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Rádio Enlace II: Estudo de Caso de Dimensionamento Empregando Geociências

Diferentes organizações tendem a passar por ramificações de suas estruturas de rede, seja por ampliação oupor melhores localizações. E nestes processos um dos pontos que geram problemas é a comunicação dedados. Muitas destas organizações estão empregando conexões próprias, mas cada caso se difere por váriosmotivos, tais como: localização, tipos de serviços a serem utilizados, sistemas, custo de implantação,flexibilidade e agilidade na interconexão, ou seja, adaptável às condições específicas. Desse modo, quandose trata de flexibilidade e agilidade, o que se adapta muito bem a estas características é o rádio enlace pontoa ponto, mas para tal é necessário um correto dimensionamento dentro dos padrões e normas existentes. Esta série de tutoriais utiliza a geociência como ferramenta para o correto dimensionamento de um rádioenlace ponto a ponto teórico na faixa dos 5.8 GHz, que não necessita de licenciamento junto a órgãospúblicos para sua utilização. Descreve características importantes de rádio enlace, utilizando o caso daUniversidade do Contestado Campus Canoinhas, em que se deseja interligar o Campus Centro com oCampus de Marcilio Dias como estudo de caso. A modelagem do perfil teórico do enlace, é feita juntamentecom o laboratório de geoprocessamento da UnC e com o apoio de profissionais da área, que disponibilizarambases cartográficas e equipamentos de recepção de sinais GPS, além dos cálculos de altura das antenas,liberação da elipsóide de Fresnel e atenuações utilizando tabelas e expressões de livros da área e padrõesinternacionais recomendados pela União Internacional de Telecomunicações (ITU). Os resultados obtidos foram analisados e foi traçado o melhor cenário para a interconexão, avaliando aviabilidade técnica de estrutura e menor perdas por atenuações. Os dados foram repassados ao laboratóriode geoprocessamento que disponibiliza através de softwares e técnicas de fotogrametria a virtualizaçãoplanialtimétricas e morfológicas da região no comprimento total do enlace visualizando assim, se os cálculose altitudes da região estão corretos para a não interferência da elipsóide de Fresnel. Os tutoriais foram preparados a partir do trabalho de conclusão de curso “Dimensionamento de RádioEnlace Ponto a Ponto Empregando Geociências - Estudo e Caso: Conexão entre os Campi Centro eMarcilio Dias da Universidade do Contestado - Canoinhas”, elaborado pelo autor. Foi orientador dotrabalho o Prof. Eng. Gianfranco Muncinelli, M. Sc, e co-orientador o Prof. Eng. Marcos B. Schimalski, M.Sc. Este tutorial parte II apresenta a metodologia de trabalho utilizada e o dimensionamento do radio enlace paraconectar os campi da Universidade de Contestado, fazendo uso da geociências para levantamento teórico dopercurso a ser coberto. Além disso, apresenta os resultados alcançados e as conclusões do estudo de caso.

Marco Antonio Laska

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Engenheiro de Telecomunicações pela Universidade do Contestado, em convênio com a FundaciónUniversitária San Martin, Colômbia. Atuou como Auxiliar de Informática na Universidade do Contestado (UnC – Canoinhas, SC), sendoresponsável pela manutenção física e lógica, suporte e treinamento, e como Professor de Eletrônica Básicano Núcleo de Ensino Profissional – NEP da Secretaria de Educação de Santa Catarina, e como Estágio emEngenharia de Telecomunicações na Lore Management. Email: [email protected]

Categoria: Infraestrutura para Telecomunicações

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 15 minutos Publicado em: 12/07/2010

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Rádio Enlace II: Introdução

Diferentes organizações tendem a passar por ramificações de suas estruturas de rede, seja por ampliação oupor melhores localizações, e nestes processos um dos pontos que geram mais problemas é a comunicação dedados que dependam da conexão constante o que gera perdas de produtividade e até prejuízos dependendoda linha de trabalho, pois equipamentos desconectados, que não possam acessar os dados dos sistemasutilizados nas organizações, têm muito pouca ou nenhuma utilidade (BAUKAT, 2005, pg. 07). Para obter uma solução nestes casos, muitas destas organizações estão empregando as conexões próprias,mas cada caso se difere um do outro por vários motivos, como localização, tipos de serviços a seremutilizados, sistemas, custo de implementação, flexibilidade e agilidade na interconexão, ou seja, poder seadaptar a condições específicas (FELICE, 2005, pg. 58). Quando se trata de flexibilidade e agilidade, o que se adapta muito bem a estas características é o radioenlace ponto a ponto, por possuir faixas de freqüências não licenciadas, se adaptarem a condiçõestopográficas, regiões não desenvolvidas e obter um custo relativamente mais baixo que conexões a longadistância feitas com fibras óticas (MIYOSHI e SANCHES, 2002, pg. 27), obviamente levando o fatorcapacidade de transmissão, que por sua vez a fibra ótica possui maior capacidade de transmissão (FELICE,2005, pg. 11). Analisando este contexto pode-se identificar que não é diferente o que ocorre na Universidade doContestado – Canoinhas/Porto União, na qual sua estrutura está ramificada em três pontos, sendo eles:Campus Canoinhas centro como é conhecido, onde é o setor administrativo e o qual se deseja centralizarsuas atividades, reduzindo assim custos de transportes, manutenção, Campus Porto União, situado na cidadede Porto União, o qual é uma extensão acadêmica e o Campus de Ciências Agrárias de Marcílio Dias quetambém é uma extensão acadêmica, onde há o interesse inicial de se realizar a conexão privada. Este trabalho apresenta o projeto da conexão entre os dois pontos utilizando a tecnologia sem fio ouwireless, por possuir faixas de freqüências não licenciadas, no caso 5.8GHz e se adaptar facilmente a regiõesnão desenvolvidas (MIYOSHI e SANCHES, 2002, pg. 25), como ocorre na região em que está situada auniversidade, sendo que as técnicas executadas podem ser um referencial a ser seguido em sistemassemelhantes, em que para tais técnicas foi utilizada a estrutura do laboratório de geoprocessamento da UnCcom o apoio dos profissionais da área e empregando-se receptores de sinais GPS geodésicos, programas depós processamento de observáveis GPS, além de programas de fotogrametria para a modelagem do cenárioem questão, entre eles erdas, stereo analyst, lps, arcgis e AutoCAD, visando maior precisão nodimensionamento da infra-estrutura de um rádio enlace ponto a ponto. Objetivos O objetivo geral desta série de tutoriais é apresentar as principais características a serem estudadas para umcorreto dimensionamento de enlace ponto a ponto na freqüência de 5,8GHz utilizando geociência comoferramenta de medição, tomando como exemplo a ligação entre os campi Centro e Marcilio Dias daUniversidade do Contestado. Os seguintes objetivos específicos foram definidos:

