem fantasma originada pelo multipercurso e uma variação vertical cíclica do brilho

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Interferências de Parques Eólicos Sobrea Transmissão de TV Analógica e

Digital

João Pedro Serra Maia

Mestrado Integrado em Engenharia Electrotecnica e Computadores - Telecomunicações

Orientador: Professor Doutor Mário Jorge Moreira Leitão

Julho de 2009

c© João Maia, 2009

Resumo

Este documento pretende estudar e comprovar a interferência criada pelos parques eólicossobre a difusão de televisão analógica e digital com medidas de campo.

Sabe-se por diversas publicações e testes de campo já realizados no passado, que os aeroger-adores criam interferência na televisão analógica. Com a introdução da televisão digital em todo opaís é importante avaliar se o mesmo ocorre para a televisão digital. Com este trabalho pretende-seatravés do uso do mesmo modelo de cálculo de interferência aplicado no sinal analógico, rela-cionar a interferência no sistema digital com a taxa de erros e consequentemente inferir o efeitona qualidade recebida do sinal de televisão.

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Abstract

This document intends to study the interference created by wind farms on the diffusion ofanalog and digital television and to prove this though measurements in the field.

It’s known through tests carried out in the past, that wind turbines create interference in analogtelevision. With the introduction of digital television in all the country it’s important to calculateif the same occurs for digital television. With this work we intend, through the use of the samemodel of calculation of interference applied to analog signal, to associate this interference in thedigital system to its error ratio.

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Agradecimentos

À Ana Isabel por toda a paciência, compreensão e apoio na realização desta dissertação

Ao meu orientador Professor Doutor Mário Jorge Moreira Leitão pelo tempo disponibilizado

À minha família que sempre me incentivou a tirar este curso que agora finalizo

A todos aqueles com quem me cruzei e com quem trabalhei ao longo destes 5 anos de curso

O Autor

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“Continuance is power/strength”.”Don’t give up. Just continuing to hold on will yield/reveal strength and power. Continuing on

after a setback is its own kind of strength. Perseverance is power.”

Provérbio japonês

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Conteúdo

1 Introdução 11.1 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Caracterização do sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Parques Eólicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2 Televisão Analógica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.3 Televisão Digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Sistema de televisão 52.1 Recomendações da UIT no sistema analógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.1 Recomendação BT 417-5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.2 Recomendação BT 805 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1.3 Recomendação BT 654 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2 Origem das interferências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.1 Reflexão pelas pás dos aerogeradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.2 Efeito da difracção e zona de “sombra” . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Norma europeia DVB terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3.1 Robustez do sistema DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.3.2 COFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4 Organização da transmissão de televisão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.5 Recepção de televisão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.6 Obrigações a cumprir na prestação do serviço TDT . . . . . . . . . . . . . . . . 202.7 Conclusões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3 Modelos de Interferência 233.1 Objectivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Estado da arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2.1 Modelo de Spera – Sengupta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2.2 Ferramenta da BBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3 Testes práticos no sistema analógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.4 Ferramentas de apoio - Radio Mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4 Estudo de um caso real 314.1 Locais de estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.1.1 Parque Eólico de Alturas do Barroso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.2 Mapas de cobertura de televisão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.3 Mapas de interferência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.4 Capacidade do receptor em protecção contra ecos . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.4.1 Interferência Estática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

ix

x CONTEÚDO

4.4.2 Interferência dinâmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.5 Medições efectuadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

5 Conclusões e Trabalho Futuro 455.1 Satisfação dos Objectivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.2 Trabalho Futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Referências 47

A 49A.1 Imagens de perfil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Lista de Figuras

1.1 Aerogerador do tipo HAWT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Aerogerador do tipo VAWT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.1 Configuração típica de interferência criada por Aerogeradores . . . . . . . . . . 72.2 Exemplificação da ocorrência de "ghosting" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3 Zona de sombra criada por um edifício . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4 Representação esquemática do envio de televisão digital . . . . . . . . . . . . . 102.5 Organização dos pacotes RS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.6 Ilustração de entrelaçamento de dados com existência de rajada de erros . . . . . 112.7 Rlação taxa de erros vs portadora/ruído para os dois fluxos de dados no modo

hierárquico[1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.8 Constelação hierárquica em DVB-T [2]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.9 Ilustração de uma situação típica onde pode ocorrer multipercurso . . . . . . . . 142.10 Representação da imagem com artefactos quando a descodificação não é possível

[3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.11 Exemplificação das sub-portadoras na relação frequência vs tempo . . . . . . . . 152.12 Distribuição das portadoras em função do tempo e frequência com inclusão do

intervalo de guarda [2]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.13 Inclusão de sinais de sincronismo e TPS [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.14 Organização do mercado britânico de televisão digital terrestre [4]. . . . . . . . . 172.15 Recepção de dois sinal provenientes de difracções diferentes [3]. . . . . . . . . . 182.16 Apresentação de uma antena Yagi comum usada na recepção de televisão para a

VHF3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.17 Apresentação de uma antena Yagi comum usada na recepção de televisão para UHF 192.18 Imagem comparativa do ganho das diversas antenas para a banda UHF obtida em

[5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.19 Antena DAT 45 Digital usada nos testes efectuados [6]. . . . . . . . . . . . . . . 202.20 Diagrama de radiação da antena DAT 45 [6]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1 Ilustração de uma ocorrência comum de interferência. . . . . . . . . . . . . . . . 243.2 Relação Índice de modulação vs variação do sinal modulado [7]. . . . . . . . . . 263.3 Probabilidade do desvio entre espalhamento observado e idealizado [7]. . . . . . 273.4 Representação de chegada de ecos ao receptor [8]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.5 Atribuição de cores por parte do Radio Mobile no mapa de cobertura [9]. . . . . 293.6 Indicação da gama de cores e da escala de interferência utilizada [9]. . . . . . . . 30

4.1 Perfil do terreno entre o emissor e a torre eólica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.2 Perfil do terreno entre a torre eólica e o receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.3 Perfil do terreno ao longo da sua extensão entre o difusor e o receptor . . . . . . 32

xi

xii LISTA DE FIGURAS

4.4 Apresentação da área em estudo com os intervenientes no sistema . . . . . . . . 324.5 Imagem representativa dos possíveis locais de teste com apresentação da cobertura

da área para a rede digital a 200 W de emissão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.6 Imagem representativa dos locais onde se realizaram as medições . . . . . . . . . 344.7 Mapa de cobertura para a rede R2 com uma potência de emissão de 40 KW. . . . 354.8 Mapa de cobertura para a rede R0 com uma potência de emissão de 200 W. . . . 354.9 Mapa de interferência para a rede R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.10 Mapa de interferência para a rede R0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.11 Exemplificação da ocorrência de ecos e os seus atrasos . . . . . . . . . . . . . . 384.12 Rotação da constelação em 7 graus em relação à esperada . . . . . . . . . . . . . 394.13 Auto ajuste final do receptor à constelação recebida . . . . . . . . . . . . . . . . 394.14 Quantidade de C/N degradada em relação ao índice de modulação . . . . . . . . 394.15 Valor de C/N em relação ao índice de modulação . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.16 Ilustração do ângulo α entre aerogerador e raio directo. . . . . . . . . . . . . . . 43

A.1 representação do perfil do terreno entre o emissor e o ponto 1 . . . . . . . . . . . 49A.2 representação do perfil do terreno entre o emissor e o ponto 2 . . . . . . . . . . . 50A.3 representação do perfil do terreno entre o emissor e o ponto 3 . . . . . . . . . . . 50A.4 representação do perfil do terreno de acordo com o mapa orográfico do emissor

ate ao ponto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Lista de Tabelas

2.1 Intensidade de campo miníma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 Valores para a recepção de sinal em função da relação portadora/ruído. . . . . . . 122.3 Comparação modo hierárquico vs modo não hierárquico [2]. . . . . . . . . . . . 132.4 Especificações do DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.5 Índice de modulação nos diferentes locais com valores reais para o canal C34 e C67 17

4.1 Dados geométricos dos locais de teste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.2 Informação referente a cada um os pontos de teste para o canal C34 obtida no

RadioMobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.3 Informação referente a cada um os pontos de teste para o canal C67 obtida no

RadioMobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.4 Sinal recebido nos diferentes locais para o canal C34 . . . . . . . . . . . . . . . 404.5 Valores recolhidos para o canal C67 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.6 Comparação de RxR canal C67 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.7 Índice de modulação nos diferentes locais com valores reais para o canal C34 e C67 42

xiii

xiv LISTA DE TABELAS

Abreviaturas e Símbolos

TDT Televisão Digital TerrestreDVB-T Digital Video Broadcaster TerrestrialDVB-S Digital Video Broadcaster SatelliteDVB-C Digital Video Broadcaster CableCOFDM Coded Orthogonal Frequency Division MultiplexingETSI European Telecomunication Standards InstituteHAWT Horizontal Axis Wind TurbineVAWT Vertical Axis Wind TurbineUHF Ultra High FrequencyVHF Very High FrequencyUIT União Internacional de telecomunicaçõesTPS Transmission parameters signallingRS Reed-SolomonFFT fast Fourier transformBER Bit Error RatioRPM Rotações por MinutoC34 Canal RTP2 a emitir em Leiranco à frequência de 575,25 MHzC67 Canal digital a emitir em Leiranco à frequência de 842 MHzATSC Advanced Television Systems Committee for digital televisionPAL Phase Alternating LineSFN Single Frequency NetworkR0 Rede digital no canal 67 a 842 MHzR2 Rede analógica no canal 34 , RTP2, a 575,25 MHz

xv

xvi ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

Capítulo 1

Introdução

O tema desta dissertação é “Interferências de Parques Eólicos sobre a transmissão de TV

analógica e digital” e pretende-se estudar e validar com medidas de campo, modelos de previsão

de interferência de aerogeradores sobre difusão de televisão analógica e digital. Contextualizando

o tema e a época desta dissertação, facilmente se nota que, devido ao desenvolvimento tecnológico

e à proliferação das energias renováveis, o problema em causa é de elevada importância.

Para o desenvolvimento do trabalho, será feita uma analogia a um modelo de cálculo de inter-

ferência no sinal criada pelos aerogeradores no sinal analógico para o sinal digital. Esta analogia

deve-se ao facto de actualmente ainda não existir nenhum modelo teórico válido que explique a in-

terferência dos parques eólicos na transmissão do sinal de televisão digital. O modelo adoptado de

previsão de interferências [15, 7] é frequentemente denominado por modelo de Spera – Sengupta.

Para concluir, a recepção comercial de televisão pode ser afectada até uma distância de 5 km

por uma única torre eólica [19]. O efeito criado pelas turbinas eólicas no sistema analógico é

o aparecimento de uma imagem fantasma originada pelo multipercurso e uma variação vertical

cíclica do brilho na imagem do televisor [21].

1.1 Motivação

Com a crescente proliferação dos parques eólicos e o recente desenvolvimento da televisão

digital (TDT), torna-se necessário elaborar o mapa da interferência criada pelos parques eólicos,

de forma a evitar que as zonas de maior interferência se situem sobre zonas habitacionais.

Nos sistemas de televisão digital é de esperar que a interferência seja menor, dado que o

descodificador corrige eventuais erros. Se o número de erros for elevado de tal forma a que a

descodificação não se realize correctamente, o sinal apresenta artefactos muito visíveis, no caso

de a interferência ser superior a um certo limiar, torna-se impossível a recepção do sinal.

A entidade encarregue da transmissão da TDT anunciou o corte da emissão do sinal analógico

para o ano de 2012. Como o fim da transmissão de televisão analógica já esta traçado, os estudos

1

2 Introdução

deverão basear-se na previsão de interferência na televisão digital para identificação das zonas

afectadas.

