TCC Victor Hugo - UFUenlaces de rádio ainda são uma boa alternativa para atender à grande demanda por meios de comunicação e compartilhamento de dados mais rápidos e eficientes,

Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Elétrica - Campus Patos de Minas

Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações

VICTOR HUGO PEREIRA DE SOUZA PROJETO E CARACTERIZAÇÃO DE UMA REDE DE MICRO-ONDAS

ATRAVÉS DE SIMULAÇÕES NOS SOFTWARES PATHLOSS E CELPLAN

Patos de Minas 2016

ii

VICTOR HUGO PEREIRA DE SOUZA

PROJETO E CARACTERIZAÇÃO DE UMA REDE DE MICRO-ONDAS ATRAVÉS DE SIMULAÇÕES NOS SOFTWARES PATHLOSS E

CELPLAN

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal de Uberlândia, como parte das exigências para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações. Orientador: Prof. Dr. Diego de Brito Piau

Patos de Minas 2016

iii

VICTOR HUGO PEREIRA DE SOUZA

PROJETO E CARACTERIZAÇÃO DE UMA REDE DE MICRO-ONDAS ATRAVÉS DE SIMULAÇÕES NOS SOFTWARES PATHLOSS E

CELPLAN

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal de Uberlândia, como parte das exigências para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações.

Orientador: Prof. Dr. Diego de Brito Piau

Patos de Minas, 09 de Dezembro de 2016.

BANCA EXAMINADORA

________________________________________ Prof. Dr. Diego de Brito Piau

________________________________________ Profª. Dra. Karine Barbosa Carbonaro

________________________________________ Prof. Dr. Alexandre Coutinho

iv

Dedico este trabalho primeiramente a Deus,

por estar sempre guiando meu caminho e me

dando forças para alcançar meus objetivos.

Aos meus pais, irmãos e familiares por todo

apoio, suporte e companheirismo. A todos os

meus amigos e professores que contribuíram

para que eu alcançasse essa conquista.

v

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus, por ser minha base de inspiração e forças para continuar

sempre na busca pelos meus sonhos.

Aos meus pais, irmãos e familiares por estarem sempre ao meu lado incentivando e apoiando

ao longo desta trajetória.

A todos os meus amigos que direta ou indiretamente sempre me apoiaram e estiveram comigo

durante toda essa caminhada.

Ao meu orientador Diego Piau por toda paciência e conhecimento compartilhado na

orientação deste trabalho.

A todos os professores do curso que durante toda a minha graduação compartilharam seus

conhecimentos e contribuíram para a minha formação profissional.

Ao LaPSE por ter sido local de tantas reuniões que foram essenciais para a conclusão deste

trabalho.

vi

RESUMO

As redes de rádio foram os primeiros sistemas de comunicação de alta velocidade e ainda hoje

são largamente utilizadas. O objetivo deste trabalho é além de mostrar a importância dos

sistemas de rádio para as comunicações em geral, mostrar também como é feito o projeto em

software de uma rede de rádio na prática, mostrando todos os passos desde as pesquisas para

levantamento de dados sobre os locais onde a rede irá atender e como utilizar os softwares de

simulação, até o projeto final com as características e o preço final de cada enlace e da rede

completa. Também foi feita a validação dos cálculos dos softwares confrontando as

simulações de um enlace da Algar Telecom com valores reais. Mostrando assim que os

enlaces de rádio ainda são uma boa alternativa para atender à grande demanda por meios de

comunicação e compartilhamento de dados mais rápidos e eficientes, além de apresentar um

bom custo benefício. Mostrou também, que os softwares de simulação utilizados são fiéis à

realidade, fazendo deles ótimas ferramentas para projetos de radioenlaces.

Palavras-chave: Rádio. Enlace. Rede. Software. Radioenlace.

vii

ABSTRACT

Radio networks were the first high-speed communication systems and are still widely used

today. The objective of this work is to show the importance of radio systems for

communications in general, to show how the software project of a radio network is done in

practice, showing all the steps from research to Places where the network will meet and how

to use the simulation software, to the final project with the characteristics and the final price

of each link and the complete network. The software calculations were also validated by

comparing the simulations of an Algar Telecom link with real values. This shows that radio

links are still a good alternative to meet the great demand for faster and more efficient means

of communication and data sharing, and a good cost-benefit ratio. It also showed that the

simulation software used is faithful to reality, making them great tools for radio links projects.

Keywords: Radio. Link. Network. Software. Radio link.

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Ondas eletromagnéticas [1]. .................................................................................... 18

Figura 2 – Região do primeiro elipsóide de Fresnel [12]. ........................................................ 20

Figura 3 – Raio equivalente da Terra [1]. ................................................................................. 21

Figura 4 – Variação do K mínimo com a distância (REC P 530-9 do ITU-R) [7]. .................. 22

Figura 5 – Difração por obstáculo (gume de faca) [1]. ............................................................ 24

Figura 6 – Sistema rádio ponto a ponto [7]. ............................................................................. 27

Figura 7 – Hierarquia PDH [1]. ................................................................................................ 29

Figura 8 – Estrutura do quadro SDH [13]. ............................................................................... 30

Figura 9 – Localização das estações, marcadores e coordenadas geográficas. ........................ 38

Figura 10 – Traçando a reta/linha entre as estações. ................................................................ 39

Figura 11 – Salvando a reta/linha e alterando suas características. .......................................... 39

Figura 12 – Análise do caminho do enlace............................................................................... 40

Figura 13 – Análise do perfil topográfico e do caminho do enlace. ......................................... 41

Figura 14 – Adicionando dados iniciais. .................................................................................. 42

Figura 15 – Terrain Data. ......................................................................................................... 42

Figura 16 – Tela Terrain Data. ................................................................................................. 43

Figura 17 – Generate Profile. ................................................................................................... 43

Figura 18 – Densidade da vista do terreno. .............................................................................. 44

Figura 19 – Dados de geração do perfil topográfico. ............................................................... 44

Figura 20 – Perfil Topográfico. ................................................................................................ 45

Figura 21 – Antenna Heights (caso 1). ..................................................................................... 45

Figura 22 – Definindo altura das antenas. ................................................................................ 46

Figura 23 – Antenna Heights (caso 2). ..................................................................................... 46

Figura 24 – Linha de visada direta e altura das antenas. .......................................................... 47

Figura 25 – Calculando valor otimizado para a altura das antenas. ......................................... 47

Figura 26 – Print Profile. .......................................................................................................... 48

Figura 27 – Revisar altura da antena. ....................................................................................... 49

Figura 28 – Arquivo final. ........................................................................................................ 49

Figura 29 – Set Clearance Criteria. .......................................................................................... 50

Figura 30 – Definindo valor do Fator K. .................................................................................. 50

Figura 31 – Flat Earth. .............................................................................................................. 51

ix

Figura 32 – Redefinindo o fator K............................................................................................ 51

Figura 33 – Arquivo final com fator K diferente...................................................................... 52

Figura 34 – Novo Projeto. ........................................................................................................ 53

Figura 35 – Database Directories. ............................................................................................ 54

Figura 36 – Adicionando diretórios dos arquivos que serão usados pelo software. ................. 55

Figura 37 – Dados geográficos carregados no software. .......................................................... 55

Figura 38 – Selecionando tipo de imagem da área. .................................................................. 56

Figura 39 – Selecionando área.................................................................................................. 56

Figura 40 – Area by Geographic Database. .............................................................................. 57

Figura 41 – Área exibida pelo software. .................................................................................. 57

Figura 42 – Funções do menu "Network" bloqueadas. ............................................................ 58

Figura 43 – Criando células. ..................................................................................................... 58

Figura 44 – Características da célula. ....................................................................................... 59

Figura 45 – Nova rede. ............................................................................................................. 59

Figura 46 – Selecionando células da rede. ............................................................................... 60

Figura 47 – Link entre as duas células selecionadas. ............................................................... 60

Figura 48 – Inserindo Sites (estações). ..................................................................................... 61

Figura 49 – Configurando estação. ........................................................................................... 62

Figura 50 – Estações criadas para se fazer o enlace. ................................................................ 62

Figura 51 – Inserindo o Link. ................................................................................................... 63

Figura 52 – Janela de configuração do enlace. ......................................................................... 64

Figura 53 – Janelas de configuração dos links direto e reverso. .............................................. 65

Figura 54 – Janela de seleção da antena. .................................................................................. 66

Figura 55 – Perfil topográfico entre as estações. ...................................................................... 67

Figura 56 – Janela de configuração de impressão do arquivo final.......................................... 67

Figura 57 – Arquivo final da simulação. .................................................................................. 68

Figura 58 – Rede completa mapeada no Google Earth. ........................................................... 69

Figura 59 – Enlace Patos de Minas - Presidente Olegário. ...................................................... 77

Figura 60 – Enlace Patos de Minas - Lagoa Formosa. ............................................................. 78

Figura 61 – Enlace Lagoa Formosa - Carmo do Paranaíba. ..................................................... 79

Figura 62 – Enlace Carmo do Paranaíba - Arapuá. .................................................................. 80

Figura 63 – Enlace Carmo do Paranaíba - Rio Paranaíba. ....................................................... 81

Figura 64 – Enlace Patos de Minas - Guimarânea.................................................................... 82

x

Figura 65 – Enlace Guimarânea - Cruzeiro da Fortaleza. ........................................................ 83

Figura 66 – Enlace Cruzeiro da Fortaleza - Serra do Salitre. ................................................... 84

Figura 67 – Enlace Serra do Salitre - Patrocínio. ..................................................................... 85

Figura 68 – Enlace Patrocínio - Coromandel. .......................................................................... 86

Figura 69 – Enlace Coromandel - Repetidora/Pântano. ........................................................... 87

Figura 70 – Enlace Repetidora/Pântano - Patos de Minas........................................................ 88

Figura 71 - Enlace Patos – Abelha no PathLoss. ...................................................................... 90

Figura 72 - Enlace Patos - Abelha no CelPlan. ........................................................................ 91

Figura 73 - Níveis reais dos sinais transmitido e recebido pelas duas estações. ...................... 92

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Faixas de Frequência [1]. ........................................................................................ 18

Tabela 2 – Percentagem do raio de Fresnel em função da frequência de operação [1]............ 24

Tabela 3 – Parâmetros de chuva (Recommendation ITU-R 838) [1]. ...................................... 26

Tabela 4 – Dados do Censo Demográfico 2010 sobre as cidades da rede. .............................. 70

Tabela 5 – Capacidade mínima de banda necessária por cidade. ............................................. 71

Tabela 6 – Características dos Rádios. ..................................................................................... 72

Tabela 7 – Características das Antenas. ................................................................................... 73

Tabela 8 – Características das Linhas de Transmissão............................................................. 73

Tabela 9 - Atenuação devido à chuva para cada enlace da rede. .............................................. 74

Tabela 10 – Preços padronizados, dos equipamentos e serviços. ............................................. 75

Tabela 11 – Características do enlace Patos de Minas - Presidente Olegário. ......................... 77

Tabela 12 – Levantamento de preço do enlace Patos de Minas - Presidente Olegário. ........... 77

Tabela 13 – Características do enlace Patos de Minas - Lagoa Formosa. ................................ 78

Tabela 14 – Levantamento de preço do enlace Patos de Minas - Lagoa Formosa. .................. 78

Tabela 15 – Características do enlace Lagoa Formosa - Carmo do Paranaíba. ........................ 79

Tabela 16 – Levantamento de preço do enlace Lagoa Formosa - Carmo do Paranaíba. .......... 79

Tabela 17 – Características do enlace Carmo do Paranaíba - Arapuá. ..................................... 80

Tabela 18 – Levantamento de preço do enlace Carmo do Paranaíba - Arapuá. ....................... 80

Tabela 19 – Características do enlace Carmo do Paranaíba - Rio Paranaíba. .......................... 81

Tabela 20 – Levantamento de preço do enlace Carmo do Paranaíba - Rio Paranaíba. ............ 81

Tabela 21 – Características do enlace Patos de Minas - Guimarânea. ..................................... 82

Tabela 22 – Levantamento de preço do enlace Patos de Minas - Guimarânea. ....................... 82

Tabela 23 – Características do enlace Guimarânea - Cruzeiro da Fortaleza. ........................... 83

Tabela 24 – Levantamento de preço do enlace Guimarânea - Cruzeiro da Fortaleza. ............. 83

Tabela 25 – Características do enlace Cruzeiro da Fortaleza - Serra do Salitre. ...................... 84

Tabela 26 – Levantamento de preço do enlace Cruzeiro da Fortaleza - Serra do Salitre. ........ 84

Tabela 27 – Características do enlace Serra do Salitre - Patrocínio. ........................................ 85

Tabela 28 – Levantamento de preço do enlace Serra do Salitre - Patrocínio. .......................... 85

Tabela 29 – Características do enlace Patrocínio - Coromandel. ............................................. 86

Tabela 30 – Levantamento de preço do enlace Patrocínio - Coromandel. ............................... 86

Tabela 31 – Características do enlace Coromandel - Repetidora/Pântano. .............................. 87

xii

Tabela 32 – Levantamento de preço do enlace Coromandel - Repetidora/Pântano. ................ 87

Tabela 33 – Características do enlace Repetidora/Pântano - Patos de Minas. ......................... 88

Tabela 34 – Levantamento de preço do enlace Repetidora/Pântano - Patos de Minas. ........... 88

Tabela 35 – Distribuição geral dos gastos e valor final da rede. .............................................. 89

Tabela 36 - Características do enlace Patos - Abelha (Algar Telecom). .................................. 89

Tabela 37 – Características do enlace Patos - Abelha. ............................................................. 91

Tabela 38 - Comparação entre o nível de sinal recebido. ......................................................... 92

xiii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

GHz – Gigahertz

MHz – Megahertz

VHF – Very High Frequency

UHF – Ultra High Frequency

SHF – Super High Frequency

ITU – União Internacional de Telecomunicações

ITU-R – ITU Radiocommunication Sector

ITU-T – ITU Telecommunication Standardization Sector

CTB – Companhia Telefônica Brasileira

EMBRATEL – Empresa Brasileira de Telecomunicações S.A.