Gerar o perfil do enlace utilizando cartas da região de canoinhas adquiridas através do laboratório degeoprocessamento da Universidade do Contestado;

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Corrigir as altitudes do perfil traçado utilizando equipamentos de recepção de sinal GPS, para ocorreto cálculo da alturas das antenas e atenuação;Verificar a disponibilidade de enlace direto ou com repetidora para o perfil traçado;Apresentar cálculos de altura das antenas, elipsóide de Fresnel, Atenuação (Ae), Atenuação totalliquida (At) e Potência de recepção nominal (Prn) de acordo com as normas ITU-T;Traçar o perfil teórico do enlace selecionado utilizando a folha SG-22-Z-A-II do IBGE que engloba aregião de Canoinhas-SC;Comparar o perfil gerado por carta do IBGE e levantamento de campo com equipamento GPS emmodo estático.Exibir o perfil topográfico do enlace adquirido através do laboratório de geoprocessamento mescladocom os resultados obtidos para a visualização digital do enlace.

Tutoriais O tutorial parte I apresentou os conceitos básicos de Antenas e Propagação de ondas eletromagnéticas, e aseguir apresentou os conceitos das Geociências, aplicados ao dimensionamento de rádio enlaces ponto aponto. Este tutorial parte II apresenta a metodologia de trabalho utilizada e o dimensionamento do radio enlace paraconectar os campi da Universidade de Contestado, fazendo uso da geociências para levantamento teórico dopercurso a ser coberto. Além disso, apresenta os resultados alcançados e as conclusões do estudo de caso.

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Rádio Enlace II: Metodologia e Estudo de Caso

Metodologia de Trabalho Para iniciar o estudo de uma conexão ponto a ponto sem fio, deve-se definir a metodologia a ser seguida.Sendo assim, é importante munir-se de referências confiáveis e que de alguma forma demonstremexperiência no desenvolvimento destes projetos, ou seja, livros, artigos, revistas da área. O trabalho vai seguir os seguintes passos para a o calculo do rádio enlace:

Figura 1: Fluxograma da metodologia de trabalho Estudo de Caso: Radio Enlace Universidade do Contestado As seções a seguir apresentam os levantamentos realizados para o rádio enlace da Universidade doContestado. Levantamento do Perfil Teórico A primeira etapa a ser seguida em um dimensionamento de radio enlace ponto a ponto é conhecer aslocalizações das duas estações que serão interligadas, para isso o levantamento geodésico é uma ferramentamuito versátil neste tipo de ligação (SANCHES, 2007, p. 126).

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Adquirindo bases cartográficas disponíveis é traçado o perfil teórico do enlace, neste caso utilizam-se fotosaéreas adquiridas através do laboratório de ciências de geoprocessamento da Universidade do Contestado. O estudo pode também pode ser feito através de cartas disponibilizadas no IBGE, porém não possuem umdetalhamento que possa ser identificado em um primeiro momento as posições para a interligação, o queacarreta em um trabalho em campo para identificação dos mesmos, e após estas identificações é fato quehaverá um novo trabalho de campo para as correções dos pontos com equipamentos GPS, pois as curvas denível em cartas do IBGE contêm valores aproximados e não precisos e em um dimensionamento de radioenlace ponto a ponto deve-se considerar a liberação da elipsóide de Fresnel entre outros, o que um erro podeprejudicar a eficiência do mesmo. Com este perfil teórico utilizando imagens de maior resolução definem-se não só as interligações bem comoos pontos críticos ou obstruções e os que podem se tornar críticos após sua medição em campo da corretaaltitude, assim minimizando o trabalho em campo coletando informações geográficas que não seriam deimportância para o caso analisado, ou também de deixar de coletar algum ponto importante para o enlace,além de definir possíveis repetidoras no caso de haver muitos obstáculos naturais (morros e tipos devegetações) e urbanos (SANCHES, 2007, p. 153). O perfil teórico das interligações, possíveis obstruções e locais para instalação de repetidoras podem servistos na base cartográfica a seguir, onde as conexões devem ser feitas da seguinte maneira:

Prédio administrativo da Universidade do Contestado, onde se encontra o centro de Tecnologia deInformação, denominado como ADM até o Campus Universitário de Marcílio Dias denominado MD,ou partindo do Centro Acadêmico, onde há uma conexão via fibra óptica ao prédio administrativo daUniversidade do Contestado, denominado ACAD até o Campus Universitário de Marcílio Dias, sendoque a escolha entre o ADM e ACAD como ponto inicial depende da viabilidade técnica, que éavaliada de acordo com a geração da base cartográfica.