1.2 Caracterização do sistema

1.2.1 Parques Eólicos

Tal como foi referido na secção anterior, os parques eólicos estão na ordem do dia através

do constante aumento do investimento em energias renováveis. O custo de produção de energia

através do vento é superior ao preço de venda ao consumidor mas este modo de produção é rentável

para a empresa que a produz, uma vez que é comparticipado pelas entidades governamentais. A

norma comunitária estabelecida pela União Europeia obriga a que cada estado membro cumpra

as metas impostas para a quantidade de energia produzida por energias renováveis. Em 2004,

Portugal tinha uma potência instalada de 500 MW neste tipo de energia, actualmente já são 2500

MW e prevê-se que em 2010 chegue ao 5000 MW [29].

Os parques eólicos podem conter 2 tipos de turbinas de produção de energia, figura 1.1 e 1.2

Figura 1.1: Aerogerador do tipo HAWT Figura 1.2: Aerogerador do tipo VAWT

A turbina mais usada nos nossos parques eólicos é a turbina eólica de eixo horizontal com

três pás. O seu princípio de funcionamento é semelhante a um moinho de vento e esta geração de

torres eólicas têm uma característica importante, o rotor é flexível e auto-variável.

As pás das torres eólicas são construídas em fibra de vidro ou em fibra de carbono e contêm

no seu interior uma liga metálica condutora. Para frequências mais baixas, VHF, nomeadamente

a RTP1 no sistema nacional, as pás dos aerogeradores ao serem constituídas por fibra de vidro,

tornam-se semi transparentes, ficando apenas a liga metálica a a criar interferência [8]. Para fre-

quências mais altas, as pás tornam-se mais reflectoras.

1.2 Caracterização do sistema 3

Os campos eólicos, derivado do movimento das pás, tornam o sistema de previsão de in-

terferência mais complexo do que se apenas se tratasse de uma previsão de interferência para

construções estáticas. As novas torres eólicas têm a capacidade de girar sobre si, consoante a di-

recção do vento, para obterem um melhor rendimento. Esta capacidade aliada ao movimento das

pás complica o mapeamento dos locais de interferência e a previsão da interferência causada será

sempre uma aproximação.

1.2.2 Televisão Analógica

A transmissão de televisão analógica é feita nas faixas de VHF e UHF, mais propriamente nas

bandas I, III, IV e V.

O VHF corresponde à faixa de frequências compreendidas entre os 30 MHz e os 300 MHz,

sendo que neste intervalo, temos transmissão de rádio FM, rádio amadorismo, comunicações

aéreas e transmissões televisivas entre outras. Estas frequências são as ideais para comunicações

terrestres de curta distância visto que as ondas, geralmente não são reflectidas na ionosfera e não

criam interferências em distâncias mais longas. Estas ondas são menos sujeitas a interferências

de edifícios do que as frequências UHF. No entanto são facilmente afectadas pelas obstruções do

terreno.

O UHF corresponde à faixa de frequências de 300 MHz ate aos 3 GHz e abrange quase 60

canais de televisão. As ondas electromagnéticas a estas frequências têm uma maior atenuação

atmosférica do que as VHF mas ainda têm menos reflexões nas ionosfera.

Na transmissão analógica, se existirem interferências, a qualidade de imagem no televisor

diminui à medida que aumenta a interferência.

1.2.3 Televisão Digital

Podem-se considerar três normas de televisão digital: DVB-T, DVB-S e DVB-C. Para este caso

de estudo, a norma mais importante é o DVB-T. O serviço a disponibilizar é similar à televisão

analógica, com a diferença que os emissores/retransmissores e receptores são digitais, assim como

as modulações utilizadas o que têm um impacto favorável na qualidade de imagem. Além disso, o

sistema permite o aparecimento de um quinto canal de distribuição gratuita e ainda a possibilidade

de subscrever canais de assinatura.

Na televisão digital, a existência de interferência no receptor pode implicar a perda do sinal,

visto que neste tipo de transmissão, ou existe boa qualidade de imagem e som (mesmo com uma

certa interferência no sinal recebido), ou não existe descodificação do sinal de televisão. Hoje em

dia as técnicas de transmissão de dados assentam sobre código com a capacidade de correcção de

erros no receptor. Portanto é necessário garantir que o índice de interferência não é superior a um

certo limiar, correspondente à susceptibilidade máxima de descodificação do sinal de televisão.

Em Portugal, prevê-se o corte total de emissão de televisão analógica em finais de 2012, pas-

sando a vigorar apenas a televisão digital que iniciou as suas emissões experimentais a 29 de Abril

do presente ano.

4 Introdução

Capítulo 2

Sistema de televisão

Neste capítulo é apresentada uma breve explicação do sistema de transmissão de televisão

analógica e digital. Para tal, são indicadas as recomendações da UIT assim e uma breve descrição

da norma DVB-T, COFDM e os princípios básicos da recepção de televisão.

A presença de aerogeradores na área entre o emissor e o receptor de sinal de televisão analógica

causa dois efeitos: difracção e reflexão. Ambos os efeitos pertencem à mesma estrutura mecânica,

mas a sua separação facilita a análise do sistema. A reflexão do sinal provém pás das torres

eólicas e a difracção provém da estrutura de suporte ao rotor quando o aerogerador e o receptor se

encontram no mesmo plano.

2.1 Recomendações da UIT no sistema analógico

No sector das radio-telecomunicações, a UIT gere e cria uma uniformidade de especificações,

equipamentos e serviços para que todos os operadores possam fornecer o seu serviço sem criar

conflito com os demais operadores. Este organismo, em conjunto com a ETSI na Europa, estab-

elece o necessário enquadramento de normalização para o mercado de telecomunicações, para que

dois aparelhos de marcas diferentes consigam comunicar entre si.

A UIT tem também um conjunto de recomendações onde aponta alguns aspectos importantes

aquando da transmissão de televisão para garantir que uma certa qualidade de serviço é mantida.

No entanto nem sempre estas recomendações são cumpridas.

As recomendações mais relevantes para o estudo são de interferências criadas pelos aeroger-

adores são BT.417-5, BT.805 e BT.654.

2.1.1 Recomendação BT 417-5

Esta recomendação faz referência aos valores mínimos de campo eléctrico que um receptor

deve receber para que, em caso de interferências de baixa intensidade, consiga suportar um certo

5

6 Sistema de televisão

Tabela 2.1: Intensidade de campo miníma

Banda I III IV V

dB (µV/m) +48 +55 +65 +70

valor de qualidade de serviço fornecido. A tabela 2.1 apresenta os valores mínimos recomendados

para as diferentes bandas.

2.1.2 Recomendação BT 805

Esta recomendação apresenta um limiar para a intensidade de espalhamento de sinal e para

um modelo de interferência constituído por uma única turbina eólica. Para um parque eólico com

várias turbinas, é necessário fazer uma abordagem individual a cada torre eólica. Este tipo de

modelo apresenta bons resultados e está de acordo com medições realizadas em câmaras anecói-

cas. Uma limitação a este modelo é o facto de apenas apresentar bons resultados para situações de

espaço livre entre o emissor e o aerogerador.

2.1.3 Recomendação BT 654

Esta recomendação define uma análise qualitativa da televisão a cores. O título da recomen-

dação é: "qualidade subjectiva de televisão a cores em relação a todas as interferências no sinal

de televisão analógica", ou seja, na presença de interferências, os parâmetros de avaliação da

qualidade de imagem estão definidos nesta recomendação. No sistema analógico é utilizada a

codificação PAL que é muito sensível às variações de fase.

2.2 Origem das interferências

A interferência aqui estudada existe quando dois sinais iguais provenientes do mesmo emissor

chegam ao mesmo receptor, por caminhos diferentes e em que um deles vem atrasado relativa-

mente ao outro. Estes dois sinais são chamados, respectivamente sinal em linha de vista (sinal que

não sofre atraso e percorre um caminho linear e directo até ao receptor), e sinal interferente (sinal

que é enviado numa outra direcção e é reflectido na direcção do receptor). O sinal interferente é o

que provém da reflexão das pás dos aerogeradores e da difracção no cilindro que suporta o rotor.

A intensidade do sinal interferente depende de:

• Morfologia do terreno entre os vários pontos

• Material e dimensões da turbina

• Potência emitida

• Ganho das antenas

• Ângulo entre emissor, receptor e turbina

2.2 Origem das interferências 7

• Distância entre emissor turbina e turbina receptor

No ponto seguinte será dada uma explicação sobre o que poderá acontecer ao sinal de televisão

durante o percurso entre o transmissor e o receptor.

2.2.1 Reflexão pelas pás dos aerogeradores

Quando uma onda electromagnética incide num objecto de grandes dimensões em movimento,

a onda é distribuída em várias direcções havendo mudança de direcção de propagação da onda.

Figura 2.1: Configuração típica de interferência criada por Aerogeradores

Esta imagem ilustra os caminhos percorridos pelas ondas electromagnéticas emitidas pelo

emissor. Na figura podemos verificar, embora de forma muito simplificada, que o receptor que se

encontra nas costas da torre eólica, apesar de se encontrar em linha de vista, recebe sinal baixo

(forward region) porque este é reflectido noutras direcções. O receptor que se encontra no local

entre o emissor e a torre eólica a um ângulo φ (backward region) recebe o sinal de televisão em

linha de vista e o mesmo sinal reflectido no aerogerador.

A figura 2.1 mostra uma situação em que o sinal reflectido percorre uma maior distância e

chegará ao receptor com um atraso. Esta situação resulta na criação do efeito de “ghosting” [19]

que consiste no aparecimento de uma segunda imagem sobreposta no televisor, tal como mostra

a figura 2.2. Esta interferência varia proporcionalmente com o tamanho dos aerogeradores e a

frequência utilizada. Com estes dados podemos então afirmar que os canais da banda UHF, sofrem

maior interferência que os canais da banda VHF. Se uma torre eólica produz um sinal que cria uma

interferência num local, ao aumentarmos o número de torres eólicas, teremos n sinais a interferir

no mesmo local com o sinal em linha de vista.

A intensidade do sinal reflectido pelas pás do aerogerador depende do tamanho e da área dos

componentes metálicos no interior e que constituem as pás. Usualmente no receptor usam-se

antenas direccionais para aumentar o ganho e reduzir as interferências laterais.


Figura 2.2: Exemplificação da ocorrência de "ghosting"

2.2.2 Efeito da difracção e zona de “sombra”

A difracção é a reacção de uma onda electromagnética a um obstáculo, ou quando pretende

atravessar esse obstáculo através de um orifício, e provoca menos interferência que as reflexões

das pás.

A difracção no sinal de televisão é previsível através de cálculos efectuados dos elipsóides de

Fresnel. O primeiro elipsóide de Fresnel contém todos os sinais que chegam ao receptor com o

percurso efectuado entre:

Raio directo < distância percorrida <λ

2×n+Raio directo (2.1)

onde n é a ordem do elipsóide e λ é o comprimento de onda.

Para obstruções grandes e estáticas, como elevações de terreno é aconselhado ter pelo menos

60% do raio do 1o elipsóide desobstruído. No entanto, para turbinas eólicas este valor sobe e

sugere-se que a zona de exclusividade passe a ser igual ou superior ao segundo elipsóide de Fres-

nel. O cálculo do raio do elipsóide de ordem n é feito através da seguinte equação [26] e [3]:

Rn =

√n∗d1 ∗d2 ∗λ

d1 +d2(2.2)

Onde d1 e d2 são as distâncias do ponto onde se pretende saber o raio do elipsóide ao emissor

e ao receptor, respectivamente.

O efeito ocorrido é semelhante ao que acontece quanto temos uma estrutura a impedir a pas-

sagem da luz solar, por exemplo. Numa dada zona, temos uma diminuição da intensidade de

iluminação, mas não ficamos na escuridão. Na transmissão de televisão o feito ocorrido é pratica-

mente o mesmo. A zona de “sombra” está dividida em três sub-zonas [19]:

2.3 Norma europeia DVB terrestre 9

Figura 2.3: Zona de sombra criada por um edifício

• I. Zona próxima da estrutura onde há perda total de visualização a partir do emissor e há

uma elevada perda de sinal recebido, dependendo este valor, do tipo de estrutura, tanto da

arquitectura como da constituição. Para estruturas sólidas de cimento, a perda de sinal pode

ser total enquanto que para estruturas metálicas, depende da densidade do metal usado e do

comprimento de onda.