ANATEL – Agência Nacional de Telecomunicações

PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy

SDH – Synchronous Digital Hierarchy

SONET – Synchronous Optical Networking

STM-1 – Synchronous Transport Module – level 1

PCM – Pulse Code Modulation

XPD – Discriminação da Polarização Cruzada

VSWR – Voltage Standing Wave Ratio

SPEC - Especificações de Desempenho e Disponibilidade

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

PNAD – Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios

QAM – Quadrature Amplitude Modulation

XPIC – Cross Polarization Interference Cancellation

RF – Radiofrequência

PPDUR - Preço Público pelo Direito de Uso de Radiofrequências

xiv

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 .......................................................................................................................... 16

INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 16

CAPÍTULO 2 .......................................................................................................................... 17

DESENVOLVIMENTO TEÓRICO ..................................................................................... 17

2.1 PROPAGAÇÃO ................................................................................................................ 17

2.1.1 Onda Eletromagnética ..................................................................................................... 17

2.1.2 Meio de Transmissão ....................................................................................................... 18

2.1.3 Faixas de Frequências ...................................................................................................... 18

2.1.4 Zonas ou Elipsóides de Fresnel ....................................................................................... 19

2.1.5 Propagação e Perda no Espaço Livre .............................................................................. 20

2.1.6 Desvanecimento............................................................................................................... 20

2.1.6.1 Desvanecimento Plano (lento) ...................................................................................... 21

2.1.6.2 Desvanecimento Seletivo (rápido)................................................................................ 21

2.1.7 Raio Terrestre Equivalente .............................................................................................. 21

2.1.8 Difração ........................................................................................................................... 24

2.1.9 Reflexão ........................................................................................................................... 24

2.1.10 Atenuação Devido às Chuvas ........................................................................................ 25

2.2 PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRANSPORTE.............................................................. 27

2.2.1 Sistema Rádio Ponto a Ponto .......................................................................................... 27

2.2.2 Rádio Ponto a Ponto Digital ............................................................................................ 28

2.3 EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE RÁDIO ................................................................... 28

2.4 HIERARQUIAS DIGITAIS PDH E SDH ....................................................................... 29

2.4.1 PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy....................................................................... 29

2.4.2 SDH – Synchronous Digital Hierarchy ........................................................................... 30

2.5 SISTEMA AÉREO ........................................................................................................... 31

2.5.1 Antenas ............................................................................................................................ 31

2.5.2 Guias de Onda e Cabo Coaxial ........................................................................................ 32

2.5.3 Torres ............................................................................................................................... 33

2.6 DIMENSIONAMENTO DE RADIOENLACES ........................................................... 34

2.6.1 Cálculo de Desempenho e de Disponibilidade ................................................................ 34

2.6.1.1 Especificações de Desempenho e Disponibilidade (SPEC) ......................................... 34

2.6.1.2 Atenuação no Espaço Livre (Ae) ................................................................................. 34

2.6.1.3 Atenuação Devido à Absorção Atmosférica (Aab) ...................................................... 35

xv

2.6.1.4 Atenuação no Guia de Onda ou Cabo Coaxial das Estações A e B ............................. 35

2.6.1.5 Atenuação Total Líquida .............................................................................................. 36

2.6.1.6 Nível de Recepção Nominal (sem desvanecimento) .................................................... 36

CAPÍTULO 3 .......................................................................................................................... 37

MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................. 37

3.1 GOOGLE EARTH ................................................................................................................. 37

3.2 PATHLOSS .......................................................................................................................... 41

3.3 CELPLAN ............................................................................................................................ 52

3.4 MATLAB ........................................................................................................................... 68

3.5 MAPEAMENTO DE UMA REDE DE RÁDIO PARA VOZ E DADOS ...................... 69

CAPÍTULO 4 .......................................................................................................................... 76

RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................................... 76

4.1 RESULTADOS DO MAPEAMENTO DA REDE DE RÁDIO ..................................... 76

4.1.2 INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE A REDE ................................................................ 89

4.2 RESULTADOS DA SIMULAÇÃO DO ENLACE DA ALGAR ................................... 89

CAPÍTULO 5 .......................................................................................................................... 93

CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 93

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 95

ANEXOS ................................................................................................................................. 97

16

Capítulo 1

INTRODUÇÃO

Independente da capacidade, distância, características e natureza das informações, os

radioenlaces ainda são um dos mais importantes meios de transmissão de sinais de telefonia e

dados, exercendo assim um papel fundamental para as telecomunicações em geral. As

principais aplicações para os radioenlaces, em conjunto com outros meios de acesso são [1]:

• Redes de transporte das operadoras de telefonia regionais e de longa distância.

• Rede de transporte das operadoras de sistemas celulares fixos e móveis.

• Rede privada das operadoras de sistemas de energia e outras.

• Redes Corporativas.

• Links Temporários.

• Provedores de serviços de internet.

O objetivo deste trabalho é fazer um projeto e caracterizar uma rede de micro-ondas

utilizando softwares específicos. O desenvolvimento teórico abordou temas relacionados

desde a história da evolução dos sistemas de rádio, propagação, sistemas de transporte, dentre

outros, até dimensionamento de radioenlaces, onde são apresentados os cálculos de

desempenho e disponibilidade necessários para se fazer o projeto de um sistema de rádio

eficiente e confiável. O embasamento teórico deste trabalho foi o livro representado por

MITSUGO MIYOSHI, E., ALBERTO SANCHES, C.

A utilização de softwares para simulação e geração de perfil topográfico é de grande

importância em projetos de sistemas de enlace de rádio. Neste trabalho foram utilizados três

softwares para fazer a simulação de enlace de rádio, sendo eles Google Earth, Pathloss e

CelPlan. Cada um desses três softwares é aplicado em determinado momento do projeto,

sendo que cada um tem a sua particularidade e funções específicas necessárias para que a

simulação final seja a mais realista possível, facilitando assim o processo de execução do

projeto.

Dado o grande aumento da demanda por meios de comunicação e compartilhamento

de dados cada vez mais rápidos e eficientes, o intuito deste trabalho é também chamar a

atenção para os sistemas de rádio, que foram os primeiros sistemas de comunicação de alta

velocidade e que ainda hoje são fundamentais para as telecomunicações em geral.

17

Capítulo 2

DESENVOLVIMENTO TEÓRICO

2.1 PROPAGAÇÃO

Ondas de rádio na frequência de micro-ondas propagam-se na atmosfera entre as

antenas transmissora e receptora. Alguns fatores influenciam nesse mecanismo de

propagação. Porém, antes de estudar esses fatores é interessante que se faça um estudo sobre

as características dessas ondas [2].

2.1.1 Onda Eletromagnética

Denomina-se onda eletromagnética a onda resultante da iteração entre os campos

elétrico e magnético que se propagam em conjunto no espaço-tempo. As ondas

eletromagnéticas podem ser descritas pelas equações de Maxwell [3] e propagam-se entre as

antenas transmissora e receptora em um sistema de rádio [2].

As variações de tensão e corrente são transformadas pela antena transmissora em

ondas eletromagnéticas capazes de se propagarem no espaço. Desempenhando um papel

contrário, a antena receptora transforma a energia das ondas eletromagnéticas em variações de

tensão e corrente para serem processadas no receptor [2].

Os campos elétrico e magnético relacionados à onda eletromagnética são teoricamente

representados por uma senoide cada, dessa forma eles possuem então parâmetros de

amplitude, frequência, fase e comprimento de onda. Sua velocidade de propagação é

independente da fonte geradora, estando relacionada ao comprimento de onda (�) e à

frequência (f) por fv ⋅= λ (2.1.1.1). Para a propagação no vácuo essa velocidade será

constante igual a 8103× m/s. Conforme ilustrado na Figura 1, o campo elétrico e o campo

magnético são perpendiculares entre si, e a direção de propagação é perpendicular ao plano

formado pelos dois [2].

18

Figura 1 – Ondas eletromagnéticas [1].

2.1.2 Meio de Transmissão

Nas ligações de rádio o meio de transmissão é formado pelo conjunto superfície

terrestre – atmosfera. A superfície terrestre influência na propagação das ondas de várias

formas, entre as quais: obstrução, difração e reflexão [1].

O nível e a qualidade do sinal recebido podem ser degradados com a ocorrência de

fenômenos como reflexão e difração, que ocorrem caso o sinal tenha que transpassar

obstáculos ou trafegar em meios com características distintas [1].

2.1.3 Faixas de Frequências

Em sistemas de comunicação via rádio um fator muito importante a ser considerado é

a frequência de operação. Isto se dá pelo fato da mesma ser responsável pelo desempenho do

sistema, devido ser por meio dela que se têm as características dos serviços e a tecnologia

apropriada [4].

Ondas eletromagnéticas que são tidas como ondas de rádio são as que estão contidas

na faixa de frequência entre 300 Hz e 300 GHz. Dentro dessa faixa o espectro é divido em

uma série de outras faixas, como mostrado na Tabela 1.

Tabela 1 - Faixas de Frequência [1].

Faixa de Frequência Comprimento de onda Denominação 300 Hz – 3 kHz 100 a 1000 km ELF 3 kHz – 30 kHz 10 a 100 km VLF

30 kHz – 300 kHz 1 a 10 km LF 300 kHz – 3 MHz 100 m a 1 km MF 3 MHz – 30 MHz 10 a 100 m HF

30 MHz – 300 MHz 1 a 10 m VHF 300 MHz – 3 GHz 0,1 a 1 m UHF 3 GHz – 30 GHz 10 a 100 mm SHF

30 GHz – 300 GHz 1 a 10 mm EHF

19

Cada faixa de frequência possui características e aplicações distintas, o que as tornam

únicas para aplicações diversas mais apropriadas a cada faixa.

2.1.4 Zonas ou Elipsóides de Fresnel

O espaço entre duas localidades A e B que formam uma ligação de rádio pode ser

subdividido em um conjunto de elipsóides, chamados de zonas ou elipsóides de Fresnel, todos

eles tem pontos focais em A e B, dessa forma qualquer ponto M de uma elipsóide satisfaz a

relação [5]:

2

λnMBAM =+ (2.1.4.1)

Onde n é um número inteiro, caracterizando a ordem da elipsóide e n = 1 corresponde à

primeira elipsóide de Fresnel, e � é o comprimento de onda.

Para um enlace ser considerado visada direta, tendo assim fenômeno de difração

desprezível, não pode existir nenhum obstáculo dentro da primeira zona de Fresnel. O raio de

uma elipsóide de Fresnel considerando um ponto entre o transmissor e o receptor é calculado

pela fórmula [5]:

21

21

21

+=

dd

ddnRn

λ (2.1.4.2)

Ou, em unidades práticas:

( )

21

21

21550

+=

fdd

dndRn (2.1.4.3)

Onde f é a frequência (em MHz) e 1d e 2d as distâncias (em km) entre o transmissor e o

receptor no ponto em que o raio da elipsóide de Fresnel é calculado.

O cálculo da percentagem de liberação da primeira zona de Fresnel é base para se

dimensionar as alturas de torres e antenas [1]. A Figura 2 ilustra a região do primeiro

elipsóide de Fresnel.

20

Figura 2 – Região do primeiro elipsóide de Fresnel [12].

2.1.5 Propagação e Perda no Espaço Livre

Ondas de rádio no espaço livre propagam-se em linha reta e não ocorrem fenômenos

como refração e reflexão. Como a energia de um sinal é irradiada de forma esférica, e quanto

mais ele se afasta do transmissor essas esferas ficam cada vez maiores, diz-se que a atenuação

do sinal é geométrica. Esse sinal pode ser tratado como uma frente de ondas planas [1].

Essa é uma condição ideal, e no caso das ligações em visibilidade, os principais

desvios se dão pelas variações das características da atmosfera e pela presença de possíveis

obstáculos no caminho de propagação como árvores, prédios e até mesmo o solo [1].

2.1.6 Desvanecimento

A existência de variações aleatórias ao longo do tempo da intensidade do sinal

recebido caracteriza um fenômeno chamado de desvanecimento ou fading [2]. Define-se

desvanecimento como sendo as atenuações, distorções e complementos no espectro do sinal.

Isto se dá quando o sinal atravessa o meio de transmissão e sofre alterações de percurso e

amplitude [1].

De modo geral, considerando o espectro do sinal, pode-se observar dois tipos

principais de desvanecimento: o rápido (seletivo) e o lento (plano). Em geral, pode-se dizer

que os desvanecimentos lentos referem-se a variações de poucos dB por minuto na

intensidade do sinal, já os desvanecimentos rápidos referem-se a variações de dezenas de dB

em segundos, apesar de que estas não sejam regras específicas para estas classificações [6].

21

2.1.6.1 Desvanecimento Plano (lento)

Podendo variar desde alguns minutos até dias, o desvanecimento lento que causa uma

redução da potência do sinal na antena receptora se dá em razão de variações lentas no meio

de propagação [2].

O desvanecimento lento é causado principalmente devido à grande parte de energia

que é desviada da antena receptora e também pela absorção atmosférica. Essa última se dá

principalmente quando as frequências são superiores a 10 GHz [1].

2.1.6.2 Desvanecimento Seletivo (rápido)

Quando ao sinal recebido é composto por diversos componentes, sendo que estes

seguem caminhos diferentes entre o transmissor e o receptor assim resultando em fases

diferentes, isto é o que chamamos de desvanecimento rápido [2]. O desvanecimento rápido

pode ter duração que varie de alguns microssegundos a segundos. Os efeitos do multipercurso

podem fazer com que a intensidade do sinal recebido atinja níveis tão baixos que cause o

silenciamento do receptor [1].

2.1.7 Raio Terrestre Equivalente

Na atmosfera padrão, o índice de refração decresce com a altitude, o que causa o

encurvamento para baixo das ondas de rádio [1].

Para se utilizar o feixe representado em linha reta, e com isso facilitar a analise da

propagação das ondas de rádio, utiliza-se o recurso de considerar o feixe sem curvatura. Para

isso o raio da Terra é aumentado e consequentemente sua curvatura é diminuída. Este novo

raio como é ilustrado na Figura 3 é denominado de raio terrestre equivalente [1].