Feito essa predefinição dos pontos foi possível observar que há obstáculos naturais que impossibilitam umaligação de visada direta ou do inglês line of sight (LOS),neste caso é fácil de observar a olho nu que há umgrande obstáculo natural entre os pontos que se quer interligar sendo assim, se deve demarcá-lo na basecartográfica para posteriormente retirar um ponto preciso com o equipamento GPS, onde estas localizaçõessão denominadas OBS e RAD. Com a identificação de barreiras de line of sight, é necessário já preparar uma solução para o caso, ou seja,identificar locais que podem se tornar repetidoras para o caso da ligação direta ser inviável (SANCHES,2007, p. 153), cujas informações coletadas na própria Universidade, indicam possíveis locais que serviriampara tal fim por possuírem parcerias, sendo a torre de comunicação da Prefeitura Municipal deCanoinhas-SC (2TX) e a Cooperativa Coopercanoinhas (COOP).

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Figura 2: Foto da região Coleta dos Pontos com Equipamento GPS Com a geração do perfil teórico do enlace e para posteriormente a geração do perfil topográfico é necessáriaa coleta dos pontos com o equipamento GPS, para uma maior precisão, em que todos os equipamentos foramdisponibilizados pelo laboratório de geoprocessamento da Universidade que é gerenciada pelo EngenheiroCartógrafo Professor Marcos B. Schimalski, sendo estes equipamentos de alta precisão. O método de posicionamento do GPS utilizado foi o Estático, para uma maior precisão, e levando emconsideração a minimização de erros por interferência como extração dos pontos em áreas muito cobertas eem ambientes com maior número de satélites visíveis, sendo que o equipamento exibe o número de satélites.

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Figura 3: Método de posicionamento estático – Administrativo UnC Após a coleta dos dados de cada ponto é necessário o processamento do mesmo para a exclusão dos errosatravés do próprio sistema cedido juntamente com o equipamento de medição e utilizado pelo laboratório degeoprocessamento, que por sua vez deve conter uma base fixa como referência conforme descrito no tutorialparte I, o qual a Universidade possui (BUNC), bem como pode ser qualquer base disponibilizada pelo IBGEo que diferencia é tempo de permanência para a coleta do mesmo, para a minimização de erros. O software utilizado para o processamento e coleta dos dados e o GPS é o Ashtech Solutions 2.6 eProMark2 respectivamente. Com o processamento dos dados no software Aschetch Solutions 2.6 há o levantamento dos pontos com umdesvio padrão de aproximadamente 50 cm, o qual deve ser adicionado na margem de segurança para oscálculos, como pode ser observado na figura 4:

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Figura 4: Pontos coletados com equipamento GPS – Aschtec Solutions 2.6 Além de todos os pontos com suas respectivas localizações e altitudes o software gera relatórios detalhadosdos pontos coletados como pode ser visto no na próxima página. A precisão do levantamento em uma ligação de rede sem fio ponto a ponto é extrema importância para ocalculo da Elipsóide de Fresnel, no caso da altitude dos pontos a serem interligados e possíveis obstáculoscomo descrito no tutorial parte I, assim definindo a altura das antenas, além dos cálculos de atenuação noespaço livre, entre outros.

Tabela 1: Relatório do levantamento com o GPS

Site PositionsPontos GPS

Horizontal CoordinateSystem:Height System:Desired HorizontalAccuracy:Desired VerticalAccuracy:Confidence Level:Linear Units of Measure:

World Geodetic Sys. 1984Ellips. Ht.1,000m + 1ppm1,000m + 2ppm95% Err.Meters

Date: 08/22/09Project file: Pontos GPS.spr

SiteID

Site Descriptor 95% PositionFixError

PositionStatus

Status

1CESC

CESC

Lat.26°10’03,98400”SLon.50°23’40,87275”WElv. 792,912

0,0160,0140,027

Processed

2ACAD

ACAD UNC

Lat.26°10’19,02664”SLon.50°23’40,69576”WElv. 778,767

0,4470,4430,367

Processed

3ADM-

ADM UNC

Lat.26°10’16,50565”SLon.50°23’44,23789”WElv. 780,584

0,0160,0120,031

Processed

9

4 2Tx- 2 TORRES

Lat.26°09’54,03101”SLon.50°23’54,08930”WElv. 831,632

0,0140,0140,029

Processed

5COOP

COOPERATIVA

Lat.26°10’22,28255”SLon.50°24’16,23559”WElv. 828,592

0,3370,4410,325

Processed

6BUNC

Lat.26°05’32,68507”SLon.50°23’14,90856”WElv. 833,514

0,1170,1180,189

FixedFixed

Processed

7MD--

TORRE NET

Lat.26°05’34,50760”SLon.50°23’14,93217”WElv. 830,424

0,0040,0040,006

Processed

8RAD-

RADIO UNC

Lat.26°08’23,16980”SLon.50°23’25,15485”WElv. 845,051

0,2860,2880,298

Processed

9OBS-

OBSTACULO

Lat.26°09’00,82616”SLon.50°23’29,98687”WElv. 849,071

0,010,010,02

Processed

Com os pontos processados podemos obter uma prévia do posicionamento dos mesmos com o próprioAschetec Solutions 2.6 como é mostrado a seguir:

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Figura 5: Relatório Aschtec Solutions – Posicionamento GPS O software para utilizar os pontos coletados na identificação das suas distância é o AutoDesk AutoCAD2006, por exemplo para encontrar a real distância entre 2 pontos, depois de corretamente inseridos nosoftware AutoDesk Autocad 2006, com o comando “dist” seleciona-se o primeiro e posteriormente osegundo, aparecerá a distância real entre os mesmo, como mostra a imagem da figura 5:

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Figura 6: Calculo da distância entre 2 pontos no software AutoDesk Autocad 2006 Sendo assim é notável que a distância entre o prédio administrativo da Universidade do Contestado e oCampus de Marcilio Dias é de 8,713 quilômetros, o que será utilizado nos cálculos de atenuação e liberaçãoda Elipsóide de Fresnel entre outros. Correção da Ondulação Geoidal Como foi descrito no tutorial parte I para obter uma melhor precisão nas medições deve-se corrigir aondulação geométrica adquiridas pelo equipamento GPS para altitudes ortométricas, sendo assim utiliza-se osoftware mapgeo2004, que é gratuito e disponibilizado no site do IBGE (ftp://geoftp.ibge.gov.br/programa/Sistema_Interpolacao_Ondulacao_Geoidal/), onde os dados são inseridos e o própriosoftware faz o calculo da correção para cada ponto como será visto a seguir:

Configura-se o sistema de acordo com o utilizado com o sistema GPS, no caso SAD69.O formato dos dados, neste caso GMS (grau, minuto, segundo), mas poderia ser em formato decimal.Insere-se os dados e processa-os.O resultado obtido deve ser adicionado ou subtraído dos valores coletados com o equipamento GPS.