• II. Zona afastada da estrutura. Inicia-se logo após do fim da zona de sombra, não há dis-

tância específica pois depende da envergadura da estrutura em causa. O sinal existente é

determinado pela difracção nos cantos da estrutura. Este efeito, dependendo da obstrução

em causa, faz reduzir a zona de “sombra” em comparação com o sinal em linha de vista uma

vez que a difracção faz o sinal contornar a estrutura.

• III. Zona muito afastada. Resulta de múltiplas e complexas reflexões e refracções. Os efeitos

poderão não ser perceptíveis.

O tamanho da zona de “sombra” depende da orientação das pás do aerogerador e é máxima

quando o eixo sobre o qual as pás giram esta em linha com a direcção do sinal transmitido.

2.3 Norma europeia DVB terrestre

A norma europeia para o DVB-T compreende três tipos de modulação diferente: QPSK,

16QAM e 64QAM. Em muitos países esta norma assume canais VHF e UHF de 7 MHz e 8 MHz

respectivamente. Inicialmente esta norma começou com a compressão de imagem de MPEG2

mas actualmente já se encontra a utilizar a compressão de MPEG4-AVC ou H.264. A passagem

do MPEG2 para o MPEG4 foi realizada devido à boa compressão que o MPEG4 oferece.

O DVB-T permite também o uso de uma rede com uma única frequência comum a todos os

emissores. Assim, dois emissores próximos podem transmitir os mesmos dados, desde que estejam

rigorosamente alinhados no tempo, o que é conseguido pela sincronização através de informação

contida nos dados a transmitir e na referência temporal obtida por GPS [17].

Na figura 2.4 está representado o esquema de codificação de transmissão da DVB-T. Esta

norma foi desenhada de modo a fornecer uma transmissão robusta de forma que a recepção de

televisão digital seja possível em dispositivos móveis. Na figura 2.4 vemos que a norma se encon-

tra dividida em duas partes, codificação e canal terrestre de transmissão. A codificação MPEG4


utilzada tem ainda a vantagem de disponibilizar uma ferramenta que permite usar a camada de

transporte do MPEG2.

Figura 2.4: Representação esquemática do envio de televisão digital

Na secção de adaptação dos dados à transmissão terrestre, os dados que provêm da codificação

em MPEG4 e de seguida multiplexagem, chegam ao primeiro bloco de protecção de erros, o

codificador externo. Aqui os dados são adaptados a um pacote de 188 bytes e é utilizado o código

Reed-Solomon (204,188) para corrigir até 8 bytes por cada pacote, no caso de haver erros, como

exemplificado na figura 2.5. Os dados são 188 bytes e os restantes 16 para completar os 204 bytes

são redundância para permitir a correcção da informação.

Figura 2.5: Organização dos pacotes RS

O passo seguinte é um “baralhador” externo com a função de entrelaçar bytes para protecção

de rajadas de erros como se pode ver na figura 2.6. Este entrelaçamento tem a desvantagem de

necessitar de sincronização para a descodificação dos dados porque a informação é totalmente

misturada. Desta forma, podemos ver que, depois do desentrelaçamento os erros que inicialmente

apareciam todos juntos ficam separados fazendo com que a probabilidade de existir mais de oito

erros por pacote RS seja muito baixa.

A codificação interna tem como objectivo facilitar a correcção de erros a nível binário e con-

siste na utilização de um código convolucional que pode ter um ritmo de 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 e 7/8.

Após este bloco temos novamente um entrelaçador (entrelaçador interno). Este bloco é usado com

a mesma funcionalidade que o entrelaçador externo, diminuir o efeito dos erros de rajada, embora

este baralhador funcione com símbolos, grupo de bits.


Figura 2.6: Ilustração de entrelaçamento de dados com existência de rajada de erros

Após este processo vem o mapeamento das portadoras do sinal, separadamente, em banda

base segundo a técnica de modulação 64 – QAM. O passo seguinte é a construção de blocos

de comprimento constante de símbolos (1512, 3024 ou 6048 símbolos), símbolo COFDM. Uma

trama contém 68 símbolos de COFDM e uma super trama são 4 tramas. Estando a estrutura dos

dados feita, resta apenas incluir sinais piloto e TPS, atribuir a informação a cada uma das sub-

portadoras (OFDM) e adicionar por fim o intervalo de guarda.

Os sinais piloto têm a funcionalidade de sincronismo enquanto os sinais TPS contêm a in-

formação das células transmitidas. No bloco OFDM a sequência de blocos, a frame, é dividida

pelas sub-portadoras de dados. No modo 2K o canal de 8MHz contém 1705 portadoras de 4464Hz

sendo que apenas 1512 transmitem informação. As outras 193 sub-portadoras são utilizadas para

sinalização. Após a atribuição de dados pela portadora resta a inclusão do intervalo de guarda

escolhido para o sistema.

O avanço da TDT nos diversos países da Europa levou ao aparecimento de uma segunda ger-

ação da norma DVB-T, designada por DVB-T2.

2.3.1 Robustez do sistema DVB-T

A televisão digital terrestre, tal como foi referido, rege-se pela norma europeia de DVB-T. Esta

norma, além de estar definida para melhorar a qualidade de imagem e proporcionar alta definição,

promove uma melhor robustez do sistema de TDT e uma economização do espectro utilizado. Esta

robustez provém da conjugação de diversos factores do sistema que são explicados nesta secção .

O sistema a utilizar em Portugal é Single Frequency Network (SFN) o que indica que no

território continental, a difusão da televisão será efectuada numa única frequência. Isto permite

poupar o espectro, mas por outro lado obriga a um elevado controlo do sistema a nível de sin-

cronismo. O modo de 2k é o mais adequado para pequenas redes de SFN com distâncias de


emissores limitadas [11]. Segundo a especificação da norma, a largura do canal está dividida

em sub-portadoras, no total de 1705 de 4 KHz de largura por sub-portadoras. Estas portadoras

transportam a informação de cada um dos 68 símbolos de COFDM [11].

Para proteger o sistema de ecos existentes ou mesmo de sinais provenientes de outros emis-

sores, dado que estamos numa situação de SFN, a norma indica a inclusão de um intervalo de

guarda entre dois símbolos de COFDM. Esta indicação permite que a chegada de símbolos atrasa-

dos não cause interferência nos símbolos seguintes. O tamanho deste parâmetro é tanto maior,

quanto maior for a robustez do sinal pretendido. No modo adoptado, o menor intervalo é de 7

µs que normalmente é o suficiente para absorver ecos naturais provenientes de elevações do ter-

reno. No entanto como poderão ocorrer ecos naturais superiores, e como em certas situações um

receptor pode estar a receber de dois emissores ao mesmo tempo, o sistema definiu o uso de um

intervalo de guarda de 56 µs.

A tabela 2.2 apresenta alguns valores para a relação portadora/ruído (C/N). Estes são os valores

mínimos que o receptor de antena fixa necessita para recepção. Esta tabela é apenas a parte mais

significativa da tabela que se encontra apresentada em [1]. Os valores apresentados são indicados

para quando é utilizada uma antena com ganho de 12 dB no receptor.

Tabela 2.2: Valores para a recepção de sinal em função da relação portadora/ruído.

Mínimo de C/N necessário dB 2 8 14 20 26

Potência mínima de sinal recebido dBW -126,2 -120,2 -114,2 -108,2 -102,2

Tensão mínima de entrada no receptor dBµV 13 19 25 31 37

Também contribui para a robustez do sistema o funcionamento do TDT em modo hierárquico.

Isto indica que a transmissão dos dados é feita em dois streams, dois fluxos de transporte de

dados separados [11], um de baixo débito e outro de alto débito. O fluxo de baixo débito tem

uma taxa de código de 1/2 ou de 2/3 , ou seja, de alta redundância, o que permite que os dados

sejam transportados e recebidos mesmo em más condições de cobertura. O fluxo de alta taxa

de débito contém a informação extra para a melhor qualidade de imagem, mas necessita de boas

condições de recepção. A figura 2.7 mostra a diferença de relações sinal/ruído para ambos os

fluxos dedados, a que se associa o baixo débito a alta prioridade e o alto débito à baixa prioridade.

Para exemplificar o que foi aqui descrito, o sistema de recepção deve ser capaz de descodificar o

vídeo do canal pretendido, mesmo que já não seja possível apresentar os metadados do canal [1].

O gráfico da figura 2.7 não representa os valores do nosso sistema, taxa de dados de 2/3 com

modulação de 64 QAM, mas apresenta valores para uma taxa de 2/3 em QPSK quando temos fluxo

de alta prioridade (HP) e taxa de 3/4 em 16-QAM para fluxo de baixa prioridade (LP).

Para um melhor entendimento do que ocorre, podemos considerar que existem virtualmente

dois canais de rádio frequência que contêm cada um a sua taxa de débito e robustez [11]. As

características de cada um são diferentes, mas a combinação dos dois canais constitui o sistema.

A figura 2.8 exemplifica o que acontece. Normalmente o fluxo HP é transmitido em 4-QAM


Figura 2.7: Rlação taxa de erros vs portadora/ruído para os dois fluxos de dados no modohierárquico[1].

(QPSK) enquanto que a restante informação, LP, é transmitida em 4-QAM ou 16-QAM depen-

dendo se o sistema de transmissão é 16-QAM ou 64-QAM. No sistema em estudo é 64-QAM mas

a forma de funcionamento é apresentada para as duas situações para uma melhor explicação do

funcionamento.

Figura 2.8: Constelação hierárquica em DVB-T [2].

O sistema 4-QAM apenas atribui 2 bit a cada sub-portadora e estes bits servem para identificar

o quadrante no caso de se tratar do stream de HP. Se se tratar de um stream de LP, os bits servem

para descodificar a componente real e imaginária dentro do quadrante em questão [2, 11]. O

resultado final é a soma de HP com LP, em que a constelação de LP contém todas as hipóteses

possíveis para o quadrante indicado por HP.

Tabela 2.3: Comparação modo hierárquico vs modo não hierárquico [2].

HP LP Uso regular

Débito (Mbps) 6,03 16,09 24,13

C/N (dB) 8,9 16,9 16,5


A tabela 2.3 apresenta valores para uso em modo regular (modo não hierárquico) e em sistema

hierárquico de taxa de 2/3 em 64-QAM convertido para 1/2 e 4-QAM em HP e em LP para 2/3

e 16-QAM. Na tabela verifica-se que o modo não hierárquico e o modo hierárquico apresentam

diferenças do débito em cerca de 2 Mbps e que o modo hierárquico necessita de menos 7,6 dB de

C/N para transmitir a informação.

2.3.2 COFDM

COFDM é uma técnica de modulação baseada em multiplexagem por divisão em frequência,

é uma soma de portadoras. A escolha desta técnica para a difusão de televisão digital deve-se ao

facto de estar desenhada para sistemas onde ocorre multipercurso. O código está preparado para

receber a mesma informação enviada pelo transmissor mais do que uma vez e conseguir extrair

a informação sem erros, salvo em casos extremos de elevada interferência nas tramas recebidas

pelas que chegam atrasadas.

Figura 2.9: Ilustração de uma situação típica onde pode ocorrer multipercurso

A figura 2.9 ilustra uma situação real onde ocorre multipercurso. Nesta situação, o receptor

está representado por um dispositivo móvel, o carro, mas aplica-se o mesmo princípio para o

caso da difusão de televisão analógica e digital. Com a diferença que no sistema analógico, o

multipercurso provoca o aparecimento de imagens fantasma no televisor, enquanto no sistema

digital, nos casos mais graves pode implicar a impossibilidade de descodificação. A figura 2.10

mostra o que acontece quando nos encontramos numa situação de não descodificação.