Figura 3 – Raio equivalente da Terra [1].

22

As recomendações 310-09 e 530-09 do ITU-R tratam, dentre outras coisas, do raio

equivalente [1]. O fator K é aplicado para a correção da curvatura da Terra (raio equivalente),

e o seu calculo é mostrado na Equação (2.1.7.1) [7].

dh

dna

K

+=

1

1

(2.1.7.1)

Onde:

a - raio da Terra 61037,6 × ;

adh

dM

dh

dn 110 6 −= − ;

mUMdh

dM..118,0= (valor médio do gradiente de refratividade próximo da superfície

terrestre).

Com esses valores chega-se a um valor de K médio de 4/3 [7]. O fator K é usado para

se projetar enlaces de rádio na correção do perfil da Terra. Ele pode assumir dois valores, o

K=4/3 (Kmédio) que é usado para a atmosfera padrão, e o Kmínimo que varia o valor de K de

acordo com o comprimento do enlace considerado para 99,9% do tempo no pior mês do ano

[7].

Figura 4 – Variação do K mínimo com a distância (REC P 530-9 do ITU-R) [7].

23

Ondas de rádio ao percorrerem um espaço maior passam por vários meios diferentes, e

esses meios possuem índice de refração diferente uns dos outros. Nesses casos em que a

distância que o sinal tem que percorrer é longa, o fator K que mais se aproxima da realidade

será o Kmínimo [1].

• Critérios de Visibilidade e Survey

O serviço de prospecção também conhecido como survey tem como objetivo

identificar a viabilidade técnica de enlaces de rádio e determinar a altura das torres e antenas.

Geralmente o survey é realizado em duas etapas: o estudo teórico e o levantamento de dados

em campo. O estudo teórico é geralmente feito em escritório, de posse das coordenadas

geográficas do local das estações e das cartas topográficas é traçado um perfil teórico do

enlace e feita uma análise do mesmo. Já no levantamento de campo faz-se a inspeção dos

locais exatos das estações e do caminho que o enlace irá percorrer, com o intuito de identificar

possíveis obstáculos, alturas exatas e localização precisa dos mesmos [1].

No final é gerado um relatório de survey onde é apresentado o levantamento

topográfico que permite gerar tabelas de cotas que são usadas para se gerar o perfil do terreno,

e com isso determinar a altura da torre, antena, frequência, entre outros. Também contém

nesse relatório o croqui de acesso e a planta de situação, que são responsáveis

respectivamente por, indicar como se chega ao local escolhido para a nova estação de rádio e

representar o local interno e a localização das benfeitorias existentes em relação ao terreno

por meio de medidas [1].

Os critérios de visibilidade são definidos após se ter feito o serviço de prospecção

(survey), pois para se definir esses critérios é necessário conhecer o perfil do enlace. De posse

desses dados o projetista irá aplicar o fator K ao perfil do enlace para correção da curvatura

equivalente da Terra. Após isso, o projetista irá determinar a altura da antena de acordo com a

percentagem do raio de Fresnel que terá que estar livre, essa percentagem varia de acordo

com a frequência de operação do radioenlace [1].

O fator K aplicado para a correção da curvatura equivalente da Terra vai variar entre

Kmédio e Kmínimo, isso porque dependendo da frequência de operação e do comprimento do

enlace, determinado fator K é mais preciso. A Tabela 2 mostra a percentagem do raio de

Fresnel e o fator K em função da faixa de frequência de operação [1].

24

Tabela 2 – Percentagem do raio de Fresnel em função da frequência de operação [1].

< 1GHz Entre 1 e 3 GHz Acima de 3GHz

30% do raio de Fresnel para

K = Kmédio


K = Kmédio


K = Kmédio


K = Kmínimo


K = Kmínimo


K = Kmínimo

2.1.8 Difração

A difração é um fenômeno causado por possíveis obstáculos no caminho do feixe de

ondas, e devem ser considerados no cálculo do enlace [1].

O fenômeno da difração ocorre quando há objetos no caminho do enlace de rádio,

impedindo assim que parte das frentes de onda passe. Porém, o que é observado é que ocorre

a propagação da onda para regiões além do objeto, situadas na sombra deste em relação à

direção da onda transmitida, com isso esse objeto se torna irradiante de uma nova onda,

porém com características de frentes diferentes da original, dado que ela irradia para os lados,

muda de direção e propagação. Assim, a difração explica como a energia de RF

(radiofrequência) pode se mover entre transmissor e receptor sem que exista linha de visada

direta [1]. A Figura 5 ilustra um exemplo de difração por obstáculo do tipo gume de faca.

Figura 5 – Difração por obstáculo (gume de faca) [1].

2.1.9 Reflexão

O fenômeno da reflexão é prejudicial à qualidade do sinal recebido, e normalmente

ocorre em enlaces com excesso de visada, devido às condições do perfil do enlace. Quando

uma onda incide sobre uma interface que separa dois meios diferentes e ocorre a mudança da

direção de propagação fazendo com que a onda retorne para o meio inicial, esse fenômeno é

chamado de reflexão [1].

25

O coeficiente de reflexão é um parâmetro que avalia a relação entre as amplitudes das

ondas refletida e incidente, e cujo valor depende do tipo de terreno, e varia de 0 que é quando

o efeito de reflexão é nulo, até 1 que é a condição de reflexão total [2].

2.1.10 Atenuação Devido às Chuvas

Em sistemas de telecomunicações que utilizam frequências superiores a 10 GHz a

atenuação do sinal devido às chuvas é um item crítico para projetos de radioenlaces, sendo

que para essas faixas a indisponibilidade causada pela chuva limita os comprimentos dos

enlaces [1].

A distribuição horizontal, a taxa pluviométrica e a distribuição do tamanho das gotas,

são os principais fatores que influenciam os enlaces de rádio. Eles são usados para o cálculo

do efeito da chuva em enlaces de rádio, sendo os dois primeiros normalmente os mais

importantes [1].

A taxa pluviométrica é base fundamental para o cálculo das interrupções causadas por

desvanecimentos por chuva. A intensidade de chuva de cada área e país do mundo pode ser

obtida pelos diagramas publicados pelo ITU-R. De acordo com esses diagramas o Brasil

encontra-se nas zonas N e P que correspondem a taxas pluviométricas de 95 mm/h e 145

mm/h respectivamente para 0,01% do ano [1].

• Método do ITU-R 838 e 530-7

O primeiro passo é encontrar a taxa pluviométrica excedida em 0,01% do tempo ao

longo de um ano para a região de interesse. Caso essa informação não exista para o local

exato, pode-se obter uma estimativa dessa informação na Recomendação ITU-R P.837 [8].

O próximo passo é calcular a atenuação por quilômetro provocada pela chuva, também

chamada de atenuação específica. Essa atenuação depende da frequência, da polarização e da

taxa pluviométrica [8].

• Polarização Vertical [9]:

v

vr Rk αγ 01,0⋅= (2.1.10.1)

• Polarização Horizontal [9]:

h

hr Rk αγ 01,0⋅= (2.1.10.2)

26

Onde:

rγ - atenuação específica (dB/km);

R - taxa pluviométrica para 0,01% do tempo (mm/h);

hv kk , - coeficientes dependentes da estrutura da chuva;

hv αα , - coeficientes dependentes da estrutura da chuva;

Na Tabela 3 têm-se os valores dos coeficientes que dependem da estrutura da chuva

relacionados com a frequência.

Tabela 3 – Parâmetros de chuva (Recommendation ITU-R 838) [1].

Frequência (GHz) hk vk hα vα

1 0,0000387 0,0000352 0,912 0,880 2 0,000154 0,000138 0,963 0,923 4 0,000650 0,000591 1,121 1,075 6 0,00175 0,00155 1,308 1,265 7 0,00301 0,00265 1,332 1,312 8 0,00454 0,00395 1,327 1,310

10 0,0101 0,00887 1,276 1,264 12 0,0188 0,0168 1,217 1,200 15 0,0367 0,0335 1,154 1,128 20 0,0751 0,0691 1,099 1,065 25 0,124 0,113 1,061 1,030 30 0,187 0,167 1,021 1,000 35 0,263 0,233 0,979 0,963 40 0,350 0,310 0,939 0,929 45 0,442 0,393 0,903 0,897 50 0,536 0,479 0,873 0,868 60 0,707 0,642 0,826 0,824 70 0,851 0,784 0,793 0,793 80 0,975 0,906 0,769 0,769 90 1,06 0,999 0,753 0,754

100 1,12 1,06 0,743 0,744 120 1,18 1,13 0,731 0,732 150 1,31 1,27 0,710 0,711 200 1,45 1,42 0,689 0,690 300 1,36 1,35 0,688 0,689 400 1,32 1,31 0,683 0,684

As células de chuva são as áreas pequenas onde ocorrem intensidades elevadas de

chuva. Assim, ao se fazer os cálculos devem ser considerados apenas uma parte do lance,

sendo que às vezes pode ocorrer mais de uma célula no lance [1].

Com isso calcula-se o parâmetro [8] que define o percentual do enlace em que deve

haver chuva:

0

1

1

d

dr

+=

(2.1.10.3)

27

Onde:

d – distância do enlace (km).

01.0015,00 35 R

ed⋅−= .

R0.01 – taxa pluviométrica para 0,01%.

Quando R0.01 for maior que 100 mm/h, usa-se na fórmula de 0d o valor de 100 mm/h

[8].

Com isso considerou-se que a chuva não está acontecendo simultaneamente em todo o

enlace com a mesma intensidade. Então, calcula-se o diâmetro efetivo [8] da célula de chuva.

( ) drkmdeff ⋅= (2.1.10.4)

Logo, a atenuação total do enlace de rádio devido à chuva pode ser obtida

multiplicando se a atenuação específica pelo diâmetro específico. Sendo assim tem-se [8]:

effrr dA ⋅= γ (2.1.10.5)

2.2 PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRANSPORTE

2.2.1 Sistema Rádio Ponto a Ponto

Por um bom tempo o sistema rádio ponto a ponto, ilustrado na Figura 6, também

conhecido como radiovisibilidade ou links terrestres, foi o principal meio de transmissão de

alta capacidade. Mas atualmente, devido à evolução dos sistemas em fibra óptica, o sistema

rádio ponto a ponto vem perdendo espaço principalmente nos backbones de alta capacidade.

A expressão "ponto a ponto" está vinculada ao fato da comunicação de enlaces de rádio

sempre ocorrer entre duas estações, onde uma é a estação transmissora e a outra é a receptora

[1].

O fenômeno da propagação eletromagnética permite com que a informação em um

sistema rádio ponto a ponto seja conduzida entre duas estações distantes até 50 km ou mais

entre si, de acordo com as condições topográficas, faixas de frequências e capacidade [1].

Figura 6 – Sistema rádio ponto a ponto [7].

28

O sistema operante em cada estação compõe-se essencialmente de um conjunto de

transceptores, uma linha de transmissão e um elemento irradiante (antena) [1]. Alguns

requisitos básicos são necessários para que um rádio enlace funcione satisfatoriamente [10],

como:

• O sinal recebido tem que ter potência suficiente para se sobrepor ao nível de

sensibilidade e ao sinal do ruído recebido.

• Para cada faixa de frequência utilizada, a onda deve ser transmitida em uma

frequência com atenuação e velocidade de propagação constante, de modo que a

distorção seja a mínima possível.

• Para que o enlace de rádio seja confiável, as condições apresentadas acima devem

permanecer constantes na maior parte do tempo.

2.2.2 Rádio Ponto a Ponto Digital

Devido à crescente demanda de serviços no final da década de 70 tornou-se necessária

a digitalização das redes das companhias de telecomunicações. Com a criação das centrais

telefônicas digitais ocorreu o surgimento de famílias de equipamentos de transmissão

totalmente novos, como multiplexadores e rádios digitais, fibras ópticas, roteadores

automáticos, dentre outros [1].

O rádio digital tem como principal característica a transmissão de informação ou sinais

modulantes digitais [1]. Em um enlace de rádio digital a informação que pode ser voz, dados

ou imagens, está em formato digital e é transportada em canais padronizados [11].

2.3 EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE RÁDIO

A seguir apresenta-se um breve resumo do histórico dos sistemas rádio ponto a ponto

no Brasil, e alguns acontecimentos relevantes que influenciaram nessa evolução [1].

• 1895 – Invenção do rádio pelo italiano Guilherme Marconi.

• 1957 – Implantação do primeiro sistema de micro-ondas da América Latina entre Rio

de Janeiro – São Paulo e Campinas pela Companhia Telefônica Brasileira – CTB.

• 1965 – Criação da Empresa Brasileira de Telecomunicações – EMBRATEL.

• 1967 – Criação do Ministério das Comunicações.

• 1972 – Criação da Telebrás, uma entidade pública encarregada da coordenação e

planejamento geral das atividades de telecomunicações no país.

29

• Décadas de 70 e 80 – Auge dos sistemas de rádio analógicos de alta capacidade.

• 1984 – Início da Era Digital, com implantação de rádios PDH.

• Início da década de 90 – Começou a implantação de rádios SDH.

• 1998 – Abertura do mercado de telecomunicações e privatização do sistema

Telebrás.

2.4 HIERARQUIAS DIGITAIS PDH E SDH

2.4.1 PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy

O sistema PDH – Hierarquia Digital Plesiócrona – tem sua divisão em nível de

hierarquias, e devido a não existir um padrão mundial, têm-se três hierarquias diferentes no

mundo, como mostra a Figura 7. Como só é possível a interconexão de sistemas ao nível de

voz na taxa de 64 kbits/s, a existência de três hierarquias diferentes dificulta as interconexões

de sistemas [1].

Os sinais E1 e E3 são gerados por equipamentos distintos, sendo que a velocidade do

sinal de saída fornecido por cada um pode variar ligeiramente de 2048 kbits/s para o E1, e 34

kbit/s para o E3. Esses sinais são recebidos por equipamentos que trabalham no sistema PDH.