Exemplo: Ponto ADM:

Latitude: -26” 10” 16.50565” SLongitude: -50” 23” 44.23789” W

Então:

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Figura 7: Software MAPGEO2004 A altitude elipsoidal (h) do ponto ADM é 780,584m, e a ondulação geoidal (H) é 4,95m. Como o valor obtido é positivo, somasse a altitude total encontrada com o equipamento GPS, assim éencontrada a altitude ortométrica ou geoidal (N):

N = 780,584 + 4,95 = 785,534m Sendo assim é necessário efetuar a correção de todos os pontos para uma boa precisão no calculo da alturadas antenas e desobstrução da elipsóide de Fresnel que será visto a seguir.

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Rádio Enlace II: Altura das Antenas

Calculo da Altura das Antenas O primeiro fator a ser avaliado é o quanto pode ser liberado da Elipsóide de Fresnel, o qual varia de acordocom a freqüência do radio enlace, e este critério também se baseia no fator K como mostra a tabela abaixo(SANCHES, 2007, p. 77):

Tabela 2: Porcentagem da liberação da elipsóide de Fresnel em relação à freqüência e fator K

Frequência de Operação entre 1 e 3 GHzFrequência de Operação acima de 3

GHz

60% do Raio de Fresnel para k=4/3 100% do Raio de Fresnel para k=4/3

30% do Raio de Fresnel para k=mínimo 60% do Raio de Fresnel para k=mínimo

Fonte: (SANCHES, 2007, pg. 77)

No caso utiliza-se a freqüência de 5.8GHz tomando como referencia a antena no administrativo daUniversidade, o objetivo é liberar 100% da elipsóide de Fresnel.

Tabela 3: Calculo da altura das antenas link direto

Cálculo da Altura das antenas link direto

Frequência do enlace F 5800 MHz

Comprimento D 8,713 km

k=4/3 K 1,33

k=mínimo K 0,3

Distância da estação ADM até a obstrução d1 3 km

Distância da Estação MD até a obstrução d2 5,713 km

Altitude da estação ADM hA 785,5 m

Altitude da estação MD hB 834,9 m

Altitude do obstáculo hpc 854,6 m

100 % raio de Fresnel no ponto crítico Rf 10,13 m

60 % raio de Fresnel no ponto crítico Rf' 6,08 m

Correção da curvatura da Terra para K=4/3 Hm 1,01 m

Correção da curvatura da Terra para K=mínimo Hm' 4,48 m

100% do raio de Fresnel + correção da curvatura da Terra paraK=4/3

Hc 11,14 m

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HC' 10,56 m

Altura da antena ADM tomada como referência h1 10 m

Margem de crescimento de árvores no ponto de obstrução Mc 2 m

Margem de segurança devido à precisão das medidas Ms 2 m

Altura da antena MD para k=4/3 h2 176,22 m

Altura da antena MD para k=mínimo h2' 174,53 m

Fonte: (SANCHES, 2007, Adaptado)

Onde:

F – freqüência do enlace em MHz;D – Distância total do enlace em quilômetros;d1 – Distancia do obstáculo até a estação ADM em quilômetros;d2 – Distância do obstáculo até a estação MD em quilômetros;hA – Altitude da estação ADM em metros;hB - Altitude da estação MD em metros;hpc – Altitude do obstáculo em metros;RF – 100% do Raio de Fresnel no ponto crítico apropriado a freqüência utilizada para o enlaceconforme a tabela 2 usando a seguinte formula (Sanches, 2007, p. 79):

Equação 1

onde:

f – Freqüência do enlace em MHz;d1 – distância do ponto a ser calculado em relação a estação ADM em quilômetros;d2 – distância do ponto a ser calculado em relação a estação MD em quilômetros.

RF’ – 60% do Raio de Fresnel no ponto crítico apropriado a freqüência utilizada para o enlaceconforme a tabela 1 usando a seguinte formula (Sanches, 2007, p. 79):

Equação 2

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Hm – Correção equivalente da curvatura da Terra para K = 4/3 para atmosfera padrão e corrigindoapenas no ponto crítico o qual importa no momento com a seguinte formula (Sanches, 2007, p. 79):

Equação 3

onde:

d1 – distância do ponto a ser calculado em relação a estação ADM em quilômetros;d2 – distância do ponto a ser calculado em relação a estação MD em quilômetros;K – Fator a ser utilizado no caso 4/3 ou 1,3333;12,740 – multiplicado por 1000 é o diâmetro médio da Terra em quilômetros.

Hm’ – O mesmo que o item anterior, mas aplicando o fator K adequado, ou seja, utilizando a figura 7da recomendação ITU-R P.530-10, baseando-se na distância do enlace, em que neste caso será de 0,3,por ser um enlace abaixo de 10 quilômetros de distância.HC – Correção da curvatura da Terra para K = 4/3 + 100% do raio de Fresnel no ponto crítico:

Equação 4

HC’ – Correção da curvatura da Terra para K = mínimo + 60% do raio de Fresnel no ponto crítico:

Equação 5

h1 – Altura da antena A tomada como referência: como este trabalho é teórico temos que tomar umponto de referência da antena A, para assim calcular a altura da antena B em função da A.MC – Margem de crescimento de árvores e vegetações no ponto crítico.MS – Margem de segurança devido à precisão das medidas é necessário uma boa avaliação de quantosmetros seria essa margem, como no caso os pontos coletados não foram em matas fechadas pode-sedeixar estes valores em 2 metros.