Figura 2.10: Representação da imagem com artefactos quando a descodificação não é possível [3].


Das características do COFDM destacam-se: a diminuição das interferências com o aumento

da amostragem do sinal e do intervalo de guarda e o facto da informação a enviar ser espalhada

por múltiplas portadoras, por isso se ocorrer um desvanecimento numa delas, apenas uma pequena

parte da informação será perdida. Dado que cada sub-portadora apenas contém um pedaço da

informação que é transmitida, o restante fluxo de dados está nas restantes sub-portadoras que

permitem detectar e corrigir o erro.

A imagem 2.11 exemplifica uma situação de transmissão. Temos um gráfico frequência vs

tempo e ilustra o que se passa no domínio do tempo e das frequências.

Figura 2.11: Exemplificação das sub-portadoras na relação frequência vs tempo

Como já foi indicado, a transmissão da informação utiliza código RS (204,188) ou RS (204,188,8),

onde o 8 indica o número de bytes corrigidos por pacote, como na figura 2.5. Após os processos de

entrelaçamento e de divisão em símbolos obtêm-se a figura 2.12 que nos apresenta uma esquema-

tização das portadoras no tempo assim como a representação da inserção do intervalo de guarda

e como é constituído um símbolo COFDM. Em COFDM os símbolos são organizados em tramas

de transmissão de tamanho total 68 símbolos.

Figura 2.12: Distribuição das portadoras emfunção do tempo e frequência com inclusão dointervalo de guarda [2].

Figura 2.13: Inclusão de sinais de sincronismo eTPS [2]

A introdução dos sinais de sincronização e de TPS é feita como exemplificado na figura 2.13.

As sub-portadoras a vermelho não transportam informação e são apenas de sincronismo e sina-

lização. No total são 193 mas apenas 17 são TPS e 45 de sinais piloto. A restante informação pode

ser encontrada em [1] e [11]. A tabela 2.4 faz um resumo sobre o número de portadoras envolvidas

no modo 2K e 8K assim com a indicação do intervalo de guarda para cada um dos modos.


Tabela 2.4: Especificações do DVB-T

Modo 2K Modo 8K

No de portadoras 1705 6817

Portadoras de dados 1512 6048

Portadoras de sinc. e TPS 193 769

Tempo de símbolo (µs) 224 896

Intervalo de guarda (fracção de Ts) 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 1/4, 1/8, 1/16, 1/32

A funcionalidade do intervalo de guarda é prevenção do sistema contra ecos naturais. Por ecos

naturais entende-se sinais reflectidos em estruturas sólidas e fixas tais como edifícios, elevações

de terreno e até mesmo aerogeradores em estado estacionário. Ou seja, os dados que chegam

ao receptor atrasados relativamente ao sinal recebido em linha de vista, agora são recebidos nos

intervalos de guarda, reduzindo assim as interferências. Da tabela 2.4, através do intervalo de

guarda, é possível retirar a máxima distância para o multipercurso, sem haver interferência. O

método de calcular é o mesmo para o modo 2K ou para o modo 8K. Se o sistema estiver a operar

no modo de 2K, o tempo de símbolo (Ts) é de 224 µs e ao aplicarmos um intervalo de guarda

de 1/4 do tempo de símbolo obtemos um intervalo de guarda de 56 µs. Fazendo uma regra de 3

simples, vem:

1s =→ 300000Km (2.3)

56µs→ XKm (2.4)

X = 16,8Km (2.5)

A equação 2.3 corresponde à distância percorrida pelas ondas eléctricas num segundo e a

equação 2.4 corresponde para a distância percorrida num certo tempo. Ou seja, para o intervalo

de guarda dado, a máxima distância que uma onda pode percorrer a mais que o raio directo é de

16,8 Km. O intervalo de guarda de Ts/4 é o que oferece maior imunidade a interferências, mas

esta medida faz diminuir o débito. Esta distância geralmente, torna o nosso sistema imune a inter-

ferências. No entanto devido aos elevados débitos pedidos, nem sempre é possível a realização de

um sistema com estes parâmetros.

2.4 Organização da transmissão de televisão

O DVB-T é a norma adoptada pelos países da Europa. Noutros países, foram adoptadas out-

ras normas, como por exemplo o ATSC que foi inicialmente adoptado pelos Estados Unidos da

América e pelo Canada, seu parceiro económico. Coreia do Sul e Taiwan também adoptaram o

sistema americano.

2.5 Recepção de televisão 17

Em 2000, o governo de Taiwan, acabou por mudar para o sistema Europeu, DVB-T, por ex-

igência das associações de radiodifusão, que afirmavam que o DVB-T tinha uma melhor eficácia

em alguns aspectos. Eficácia esta que levou mesmo à integração de partes do DVB-T no sistema

ATSC.

Na Europa, todos os países da União Europeia adoptaram o sistema de DVB-T na TDT. O

Reino Unido, em 1998, foi o primeiro país da Europa a iniciar as transmissões, a Espanha e a

Suécia iniciaram um ano mais tarde. Finlândia, Alemanha e Países Baixos iniciaram o TDT em

2002 e 2003 respectivamente. Na figura seguinte é apresentada a organização da transmissão da

televisão digital no Reino Unido.

Figura 2.14: Organização do mercado britânico de televisão digital terrestre [4].

Como já foi dito, Portugal iniciou as transmissões de TDT em Abril de 2009 e prevê-se que

em finais de 2012 a televisão analógica deixe de ser transmitida por completo. A organização da

nossa transmissão está distribuída como indicado na tabela 2.5. O multiplexer de acesso livre é o

multiplexer A. Para os restantes multiplexers ainda não está atribuido o concessionário.

Tabela 2.5: Índice de modulação nos diferentes locais com valores reais para o canal C34 e C67

Multiplexer Continente Madeira Açores

A C67 C67 C67,C47,C56,C61,C64,C67

B,C,D,E e F ND ND ND

A atribuição dos canais aos multiplexers pagos não é mencionada porque devido à interferência

com a TDT espanhola, os multiplexers serão transmitidos em canais diferentes consoante a área

geográfica.

2.5 Recepção de televisão

Na recepção de televisão é possível tomar medidas contra a recepção de sinais provenientes

de multipercurso. A utilização de antenas direccionais em vez de omnidireccionais leva a que se

privilegie os sinais vindos de uma direcção e se rejeite sinais de outras direcções.

As antenas “Yagi” são particularmente bem sucedidas. Este tipo de antenas são direccionais,

contêm um certo ganho dependendo da sua geometria e ainda um reflector para sinais provenientes

da retaguarda. A utilização de uma antena receptora com ganho numa dada direcção, é importante

dado que ao receber sinais de multipercursos, o sinal que chega vindo da direcção à qual a antena


tem ganho será melhor que os sinais provenientes de outras direcções, figura 2.15. O valor do

ganho é máximo numa dada direcção, para outras direcções varia com o valor do ângulo β entre a

direcção de ganho máximo e a direcção pretendida [3].

A figura 2.15 ilustra uma situação comum da chegada à antena receptora de dois sinais com

direcções diferentes. No entanto as antenas receptoras não são todas iguais, umas são direccionais

outras são omnidireccionais. Para a recepção de televisão o mais comum é o uso de antenas

direccionais, dado que o interesse é receber um único sinal e em boa qualidade. O uso de antenas

direccionais, privilegiam uma dada direcção, descartam os ecos e ainda apresentam um ganho na

direcção de orientação dos seus directores.

Figura 2.15: Recepção de dois sinal provenientes de difracções diferentes [3].

A figura 2.17 ilustra uma antena convencional de recepção de televisão. Este tipo de antenas

contém um dipolo, reflectores e directores, sendo que apenas o dipolo é alimentado, os elementos

directores e refletores são elementos parasitas. Antenas com esta geometria podem apresentar

ganhos na ordem dos 12dB e relações frente/costas na ordem de 28 dB dependendo do número de

elementos. Estas antenas contêm uma grande largura de banda indo desde o canal 21 ao canal 69.

Em termos de frequências recebe desde os 470MHz até próximo dos 900MHz. No entanto, em

certas áreas, a cobertura de televisão da RTP1 é realizada em bandas mais baixas, sendo por isso

necessário utilizar outras antenas do tipo da figura 2.16.

Em comparação, ambas as imagens 2.16 e 2.17 são do tipo antenas Yagi – Uda e ambas con-

têm os mesmos componentes, reflector, dipolo e directores. Apenas varia a geometria que tem

a ver com a quantidade de ganho directivo que se pretende dar (número de elementos) e relação

frente/costas (reflectores).

Numa situação de difusão de televisão digital, os componentes necessários à recepção de sinal

de televisão são os mesmos que na televisão analógica. As frequências de operação continuam

2.5 Recepção de televisão 19

Figura 2.16: Apresentação de uma antena Yagicomum usada na recepção de televisão para aVHF3

Figura 2.17: Apresentação de uma antena Yagicomum usada na recepção de televisão para UHF

a ser a banda UHF que anteriormente já se utilizava e os bits de informação são difundidos pelo

emissor em sinal de rádio frequência, de forma semelhante à televisão analógica. A figura 2.18

apresenta um gráfico comparador de antenas a usar em TDT.

Figura 2.18: Imagem comparativa do ganho das diversas antenas para a banda UHF obtida em [5].

Como se observa na imagem 2.18, existe uma grande gama de antenas, com variados ganhos

para as diversas frequências. A antena a utilizar para a realização os testes é a Antena DAT 45

DIGITAL que se encontra muito bem cotada a nível de ganho e de relação frente/costas. As

características técnicas desta antena serão explicadas num dos capítulos seguintes, mas pode-se

referir que esta antena é uma Yagi semelhante às usadas no sistema analógico, apenas com umas

ligeiras alterações na sua geometria e número de elementos. A figura 2.19 ilustra a antena usada.

Apesar de esta antena não se encontrar marcada no gráfico comparativo das diversas antenas,

esta antena é em tudo semelhante à antena da DAT 75 Digital, que se encontra marcada na figura

2.18 com a letra D, mas com menos 2 dB de ganho. São poucas as diferenças entre a antena da

figura 2.17 e a da figura 2.19 entre as quais é de referir o aumento do número de directores e a

utilização do dipolo em forma de duplo U. Na figura 2.20 temos o diagrama de radiação da antena

DAT 45 que comprova a elevada directividade.


Figura 2.19: Antena DAT 45 Digital usada nostestes efectuados [6].

Figura 2.20: Diagrama de radiação da antenaDAT 45 [6].

2.6 Obrigações a cumprir na prestação do serviço TDT

A instalação do sistema nacional de TDT ficou a cargo da empresa PTComunicações, que

terá de respeitar as normas europeias de DVB-T e especificações do sistema nacional apontadas

pelas entidades competentes e regulamentação. Estas especificações abrangem pontos técnicos de

tecnologia utilizada e de qualidade de prestação de serviço.

Nas situações onde, pelas mais diversas razões, não seja possível fornecer o serviço de DVB-

T, deverá ser assegurado o fornecimento da televisão digital pela forma de DVB-S. No entanto

a área de população abrangida por este serviço complementar não poderá ultrapassar os valores

indicados a seguir e a população abrangida por este tipo de difusão não poderá ser prejudicada

face aos clientes que beneficiam da difusão de televisão digital terrestre.

Os critérios técnicos e de prestação de serviços, assim como informação mais detalhada sobre

o serviço complementar pode ser encontrada no caderno de encargos [27] e no documento de

direito de utilização de frequências da ANACOM [13]. A seguir apresenta-se os critérios mais

relevantes para o estudo.