As duas maiores desvantagens de um sistema PDH são: dificuldade de identificar um

tributário de ordem inferior dentro de um quadro maior e uma estrutura em que não há espaço

suficiente para incluir informações para o gerenciamento da rede [1].

O padrão PDH Europeu, é o adotado na maior parte do mundo, inclusive no Brasil [1].

Figura 7 – Hierarquia PDH [1].

30

2.4.2 SDH – Synchronous Digital Hierarchy

Com a necessidade de padronização mundial dos sistemas de transmissão síncrona, o

ITU-T sugeriu no final da década de 80 criar um sistema que proporcionasse uma rede mais

flexível e econômica, assim surgiu o padrão SDH (Hierarquia Digital Síncrona). Logo criou-

se uma rede síncrona para transporte de sinais digitais, composta por um conjunto hierárquico

de estruturas de transporte padronizadas [1].

As principais características do padrão SDH são: padronização total, fácil acesso aos

tributários de ordem inferior e grande capacidade alocada para gerência de rede. O objetivo

inicial da criação de uma rede digital síncrona era compatibilizar os vários fabricantes por

meio da criação de uma interface padrão a todos. Foi assim que surgiu nos Estados Unidos a

rede óptica síncrona “SONET” que posteriormente evoluiu para um padrão internacional que

torna compatível as hierarquias existentes, americana, japonesa e européia a uma taxa bruta de

155.520 Mbits/s, chamada de módulo de transporte síncrono nível 1, do inglês “synchrounous

transport module – level 1” - STM-1 [1].

Como ilustrado na Figura 8, os bytes em uma estrutura de quadro do STM-1 estão

dispostos em 270 colunas por 9 linhas. Sendo que cada quadro STM-1 tem 2430 bytes, com

duração de 125 microssegundos, o que é o mesmo tempo de duração de um canal PCM de 64

kbit/s [1].

Figura 8 – Estrutura do quadro SDH [13].

A Rede SDH trouxe vários benefícios, dentre eles [1]:

• Simplificação – Dentre os vários benefícios trazidos por uma rede síncrona, o

principal é a simplificação da rede.

31

• Sobrevivência – O funcionamento da transmissão é continuamente monitorado por

todos os elementos de uma rede de SDH.

• Controle por software – Dentro da estrutura de quadro SDH existem canais que

permitem o controle por software de toda a rede.

• Velocidades maiores sob encomenda – Qualquer serviço disponível na rede pode ser

facilmente comprado por todos os assinantes que estejam conectados a uma rede síncrona.

• Padronização – A interconexão de redes de SDH de fabricantes distintos torna-se

possível devido à padronização dos equipamentos que compõem essa rede.

2.5 SISTEMA AÉREO

Com a saturação do espectro de frequências que é um problema em sistemas de rádio e

que só tende a piorar, torna-se necessário cada vez mais que o tipo de antena escolhido seja o

mais adequado ao sistema, pois com isso diminui-se o risco de problemas de desempenho e

confiabilidade nos enlaces, evitando até de causar interferências em sistemas já existentes [1].

Para que a comunicação via rádio aconteça é necessário um conjunto de dispositivos

que são conhecidos como sistema aéreo ou irradiante. Esses dispositivos na transmissão são

responsáveis por ligar o equipamento de transmissão a outro que transforme o sinal elétrico

em ondas eletromagnéticas capazes de se propagar no espaço e na recepção, são responsáveis

por captar a energia das ondas eletromagnéticas e convertê-las novamente em sinal elétrico

para ser processado no receptor [1].

Basicamente o sistema aéreo é composto por [1]:

• Antena.

• Cabo coaxial ou guia de onda.

• Conectores.

• Sistema de Pressurização.

• Torres / Postes.

• Suportes de antenas.

• Sistema de aterramento.

2.5.1 Antenas

Em um sistema de rádio, a antena é o elemento irradiante capaz de receber e transmitir

ondas eletromagnéticas. Geralmente as propriedades vistas na transmissão são válidas

32

também para a recepção, ou seja, as antenas são recíprocas. As características elétricas das

antenas influenciam diretamente no desempenho dos radioenlaces, dentre elas as principais

são [1]:

• Faixa de Operação (Largura de Banda) – Faixa de frequências em que a antena opera

adequadamente mantendo todas as características elétricas especificadas.

• Ganho da Antena – É a principal característica da antena, definida como a relação

entre a energia irradiada pela antena em relação à uma antena isotrópica, supondo que

as duas irradiem a mesma potência total.

• Polarização – É determinada segundo as características mecânicas da antena e do

posicionamento do alimentador, e relaciona-se com a direção do campo elétrico. Pode

ser dos tipos: polarização vertical, polarização horizontal ou ainda uma combinação

das duas (dupla polarização).

• Discriminação da Polarização Cruzada (XPD) – É o isolamento na mesma antena do

sinal de uma polarização em relação à outra.

• Diagrama de Radiação ou Irradiação – É um gráfico que mostra as características da

antena quanto à potência irradiada em função do ângulo.

• Ângulo de Meia Potência – Ângulo no qual ocorre uma queda de 3 dB no sinal

transmitido, com relação ao ângulo de irradiação máxima (centro do lóbulo principal).

• Relação Frente-Costa – É definida como a proporção de sinal irradiado na direção

oposta, ou seja, de 180 graus com relação à direção de irradiação máxima.

• Características Mecânicas – Área de exposição ao vento, dimensões físicas, peso.

Em sistemas de enlace de rádio, que operam na frequência de micro-ondas é

necessária a utilização de antenas mais diretivas, pois esses sistemas operam com baixas

potências de transmissão. Sendo assim, o tipo de antena mais usado é a parabólica. Antenas

parabólicas podem possuir refletores vazados ou sólidos, sendo que as parabólicas sólidas

apresentam eficiência de radiação e ganho superior às parabólicas vazadas [1].

2.5.2 Guias de Onda e Cabo Coaxial

Os componentes de um sistema de rádio responsáveis por levar o sinal do

equipamento até o alimentador da antena são os guias de onda e os cabos coaxiais [1].

A conexão entre o equipamento de rádio e a antena é feita por determinados

equipamentos de acordo com a frequência. Nas faixas de VHF e UHF são utilizados cabos

33

coaxiais. Já em sistemas de micro-ondas com frequências acima de 2GHz são utilizados os

guias de onda. As características elétricas dos guias de onda e cabos coaxiais influenciam

diretamente no desempenho dos radioenlaces, dentre elas as principais são [1]:

• Faixa de Frequência – Devido a cada faixa de frequência possuir comportamentos e

características diferentes, e também pelo fato do comprimento de onda influenciar no

tamanho do guia, cada guia de onda possui sua faixa de frequência específica.

• Perda – Conforme aumenta-se a frequência também aumenta-se a perda unitária

(dB/m), que é uma das características mais importantes a ser considerada nos guias de

onda e cabo coaxial.

• VSWR – Para que o sistema tenha um bom desempenho o VSWR (Voltage Standing

Wave Ratio) do conjunto Antena + Guia de onda/Cabo Coaxial deve estar dentro das

margens especificadas para que os níveis dos sinais refletidos não ultrapassem o limite

permitido.

2.5.3 Torres

O atendimento do enlace depende das torres, que são empregadas para suportar as

antenas na altura necessária. As torres podem ser de vários tipos e possuírem características

específicas. Por meio de análise dos perfis dos enlaces se define a altura das torres. Ao

realizar o projeto de uma torre as características principais a serem consideradas são [1]:

• Carga suportada pela torre: Depende principalmente da área de exposição ao vento

das antenas, cabos e suportes, podendo ser considerado também embora sendo pouco

relevante o peso desses objetos.

• Ângulo de deflexão: É o ângulo máximo de movimentação no topo da torre.

Os tipos de torres são [1]:

• Autoportante – São estruturas projetadas para suportar uma grande quantidade de

antenas, ou seja, apresentam uma capacidade de carga bem maior e podem atingir até

120 metros ou mais de altura. As mais utilizadas possuem seção triangular ou

retangular.

• Estaiada – São torres mais econômicas do que as autoportantes, porém possuem uma

menor capacidade de carga e necessitam de um espaço maior.

• Postes – São torres menores, com alturas que não passam dos 40 metros e possuem

capacidade de carga pequena.

34

• Cavaletes – São pequenas estruturas construídas para suportar antenas a um nível

pouco acima do solo, mais usados no topo de prédios.

2.6 DIMENSIONAMENTO DE RADIOENLACES

2.6.1 Cálculo de Desempenho e de Disponibilidade

Realizados em sua grande maioria para enlaces com visada direta, ou seja, sem

nenhuma obstrução, os cálculos de desempenho são realizados principalmente para

frequências SHF. Também podem ser feitos cálculos de desempenho para as frequências de

UHF, mas nesse caso devido a muitas vezes se estar pretendendo utilizar torres já existentes,

pode-se considerar o projeto de enlaces com perfil parcialmente obstruído [1].

Outro fator importante é que todos os cálculos de desempenho, disponibilidade e

interferência são realizados considerando a pior situação, visando a otimização do enlace [1].

2.6.1.1 Especificações de Desempenho e Disponibilidade (SPEC)

Como o próprio nome diz, o SPEC é as especificações que o enlace deve ter para

atender as Recomendações do ITU-T. Através do SPEC definem-se os critérios de qualidade

que o sistema deve atender, em função de fatores como requisitos de qualidade e

confiabilidade necessária, natureza e tipo do sinal transportado, fatores econômicos, dentre

outros [1].

Os tipos de especificações mais utilizados são: Recomendações G821, G826, G827 e

G828; Local-Grade; Medium-Grade; e High-Grade. Cada uma destas especificações trata de

critérios específicos para determinada área, que pode ser local, nacional ou internacional,

além de outros fatores [1].

2.6.1.2 Atenuação no Espaço Livre (Ae)

A atenuação no espaço livre é dada pela fórmula a seguir [1]:

( )dfAe ×+= log204,32 dB (2.6.1.2.1)

35

Onde:

eA - Atenuação no espaço livre (dB).

f - Frequência central em MHz.

d - Distância em km.

2.6.1.3 Atenuação Devido à Absorção Atmosférica (Aab)

A atenuação devido à absorção atmosférica é calculada pela fórmula [1]:

( )ddA wγγγ +== 0 dB (2.6.1.3.1)

Onde:

d - Comprimento do enlace (km).

0γ - Absorção em dB por km devido ao oxigênio.

wγ - Absorção em dB devido ao vapor d’água.

Os parâmetros de absorção devido ao oxigênio e devido ao vapor d’água variam

principalmente com a frequência de operação. Como esses parâmetros exigem fórmulas

complexas para uma variação bem pequena em seus valores e consequentemente no valor da

absorção total (γ ), foi feita uma padronização em seus valores de acordo com a frequência de

operação. A seguir são mostrados os valores da absorção total para as duas faixas de

frequências usadas neste trabalho [1].

• Para f = 1500 MHz, a absorção total é igual a 0,005 dB/km.

• Para f = 8000 MHz, a absorção total é igual a 0,010 dB/km.

2.6.1.4 Atenuação no Guia de Onda ou Cabo Coaxial das Estações A e B

A atenuação devido aos cabos nas estações A e B [1] é calculada conforme a equação:

=βCA perda no cabo/m x βCL dB (2.6.1.4.1)

Onde:

βCA - Atenuação no cabo (dB/m).

βCL - Comprimento do cabo (m).

A atenuação nos cabos é um parâmetro utilizado no cálculo da atenuação total líquida

( ta ) [1].

36

2.6.1.5 Atenuação Total Líquida

A fórmula a seguir é usada para o cálculo da atenuação total [1]:

CBCArmfelT AAAAabAA ++++= dB (2.6.1.5.1)

Onde:

elA - Atenuação do espaço livre (dB).

Aab - Atenuação devido à absorção na atmosfera (dB).

rmfA - Atenuação total no circuito de ramificação (lados TX e RX) (dB).

CAA - Atenuação no guia de onda ou cabo de RF da estação A (dB).

CBA - Atenuação no guia de onda ou cabo de RF da estação B (dB).

Neste trabalho a atenuação total no circuito de ramificação ( rmfA ) foi considerada

padrão como sendo 2dB, ou seja, um dB no lado TX e um dB no lado RX. Essa consideração

foi feita devido aos valores reais deste parâmetro necessitar serem medidos na prática em

campo.

A atenuação total líquida é um parâmetro utilizado no cálculo do nível de recepção

sem desvanecimento [1].

2.6.1.6 Nível de Recepção Nominal (sem desvanecimento)

O nível de recepção nominal é calculado pela fórmula [1]:

TTRN AGRGTPP −++= dBm (2.6.1.6.1)

Onde:

RNP - Nível de recepção nominal (dBm).

TP - Potência de transmissão (dBm).

GT eGR - Ganhos das antenas de transmissão e recepção (dBi).

TA - Atenuação total (dB).

37

Capítulo 3

MATERIAIS E MÉTODOS

O desenvolvimento deste trabalho se deu por meio de simulações em software e

análises dos resultados obtidos nas simulações. Basicamente os softwares utilizados foram:

Google Earth, PathLoss, CelPlan e MATLAB.

A seguir é apresentada uma breve explicação sobre cada um dos softwares utilizados e

um roteiro simplificado para a utilização do Google Earth, do PathLoss e do CelPlan.

3.1 Google Earth

O Google Earth é um software de geolocalização desenvolvido pela Google e que

conta com diversas funções. Por meio de um modelo tridimensional do globo terrestre,

formado com imagens de satélites que podem ser observadas nos formatos 2D e 3D, o Google

Earth permite que você viaje para qualquer lugar do planeta, obtenha coordenadas

geográficas, veja mapas, rotas, busque endereços, veja a topografia, dentre outras várias

funções. Integrados ao Google Earth o Street View e o Maps fazem com que esse seja um dos

softwares de geolocalização e visualização da superfície terrestre mais completo do mercado

atualmente.