O que pode ser avaliado nestes cálculos é a inviabilidade de se construir uma torre de aproximadamente 170metros, sendo assim é importante a analise para a instalação de repetidoras ao longo do caminho para seobter a conexão desejada, o que será avaliado no a seguir.

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Rádio Enlace II: Enlace com Repetidora

Enlace com Repetidora Como é visto não há a possibilidade de se efetivar um enlace ponto a ponto direto entre as duas unidades daUniversidade, sendo assim há a necessidade de implementar uma repetidora entre estas unidades, como já foidefinido possíveis pontos de repetição no levantamento do perfil teórico deve-se efetuar o cálculo da alturadas antenas para estes novos pontos e que tipo de repetidoras serão utilizados para o respectivo calculo deatenuação, sendo elas:

Repetidoras passivas: é o método mais barato para se vencer obstruções, pois sua construção é muitosimples, feita de duas antenas ligadas diretamente por um cabo coaxial ou guia de onda, mas onde acorreção pela perda no espaço livre só poderá ser feita através do aumento do ganho das antenasutilizadas, ou seja, aumentar o tamanho das mesmas, sendo assim aplicar este método em enlacesmuito longo torna-se inapropriado (SANCHES, 2007, pg. 101).Repetidoras ativas: é o método mais simples de se equacionar estes problemas de obstrução edistância, mas também é o mais caro, por utilizar equipamentos autônomos, ou seja, que possuemalimentação própria e potencia de transmissão independente e são interligados via LAN (SANCHES,2007, pg. 103).

Cálculo da Altura das Antenas com Repetidora Como para o caso de ligação direta, há a necessidade do calculo da altura das antenas para a liberação daelipsóide de Fresnel nos pontos com repetidoras, a seguir o cálculo da altura das antenas para a ligação entreo Administrativo da Universidade e a Torre da Prefeitura de Canoinhas, um dos pontos descritos comoutilizáveis para tal fim.

Tabela 4: Calculo da altura das antenas link repetidora 1.1

Cálculo da Altura das antenas do Administrativo até Tx Prefeitura



k=4/3 K 1,33

k=mínimo K 0,3

Distância da estação ADM até a obstrução d1 0,372 km

Distância da Estação Tx Prefeitura até obstrução d2 0,373 km

Altitude da estação ADM hA 784,9 m

Altitude da estação Tx Prefeitura hB 835,9 m


100 % raio de Fresnel no ponto crítico * Rf 3,12 m

60 % raio de Fresnel no ponto crítico * Rf' 1,87 m

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HC 3,13 m


HC' 1,91 m




Altura da antena Tx Prefeitura para k=4/3 h2 13,33 m

Altura da antena Tx Prefeitura para k=mínimo h2' 10,89 m


Como pode ser visto a altura da antena da prefeitura deve ter no mínimo 13,33 metros, mas como o pontocoletado foi no solo e a instalação seria na sua altura, ou seja, dentro de seus 54 metros, pode-se dizer que ésuficiente para a liberação da elipsóide de Fresnel.s Agora o calculo da altura das antenas entre a Torre da prefeitura até Marcilio Dias:


Cálculo da Altura das antenas da Tx Prefeitura até Marcílio Dias



k=4/3 K 1,33

k=mínimo K 0,3

Distância da estação Tx Prefeitura até a obstrução d1 2,6 km

Distância da Estação MD até obstrução d2 5,43 km

Altitude da estação Tx Prefeitura hA 835,9 m






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HC 10,41 m


HC' 9,44 m

Altura da antena A tomada como referência h1 50 m



Altura da antena MD para k=4/3 h2 -1,16 m

Altura da antena Tx para k=mínimo h2' -4,16 m


Novamente encontra-se a viabilidade técnica da instalação, onde a altura mínima da antena em MarcilioDias é negativa, então qualquer altura adicionado viabiliza o rádio enlace. Neste cenário tem-se o melhor posicionamento dos equipamentos, onde estariam centralizados no prédioadministrativo da Universidade, já para o caso da ligação através da Torre da Coopercanoinhas a ligaçãodeverá partir do setor acadêmico, em que já existe uma ligação, sendo assim segue os cálculos da altura dasantenas para este cenário:


Cálculo da Altura das antenas do Acadêmico até Coopercanoinhas



k=4/3 K 1,33

k=mínimo K 0,3

Distância da estação ACAD até a obstrução d1 0,485 km

Distância da estação COOP até a obstrução d2 0,486 km

Altitude da estação ACAD hA 782,9 m

Altitude da estação COOP hB 832,9 m





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HC 3,57 m


HC' 2,19 m

Altura da antena ACAD tomada como referência h1 8 m



Altura da antena COOP para k=4/3 h2 1,18 m

Altura da antena COOP para k=mínimo h2' -1,58 m


Novamente é visto que há viabilidade, por se tratar de valores baixos para a antena da Coopercanoinhas, queno caso possui 54 metros de altura. Agora o cálculo da altura das antenas entre Coopercanoinhas até Marcilio Dias:


Cálculo da Altura das antenas da Coopercanoinhas até Marcilio Dias



k=4/3 K 1,33

k=mínimo K 0,3

Distância da estação Coop até a obstrução d1 3,284 km

Distância da estação MD até a obstrução d2 5,938 km

Altitude da estação Coop hA 832,9 m







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HC 11,65 m


HC' 11,40 m

Altura da antena Coop tomada como referência h1 50 m



Altura da antena MD para k=4/3 h2 0,12 m

Altura da antena MD para k=mínimo h2' -0,58 m


A ligação através da torre da Coopercanoinhas é viável, mas o comprimento total do enlace seria maior, oque acarretaria uma perda por propagação ainda maior como será analisado a seguir nos cálculos deatenuação dos cenários.