• Modulação de 64-QAM

• Intervalo de guarda de 1/4

• Garantir no final da implementação uma cobertura de população superior a 90,12%

• Nas regiões que não estejam devidamente cobertas pela difusão terrestre, assegurar o recurso

a meios complementares

• Os consumidores não podem ser prejudicados por estarem numa área de não cobertura

• Transmissão no canal 67 nas frequências de 838 - 846 MHz

• Utilização de compressão MPEG4 parte 10

• A cada momento da transmissão, garantir o mínimo de débito para a componente de vídeo

e de audio, para os 4 canais de sinal aberto, de 9Mbit/s e 640Kbit/s respectivamente

• Disponibilizar 5 Mbit/s para vídeo e 384 Kbit/s para programas de alta definição

2.7 Conclusões 21

Os valores e critérios apresentados em cima dizem respeito à difusão de televisão digital por

via terrestre apenas para a área de Portugal continental. As regiões autónomas dos Açores e

Madeira têm especificações ligeiramente diferentes.

2.7 Conclusões

Neste capítulo foi apresentado o que é a interferência, onde é criada e o efeito que cria na

recepção de televisão. Fez-se referência às normas aconselhadas pela UIT sobre os limites míni-

mos de nível de sinal recebido para que seja possível a recepção de televisão com uma imagem de

qualidade. Após a explicação dos efeitos criados pela interferência, foi apresentado o sistema de

televisão digital terrestre e a sua robustez.

Na última secção deste capítulo está indicado como é possível melhorar a recepção de sinal

através da escolha acertada da antena receptora. Temos indicação dos tipos de antenas utilizadas

nos sistemas convencionais e uma imagem comparativa sobre, o tipo de antena a escolher para o

sistema de difusão de televisão digital. Existe também a indicação da antena a usar nos testes de

campo.

No próximo capítulo é apresentado o estado da arte sobre modelos de cálculo de interferência,

do software utilizado para simulação das áreas de cobertura e os de testes práticos ja realizados.


Capítulo 3

Modelos de Interferência

3.1 Objectivos

O objectivo principal deste trabalho é calcular a interferência dos aerogeradores na transmissão

de televisão. Para tal foi calculada a interferência prevista através do modelo de Spera – Sengupta

para a transmissão analógica e para a digital, e os valores obtidos foram confirmados no terreno,

tentando-se com isto cumprir os seguintes objectivos que em conjunto traduzem a finalidade prin-

cipal do trabalho:

• Validar o modelo teórico existente para o cálculo de interferência dos parques eólicos em

televisão analógica num caso real.

• Desenvolver um método de previsão da interferência dos parques eólicos na transmissão de

televisão digital.

• Validar com medições no terreno as interferências dos parques eólicos em transmissões

digitais e analógicas.

3.2 Estado da arte

3.2.1 Modelo de Spera – Sengupta

O modelo de Spera - Sengupta está definido para calcular a quantidade de interferência que

um sinal reflectido pelas pás dos aerogeradores produz ao encontrar um sinal semelhante. Este

modelo é válido e aprovado para os mais variados tipos de sinais de rádio difusão como por

exemplo televisão e rádio.

Como já foi referido, a base do modelo assenta na soma de dois sinais iguais que chegam

ao mesmo receptor, em que um dos sinais percorre a distância em linha de vista chegando em

23

24 Modelos de Interferência

primeiro lugar ao receptor enquanto que o outro vem atrasado, uma vez que tem que percorrer um

maior percurso devido à reflexão nas pás das torres eólicas.

A figura 3.1 ilustra a situação mais comum que pode dar origem a uma interferência. Na

imagem temos um emissor (E), um receptor (R) e aerogeradores (Ai). Temos também 3 ondas

electromagnéticas que pretendem exemplificar, a propagação da onda em linha de vista entre o

emissor e o receptor (ER), a propagação da onda entre o emissor e um aerogerador (EA) e a

propagação da onda entre um aerogerador e o receptor (AR). Os números (1), (2) e (3) referem-se

às potências recebidas em cada um dos três locais tendo em conta a origem da onda. A potência

da onda AR é a fracção da potência da onda EA que é reflectida na direcção do receptor.

Figura 3.1: Ilustração de uma ocorrência comum de interferência.

As equações para o cálculo da interferência através do modelo adoptado são as descritas:

• Cálculo da interferência criada por um aerogerador

mRi(E,R) =ηs×FE ×D×RxAi

2×di×RxR× cos(Kφ) (3.1)

– ηs=0.5 Eficiência de espalhamento da pá vs eficiência de espalhamento de uma

pá metálica plana

– D Diâmetro do rotor do aerogerador

– FE=2.02 Factor de excesso para uma probabilidade de ocorrência de 5%

– di Distância do receptor ao aerogerador Ai

– φi Ângulo Emissor – aerogerador Ai – receptor

– K=2 0.8π < φ <1.2π (Os pontos de teste encontram-se em zona de forward

interference)

– RxAi Nível relativo de sinal recebido no rotor do aerogerador Ai

– RxR Nível relativo de sinal recebido no receptor com a antena a 10 metros de

altura

– mRi(E,R) Índice de interferência do aerogerador Ai

• Cálculo da interferência criada no mesmo ponto para M aerogeradores do parque eólico

– mRL Índice de interferência de M aerogeradores do parque eólico

3.2 Estado da arte 25

mRL =

√M

∑i=0

m2Ri (3.2)

O valor de mRL é o valor da interferência existente num dado ponto onde se encontra o re-

ceptor, é a adição em potência a interferência total dos M aerogeradores. Para simular uma dada

área, é necessário fazer este cálculo para todos os restantes pontos, consoante a resolução da área

pretendida. Na elaboração destes cálculos é necessário ter prudência com a escala dos dados

introduzidos. Os valores de RxR, RxAi, RXi são obtidos através do software Radio Mobile cujo fun-

cionamento será apresentado na secção seguinte. O valor de K é variável, ou é K = 2 para 0.8 π < φ

< 1.2 π ou K = 0.5 para -0.8 π < φ < 0.8 π . Nas simulações assume-se que as antenas de recepção

têm uma relação frente/costas superior a 20 dB, sendo um bom isolamento para interferências com

ângulos -0.8 π < φ < 0.8 π .

Em suma, o modelo de Spera - Sengupta pode ser reajustado e simplificado de forma a ser

adaptado ao caso de estudo sem criar erros significativos. O modelo prevê a interferência criada

pelos aerogeradores se estes estiverem a funcionar. A interferência associada à rotação das pás é a

variação vertical cíclica do brilho da imagem e quando o receptor se encontra em zona de forward

interference, é a única interferência existente no receptor criada pelo aerogerador. Das variáveis

mais importantes neste modelo, fazem parte as potências recebidas pelo receptor do sinal em linha

de vista e do sinal interferente vindo do aerogerador obtidos através da aplicação Radio Mobile

que. Este modelo pressupõe que os aerogeradores se encontram no mesmo plano que o receptor.

3.2.1.1 Correcção do valor de interferência

Este factor de correcção não pertence ao modelo porque como foi dito, o modelo não está

preparado para situações em que o receptor e o aerogerador não se encontram em linha de vista.

Esta correcção consiste em substituir o aerogerador por uma antena com a mesma altura do rotor

do aerogerador a emitir a mesma potência aparente de 1 W. Com este formato obtém-se o valor de

RXi. Este factor de correcção foi desenvolvido e utilizado em diversos estudos requisitados pelos

concessionários de diversos parques eólicos [9].

• Cálculo do factor de correcção do índice de interferência

C =RXi×Lim

1.64×√

50×PAR4×π×d × 3×108

Freq

(3.3)

– RXi Nível relativo de interferência do parque com uma antena receptora a 10

metros de altura

– Lim Limiar de recepção

– PAR Potência aparente radiada de 1W

– Freq Frequência

• Cálculo global da interferência existente no receptor, mR(E,R)


mR(E,R) = C×mRL(E,R) (3.4)

Quando aerogerador e o receptor se encontram em linha de vista, mesmo que seja em planos

diferentes este valor é unitário ou muito próximo. Ligeiras discrepâncias devem-se a possíveis

reflexões no solo.

3.2.1.2 Desenvolvimento para valores práticos

O modelo de previsão de interferência de Spera – Sengupta prevê o cálculo do índice de

modulação através de valores práticos. A forma de cálculo é apresentada nas equações seguintes

[7]:

∆1 = 20× log10(1+mR) (3.5)

∆2 = 20× log10(1−mR) (3.6)

∆ = ∆1−∆2 = 20× log10(1+mR

1−mR) (3.7)

• ∆ = PRmax - PRmin (dB)

• ∆1 = PRmax - PRmedio (dB)

• ∆2 = PRmin - PRmedio (dB)

A partir da equação 3.7, desenha-se o gráfico apresentado na figura 3.2 da relação índice

de modulação recebido vs variação da potência do sinal modulado. Interpretando o gráfico de

acordo com a informação do ∆, conclui-se que o índice de modulação aumenta com o aumento da

diferença entre a potência máxima e mínima.

Figura 3.2: Relação Índice de modulação vs variação do sinal modulado [7].

Calculando o valor de ∆ com auxílio de valores experimentais, obtém-se a quantidade de es-

palhamento de sinal no receptor e calculando o valor idealizado pelo modelo para o espalhamento

do sinal, obtém-se a probabilidade de a diferença entre o espalhamento observado e idealizado ser

excedida [7], através da relação existente no gráfico da figura 3.3.

3.3 Testes práticos no sistema analógico 27

Figura 3.3: Probabilidade do desvio entre espalhamento observado e idealizado [7].

3.2.2 Ferramenta da BBC

Esta ferramenta esta disponível online e prevê a interferência criada por torres eólicas na re-

cepção do sinal de televisão. Com esta ferramenta após introdução da localização dos aeroger-

adores no site, o cliente recebe por e-mail, uma estimativa das localidades que sofrem interferência

e a que emissor corresponde essa interferência [30].

No entanto, esta ferramenta apresenta algumas falhas por aproximações de valores usados.

A quantidade de sinal reflectido pelos aerogeradores depende do material que os constitui, que

varia de acordo com o fabricante e no mesmo parque eólico, pode haver torres eólicas de diversos

fabricantes. Para a área das pás foi considerado um rectângulo de metal. As perdas de sinal durante

a propagação também não são coerentes dado que os testes de apoio à ferramenta foram realizados

numa área sem obstruções físicas.

Esta ferramenta não substitui estudos no terreno, em casos de interferência é accionado um

estudo mais exaustivo à área em questão [3, 19].

3.3 Testes práticos no sistema analógico

Ao longo do tempo a realização de testes que comprovam as interferências criadas pelos

aerogeradores têm sido constantes, entre os quais resultou a "Ferramenta da BBC"para previsão

da interferência criada pelos parques eólicos. De seguida é apresentado um estudo prático sobre a

interferência criada pelos aerogeradores.

A figura 3.4 deriva do estudo prático mencionado, efectuado num parque eólico à frequência de

216MHz. Neste sistema o emissor encontra-se entre o aerogerador e o receptor, sendo a distância

entre o emissor e a torre eólica de 100m [8]. O receptor recebe o sinal directamente do emissor

e os sinais reflectidos nos aerogeradores. A largura dos impulsos é inversamente proporcional ao

comprimento eléctrico da pá [15].

O impulso alto e largo refere-se à informação enviada, enquanto que o impulso de teste é o

sinal estreito e de elevada amplitude. Este impulso provém do sinal recebido directamente. Os

dois impulsos recebidos a seguir são reflexões em torres eólicas. O primeiro com cerca de 13%


da amplitude e com um atraso próximo de 0,7µs é referente ao aerogerador que se encontra a 100

metros do transmissor [8]. O atraso corresponde a um percurso percorrido de aproximadamente:

Figura 3.4: Representação de chegada de ecos ao receptor [8].

1s→ 300000000m (3.8)

0,7µs→ Xm (3.9)

X = 210m (3.10)

O impulso seguinte de amplitude aínda menor, é devido a uma reflexão noutra torre eólica [8].