O Google Earth é um software free, ou seja, você não paga nada por ele, apesar de

existir uma versão pro onde você paga uma taxa anual para contar com algumas funções

extras. A versão free conta com todas as funções necessárias para este trabalho, ela pode ser

baixada em [14]. As funções utilizadas foram a de obter as coordenadas geográficas dos locais

das estações de rádio, análise do caminho do enlace por meio de imagens para verificação da

existência de possíveis obstáculos e também uma pré-análise do perfil topográfico entre as

estações.

A seguir um roteiro simplificado ensina como fazer as simulações tratadas no trabalho.

1º passo – Localizar o local das estações

38

Já com o programa instalado, abri-lo e localizar o local da estação. Para isso vá ao

menu “pesquisar” e digite o endereço da estação e clique em pesquisar. Ao encontrar o local

desejado para uma estação, o próximo passo é adicionar um marcador neste local e com isso

também já obter as coordenadas geográficas desta localização. Para isso, vá na barra superior

e clique em “Adicionar marcador”, uma janela irá abrir e aparecerá um marcador sobre o

mapa, basta mover o marcador para o local desejado com o mouse, na janela você encontrará

um campo para nomear este marcador e logo abaixo os campos com as coordenadas

geográficas daquele local onde foi adicionado o marcador. Para finalizar essa etapa é só clicar

em “OK” e o marcador ficará salvo, como mostrado na Figura 9 abaixo. Repetir esse passo

para todas as estações.

Figura 9 – Localização das estações, marcadores e coordenadas geográficas.

2º passo – Traçar reta ligando as estações

Agora que o local das estações já foi definido e já foi adicionado um marcador no

local de cada uma, o próximo passo é ligar essas duas estações através de uma reta/linha entre

elas. Para isso, vá na barra superior e clique em “Mostrar régua”, uma janela irá abrir. Repare

no cursor do mouse sobre o mapa, agora ele se parece com um alvo, você irá colocá-lo sobre

um dos marcadores adicionados no passo anterior, clicar e soltar uma vez com o mouse sobre

ele, depois irá com o mouse até o outro marcador, clicar e soltar sobre ele também. Repare

que quando você clica a primeira vez sobre o primeiro marcador e mexe com o mouse a linha

39

já vai seguindo o mouse. Repare também na janela, nela agora constam algumas informações

sobre a linha/reta, apesar de que a única opção que nos interessa é o comprimento, ou seja, a

distância entre os dois pontos. Feito isso, você irá clicar em “Salvar”, uma nova janela se

abrirá, nela você pode alterar o nome da linha/reta, o estilo, a cor, além de poder colocar uma

descrição da mesma. Para finalizar e salvar clica-se em “OK”.

Figura 10 – Traçando a reta/linha entre as estações.

Figura 11 – Salvando a reta/linha e alterando suas características.

40

3º passo – Análise do caminho do enlace e do perfil topográfico entre as estações

Para finalizar nosso trabalho com o Google Earth resta fazermos a análise do caminho

do enlace e do perfil topográfico entre as estações. A análise do caminho do enlace pode ser

feita antes de se gerar o perfil topográfico como mostrado na Figura 12, ou depois de se gerar

o perfil topográfico como na Figura 13, esta análise é simples de se fazer, basta você dar

zoom sobre a linha/reta gerada no passo anterior, e ir analisando se existem ou não obstáculos

no caminho do enlace. O método mais indicado é fazer essa análise em conjunto com a

análise do perfil topográfico, pois através do perfil topográfico você identifica os pontos

críticos para um projeto de enlace de micro-ondas, que são os picos e as zonas urbanas entre

as estações, e com isso já se faz uma análise mais detalhada nestes locais. Para gerar o perfil

topográfico do caminho entre as estações é simples, você clica com o botão direito do mouse

sobre a linha/reta e depois clica-se em “Mostrar perfil de elevação” e o perfil será gerado e

exibido logo abaixo do mapa. Agora é só fazer as análises necessárias.

Figura 12 – Análise do caminho do enlace.

41

Figura 13 – Análise do perfil topográfico e do caminho do enlace.

3.2 PathLoss

O PathLoss é um dos mais completos softwares de simulação de enlace de micro-

ondas do mercado. Ele é uma ferramenta de simulação que possibilita a análise do perfil

topográfico entre duas localidades em conjunto com a Zona de Fresnel. Além disso, ele ainda

permite dimensionar a altura das antenas, e também, quando necessário, a correção do raio da

terra utilizando o fator K. Com isso, pode-se dizer que o PathLoss é a ferramenta de

simulação de propagação de sistemas de rádio mais usada por projetistas atualmente [15].

A seguir é apresentado um roteiro simplificado de como simular a propagação de um

sistema de rádio no Pathloss. Considerando que todas as cartas topográficas já tenham sido

devidamente integradas ao software.

1º passo – Adicionando dados iniciais

O primeiro passo ao abrir o software é adicionar os dados iniciais para que a

simulação possa ser feita. Como mostrado na Figura 14 a seguir, os dados a serem

adicionados são os nomes dos locais das duas estações, as coordenadas geográficas de cada

uma e a frequência que será utilizada naquele sistema. Além desses dados, existem outros

42

campos importantes, como por exemplo, o da altura das antenas nas duas localidades, porém

esses dados não serão adicionados agora, pois o software irá calculá-los mais a frente.

Figura 14 – Adicionando dados iniciais.

2º passo – Gerar perfil topográfico

Com os dados adicionados agora o próximo passo é gerar o perfil topográfico do

terreno entre as duas estações. Para isso, vai-se ao menu “Module” e seleciona-se a opção

“Terrain Data”, como mostrado na Figura 15 abaixo.

Figura 15 – Terrain Data.

Ao clicar em “Terrain Data”, o software ira para a tela como mostrado na Figura 16.

43

Figura 16 – Tela Terrain Data.

Continuando, o próximo passo é ir ao menu “Operations” e selecionar a opção

“Generate Profile”, como mostrado na Figura 17.

Figura 17 – Generate Profile.

Feito isso, irá se abrir uma janela como mostrado na Figura 18. Nessa janela se pode

selecionar a densidade da vista do terreno, por meio do campo selecionado, porém nesse

44

exemplo foi deixado o valor sugerido pelo software. Logo o próximo passo é clicar em

“Generate”.

Figura 18 – Densidade da vista do terreno.

Ao executar o passo anterior, uma nova janela se abrirá como mostrado na Figura 19.

Essa nova janela indica que o perfil está completo e mostra quais pastas o software usou para

gerá-lo. Agora, para que o perfil topográfico gerado seja exibido é só fechar esta janela, o que

pode ser feito clicando em “Close” ou no X no canto superior direito da janela.

Figura 19 – Dados de geração do perfil topográfico.

Feito isso, o software irá exibir o perfil topográfico entre as duas estações desejadas,

como ilustrado na Figura 20 a seguir.

45

Figura 20 – Perfil Topográfico.

3º passo – Determinar altura das antenas

Este passo pode ser feito de duas formas, a em que o projetista escolhe a altura

desejada para a antena ou a em que ele deixa que o software calcule isso pra ele e só faz os

ajustes necessários depois. Para o primeiro caso, vai-se ao menu “Configure” e seleciona-se a

opção “Antenna Heights” como mostrado na Figura 21.

Figura 21 – Antenna Heights (caso 1).

46

Feito isso, abrirá uma janela para que o projetista possa definir os valores desejados

para a altura das antenas nas duas estações, como mostrado na Figura 22.

Figura 22 – Definindo altura das antenas.

Para o segundo caso, deve-se ir ao menu “Module” e selecionar a opção “Antenna

Heights”, como mostrado na Figura 23.

Figura 23 – Antenna Heights (caso 2).

Ao executar o passo anterior, o software automaticamente irá traçar a linha de visada

direta do enlace, porém no primeiro instante ele utiliza a altura mínima por ele aceitável que é

de 5 metros para as antenas nas duas estações, como mostrado na Figura 24 a seguir.

47

Figura 24 – Linha de visada direta e altura das antenas.

Feito isso, para que o software calcule um valor otimizado da altura das antenas em

cada estação, o próximo passo é clicar no ícone de uma calculadora, este está posicionado no

canto superior direito da tela, como mostrado na Figura 25 a seguir.

Figura 25 – Calculando valor otimizado para a altura das antenas.

Caso o projetista não concorde com os valores sugeridos pelo software e queira alterar

esses valores ele pode através das setas ao lado da indicação da altura das antenas aumentar

48

ou diminuir esses valores. Repare que ao fazer isso, se você aumenta de um lado o outro lado

irá diminuir, e vice versa, isso porque o software busca sempre um valor otimizado para essas

alturas, ou seja, o menor valor possível para assim reduzir custos.

4º passo – Gerando a zona de Fresnel e o arquivo final

Para finalizar a simulação, falta gerar o arquivo final que contém além do perfil

topográfico, da linha de visada direta e da altura das antenas, ele também irá nos mostrar a

primeira zona de Fresnel que é um dado importante em projetos de enlace de micro-ondas,

pois além da linha de visada direta, a primeira zona de Fresnel também não pode estar

obstruída para um perfeito funcionamento do sistema de rádio. Para gerar esse arquivo deve-

se ir ao menu “Module” e selecionar a opção “Print Profile”, como mostrado na Figura 26.

Figura 26 – Print Profile.

Ao executar o passo anterior o software irá exibir uma janela, como mostrado na

Figura 27, perguntando se o projetista deseja revisar a altura da antena, nesse caso ele deve

clicar em “Sim”.

49

Figura 27 – Revisar altura da antena.

Feito isso o software irá exibir o arquivo final da sua simulação, contendo todos os

dados necessários para sua análise. Um exemplo desse arquivo é o mostrado na Figura 28

abaixo.

Figura 28 – Arquivo final.

5º passo – Definir ou redefinir o Fator K (Opcional)

O fator K é usado para corrigir o raio da terra de acordo com cada projeto, como

tratado no ítem 2.1.7 deste trabalho. No Pathloss a correção deste fator é realizada em duas

etapas, como mostrado a seguir.

A primeira etapa é realizada após a determinação da altura das antenas nas duas

estações, ou seja, na página “Antenna Heights”. Nesta etapa para redefinir o fator K, vai-se ao

50

menu “Operations” e seleciona-se a opção “Set Clearance Criteria”, como mostrado na Figura

29.

Figura 29 – Set Clearance Criteria.

Feito isso, irá abrir uma janela como mostrado na Figura 30, para que o projetista possa

ajustar o fator K de acordo com seu projeto. Terminando de alterar os valores é só clicar em

“OK” e o fator K será alterado.

Figura 30 – Definindo valor do Fator K.

51

A segunda etapa é realizada após se gerar o arquivo final, ou seja, na página “Print

Profile”. Nesta etapa para redefinir o fator K, vai-se ao menu “Format” e seleciona-se a opção

“Flat Earth”, como mostrado na Figura 31.

Figura 31 – Flat Earth.

Feito isso, irá abrir uma janela como mostrado na Figura 32, para que o projetista

possa ajustar o fator K de acordo com seu projeto. Lembrando que os valores devem ser

ajustados no campo adequado nos dois lados. Terminando de alterar os valores é só clicar em

“OK” e o fator K será alterado.

Figura 32 – Redefinindo o fator K.

52

Agora, como mostrado na Figura 33, já é possível observar mudanças no projeto

devido à alteração do fator K, quando comparado com a Figura 28, por exemplo, que tinha um

fator K diferente. Essas mudanças envolvem principalmente a primeira Zona de Fresnel e com

isso podem interferir na altura das antenas.

Figura 33 – Arquivo final com fator K diferente.

3.3 CelPlan

O software CelPlan é um dos mais completos do mercado para se projetar, implantar,

operar e otimizar redes wireless operando na frequência de RF. O grande diferencial deste

software em relação aos outros aqui apresentados é que ele permite uma análise mais

aprofundada, até mesmo do sinal que será transmitido e recebido pelos sistemas projetados, se

aproximando muito da realidade. Dentre as várias soluções apresentadas pela CelPlan, o

CelPlanner e o CelLink que são duas ferramentas do software que utilizam a mesma interface

gráfica e que foram utilizadas nesse trabalho. O CelPlanner é uma ferramenta dedicada ao

projeto de sistemas celulares, já o CelLink é uma ferramenta dedicada ao projeto de sistemas

ponto a ponto, que é o objetivo deste trabalho, e que segue todas as normas de qualidade do

ITU [16].

A seguir é apresentado um roteiro simplificado de como se projetar sistemas ponto a

ponto utilizando o CelPlan. As funções do CelLink que utilizamos estão primeiramente

53

bloqueadas pelo software, sendo necessário alguns passos para desbloqueá-las, como

mostrado no roteiro.

1º passo – Criar um novo projeto e adicionar diretórios dos arquivos

O primeiro passo para se fazer um projeto no CelPlan é criar um novo projeto. Após

abrir o programa, para se criar um novo projeto vai-se ao menu “Project” e seleciona-se a

opção “New”, como mostrado na Figura 34 abaixo.

Figura 34 – Novo Projeto.

Feito isso uma nova janela ira se abrir. Nela é possível alterar várias coisas no projeto,

como dar um nome para o projeto, selecionar o sistema a ser usado, dentre várias outras

coisas. Porém, o que nos interessa aqui é definir os diretórios dos arquivos que o software irá

usar na simulação. Para fazer isso clica-se na opção “Database Directories” como mostrado na

Figura 35 a seguir.

54

Figura 35 – Database Directories.

Feito isso, irá abrir uma nova janela como a mostrada na Figura 36 a seguir. É nela

que se colocam todos os diretórios dos arquivos que serão usados na simulação. Na figura a

seguir, os diretórios já foram adicionados, para se fazer isso, vai-se ao campo reservado para

cada tipo de diretório e clica-se, em seguida clica-se em “Select”, uma janela irá se abrir para

que o projetista indique o caminho para o programa encontrar os arquivos necessários. Após

se colocar todos os diretórios clica-se em “OK”.

55

Figura 36 – Adicionando diretórios dos arquivos que serão usados pelo software.