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Rádio Enlace II: Atenuações e Altura das Antenas

Cálculo da Atenuação (Ae), Atenuação Total Líquida (At) e Nível de Recepção Nominal (Prn) Como foi visto na seção anterior, não há a possibilidade de se efetuar a ligação sem a utilização derepetidoras, no caso adotam-se repetidoras ativas para que não haja uma perda muito grande nocomprimento total do enlace, sendo assim cada “perna” do enlace é avaliado separadamente. Para o enlace entre o administrativo da UnC e a torre da Prefeitura, temos a seguinte atenuação Lbf1conforme a equação 9 do tutorial parte I:

Para o enlace entre a torre da Prefeitura até Marcilio Dias, temos a seguinte atenuação no espaço livre Lbf2utilizando a mesma equação 9:

Para a Atenuação por guia de onda e cabos das estações Acab, como são duas estações é inserido um valorde 3dB para cada, sendo assumido um valor de pior caso de 6dB. Para a Atenuação variável insere-se o valor default DV de 3dB. A atenuação total liquida entre o administrativo da UnC e a torre da Prefeitura, será dada pela expressão(SANCHES, 2007, pg. 87):

Equação 6

Onde GT e GR é o ganho das antenas utilizadas na transmissão e recepção, no caso 2 antenas de 24dBi,então:

A atenuação total liquida (At2) para o enlace entre a torre da Prefeitura até Marcilio Dias será:

A taxa de transmissão varia de acordo com o nível de recepção nominal do equipamento que é dado atravésseu fabricante. A seguir há uma tabela que mostra limiares genéricos de recepção para equipamentos que operam no padrão

802.11a para uma TEB (taxa de erro de bit) de 10-5: A taxa de erro de bit (TEB) é a razão entre o número de bits errados e o número total de bits transmitidos

em dado intervalo de tempo, por exemplo, se temos 5 x 10-5 quer dizer que temos 5 bits errados em 100.000

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bits transmitidos (SANCHES, 2007, pg. 89).

Tabela 8: Exemplo de taxa de transmissão x limiar de recepção

PadrãoTaxa de transmissão

(Mbits)Limiar de recepção para TEB 10

-5

(dBm)

802.11a 54 -69

802.11a 48 -70

802.11a 36 -75

802.11a 24 -80

802.11a 18 -83

802.11a 12 -86

802.11a 9 -88

802.11a 6 -89


Sendo assim a potencia de recepção nominal (Prn) em cada uma das “pernas” do enlace é dada pelaexpressão (SANCHES, 2007, pg. 88):

Equação 7

Onde:

Ptx é a potência do transmissor;At é a atenuação total liquida.

Suponha-se que a taxa de transmissão desejada para esse enlace seja de no mínimo 24Mbps, baseado natabela 8 como se fosse as características do equipamento em si, o nível de recepção nominal deveria ser deno mínimo -80dBm. Para a primeira perna é fácil perceber que com um equipamento com estas características já haveria umarecepção mais elevada do que o necessário utilizando a equação 7:

Como pode ser visto o resultado é um valor negativo, mas isso se deve a proximidade da primeira perna doenlace e antenas de alto ganho, assim o equipamento utilizado poderia teoricamente funcionar com umapotência de transmissão significativamente baixa para alcançar a taxa de transmissão desejada. Isso em miliwatts é dado pela expressão (SANCHES, 2007, pg. 286):

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Equação 8

Então:

Já para o caso da segunda “perna” do enlace entre a Torre da Prefeitura e Marcilio Dias, será:

Isto em miliwatts:

Observação:É importante ressaltar que neste estudo de caso não está sendo consideradas interferências emitidas poroutros equipamentos e si próprio, pois o estudo é teórico e não há equipamentos disponíveis para analise doespectro da região na faixa dos 5,8GHz, o que acarretaria em um nível maior de potência de transmissãopara suprir a necessidade de uma taxa de transmissão em torno de 24Mbps, em que estes sinais seriamidentificados como ruído e inseridos da atenuação total liquida (At). Para o enlace entre o setor acadêmico da UnC e a torre da cooperativa, temos a seguinte atenuação noespaço livre Lbf1 conforme equação 9 do tutorial parte I:

Para o enlace entre a torre da Coopercanoinhas até Marcilio Dias, temos a seguinte atenuação no espaçolivre Lbf2 utilizando a mesma equação 9:

Para Atenuação por guia de onda e cabos das estações Acab, como são duas estações é inserido um valor de3dB para cada, sendo assumido um valor de pior caso 6dB. Para a Atenuação variável insere-se o valor default DV é 3dB. A atenuação total liquida entre o setor acadêmico e a cooperativa, será dada pela equação 26 juntamentecom o ganho das antenas de 24dBi:

A atenuação total liquida (At2) para o enlace entre a torre Coopercanoinhas até Marcilio Dias será:

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Conforme descrito anteriormente a taxa de transmissão varia de acordo com o nível de recepção nominal doequipamento que é dado através de seu fabricante. Sendo assim a potencia de recepção nominal (Prn) em cada uma das “pernas” deste enlace é dada pelaequação 27. Então se suponha que a taxa de transmissão desejada para esse enlace seja também de nomínimo 24Mbps, baseado na tabela 8 como se fosse as características do equipamento em si, o nível derecepção nominal deveria ser de no mínimo -80dBm. Então para a primeira perna deste enlace temos utilizando a equação 22:

Novamente á um número negativo, mas isto se deve a proximidade do enlace e também da não inserção dosvalores de atenuação devido a ruídos de outros equipamentos, como já foi descrito. Isso em miliwatts é dado pela equação 28 então:

Já para o caso da segunda “perna” do enlace entre a Torre da cooperativa e Marcilio Dias, será:

Isto em miliwatts:

Calculo da Altura das Antenas com a Folha IBGE Utilizando a folha SG-22-Z-A-II do IBGE que engloba a região de Canoinhas-SC, é traçado o perfil teóricodo enlace, para verificar se há condições técnicas na utilização da mesma para tal finalidade.