Apesar de a frequência utilizada no teste descrito ser muito menor que a frequência utilizada no

sistema de difusão de TDT, 842 MHz, é de esperar que exista o mesmo fenómeno no local de teste.

Um estudo semelhante pode ser encontrado em [21]. Neste estudo é feito um teste à linha 17 do

sistema de televisão analógico usando o impulso de teste para a avaliação de ecos.

3.4 Ferramentas de apoio - Radio Mobile

O Radio mobile é uma ferramenta de desenho e de simulação de comunicações sem fios, de

rádio difusão. É de uso livre e permite trabalhar em mapas digitais das áreas que se pretende

analisar, mapa orográfico ou mapa viário por exemplo. Oferece a possibilidade de incluir um

modelo digital de elevação da área em questão dando a funcionalidade ao utilizador de observar o

perfil da elevação do terreno entre dois pontos. Calcula a cobertura dada por um emissor atribuindo

cores consoante o sinal recebido em cada ponto.

A ferramenta dá-nos a possibilidade de colocar os nossos intervenientes no sistema, emis-

sores, retransmissores, receptores e aerogeradores através das coordenadas dos locais, latitude e

longitude, ou através da opção “drag and drop”. Em cada interveniente do nosso sistema podem

ser especificadas as suas características, por exemplo, no caso de um emissor, podemos definir a

altura, potência de envio e frequência.

3.4 Ferramentas de apoio - Radio Mobile 29

As imagens de cobertura de campo são criadas tendo em conta uma escala de cores já definida

para o efeito. Na figura 3.5 é apresentada uma escala em dB para os valores de RxR. Este parâmetro

indica a diferença em dB entre a intensidade de sinal recebida do receptor e o limiar mínimo

definido para a recepção de televisão. Um local tem boa qualidade de sinal recebido quando

o valor de RxR for superior a 0 dB. Para valores recebidos entre 0 dB e 6 dB abaixo do limiar

mínimo de recepção de televisão, considera-se um sinal degradado. Quando se está na presença

de sinal insuficiente, significa que o receptor recebe um sinal inferior a -12 dB do limiar.

Figura 3.5: Atribuição de cores por parte do Radio Mobile no mapa de cobertura [9].

Por análise da figura 3.5 verifica-se que o software de simulação não atribui cor aos locais

com um nível de recepção inferior a -12 dB em relação ao limiar. Para os restantes níveis de sinal

recebido é atribuída a cor indicada na figura.

O Radio Mobile oferece a possibilidade de os dados obtidos para o RxR e RXi serem gravados

num ficheiro “.TXT” para análise posterior e facilita o processo inverso. No final dos cálculos

da área de interferência facilita a importação dos dados obtidos para o Radio Mobile e elabora a

imagem onde indica os locais coloridos de acordo com a interferência. Antes de iniciar a simulação

de cobertura é possível indicar a resolução da simulação. A resolução mais comum para permitir

uma boa análise é de 1 pixel daí ser de elevada importância o uso de um software de ajuda na

simulação da área de interferência [9].

A figura 3.6 representa a atribuição de cores para o índice de interferência em cada pixel, val-

ores obtidos a partir dos cálculos resultantes do modelo adoptado. Por análise do modelo de Spera

– Sengupta e por testes e análises qualitativas à imagem televisiva em situações de interferência

provocada pelos aerogeradores, considera-se interferência elevada para índices de modulação su-

periores a 0,15. Para índices de modulação entre 0,02 e 0,15 a interferência é mínima e aceitável.

Para valores menores que 0,02 considera-se que não existe interferência nesse local. A distribuição

de cores das imagens de interferência varia consoante o índice de modulação e está apresentada na

figura 3.6. A cor vermelha nas imagens de cobertura indica boa recepção de sinal, enquanto que

nas imagens de interferência indica elevada interferência.


Figura 3.6: Indicação da gama de cores e da escala de interferência utilizada [9].

Capítulo 4

Estudo de um caso real

4.1 Locais de estudo

A escolha dos locais de estudo foi feita de acordo com a sua acessibilidade e interferência por

parte dos aerogeradores. Como o aerogerador foi usado como elemento de difracção e reflexão

da onda (o aerogerador tanto reflecte o sinal no plano horizontal como no vertical), o local de

teste foi escolhido de modo a ser próximo da zona de forward interference criando o máximo de

interferência possível. As figuras 4.1 e 4.2 tentam representar a situação ideal pretendida.

Figura 4.1: Perfil do terreno entre o emissor e a torre eólica

A figura 4.1 pretende exemplificar uma situação possível. O tipo de relevo entre o transmissor e

o aerogerador não é importante desde que este não crie obstrução no elipsóide de Fresnel de forma

a atribuir todas as interferências ao longo do percurso entre o emissor e o receptor ao aerogerador.

Figura 4.2: Perfil do terreno entre a torre eólica e o receptor

31

32 Estudo de um caso real

Entre a torre eólica e o receptor pretende-se que o perfil do terreno seja semelhante ao demon-

strado na figura 4.2: o receptor em linha de vista sem obstrução e com uma diferença de altitudes

considerável de forma a atribuir a difracção ao aerogerador.

Figura 4.3: Perfil do terreno ao longo da sua extensão entre o difusor e o receptor

A figura 4.3 representa o perfil ideal para estudo. Os aerogeradores ao situarem-se no ponto

mais elevado junto ao receptor, funcionam como elementos reflectores e de difracção fazendo com

que todo o sinal recebido no receptor seja enviado pelas turbinas. Os locais de teste escolhidos

satisfazem as condições anteriores sendo apresentados a seguir.

4.1.1 Parque Eólico de Alturas do Barroso

O parque eólico de Alturas do Barroso fica localizado no concelho de Boticas, distrito de Vila

Real. A área do parque eólico é apresentada na figura 4.4. Apesar de não ser muito perceptível

pelo esquema de atribuição de cores ao relevo, é uma zona muito acidentada criando várias zonas

de sombra por obstrução natural do sinal difundido pelo emissor de Leiranco. Esta situação pode

ser comprovada consultando a figura 4.5 que mapeia a cobertura da zona pelo emissor com uma

potência aparente radiada de 200 W no canal 67.

A imagem 4.4 representa a localização dos intervenientes nos sistema (emissor de Leiranco e

os aerogeradores do parque) e duas possíveis zonas de estudo. Esta área pode ser analisada mais

pormenorizadamente na figura 4.5, com a associação dos locais à cobertura de sinal para a rede

digital. As áreas assinaladas são de especial interesse dado que se encontram em zona de forward

interference e de difracção natural.

Figura 4.4: Apresentação da área em estudo com os intervenientes no sistema

4.1 Locais de estudo 33

Tabela 4.1: Dados geométricos dos locais de teste

Distância (Km) RxAi (dB)

Emissor-Aerogerador teste 1 12,4 12,9

Emissor-Aerogerador teste 2 17,6 10,3

Os locais 1 e 2 assinalados na figura 4.5 são meramente representativos, dado que, ao longo da

estrada, os valores da interferência são variados, podendo ser pontos de elevada interferência ou

de interferência quase nula em distâncias relativamente curtas. Esta situação é devida ao elevado

relevo que existe nas áreas envolventes que podem ser visualizadas nas figuras de perfil do terreno

no anexo A.

Figura 4.5: Imagem representativa dos possíveis locais de teste com apresentação da cobertura daárea para a rede digital a 200 W de emissão

Para a realização das medições no local, foram escolhidos pontos junto a uma estrada do local

1 (figura 4.6). Esta zona sofre a interferência de apenas dois aerogeradores, assinalados nas figuras

como "Aerogerador teste", que se encontram entre o difusor e o receptor, forward interference. A

torre eólica que se encontra nas costas no receptor, não provoca interferência, dado que a antena

usada tem uma relação frente/costas de 28 dB.


Figura 4.6: Imagem representativa dos locais onde se realizaram as medições

As tabelas 4.2 e 4.3 indicam o índice de modulação em três pontos escolhidos para o canal C34

e para o canal C67 respectivamente. Os locais para teste foram escolhidos de acordo com o valor

da interferência no local e os valores apresentados nas tabelas são obtidos através do RadioMobile.

Tabela 4.2: Informação referente a cada um os pontos de teste para o canal C34 obtida no Ra-dioMobile

Latitude Longitude RxR(dB) Rxi(dB) mRL

Ponto 1 41,713850 -7,803070 -19,6 59,6 69,8

Ponto 2 41,715090 -7,80663 -8,8 55,7 15,3

Ponto 3 41,71688 -7,80852 13,5 59,3 0,8

Tabela 4.3: Informação referente a cada um os pontos de teste para o canal C67 obtida no Ra-dioMobile

Latitude Longitude RxR(dB) Rxi(dB) mRL

Ponto 1 41,713850 -7,803070 -21,1 67 126,9

Ponto 2 41,715090 -7,80663 -9,6 64,4 37,1

Ponto 3 41,71688 -7,80852 16,1 64,1 1,2

Esse cálculo de interferência, mRL, é efectuado com a ajuda do modelo de Spera - Sengupta

aplicado num ficheiro Excel [9] onde se introduzem todos os dados necessários para o cálculo

como as potências nos locais necessários e a localização dos intervenientes do sistema tais como

aerogeradores, emissor e receptor. O cálculo dos ângulos e das distâncias é efectuado pelo mesmo

ficheiro. Neste cálculo para simplificar a entrada de dados, desprezaram-se os aerogeradores que

4.2 Mapas de cobertura de televisão 35

não se encontravam entre o emissor e o receptor porque, uma vez que a antena receptora tem

uma relação de frente/costas de 28 dB, considera-se que o sistema é imune a ecos oriundos da

retaguarda.

Na outra área de estudo escolhida ocorre a mesma situação. Os índices de modulação variam

bastante em apenas algumas centenas de metros e em alguns casos em dezenas de metros, mas

esta área acabou por ser rejeitada devido à difícil recepção de sinal e de acesso.

4.2 Mapas de cobertura de televisão

As imagens de cobertura de televisão para a rede pública RTP2 e para a nova rede digital (R0)

são apresentadas na figura 4.7 e 4.8 respectivamente. Para a rede analógica a potência de emissão

é de 40 000 W à frequência de 575,25 MHz e o limiar de recepção é de 148 µV, enquanto que a

rede digital utiliza uma potência de apenas 200 W à frequência de 842 MHz e exige um limiar de

recepção de 3,7 µV. O software de cálculo de imagens de interferência não calcula a interferência

em pontos onde o nível de recepção é inferior a -12 dB em relação ao limiar no sistema analógico

nem inferior ao limiar do sistema digital. Se o nível recebido não permite a recepção de televisão,

então o software não calcula a interferência.

A forma de atribuição de cores na imagem de cobertura da rede digital é diferente da rede

analógica. Na rede digital o limiar é o valor mínimo na atribuição de cor, enquanto que na rede

analógica o valor mínimo a ser mapeado com cor é o valor com 12 dB abaixo do limiar da rede.

Este limiar para o sistema digital é estipulado pela norma de DVB-T (tabela 2.2) como sendo o

valor mínimo para a recepção e descodificação de imagem de televisão e portanto, mapear locais

com valores de recepção inferior é desnecessário.

Figura 4.7: Mapa de cobertura para a rede R2com uma potência de emissão de 40 KW.

Figura 4.8: Mapa de cobertura para a rede R0com uma potência de emissão de 200 W.

A imagem de cobertura para a rede R2 indica 3 pontos escolhidos em 3 situações de diferentes

intensidades de cobertura. O ponto 1 encontra-se numa área em que o sinal recebido é 12 dB

abaixo do limiar de recepção, o ponto 2 já se encontra muito próximo do limiar e, por sua vez, o

ponto 3 já se encontra num local de sinal recebido superior ao limiar.