Feito isso o programa volta para a janela da Figura 35 mostrada anteriormente, nela

clica-se em “OK” novamente. Ao se fazer isso o software mostrará uma janela como a

mostrada pela Figura 37 abaixo, onde ele apresenta a quantidade de arquivos que ele carregou

para usar nas simulações. Nela é só clicar em “OK”.

Figura 37 – Dados geográficos carregados no software.

56

2º passo – Selecionar a área onde será realizado o projeto

Agora que se criou o projeto e definiu os diretórios dos arquivos para o software usar

nas simulações, o próximo passo é selecionar a área onde o projeto será executado. Para isso

primeiramente vai-se à barra de tarefas superior do software, no campo onde está escrito

“None” tem uma seta ao lado, clica-se nela e seleciona-se a opção “Image I”, como mostrado

na Figura 38 abaixo.

Figura 38 – Selecionando tipo de imagem da área.

Após fazer isso, vai-se ao menu “Presentation” e seleciona-se a opção “Area”, como

mostrado na Figura 39 a seguir.

Figura 39 – Selecionando área.

Ao se fazer isso, uma nova janela irá abrir, como mostrado na Figura 40 a seguir. Nela

é só dar um duplo clique na opção “Area by Geographic Database”.

57

Figura 40 – Area by Geographic Database.

Feito isso, o software irá exibir a área contida em seu banco de dados, como mostrado

na Figura 41 abaixo.

Figura 41 – Área exibida pelo software.

3º passo – Desbloquear funções do menu “Network”

Para continuar com a simulação é necessário desbloquear as funções do menu

“Network”, pois como mostra a Figura 42 a seguir elas estão todas bloqueadas.

58

Figura 42 – Funções do menu "Network" bloqueadas.

Para desbloquear estas funções é necessário criar um link com células primeiro. Para

fazer isso vai-se ao menu “Cell” e seleciona-se a opção “Creat”, como mostrado na Figura 43

abaixo.

Figura 43 – Criando células.

Ao se fazer isso, o próximo passo é ir com o mouse até algum lugar da área dada pelo

software e clicar uma vez. Feito isso o software ira abrir automaticamente uma janela como a

mostrada na Figura 44 a seguir. Como não é isso que a gente quer, pois estamos fazendo isso

59

apenas para desbloquear as funções do menu “Network”, basta clicar em “OK” nessa janela.

E repetir este passo novamente para criar outra célula, ou seja, é necessário criar duas células.

Figura 44 – Características da célula.

Quando as duas células estiverem criadas o próximo passo é ir ao menu “Network” e

clicar na opção “New” como mostra a Figura 45 abaixo.

Figura 45 – Nova rede.

Feito isso irá abrir uma nova janela para que o projetista configure o enlace. Nessa

janela o projetista irá selecionar nos campos “Site” de um lado uma das células criadas

60

anteriormente, e do outro lado a outra. Porém o enlace que se quer não é composto por células

e sim por estações ou sites, por isso não nos interessa ainda as outras opções de configuração

apresentadas nessa janela. Sabendo disso agora é só clicar em “OK” como mostrado na Figura

46 abaixo.

Figura 46 – Selecionando células da rede.

Feito isso o software automaticamente cria um link entre as duas células como


Figura 47 – Link entre as duas células selecionadas.

61

Ao realizar o passo anterior o software automaticamente também habilita todas as

funções do menu “Network”.

4º passo – Inserir estações ou sites no projeto

Agora que as funções do menu “Network” foram desbloqueadas, o próximo passo é

inserir as estações/sites no projeto. Para fazer isso, no menu “Network” seleciona-se a opção

“Insert Site” como mostrado na Figura 48 abaixo.

Figura 48 – Inserindo Sites (estações).

Feito isso, como foi feito com as células, mas agora com as estações, o projetista vai

na área do projeto e clica sobre o local onde ficará a estação, ou em algum lugar próximo. Ao

se fazer isso irá abrir uma janela como mostrado na Figura 49 a seguir, nela o projetista pode

dar um nome à estação (nome sem espaços), e também caso o local onde ele clicou não seja o

local exato ele pode alterar as coordenadas geográficas do local onde a estação ficará, feito

isso é só clicar em “Ok” e sua estação estará criada. Repetir este passo para criar a segunda

estação do enlace.

62

Figura 49 – Configurando estação.

Ao se criar as duas estações, agora o projetista pode excluir as células criadas

anteriormente para desbloquear as funções do menu “Network”. Para fazer isso é só ir com o

mouse sobre as células e clicar com o botão direito e selecionar a opção “Delete”. Esse passo

é bom para deixar o projeto mais enxuto. Feito isso, teremos apenas as duas estações de nosso

interesse no projeto, como mostrado na Figura 50 abaixo.

Figura 50 – Estações criadas para se fazer o enlace.

63

5º passo – Inserir um link entre as estações e configurá-lo

Para se criar um link entre as estações, vai-se ao menu “Network” e seleciona-se a

opção “Insert Link” como mostrado na Figura 51 abaixo.

Figura 51 – Inserindo o Link.

Em seguida, o projetista deve ir com o mouse em cima da primeira estação, clicar e

segurar, após fazer isso e ainda segurando o botão do mouse, ele deve arrastar o mouse até a

outra estação e soltar o botão do mouse em cima dela. Ao se fazer isso irá abrir uma nova

janela para se fazer a configuração do enlace como a mostrada na Figura 52 a seguir.

64

Figura 52 – Janela de configuração do enlace.

Nessa janela de configuração existem vários campos para se configurar as

características do enlace, como fator K, temperatura padrão, densidade do vapor d’água,

pressurização atmosférica, características de múltiplos caminhos, etc. Porém, dentre elas as

que são mais importantes para o projeto são as características do link direto (Forward Link) e

do link reverso (Reverse Link). Para fazer essas configurações, clica-se no botão “Forward

Link (A -> B)”, ao fazer isso irá abrir uma janela, porém é importante configurar os dois links

juntos, então o projetista deve voltar na tela anterior e clicar no botão “Reverse Link (A <-

B)”, feito isso irá abrir outra janela as duas são iguais, porém em uma você configura um link

e na outra o outro link. É recomendado que o projetista coloque essas janelas uma ao lado da

outra ou abaixo, para facilitar na hora da configuração. Como mostrado na Figura 53 a seguir.

65

Figura 53 – Janelas de configuração dos links direto e reverso.

Existem alguns pontos importantes a serem considerados na hora de configurar os

links, como mostrado na figura anterior. Por exemplo, nesse projeto não existe nenhum tipo

de diversidade, então se desmarca todas as caixas de seleção relacionados à diversidade, não

se esquecer de preencher os campos de frequência central e de largura de banda de acordo

com seu projeto. Outro ponto importante como pode ser visto na figura, é que a altura da

antena na transmissão e na recepção deve ser igual para a mesma estação, repare que em uma

tela o projetista configura a transmissão e na outra a recepção para a mesma estação. Por

último o projetista deve escolher a antena com que vai trabalhar, é importante escolher com

atenção a antena para que se escolha uma antena adequada e que tenha características dentro

do especificado para seu projeto. Um ponto importante, é que em todos os campos “Antenna”

da figura anterior, as antenas são iguais, ou seja, você deve usar a mesma antena nas duas

66

estações do seu enlace. Ao se clicar para selecionar uma antena o software irá abrir uma nova

janela para que o projetista escolha a antena adequada ao seu projeto, como mostra a Figura

54 abaixo. Repare que nessa janela contém as informações mais relevantes sobre a antena,

como modelo, fabricante, ganho, dimensão, frequência de operação e o diagrama de

irradiação. Ao escolher a antena adequada ao seu projeto é só clicar no botão “OK”.

Figura 54 – Janela de seleção da antena.

Terminado de configurar os links é só fechar as janelas da Figura 54 e as

configurações ficam salvas.

6º passo – Simular e gerar o arquivo final

Tendo configurado e fornecido todas as informações para o software, agora é só

simular e gerar o arquivo final que contém todas as informações importantes a respeito do

enlace e que é o motivo desta simulação. No arquivo final constam informações desde a

distância entre as estações, perfil topográfico, até informações a nível de sinal, e todas as

características do sistema. Por isso o CelPlan é considerado um dos mais completos e

melhores softwares para simulação de sistemas de rádio.

Para gerar o arquivo final, o projetista que agora está de volta na janela “Network

Link” da Figura 52 mostrada anteriormente deve clicar no botão “Profile”. Ao fazer isso, o

67

software gera um arquivo com o perfil topográfico e exibe-o em uma nova janela como


Figura 55 – Perfil topográfico entre as estações.

Agora, para se gerar o arquivo final o projetista deve clicar no botão “Print” desta

nova janela. Ao fazer isso, o software irá exibir uma nova janela como a mostrada na Figura

56 abaixo para que o projetista possa fazer as configurações de impressão do arquivo final.

Figura 56 – Janela de configuração de impressão do arquivo final.

68

Feito isso o último passo para se gerar o arquivo final da simulação com todas as

informações é só clicar no botão “Print Preview” da janela mostrada na figura anterior e o

software gerará o arquivo em uma nova janela. A Figura 57 a seguir mostra o arquivo final da

simulação feita para se fazer esse roteiro. Observe que agora o arquivo contém todas as

informações pertinentes ao projetista e que são necessárias para se fazer um estudo de

viabilidade do enlace.

Figura 57 – Arquivo final da simulação.

3.4 MATLAB

O software MATLAB é usado por milhões de engenheiros e cientistas de todo o

mundo e de diversas áreas. Como um software matemático, ele é usado para fazer cálculos

complexos, simular gráficos, processamento de sinais, processamento de imagens, dentre

várias outras funcionalidades [17].

69

Neste trabalho o Matlab foi usado como ferramenta para simulação das equações

presentes no trabalho e calcular seus valores de acordo com os parâmetros de cada uma de

forma mais rápida, eficiente e precisa. As linhas de códigos escritas para tais cálculos estão no

Anexo deste trabalho.

3.5 MAPEAMENTO DE UMA REDE DE RÁDIO PARA VOZ E DADOS

Com o objetivo de tornar esse trabalho mais prático e realista foi feito o projeto de

uma rede de rádio para oferecer os serviços de voz (Telefonia Fixa) e dados (Internet Banda

Larga) para a população, bem como o levantamento de equipamentos e do preço desta rede.

Para isso foi feito o mapeamento da área ao redor da cidade de Patos de Minas – MG para

definir quais cidades seriam atendidas por esta rede de rádio. Com isso foi definido que a rede

iria atender um total de 11 cidades (Patos de Minas, Presidente Olegário, Lagoa Formosa,

Carmo do Paranaíba, Arapuá, Rio Paranaíba, Guimarânea, Cruzeiro da Fortaleza, Serra do

Salitre, Patrocínio e Coromandel) e um distrito (Pântano). A Figura 58 a seguir, mostra a rede

completa no software Google Earth, onde, por ele se definiu o local das estações e com isso as

coordenadas geográficas de cada uma, além de uma pré-análise do perfil topográfico de cada

enlace e do caminho que cada um terá de percorrer para verificar a existência de possíveis

obstáculos.

Figura 58 – Rede completa mapeada no Google Earth.

70

Após a análise do caminho de cada enlace no Google Earth foi verificado que não

existem obstáculos consideráveis como árvores ou edificações nesses caminhos. Com isso,

não foi necessário considerar obstáculos nas simulações dos enlaces no software PathLoss.

O próximo passo do projeto consistiu do levantamento dos dados desses municípios

como população e domicílios e de pesquisa sobre o percentual da população ou domicílios

que utilizam os serviços de voz e dados oferecidos. Todos esses dados são levantados pelo

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE. De acordo com a Pesquisa Nacional

por Amostra de Domicílios – PNAD desenvolvida pelo IBGE em 2014 o percentual de

domicílios brasileiros com microcomputador com acesso à internet era de 42,1% e o

percentual de domicílios brasileiros com telefone fixo era de 37,1% [18].

Como no site do IBGE só está disponível para verificação dados do Censo

Demográfico 2010, os dados de população e domicílios utilizados foram deste ano [19]. Estes

dados para as cidades que serão atendidas pela rede são mostrados na Tabela 4 a seguir. A

capacidade mínima de banda necessária para atendimento de cada cidade de acordo com o

serviço é mostrada na Tabela 5.

Dentre os serviços oferecidos, de modo a simplificar o projeto, considerou-se que cada

domicílio que for atendido com o serviço de banda larga terá direito a 1Mbps e por padrão

cada linha de telefonia fixa tem direito a um canal de 64 kbps, sendo que um E1 tem

capacidade para 32 canais de 64 kbps ou 2,048 Mbps, porém apenas 30 são úteis, os outros

dois são um para sinalização e outro para sincronização. Outro ponto importante nesse projeto

é que foi considerado que apenas 5% dos clientes usam os serviços simultaneamente, ou seja,

apenas 5% dos clientes/assinantes utilizam os serviços tanto de banda larga quanto o de

telefone fixo ao mesmo tempo.

Tabela 4 – Dados do Censo Demográfico 2010 sobre as cidades da rede.

Cidade

Nº de

Domicílios

(Censo

Demográfico

2010)

Nº Mínimo de

Assinantes de

Internet

Banda Larga

(42,1%)

Nº Usuários de

Internet Banda

Larga

Simultaneamente

(5%)

Nº Mínimo de

Assinantes de

Telefonia

Fixa (37,1%)

Nº Usuários de

Telefonia Fixa

Simultaneamente

(5%)

Patos de

Minas 45.588 19.193 960 16.914 846

Presidente

Olegário 6.327 2.664 134 2.348 118

Lagoa 5.608 2.361 119 2.081 105

71

Cidade

Nº de

Domicílios

(Censo

Demográfico

2010)

Nº Mínimo de

Assinantes de

Internet

Banda Larga

(42,1%)

Nº Usuários de

Internet Banda

Larga

Simultaneamente

(5%)

Nº Mínimo de

Assinantes de

Telefonia

Fixa (37,1%)

Nº Usuários de

Telefonia Fixa

Simultaneamente

(5%)

Formosa

Carmo do

Paranaíba 9.792 4.123 207 3.633 182

Arapuá 986 416 21 366 19

Rio Paranaíba 3.857 1.624 82 1.431 72

Guimarânea 2.254 949 48 837 42

Cruzeiro da

Fortaleza 1.246 525 27 463 24

Serra do

Salitre 3.276 1.380 69 1.216 61

Patrocínio 25.374 10.682 535 9.414 471

Coromandel 9.565 4.027 202 3.549 178

Pântano 607 256 13 226 12

Tabela 5 – Capacidade mínima de banda necessária por cidade.