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Figura 8: Curvas de nível da região de canoinhasFonte:(IBGE, 2009)

Nota-se que as curvas de nível transpassadas através do perfil estão nos valores de 800m em todocomprimento do enlace entre o prédio Administrativo da UnC e o Campus de Marcilio Dias, e como nãoapresenta pontos críticos para o enlace, a elipsóide de Fresnel é calculada na metade do comprimento total écalculada a altura das antenas.

Tabela 9: Calculo da altura das antenas com carta do IBGE

Cálculo da Altura das antenas do Administrativo até ADM até Tx Prefeitura -IBGE



k=4/3 K 1,33

k=mínimo K 0,3

Distância da estação ADM até a obstrução d1 4,015 km

Distância da estação Tx Prefeitura até a obstrução d2 4,015 km

Altitude da estação ADM hA 800 m

Altitude da estação Tx Prefeitura hB 800 m

Altitude do obstáculo hpc 800 m





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HC 11,18 m


HC' 10,36 m




Altura da antena Tx Prefeitura para k=4/3 h2 -19,64 m

Altura da antena Tx Prefeitura para k=mínimo h2' -21,28 m

Fonte: (SANCHES, 2007, adaptado)

É visto que este perfil nos viabiliza a instalação da antena de qualquer tamanho no Campus de Marcilio Dias,em que não é percebido nenhum tipo de obstrução no comprimento do enlace, o que não é real, o que podeacarretar em um dimensionamento errôneo do enlace, por estas e outra se faz necessário a correçãotopográfica e morfológica da região estudada em casos de enlaces ponto a ponto, inviabilizando o uso decartas deste tipo que pode também ser visto no anexo 3.

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Rádio Enlace II: Resultados

Resultado do Estudo de Caso Como é visto o melhor local para a instalação do enlace é utilizando a torre da prefeitura de Canoinhas, porobter uma menor perda por propagação, além de estar em um ponto que propicia a conexão com o setoradministrativo da Universidade do Contestado, o qual é um dos principais interesses da Universidade, já quea interligação direta entre os dois pontos seria inviável devido ao tamanho da torre necessária para ainstalação das antenas. A potência para a transmissão necessária é consideravelmente baixa, o que acarretaria na compra deequipamentos com custos mais baixos, já que um dos fatores que influenciam os preços dos equipamentos éa potencia de transmissão, sem esquecer que não foi considerado interferências por outros equipamentos. As ferramentas de Geociência proporcionou grande auxilio no cálculo correto da altura das antenas, na qualchegou a valores de precisão de aproximadamente 50cm. Atualmente estão disponíveis no mercadoprogramas computacionais que possibilitam a inserção das posições geo-referênciadas, e obtenção de perfislongitudinais baseados em mapas do IBGE, que não possuem um detalhamento necessário para um enlaceponto a ponto confiável. A aerofotogrametria possibilita um melhor detalhamento da região estudada, alémda visualização do relevo em 3 dimensões através da estereoscopia, o que apenas com a percepção do olhohumano é possível definir possíveis obstáculos em um enlace ponto a ponto e áreas de sombra em sistemasponto área. As vantagens da utilização deste tipo de trabalho é a economia de tempo, devido a menosdeslocamento de pessoal em campo e correções de bases com pouco detalhamento, em que poucolevantamento de campo é necessário para configurar e abranger uma grande área territorial, assim definindopontos específicos em laboratório de maneira precisa. Perfil Topográfico do Enlace Como foi definido o melhor cenário para o enlace entre os dois pontos, foi solicitado junto ao laboratório degeoprocessamento da Universidade o perfil topográfico do enlace, que se utilizando das bases cartográficasexistentes, e técnicas de fotogrametria, disponibilizou o perfil digitalizado e de maior detalhamento, ou seja,o número de pontos utilizados na amostragem é muito maior que os coletados em campo com equipamentoGPS que pode ser visto a seguir, em que é possível traçar as elipsóides de Fresnel para as conexões emquestão, sugerindo assim uma visualização do enlace teórico, verificando se há condições do enlace liberar100% da elipsóide de Fresnel no(s) ponto(s) crítico(s) e que pode ser disponibilizado para analises emmudanças futuras nas estruturas existentes, como altura das antenas, mudanças de freqüências e pontos deacesso no comprimento do enlace.

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Figura 9: Perfil topográfico do enlace

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Rádio Enlace II: Considerações finais