Na imagem de cobertura da rede digital acontece algo semelhante, obtemos 3 pontos em com

3 situações de cobertura diferentes mas a abordagem a esta imagem é diferente. Zonas incolores

indicam recepção de sinal inferior ao limiar e por isso será praticamente impossível descodificar

imagem. Testes realizados pela PTComunicações indicam que limiar mínimo para a recepção e

descodificação de imagem de televisão através de receptores/descodificadores domésticos é supe-

rior [12].

Se compararmos as áreas incolores nas imagens de cobertura (zonas 12 dB abaixo do limiar

de recepção) com áreas incolores nas imagens de interferência podemos verificar que elas são

coincidentes, figuras 4.7 e 4.9. Daí a confirmação de que o software de cálculo de interferência

pelo modelo de Spera - Sengupta não calcula a interferência em locais onde a recepção seja muito

baixa. Situação análoga no sistema digital.

4.3 Mapas de interferência

De seguida são apresentados os mapas de interferência para a rede de RTP2 e para a nova rede

digital. Ambas as imagens apresentam a interferência elevada com a cor vermelha, o restante grau

de intensidade da interferência consoante a cor esta representado na figura 3.6.

Um local incolor tanto pode indicar um local sem interferência pelos aerogeradores, como

um lugar com um nível de recepção muito baixo. A análise do mapa de interferência acompan-

hado do mapa de cobertura torna estes locais facilmente identificáveis: comparação do mapa de

interferência 4.9 com 4.7 e mapa de interferência 4.10 com 4.8.

Esta situação acontece devido às obstruções físicas que impedem a chegada do sinal, tal como

se pode ver na imagem panorâmica do Google Earth. Os pontos 1 e 2 contêm uma obstrução

física na direcção do emissor, precisamente onde se encontram os aerogeradores. O ponto 3 já se

encontra quase em linha de vista com o emissor embora a elevação ainda crie obstrução.

Figura 4.9: Mapa de interferência para a rede R2

4.4 Capacidade do receptor em protecção contra ecos 37

Através da análise das imagens de interferência, pode verificar-se que as três medições foram

realizadas em pontos com características diferentes como se pode ver na figura 4.9. O ponto

1, com a área envolvente incolor é uma zona de elevada interferência e com um baixo nível de

recepção. O ponto 2 é igualmente de elevada interferência mas com uma recepção do sinal trans-

mitido superior à do ponto 1. No ponto 3, apesar de estar mapeado com elevada interferência, os

efeitos provocados pelas duas torres eólicas já são praticamente nulos, o que resulta numa ligeira

interferência (confirmação prática), contrariando o cálculo teórico.

Os locais para a recolha de dados da rede digital são os mesmos que os usados para o canal

C34. O mapa de interferência para o canal C67 é apresentado na figura 4.10 e em comparação com

a figura 4.9 de interferência do sistema analógico, conclui-se que as áreas que sofrem interferência

são praticamente iguais.

Figura 4.10: Mapa de interferência para a rede R0

A figura 4.10 representa a interferência que os dois aerogeradores criam para a rede digital.

Analisando a figura verifica-se que os pontos 1 e 2 se encontram numa zona não mapeada devido

ao facto de a imagem de cobertura indicar que o sinal recebido é inferior ao limiar de recepção,

mas empiricamente sabemos que são pontos de elevada interferência.

4.4 Capacidade do receptor em protecção contra ecos

O sistema de difusão de televisão digital contém um intervalo de guarda de 1/4 do tempo de

símbolo, o que corresponde a 56 µs. Os cálculos já realizados no capítulo 2 na secção de COFDM,

mostram que os ecos naturais podem chegar ao receptor sem provocar qualquer tipo de interfe-

rência se percorrerem até 16,8 Km a mais que o raio directo. Esta situação serve também para

evitar sinais radiados por outros difusores de televisão digital que utilizem a mesma frequência e

que chegam atrasados sendo considerados como simples ecos.


Os ecos no receptor podem causar dois tipos de interferência: interferência estática (todos os

ecos provocam a mesma alteração de fase nos dados) ou interferência dinâmica (os ecos recebidos

provocam uma alteração da fase que varia no tempo).

4.4.1 Interferência Estática

Por interferência estática compreende-se todos os ecos que chegam ao receptor provenientes

de reflexões em obstruções naturais ou em qualquer tipo de edifícios ou estruturas. Para o estudo,

as torres eólicas quando se encontram no estado estacionário são consideradas como uma estrutura

que provoca um eco constante no receptor. Esta situação é exemplificada na figura 4.11: os sinais

exactamente iguais chegam ao receptor atrasados um certo tempo dependendo do percurso que

tiveram de percorrer.

Figura 4.11: Exemplificação da ocorrência de ecos e os seus atrasos

A figura 4.11 exemplifica a chegada de ecos ao receptor que provocam interferência estática.

Como os sinais são iguais, temos um efeito construtivo, somam-se em amplitude alterando apenas

a fase. Como os ecos são estáticos a fase é alterada de igual forma para todos os dados recebidos

levando a que a constelação elaborada seja desfasada da esperada 4.12. No entanto os receptores de

modulações digitais têm a capacidade de se auto ajustar de forma a contrariar este efeito 4.13. Se

chegarem mais atrasados do que o intervalo de guarda ocorre a soma de dois sinais completamente

diferentes.

4.4.2 Interferência dinâmica

No sistema analógico, a interferência dinâmica traduz-se numa variação vertical do brilho da

imagem, numa repetição de impulsos síncronos à frequência de n vezes a frequência de rotação

das pás (sendo n o número de pás de um aerogerador).

No sistema digital, a fase dos símbolos que chegam ao receptor pode variar no tempo de tal

forma que o centro geométrico de cada símbolo da constelação 64-QAM desloca-se no tempo.

Quando esta variação é provocada por reflexão nas pás dos aerogeradores, essa variação do centro

geométrico dos símbolos é cíclica e o seu período de repetição da fase é 1/3 do período de rotação

das pás, dado que são 3 pás por aerogerador. Os receptores têm a capacidade de se auto ajustar à

variação de fase na constelação Perante esta situação colocam-se dois cenários extremos.

4.4 Capacidade do receptor em protecção contra ecos 39

Figura 4.12: Rotação da constelação em 7 grausem relação à esperada

Figura 4.13: Auto ajuste final do receptor à con-stelação recebida

• Cenário A: O receptor tem a capacidade de acompanhar as variações de fase ocorridas du-

rante o período e a interferência é desprezada.

• Cenário B: A agilidade do receptor não acompanha as variações de fase ocorridas durante

um período e o sinal interferente é tratado como ruído.

A figura 4.14 compara a degradação da relação C/N consoante o índice de modulação. Anal-

isando o gráfico da figura 4.14 verifica-se que o aumento da degradação da relação C/N não é

uniforme com o aumento do índice de modulação. A degradação é tanto maior quanto maior for

a relação C/N. No gráfico da figura 4.15 pode ver-se que o valor de C/N tende a ser o mesmo

independentemente da relação C/N inicial porque quando o índice de modulação for unitário, o

C/N é zero. Esta situação é esperada e pode ser explicada pela seguinte equação 4.1:

Figura 4.14: Quantidade de C/N degradada emrelação ao índice de modulação

Figura 4.15: Valor de C/N em relação ao índicede modulação

NC

=NC1

+M2i (4.1)

A equação 4.1 mostra que o valor real de C/N é igual ao valor C/N sem interferência mais o

índice de modulação. Para índices de modulação unitários, a interferência é igual à relação C/N.


O cenário B é o mais preocupante dado que no limite os ecos são considerados interferên-

cia e leva à impossibilidade de descodificação. As medições efectuadas e apresentadas na secção

seguinte têm como objectivo saber em que cenário o receptor usado se enquadra, se no cenário

A ou no B ou numa posição intermédia. Como esta capacidade não é uma especificação do sis-

tema, depende de receptor para receptor podendo estar mais ou menos desenvolvida consoante a

equipamento utilizado e os resultados apresentados por cada equipamento varia no tempo porque

depende do período de rotação das pás assim como da intensidade de espalhamento efectuado

pelas pás.

4.5 Medições efectuadas

As medições efectuadas têm como objectivo comprovar a existência da interferência criada

pelos dois aerogeradores apresentada na imagem de interferência para a rede 2 (figura 4.9) e para a

rede digital (figura 4.10). Os três pontos escolhidos ilustram três índices de interferência diferentes

e são confrontados com os valores da tabela 4.4 e 4.5 que apresentam os valores obtidos nos pontos

1,2 e 3.

Tabela 4.4: Sinal recebido nos diferentes locais para o canal C34

V médio (dBµV) ∆P(dB) Vmedido(dBµV) VRM(dBµV)

Ponto 1 79,9 9,8 24,1 23,8

Ponto 2 93,2 6,8 37,4 34,6

Ponto 3 102,1 0,8 46,2 56,9

O ponto 1 é o local com menor valor médio de sinal recebido, mas é o que contém maior

variação de sinal recebido. Esta situação origina uma maior interferência, como está indicado na

tabela 4.7. Esta situação é explicada pela sua localização, tem baixa recepção de sinal e encontra-

se no centro de forward interference.

∆V = Vmax−Vmin (dB) (4.2)

∆P = 2×∆V (dB) (4.3)

Nos restantes pontos o sinal recebido (por menor obstrução) aumenta e a interferência total

diminui assim como a variação do sinal recebido. Aplicando o valor da variação de sinal observado

no local, nos três pontos, ao gráfico da figura 3.2 verifica-se que os valores não são coincidentes

na indicação da interferência. Através do gráfico obtemos valores de interferência mais baixa que

do que através dos cálculos. Comparativamente, a análise da interferência em cada um dos pontos

pelo método de variação do sinal recebido no gráfico da imagem 3.2, está mais de acordo com o

índice de interferência observado na imagem do canal 34, do que através de cálculos analíticos.

As diferenças entre o Vmedido e o VRM são aceitáveis para os pontos 1 e 2 porque no RadioMo-

bile o valor obtido é o valor recebido directamente do emissor, enquanto que o valor medido nos

4.5 Medições efectuadas 41

testes é o sinal directo do emissor adicionado à fracção de sinal reflectido nos aerogeradores. Para

o ponto 3 acontece o oposto, o RadioMobile provavelmente assume que se encontra em linha

de vista com o emissor enquanto que os valores das medições práticas ainda são afectados pelas

obstruções.

VRM = RxR,RM +20× log10(Lim) (4.4)

Vmedido = Vmédio−Gant −Gamp +Gdipolo (4.5)

• RxR,medido é o nível relativo de sinal recebido no receptor com a antena a 5 metros de altura

• Uentrada é a tensão à entrada no analisador de DVB-T se fosse usado um dipolo

• Gant = 17 dB ; Gamp = 41 dB ; Gdipolo =2,15 dB

• Lim = 148 µV para a rede analógica ou 3,7 µV para a rede digital

A altura das antenas de recepção é 5 metros tanto no programa de simulação como na recolha

dos dados. O ponto 1, continua a ser o que tem pior nível de sinal e pior relação C/N na rede digital.

Os outros dois pontos acompanham o aumento da quantidade de sinal recebido à semelhança do

verificado na rede analógica. Testes realizados pela PTComunicações [12] indicam que a potência

mínima de entrada deverá ser -104,6 dBW. Para esta potência de entrada é necessário uma relação

C/N mínima de 26 dB e uma tensão mínima de entrada de 37 dBµV, tal como descrito na tabela

2.2. Dos 3 pontos, apenas o ponto 3 tem as condições mínimas para a recepção do sinal. No

entanto o analisador de DVB-T usado [6] não conseguia garantir sincronismo continuamente nem

medir a taxa de erros.

Tabela 4.5: Valores recolhidos para o canal C67

V médio (dBµV) Vmedido(dBµV) C/N BER

Ponto 1 56,0 0,2 7,9 ND

Ponto 2 65,4 9,6 15,6 ND

Ponto 3 78,4 22,6 27,1 ND

Nos breves momentos em que foi possível visualizar a BER, esta era da ordem de 2×10−2. Os

valores da BER são fundamentais para a análise da interferência das torres eólicas nos sistemas

digitais. O índice de modulação para o qual o sistema digital sofre interferência ao ponto de

impedir a descodificação do sinal é dado pela taxa de erros e perda de sincronismo.