Cidade Capacidade Demandada

para Telefonia Fixa (E1)

Capacidade

Demandada para

Internet Banda Larga

(Mbps)

Capacidade Demandada

Total (Mbps)

Patos de Minas 29 960 1.019,392

Presidente Olegário 4 134 142,192

Lagoa Formosa 4 119 127,192

Carmo do Paranaíba 7 207 221,336

Arapuá 1 21 23,048

Rio Paranaíba 3 82 88,144

Guimarânea 2 48 52,096

Cruzeiro da Fortaleza 1 27 29,048

Serra do Salitre 3 69 75,144

Patrocínio 16 535 567,768

Coromandel 6 202 214,288

Pântano 1 13 15,048

72

Pensando na qualidade do serviço oferecido, e devido à crescente demanda por

velocidades cada vez maiores das taxas de transmissão, principalmente nos serviços de

internet banda larga (dados), o projeto foi feito considerando que esta seria uma rede de

média, para alta capacidade, com possibilidade de expansões futuras. Para tal, foram usadas as

faixas de frequências de 1,5 GHz e 8 GHz, que são faixas de baixa e alta capacidade,

respectivamente. A maior parte da rede foi projetada para a faixa de frequência de 8 GHz

devido à alta capacidade demandada por cidade, sendo que apenas um enlace foi projetado

para a faixa de 1,5 GHz, já que o mesmo é um enlace que demanda menos capacidade de

transmissão. A faixa de frequência de 1,5 GHz possui largura de banda igual a 3,5 MHz de

acordo com a Resolução 198 de 16/12/1999 [20]. Já a faixa de 8 GHz possui largura de banda

igual a 29,65 MHz de acordo com a Resolução 310 de 19/09/2002 [21].

Definido as faixas de frequência da rede, o próximo passo foi definir os equipamentos

que irão compor esta rede. Como mostrado no item 2.2.1 o sistema operante de cada estação é

composto por um conjunto de transceptores (rádio), linha de transmissão e antena. Para um

enlace, são necessários dois equipamentos de rádio um de cada lado, a linha de transmissão

que conduz o sinal do equipamento de rádio até a antena na transmissão e da antena ao

equipamento de rádio na recepção, e duas antenas uma de cada lado. Para deixar o trabalho o

mais parecido possível com um projeto real, foram considerados apenas equipamentos reais,

de marcas conhecidas e que estão no mercado a vários anos. As Tabelas 6, 7 e 8 a seguir

apresentam as principais características dos equipamentos de rádio, das antenas e das linhas

de transmissão, respectivamente.

Tabela 6 – Características dos Rádios.

Frequência de Operação 1,5 GHz 8 GHz

Fabricante Digitel Ericsson

Modelo DBR-1500.4E/MX Full Indoor Mini-Link TN

Potência de Transmissão 37 dBm 30 dBm

Sensibilidade -70 dBm -91 a -62 dBm

Modulação 16-256QAM 4-512QAM

Capacidade 25Mbps/50Mbps XPIC 540Mbps/1080Mbps XPIC

73

Tabela 7 – Características das Antenas.

Fabricante Modelo Tipo

Faixa de

Operação

(MHz)

Ganho

(dBi) Polarização

Ângulo

de 1/2

Potência

Diâmetro

(m)

BrasilSat PTS 1500-20 Parabólica 1429 a

1525 27,2 H/V 7,5º 2

Precision

Antennas A0678SHP/DHP Parabólica

7100 a

8500 32 H/V 4,1º 0,6

Precision


7100 a

8500 37 H/V 2,3º 1,2

Precision


7100 a

8500 40,6 H/V 1,6º 1,8

Tabela 8 – Características das Linhas de Transmissão.

Tipo de Linha de

Transmissão Modelo

Faixa de Frequência

(MHz) Atenuação (dB/m)

Cabo Coaxial LDF4 – 50A np até 8800 0,0909

Guia de Onda Elíptico EWP77 6100 a 8500 0,0575

Como medida de proteção contra interrupção devido às chuvas, foi considerado uma

margem de segurança de 20 dBm além da sensibilidade de cada rádio, ou seja, além de ter

compromisso com os níveis de sensibilidade de cada rádio para que os sinais sejam recebidos

corretamente, preocupou-se com elevar os níveis dos sinais recebidos 20 dBm acima do limite

de sensibilidade de cada enlace. No capítulo seguinte, na tabela com o nível de sinal recebido

de cada enlace é mostrado uma comparação de como deve ser o sinal ótimo com proteção

(CP) e sem proteção (SP). De acordo com cálculos indicados na seção 2.1.10 deste trabalho,

foi desenvolvido um código, que se encontra no anexo deste trabalho, e com ele foi feita a

análise da atenuação devido à chuva para todos os enlaces da rede de rádio projetada. Esta

análise teve como objetivo verificar se a margem de segurança adotada de 20 dB estava de

acordo com a teoria, e como mostra a Tabela 9 abaixo, foi verificado que em nenhum dos

enlaces da rede a atenuação devido às chuvas foi superior à 20 dB para polarização vertical, já

para a polarização horizontal em metade dos enlaces a atenuação foi levemente acima dos 20

dB. Foi considerado nos cálculos taxa pluviométrica de 145 mm/h para todos os enlaces.

74

Tabela 9 - Atenuação devido à chuva para cada enlace da rede.

ENLACE

Atenuação devido à

chuva (dB) –

Polarização Vertical

Atenuação devido à

chuva (dB) –

Polarização Horizontal

Patos de Minas – Presidente Olegário 14,57 18,23

Patos de Minas – Lagoa Formosa 15,78 19,74

Lagoa Formosa – Carmo do Paranaíba 16,24 20,32

Carmo do Paranaíba – Arapuá 0,07 0,10

Carmo do Paranaíba – Rio Paranaíba 15,69 19,63

Patos de Minas – Guimarânea 17,84 22,31

Guimarânea – Cruzeiro da Fortaleza 14,31 17,90

Cruzeiro da Fortaleza – Serra do Salitre 14,66 18,33

Serra do Salitre – Patrocínio 17,53 21,92

Patrocínio – Coromandel 18,17 22,73

Coromandel – Repetidora/Pântano 17,57 21,98

Repetidora/Pântano – Patos de Minas 17,14 21,44

No Brasil, o controle de utilização das faixas de frequências é feito pela Anatel –

Agência Nacional de Telecomunicações – de acordo com os serviços oferecidos. Existem

faixas de frequências licenciadas e não licenciadas. Nas faixas licenciadas podem trafegar

qualquer tipo de serviço como voz e dados, já nas faixas não licenciadas existem algumas

restrições, pois elas só devem ser usadas em aplicações que utilizem equipamentos de baixa

potência e que não causem interferência em outros sistemas de RF. Como a rede projetada irá

oferecer os serviços de voz e dados, é necessária a obtenção de licença. Tal licença tem um

preço que varia de acordo com alguns fatores como frequência de operação, largura de faixa,

tempo de atuação, área de atuação, etc. O preço desta licença é determinado pela taxa

denominada PPDUR – Preço Público pelo Direito de Uso de Radiofrequências – e pode ser

calculado no site da Anatel em [22]. O preço fornecido pela PPDUR é por estação, logo

considerando um enlace ponto a ponto, deve-se multiplicar o valor por dois (PPDUR x 2).

Para fazer o levantamento de preço desta rede foram feitas algumas considerações em

relação aos preços de equipamentos e serviços, com o intuito de simplificar o projeto e devido

à dificuldade para se fazer contato com os fabricantes e empresas prestadoras de serviço. As

considerações foram feitas no âmbito de padronizar os preços de acordo com o equipamento

ou serviço como mostrado na Tabela 10 a seguir. Esses valores foram escolhidos de acordo

com pesquisas feitas em campo e na internet.

75

Tabela 10 – Preços padronizados, dos equipamentos e serviços.

Equipamento/Serviço Preço Padrão em R$

Rádio Mini-Link TN 35.000

Rádio Digitel DBR 400/1500 MHz Full Indoor 8.000

Guia de Onda Elíptico EWP77 (m) 1,5

Cabo Coaxial LDF4 – 50A np (m) 1

Antena Precision Antennas A0678SHP/DHP 3.000



Antena BrasilSAT PTS 1500-20 3.000

Torre Estaiada (m) 1.500

Mão de Obra (Rádio 1,5 GHz) 8.000

Mão de Obra (Rádio 8 GHz) 15.000

O serviço de mão de obra apresentado na Tabela 10 inclui dentre outras coisas a

instalação/fixação da antena na torre, passar a fiação (linhas de transmissão) e fazer as

conexões necessárias entre a antena e o equipamento de rádio, configurar o equipamento de

rádio e fazer os testes necessários nas duas estações. O valor desse serviço de mão de obra,

que geralmente é feito por uma empresa terceirizada, varia principalmente por causa do

equipamento de rádio, pois de acordo com a frequência de operação e com a capacidade do

seu sistema, a complexidade de configuração do equipamento de rádio e o número de testes

necessários para o perfeito funcionamento do enlace vão variar. Quanto maior a frequência de

operação e quanto maior a capacidade, maior será a complexidade de configuração e maior

será o preço da mão de obra.

No capítulo seguinte são apresentados os resultados das simulações de cada enlace

desta rede no PathLoss. Além disso, também é apresentado o levantamento de preço por

enlace e do preço total final de toda a rede, e também o valor do nível de sinal recebido em

cada enlace. Também é apresentado no capítulo a seguir, como forma de validação dos

cálculos e dos softwares utilizados no trabalho, a simulação de um enlace real da empresa

Algar Telecom entre a cidade de Patos de Minas e o distrito de Abelha e a comparação dos

valores reais dos níveis de sinais recebidos com os valores do software CelPlan e os valores

calculados a partir da teoria indicada na seção 2.6 deste trabalho.

76

Capítulo 4

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Neste capítulo são apresentados todos os resultados em relação ao mapeamento da

rede de rádio e também em relação à simulação do enlace da Algar Telecom. Estes resultados

estão dispostos principalmente em forma de figuras e tabelas de forma a simplificar as

análises de cada um.

4.1 RESULTADOS DO MAPEAMENTO DA REDE DE RÁDIO

Os resultados para a rede de rádio são apresentados separadamente, enlace por enlace

e no final é apresentado uma análise geral e o preço total final de toda a rede.

Para cada enlace é apresentado a figura com a simulação realizada no software

PathLoss, onde nela é possível analisar o perfil topográfico entre as estações em conjunto com

a zona de Fresnel, também é possível observar a altura da antena nas duas estações e a

distância entre elas. Também é apresentado para cada enlace uma tabela contendo as

características principais do enlace como distância, potência de transmissão, os ganhos das

antenas transmissora e receptora, a atenuação total, uma comparação de como deve ser o sinal

ótimo com proteção (CP) e sem proteção (SP) de acordo com a sensibilidade do rádio

utilizado, e por último o nível de recepção nominal que é a potência do sinal recebido. Os

dados contidos nessa tabela que são referentes a equipamentos (potência de transmissão,

sensibilidade e ganhos das antenas) foram obtidos a partir do datasheet do equipamento de

rádio e da antena utilizada, já a atenuação total e a potência recebida foram calculados de

acordo com as formulações indicadas na seção 2.6 deste trabalho. Por último é apresentado

também para cada enlace uma tabela contendo o levantamento de preços do enlace. Nessa

tabela é mostrado o quanto em reais (R$) foi gasto com equipamento de rádio, antena, linha

de transmissão, construção de torre, licença PPDUR e mão de obra para cada enlace, ou seja,

considerando as duas estações necessárias para o enlace.

77

• Enlace: PATOS DE MINAS – PRESIDENTE OLEGÁRIO

Figura 59 – Enlace Patos de Minas - Presidente Olegário.

Tabela 11 – Características do enlace Patos de Minas - Presidente Olegário.

Distância

(km) TP (dBm) GT (dBi) GR (dBi) TA (dB)

Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

17,93 30 37 37 147,77 -30 a -69 -30 a -49 -43,77

Tabela 12 – Levantamento de preço do enlace Patos de Minas - Presidente Olegário.

Equipamento/Serviço Características Técnicas Quantidade Preço (R$)

Rádio Mini-Link TN (75E1) 2,0 70.000

Guia de Onda Elíptico EWP77 175m 1,0 262,5

Antena Precision Antennas A1278SHP/DHP 2,0 6.000

Torre Estaiada 100m e 75m 2,0 262.500

Licença PPDUR 2,0 1.486,24

Mão de Obra Mão de obra especializada 1,0 15.000

PREÇO TOTAL 355.248,74

78

• Enlace: PATOS DE MINAS – LAGOA FORMOSA

Figura 60 – Enlace Patos de Minas - Lagoa Formosa.

Tabela 13 – Características do enlace Patos de Minas - Lagoa Formosa.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

24,0 30 37 37 148,93 -30 a -66 -30 a -46 -44,93

Tabela 14 – Levantamento de preço do enlace Patos de Minas - Lagoa Formosa.



Guia de Onda Elíptico EWP77 150m 1,0 225

Antena Precision Antennas A1278SHP 2,0 6.000

Torre Estaiada 70m 1,0 105.000

Licença PPDUR 2 1.575,48



79

• Enlace: LAGOA FORMOSA – CARMO DO PARANAÍBA

Figura 61 – Enlace Lagoa Formosa - Carmo do Paranaíba.

Tabela 15 – Características do enlace Lagoa Formosa - Carmo do Paranaíba.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

27,15 30 32 32 150,03 -30 a -78 -30 a -58 -56,03

Tabela 16 – Levantamento de preço do enlace Lagoa Formosa - Carmo do Paranaíba.