No trabalho como um todo, foram apresentadas as ferramentas disponíveis e fatores a serem consideradospara um correto dimensionamento e principais características de um rádio enlace ponto a ponto nafrequência não licenciada na faixa dos 5.8GHz, como fator K, altitude das antenas, liberação da elipsóide deFresnel e atenuação das ondas eletromagnéticas dentro dos padrões e normas disponibilizados em livros eórgãos competentes. Ao adquirir bases cartográficas com uma maior resolução, nota-se que é mais fácil a identificação dos pontospara traçar o perfil teórico do enlace, já com os obstáculos definidos e possíveis repetidoras futurasutilizações, o que acarreta em uma economia de tempo e de pessoal em campo para efetuar as coletas dospontos GPS e correções, conforme visto no capitulo 4 em perfil teórico. As correções altimétricas efetuadas agregam confiabilidade no projeto de um sistema como este, conformeapresentado no capitulo 4, em cálculo das alturas das antenas, o que consequentemente indica a viabilidadetécnica de conexão direta ou se não for possível a utilização de repetidoras, com isso visando a liberação daelipsóide de Fresnel, o qual é um dos fatores mais importantes deste tipo de conexão. Os cálculos de Atenuação (Ae), Atenuação total liquida (At) e Potência de recepção nominal (Prn) deacordo com as normas ITU-T, prevê as perdas associadas as distâncias entre os pontos do enlace, em que osmesmos podem identificar possíveis tipos de equipamentos a serem utilizados, mas lembrando que não foramassociados problemas de interferências por outros equipamentos por não possuir analisadores de espectropara determinar fatores de redução dos mesmos. Traçar o perfil teórico do enlace utilizando a folha do IBGE indica um cuidado a ser seguido nestes tipos dedimensionamento, em que a utilização de cartas com baixas resoluções das altitudes podem ocasionar errosgraves na preparação da infra-estrutura em um caso como este, como foi visto no item 4.6. Ao exibir o perfil topográfico do enlace cedido adquirido no laboratório de geoprocessamento (Anexo 3)mesclado com os resultados obtidos para a visualização digital do enlace indica que o aperfeiçoamento detécnicas de Geociências, como fotogrametria e estéreoscopia, direcionando para a área de telecomunicações,fornecerá agilidade e precisão nas infra-estruturas, sejam elas ponto área ou ponto a ponto, trará asinovações tecnológicas da área, cada vez mais rápido a lugares que antes se perdia muito tempo para comdimensionamentos e estudos topográficos. A técnica de fotogrametria cria o relevo da região selecionada em formato 3D, que no caso não pode servisto neste arquivo e nem inserido, pois o mesmo gera um arquivo de muitos megabytes, mas abaixo éinserida uma figura que mostra as vantagens da visualização do terreno.

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Figura 10: Exemplo de relevo em formato 3D Referências HAYKIN, Simon, MOHER, Michael. Sistemas Modernos de Comunicações Wireless. Rio Grande do Sul:Porto Alegre, 2008. SANCHES, Carlos Alberto. Projetando Redes WLAN. São Paulo: São Paulo, 2007. MIYOSHI, Edson Mitsugo, SANCHES, Carlos Alberto. Projetos de Sistemas Rádio, São Paulo: São Paulo,2002. RIBEIRO, José Antonio Justino. Comunicações Ópticas, São Paulo: São Paulo, 2006. BAUKAT, Henry. Implantação de Rede Virtual Privada na Universidade do Contestado – CampusCanoinhas, Canoinhas: Santa Catarina , 2005. FELICE, Fernando. Análise do Desempenho de Enlaces Ponto-a-Ponto Utilizando a Faixa de Freqüêncianão Licenciada de 2,4GHz em Tecnologia Spread Spectrum. Disponível em:http://dspace.c3sl.ufpr.br/dspace/bitstream/1884/3133/1/Disserta%C3%A7%C3%A3oFernandoFelice.pdfAcesso em: 22 de abr. de 2009. CABIANCA, Luís Antonio. Redes LAN/MAN Wireless III: Aplicação do Padrão 802.11 Disponível em:http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialrwlanman3/Default.aspAcesso em: 28 de maio de 2009. DE PAOLI, Orlando Augusto Moreira. Localização em Redes GSM I: Uso da Técnica de Trilateração dePotência Disponível em:http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutoriallocgsm1/default.aspAcesso em: 28 de maio de 2009.

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ASPIAZÚ, Celestino; ALVES, Laci Mota; VALENTE, Osvaldo Ferreira. Modelos digitais de terrenosconceituação e importância Disponível em:http://www.cnpf.embrapa.br/publica/boletim/boletarqv/boletim21/aspiazu.pdfAcesso em: 28 de julho de 2009. OLIVEIRA, Marcos de. Relevos do Brasil: Imagens captadas pelo Endeavour e produzidas pela Embrapamostram topografia brasileira, Revista Pesquisa FAPESP, São Paulo, 07 abr. 2005. Disponível em:http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/conteudo/reportagens/pesquisafapesp26042005.htmlAcesso em: 28 de julho de 2009. JUNIOR, Ary Osiris Johansson. Notas de aula: Disciplina de aerofoto e fotointerpretação. Disponível em:http://www.cartografia.eng.br/artigos/naerog.aspAcesso em: 28 de julho de 2009. CORDINI, Jucilei. O terreno e sua representação. Disponível em:http://www.topografia.ufsc.br/Terreno%20Representacao.doc> Acesso em 20 de julho de 2009. Instituto Brasileiro de Geografia e estatística. Geociencias. Disponivel em:http://www.ibge.gov.brAcesso em: 20 de abril de 2009. SILVA, Isabel de Fátima Teixeira, Noções básicas de cartografia. Rio de Janeiro – RJ: IBGE, 1998.

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Rádio Enlace II: Teste seu entendimento

1. Qual das alternativas abaixo não representa um dos levantamentos realizados para o rádio enlaceda Universidade do Contestado?

Levantamento do Perfil Teórico.

Correção da Ondulação Geoidal.

Dimensionamento da fonte de energia elétrica.

Coleta dos Pontos com Equipamento GPS. 2. Qual é a diferença entre as repetidoras passivas e as repetidoras ativas?

As repetidoras passivas são o método mais barato para vencer obstruções, e as repetidoras ativas são ométodo mais simples.

As repetidoras passivas são mais complexas, e as repetidoras ativas são mais baratas.

Não há diferença pois ambas são usadas para repetir sinais elétricos.

As repetidoras ativas são mais dinâmicas e as repetidoras passivas são mais planas. 3. Como se pode definir a taxa de erro de bit (TEB)?

É a razão entre o número de bits corretos e o números de bits errados transmitidos em um intervalo detempo.

É a razão entre o número de bits errados e o números de bits corretos transmitidos em um intervalo detempo.

Representa o número de bits errados (milhares) por unidade de tempo (millisegundo).

É a razão entre o número de bits errados e o número total de bits transmitidos em dado intervalo detempo.

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