As dificuldades em medir a taxa de erros pode ser atribuída ao facto de existir interferência do

nosso sistema de TDT com o sistema espanhol (Espanha também usa o canal 67) ou a possíveis

falhas na transmissão. Estas duas situações são indicadas pela PTComunicações, que se encontram

em processo de resolução.


A tabela 4.6 faz a comparação os valores obtidos nos três pontos de teste para o canal 67.

Os valores de VRM são referentes ao valores teóricos simulados no RadioMobile enquanto os val-

ores Vmedido são valores medidos no terreno. Para esta rede há diferenças significativas entre os

valores simulados e os medidos nos locais. As diferenças nos valores são devidas ao facto de os

valores medidos no RadioMobile para os 3 pontos ser o valor recebido directamente do emissor

enquanto que os valores obtidos com as medições nos locais de teste é a adição do sinal recebido

directamente com o sinal reflectido.

Tabela 4.6: Comparação de RxR canal C67

VRM(dBµV) Vmedido(dBµV)

Ponto 1 -9,7 0,2

Ponto 2 1,8 9,6

Ponto 3 27,5 22,6

O ponto 3 para a rede digital contraria os outros dois pontos. No ponto 1 e 2 o valor medido

é superior mas no ponto 3 é menor. Neste ponto os valores recebidos pelos dois métodos deve-

riam ser ou semelhantes ou o sinal medido nos testes ligeiramente superior, pela mesma situação

explicada anteriormente. No entanto acontece o oposto que pode ser explicado pelo facto de os

cálculos das reflexões não serem os mais correctos.

Na tabela 4.7 é apresentada a interferência calculada com valores medidos para as duas redes.

Os valores da interferência indicados na tabela são extremamente altos. Apesar de os níveis in-

dicativos de interferência avaliarem a imagem apenas qualitativamente, não é algo concreto, em

todos os pontos foi possível visualizar a imagem do sistema analógico. O ponto 3 é o caso de

maior relevo, a interferência visualizada na imagem da rede analógica é mínima comparada com

a interferência dos cálculos analíticos. O ângulo α que o plano de rotação das pás faz com o raio

directo do emissor, figura 4.16, influência a quantidade de interferência criada pelo aerogerador

[3, 15].

Tabela 4.7: Índice de modulação nos diferentes locais com valores reais para o canal C34 e C67

C34 C67

Ponto 1 44,6 39,9

Ponto 2 7,3 14,9

Ponto 3 3,4 2,2

A situação apresentada na figura 4.16 faz uma aproximação do ângulo de rotação das pás do

aerogerador perante a direcção do sinal proveniente do emissor. O valor correcto de α não foi

determinado por dificuldades técnicas. O modelo usado pressupõe também o uso de uma antena a

10 metros de altura mas por questões de logística as medições foram efectuadas apenas a 5 metros.

Estes dois aspectos contribuem para a discrepância entre a interferência observada e a calculada.

4.5 Medições efectuadas 43

Figura 4.16: Ilustração do ângulo α entre aerogerador e raio directo.

Apesar de o índice de modulação estarem altos, as diferenças entre os índices de modulação

nos 3 pontos está de acordo com diferença da qualidade de imagem visualizada nos 3 casos. Nos

três pontos foi possível visualizar barras horizontais nas imagens com movimentos verticais, em

movimentos cíclicos de acordo com as equações seguintes, produzidas por uma modulação da

onda [7].

Período(s) =60

Freqrot.×N(4.6)

Período(s) =23

s (4.7)

Onde :

• Período é o tempo entre sucessivas modulações de onda

• Freqrot. = 30 RPM

• N é número de pás do aerogerador

O período obtido é próximo daquele que foi visualizado nos locais sendo que, pretende-se

ainda realizar novas medidas nos locais de teste a fim de validar valores e gravar a imagem de

televisão com a referida interferência em cada ponto.


Capítulo 5

Conclusões e Trabalho Futuro

O modelo de Spera – Sengupta faz uma boa previsão dos locais com interferência criada pelos

aerogeradores estudados apesar de se terem obtido valores elevadíssimos e desproporcionais à

interferência observada. Fica comprovado que os aerogeradores degradam o sinal de televisão no

sistema analógico, facto este comprovado com a visualização na imagem de televisão dos efeitos

de interferência previstos para os pontos de teste. As diferenças de interferências entre o modelo

e a realidade podem ser explicadas pelo facto de o modelo estar previsto para casos em que o a

componente fixa recebida do aerogerador é desprezável.

Devido a problemas técnicos na emissão de sinal digital, não foi possível tirar qualquer con-

clusão sobre o método proposto para previsão de interferência. A previsão da probabilidade de

ocorrer interferência suficiente para impedir a descodificação de sinal não foi desenvolvida ficando

apenas mencionada a proposta de estudo.

O software de cálculo das imagens de interferência reproduz graficamente o modelo usado

sem adulterar os locais onde ocorre interferência sendo um bom indicador na escolha de locais de

teste. Perante isto, é possível fazer uma análise da interferência criada por um futuro parque eólico

tornando mais fácil o ajuste da localização dos futuros aerogeradores.

As antenas Yagi assim como o amplificador de mastro permitem ganhos combinados na ordem

dos 50 a 60 dB que melhoram a recepção do sinal de televisão, mesmo em situações de ecos laterais

ou pelas costas e baixo nível de sinal recebido.

Uma possibilidade para resolver o fornecimento de televisão digital aos locais onde existe

elevada interferência pode ser a oferta gratuita dos canais públicos através de recepção de satélite

assim como do receptor e antena parabólica, DVB-S.

5.1 Satisfação dos Objectivos

Os objectivos não foram completamente cumpridos dado que para as transmissões digitais não

foi possível tirar qualquer conclusão. A potência do sinal aliado à boa relação C/N deveria permitir

45

46 Conclusões e Trabalho Futuro

medir a taxa de erros mas como já foi indicado, a transmissão de televisão digital não esta ainda a

funcionar correctamente.

Na transmissão analógica foi possível confirmar a existência de interferência criada pelas tor-

res eólicas nos locais indicados pelo modelo, aprovando assim o uso do modelo apesar das dis-

crepâncias nos valores teóricos e práticos.

5.2 Trabalho Futuro

Com o avanço das transmissões da televisão digital, os problemas técnicos vão diminuir e

uma das áreas de estudo que podem ser exploradas é na recepção de sinal através da medição da

variação entre a potência máxima e mínima e da taxa de erros e com estes dados associar ao índice

de modulação limiar mínimo necessário para permitir descodificação de sinal.

Uma área de estudo interessante é a capacidade de o receptor se ajustar às variações de ampli-

tude e fase dos símbolos nas constelações criadas pela rotação das pás.

Por fim, realizar medidas práticas em antenas com um dipolo MRD que reduz o ruído im-

pulsional para verificação de vantagens em relação ao dipolo utilizado nas medidas efectuadas no

âmbito desta dissertação.

Referências

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[2] Gerard FARIA. Dvb-t hierarchical modulation: An opportunity for new services? 1999.

[3] Hélène Bulte. Review of method for prediction of tv interference due to wind turbines.Technical report, Cranfield University, September 2007.

[4] Vinícius Rodrigues Vieira César Bolaño. Tv digital no brasil e no mundo: estado da arte.Revista de Economía Política de las Tecnologías de la Información y Comunicación, Agosto2004.

[5] HDTVmagazine. Comparing some commercially available antennas, Junho 2009.Disponível em http://www.hdtvprimer.com/ANTENNAS/comparing.html.

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[9] Mário Jorge Moreira Leitão. Comunicação particular, 2009. Instituto de Engenharia deSistemas e Computadores.

[10] Carlos Salema et all. Tv interference from wind turbines. Technical report, Instituto SuperiorTecnico e Instituto de Telecomunicações.

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[12] PTInovação. especificação para televisores tdt. Technical report, Portugal Telecom, Abril2009.

[13] Anacom. Direito de utilização das frequências. Technical report, Autoridade Nacional deComunicações, Dezembro 2008.

[14] TDT PSI/SI. Norma de sinalização para a televisão digital terrestre em portugal. Technicalreport, PT Comunicações.

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48 REFERÊNCIAS

[15] Thomas B. A. Senior e Dpak L. Sengupta. Large wind turbine siting handbook: Televisioninterference assessment. Technical report, Department of Electrical and Computer Engineer-ring of The University of Michigan, Abril 1981.

[16] ETSI. Digital video broadcasting (dvb); usage of the dvb test and measurement signallingchannel (pid 0x001d) embedded in an mpeg-2 transport stream (ts). Technical report, Euro-pean Telecomunication Standards Institute, 1998.

[17] ETSI. Digital video broadcasting (dvb); dvb mega-frame for single frequency network (sfn)synchronization. Technical report, European Telecomunication Standards Institute, 2004.

[18] D.T. Wright. Effects of wind turbines on uhf television reception. Technical report, BBCResearch Dept, Novembro 1991.

[19] OfCom e BBC. The impact of large buildings and structures (including wind-farms) onterrestrial television reception. Technical report, 2006.

[20] Carlos Salema et all. Tv interference from wind turbines.

[21] D. de la Vega I. Orcajo, et all. Use of the channel impulse response of dvb-t services for theevaluation of the reflected signals of wind farms. Maio 2008.

[22] Carlos Fernandes Carlos Salema. Co-siting criteria for wind turbine generators and transmit-ter antennas. Abril 1999.

[23] J. Ritter and F. Gengaroli. Digital television in australia: The story so far.

[24] Alaska Wind Farm. Aviation, telecommunications and television. Chapter 14 Telecommuni-cations, Television & Ariel Activity Environmental Statement Volume 1, March 2008.

[25] Regina Missias Gomes Analuiza Rodrigues. Modulação cofdm: Uma proposta atractiva paraos padrões de tv digital. Revista Digital Online, Agosto 2004.

[26] D F Bacon. A proposed method for establishing an exclusion zone around a terrestrial fixedradio link outside of which a wind turbine will cause negligible degradation of the radio linkperformance. Outubro 2002.

[27] Anacom. Concurso público para atribuição de um direito de utilização de frequênciasde âmbito nacional para o serviço de radiodifusão televisiva digital terrestre, Fevereiro2008. Autoridade Nacional de Comunicações, disponível em http://www.anacom.pt/template15.jsp?categoryld=268822.

[28] Jerker Björkqvist. The dvb transport stream, Abril 2008. Disponível em www.abo.fi/~jbjorkqv/digitv/lect4.pdf.

[29] PER. Portal das energias renovaveis, Junho 2009. Disponível em http://www.energiasrenovaveis.com/Area.asp?ID_area=3.

[30] BBC and OFCOM. Windfarms assessment tool, Junho 2009. Disponível em http://windfarms.kw.bbc.co.uk/rd/projects/windfarms/.

[31] Televés. Dat series for digital solutions, 2009. Televés S.A.

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http://www.energiasrenovaveis.com/Area.asp?ID_area=3

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http://windfarms.kw.bbc.co.uk/rd/projects/windfarms/

http://windfarms.kw.bbc.co.uk/rd/projects/windfarms/

Anexo A

A.1 Imagens de perfil

Imagem de perfil para os 3 pontos onde se realizaram as medidas:

Figura A.1: representação do perfil do terreno entre o emissor e o ponto 1

49

50



A.1 Imagens de perfil 51

Mapa orográfico geral com indicação do perfil:

Figura A.4: representação do perfil do terreno de acordo com o mapa orográfico do emissor ate aoponto 2

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Interferências de Parques Eólicos Sobre a Transmissão de ... · o aparecimento de uma imagem fantasma originada pelo multipercurso e uma variação vertical cíclica do brilho