80

• Enlace: CARMO DO PARANAÍBA – ARAPUÁ

Figura 62 – Enlace Carmo do Paranaíba - Arapuá.

Tabela 17 – Características do enlace Carmo do Paranaíba - Arapuá.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

17,37 37 27,2 27,2 134,62 -30 a -70 -30 a -50 -43,22

Tabela 18 – Levantamento de preço do enlace Carmo do Paranaíba - Arapuá.


Rádio Digitel DBR 1500 MHz Full Indoor (16E1) 2,0 16.000

Cabo Coaxial LDF4 – 50A não pressurizado 130m 1,0 130

Antena BrasilSAT PTS 1500-20 2,0 6.000





81

• Enlace: CARMO DO PARANAÍBA – RIO PARANAÍBA

Figura 63 – Enlace Carmo do Paranaíba - Rio Paranaíba.

Tabela 19 – Características do enlace Carmo do Paranaíba - Rio Paranaíba.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

23,45 30 32 32 144,12 -30 a -75 -30 a -55 -50,12

Tabela 20 – Levantamento de preço do enlace Carmo do Paranaíba - Rio Paranaíba.









82

• Enlace: PATOS DE MINAS – GUIMARÂNEA

Figura 64 – Enlace Patos de Minas - Guimarânea.

Tabela 21 – Características do enlace Patos de Minas - Guimarânea.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

45,26 30 40,6 40,6 150,62 -30 a -62 -30 a -42 -39,42

Tabela 22 – Levantamento de preço do enlace Patos de Minas - Guimarânea.







Mão de Obra Empresa X 1,0 15.000


83

• Enlace: GUIMARÂNEA – CRUZEIRO DA FORTALEZA

Figura 65 – Enlace Guimarânea - Cruzeiro da Fortaleza.

Tabela 23 – Características do enlace Guimarânea - Cruzeiro da Fortaleza.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

16,91 30 37 37 144,38 -30 a -62 -30 a -42 -40,38

Tabela 24 – Levantamento de preço do enlace Guimarânea - Cruzeiro da Fortaleza.









84

• Enlace: CRUZEIRO DA FORTALEZA – SERRA DO SALITRE

Figura 66 – Enlace Cruzeiro da Fortaleza - Serra do Salitre.

Tabela 25 – Características do enlace Cruzeiro da Fortaleza - Serra do Salitre.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

18,29 30 37 37 144,50 -30 a -62 -30 a -42 -40,50

Tabela 26 – Levantamento de preço do enlace Cruzeiro da Fortaleza - Serra do Salitre.









85

• Enlace: SERRA DO SALITRE – PATROCÍNIO

Figura 67 – Enlace Serra do Salitre - Patrocínio.

Tabela 27 – Características do enlace Serra do Salitre - Patrocínio.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

40,36 30 40,6 40,6 150,15 -30 a -62 -30 a -42 -38,95

Tabela 28 – Levantamento de preço do enlace Serra do Salitre - Patrocínio.









86

• Enlace: PATROCÍNIO – COROMANDEL

Figura 68 – Enlace Patrocínio - Coromandel.

Tabela 29 – Características do enlace Patrocínio - Coromandel.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

51,66 30 40,6 40,6 156,44 -30 a -62 -30 a -42 -45,24

Tabela 30 – Levantamento de preço do enlace Patrocínio - Coromandel.









87

• Enlace: COROMANDEL – REPETIDORA/PÂNTANO

Figura 69 – Enlace Coromandel - Repetidora/Pântano.

Tabela 31 – Características do enlace Coromandel - Repetidora/Pântano.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

40,97 30 40,6 40,6 154,89 -30 a -62 -30 a -42 -43,69

Tabela 32 – Levantamento de preço do enlace Coromandel - Repetidora/Pântano.




Antena Precision Antennas A1878SHP/DHP 2 6.000

Torre Estaiada 85m 1 127.500


Mão de Obra Empresa X 2 15.000


88

• Enlace: REPETIDORA/PÂNTANO – PATOS DE MINAS

Figura 70 – Enlace Repetidora/Pântano - Patos de Minas.

Tabela 33 – Características do enlace Repetidora/Pântano - Patos de Minas.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

35,44 30 40,6 40,6 150,13 -30 a -62 -30 a -42 -38,93

Tabela 34 – Levantamento de preço do enlace Repetidora/Pântano - Patos de Minas.





Torre Estaiada 0,0 0,0




89

4.1.2 INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE A REDE

A Tabela 35 abaixo mostra um resumo de como foram distribuídos os gastos em toda

a rede e o preço total final da mesma.

Tabela 35 – Distribuição geral dos gastos e valor final da rede.

Equipamento/Serviço Quantidade Total Preço Total (R$)

Rádio 24 786.000

Linha de Transmissão 1.525 metros 2.222,50

Antena 24 72.000

Torre 815 metros 1.222.500

Licença 12 29.418,58

Mão de Obra 12 enlaces 173.000

TOTAL 2.285.141,08

Como pode ser visto na tabela anterior, o valor total da rede ficou em R$ 2.285.141,08

para atender um total de 54.571 clientes, sendo que destes, 25.564 são clientes que utilizam

telefonia fixa, e 29.007 são clientes que utilizam Internet Banda Larga em suas residências.

Como o número de clientes tende sempre a aumentar, e a rede foi projetada para suportar

expansões futuras.

4.2 RESULTADOS DA SIMULAÇÃO DO ENLACE DA ALGAR

Com o intuito de validar os cálculos indicados na teoria deste trabalho e também os

softwares utilizados, foi feito em parceria com a empresa Algar Telecom a caracterização de

um de seus enlaces já existentes. Tal enlace liga a cidade de Patos de Minas ao distrito de

Abelha. A Tabela 36 a seguir mostra algumas características importantes das estações e do

enlace que devem ser consideradas no projeto, que foram fornecidas pela Algar Telecom.

Tabela 36 - Características do enlace Patos - Abelha (Algar Telecom).

Estação PATOS Estação ABELHA

Latitude 18º 34’ 07.79” S 18º 39’ 14.99” S

Longitude 46º 28’ 41.62” W 46º 18’ 15.54” W

Frequência de Transmissão 8.266,57 MHz 7.955,25 MHz

Distância do Enlace 20,64 Km

90

Estação PATOS Estação ABELHA

Bitola de Cabo RF 1/2" 1/2"

Tipo de Torre Quadrada Auto-Portante Triangular Auto-Portante

Altura da Torre 100 m 80 m

Modelo da Antena A0678SHP A1815DHP/E0C

Altura da Antena 55 m 53 m

Diâmetro da antena 0,60 m 1,80 m

Ganho da Antena 32 dBi 32 dBi

Modelo do Rádio Mini-Link TN 8,5GHz/1XSTM1 Mini-Link TN 8,5GHz/1XSTM1

Potência de Transmissão 26 dBm 26 dBm

Sensibilidade -70 dBm -70 dBm

De posse destas informações, foi feita a simulação no software PathLoss deste enlace,

considerando a frequência central de operação de 8000 MHz. A simulação no PathLoss é

importante principalmente pelo perfil topográfico, pois, ele é o que apresenta as cartas

topográficas mais confiáveis e que se aproximam mais da realidade, sendo assim de grande

importância na determinação da altura das antenas. A Figura 73 abaixo mostra a simulação

deste enlace no PathLoss.

Figura 71 - Enlace Patos – Abelha no PathLoss.

Tendo feito a simulação no PathLoss e definido a altura das antenas, o próximo passo

foi fazer a simulação no CelPlan, para analisar o nível de sinal que será recebido neste enlace.

91

Como no CelPlan do laboratório da UFU não tem as cartas topográficas da região de Patos de

Minas, utilizamos a simulação feita pela Algar Telecom, como mostra a Figura 74 abaixo.

Figura 72 - Enlace Patos - Abelha no CelPlan.

A figura anterior mostra certa divergência nas alturas das antenas se comparado com a

simulação no PathLoss, porém, a análise que importa no CelPlan é do nível de sinal recebido,

e no PathLoss do perfil topográfico. Para finalizar a parte de simulação e cálculos, a Tabela

37 a seguir mostra o valor do nível de sinal recebido calculado com base na teoria apresentada

na seção 2.6 deste trabalho.

Tabela 37 – Características do enlace Patos - Abelha.

Distância


Sinal

Ótimo SP

(dBm)

Sinal

Ótimo CP

(dBm)

RNP

(dBm)

20,64 26 32 32 139,53 -30 a -70 -30 a -50 -49,53

92

Tendo finalizado a parte de simulação, a seguir é mostrado na Figura 75 o print da tela

de configuração real do rádio fornecida pela Algar. Por ela pode-se ver os níveis reais do sinal

transmitido e recebido nas duas estações.

Figura 73 - Níveis reais dos sinais transmitido e recebido pelas duas estações.

Agora para facilitar a comparação entre o nível de sinal recebido através de simulação

em software, dos cálculos e o valor real, foi montada a Tabela 38 a seguir.

Tabela 38 - Comparação entre o nível de sinal recebido.

Estação Distância (Km) TP (dBm) RNP CelPlan

(dBm)

RNP Calculado

(dBm)

RNP Real

(dBm)

Patos 20,64 26 -43,5 -49,53 -43,5

Abelha 20,64 26 -43,8 -49,53 -42

Como pode ser observado na tabela anterior, o valor do nível do sinal recebido real é

bem próximo do valor simulado e do valor calculado. Com isso, pode-se afirmar conforme

Figura 73 e Tabela 38 que os projetos de enlaces de micro-ondas em software se aproximam

muito da realidade, e são uma boa ferramenta para analisar a viabilidade de projetos antes

mesmo de eles saírem do papel. Eles ainda podem auxiliar em todas as fases do projeto, até

mesmo em prováveis expansões futuras de capacidade dos sistemas.

93

Capítulo 5

CONCLUSÃO

Neste trabalho é apresentado o projeto e caracterização de uma rede de micro-ondas

(rádio) em ambiente virtual, com a utilização dos softwares Google Earth (software referência

em geolocalização, utilizado para obtenção das coordenadas geográficas das estações e

analisar o caminho dos enlaces), PathLoss (software referência na análise de perfil

topográfico, utilizado para analisar o perfil topográfico entre as estações e definir a altura das

antenas) e CelPlan (software referência para cálculo dos níveis do sinal recebido, utilizado

para analisar o nível de sinal recebido em um enlace). Esse projeto foi realizado visando

atender à população de 10 cidades e um distrito ao redor de Patos de Minas, oferecendo os

serviços de voz (telefonia fixa) e dados (internet banda larga). Também foi motivação deste

trabalho fazer o projeto o mais próximo da realidade possível, como se fosse feito para uma

empresa que gostaria de oferecer esses serviços, considerando dados de equipamentos e

serviços do mercado e fazendo o levantamento do preço de cada enlace e da rede completa

que no final foi de R$ 2.285.141,08 para um total de 54.571 clientes.

Para tornar este projeto o mais perto da realidade possível, foram levantados dados

estatísticos reais sobre a quantidade de usuários dos serviços oferecidos, e dados do censo

demográfico fornecidos pelo IBGE. Com isso pôde-se dimensionar a rede para atender a

quantidade real de possíveis usuários destes serviços.

Este trabalho também visou fazer a validação da eficácia dos softwares utilizados nas

simulações, através da comparação dos valores obtidos na simulação de um enlace da

empresa Algar Telecom com os valores reais por ela fornecidos e com valores encontrados

através dos cálculos teóricos. Com isso mostrou-se que os softwares utilizados são ótimas

ferramentas de simulação, com valores que se aproximam muito da realidade.

Uma proposta de melhoria para este trabalho e que pode ser usada para futuras

expansões de capacidade da rede, é pesquisar por equipamentos de rádio com maiores

capacidades de transmissão e por formas de reduzir a atenuação do sinal transmitido, com isso

melhora-se o desempenho da rede e os níveis de sinal recebido. Além disso, pensando em

expansões futuras, e em fazer o projeto se aproximar ao máximo da realidade, pode-se

pesquisar por dados mais atuais do censo demográfico e dos usuários dos serviços prestados.

94

Já pensando na redução do preço de implementação, pode-se procurar por torres já

construídas nas localidades atendidas pela rede e que atendam às especificações do projeto, e

alugar com o proprietário para colocar a antena e o equipamento de rádio, pois em quase todas

as cidades já existem torres construídas. Com isso diminuiria e muito o custo de

implementação da rede, pois como visto, o gasto maior no projeto foi com a construção de

torres, devido ao custo relativamente alto para tal e porque não foi levado em conta a

existência de torres nas localidades atendidas.

95

REFERÊNCIAS

[1] MITSUGO MIYOSHI, E., ALBERTO SANCHES, C. Projetos de Sistemas de Rádio. 4. ed. São Paulo:

Érica, 2010.

[2] SILVA, G., BARRADAS, O. Sistemas Radiovisibilidade. 1. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e

Científicos Editora S.A., 1977.

[3] HAYT, W. H. Eletromagnetismo. Ed. Mc Graw Hill, Bookman. 8ª edição, 2013.

[4] PIAU, Diego B. Projeto de Dimensionamento de Enlace de Rádio Associado a Atenuações Devido à

Chuva Utilizando Celplan e Pathloss. 2013. 146 f. Tese (Mestrado em Ciências) – Faculdade de Engenharia

Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia - MG.

[5] ITU – T. RECOMMENDATION ITU-R 526-8. Propagation by diffraction, ITU – T. Genebra, Suíça. 2004.

[6] PUC-Rio – Fundamentos de Propagação – Texto base dos cursos de propagação da PUC. Disponível em:

<http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0210396_04_cap_02.pdf>. Acesso em: 12 mai. 2016.

[7] ITU – T. RECOMMENDATION ITU-R P.530-9. Propagation data and prediction methods required for

the design of terrestrial line-of-sight systems, ITU – T. Genebra, Suíça. 2001.

[8] ITU – T. RECOMMENDATION ITU-R P.530-7. Propagation data and prediction methods required for

the design of terrestrial line-of-sight systems, ITU – T. Genebra, Suíça. 1997.

[9] ITU – T. RECOMMENDATION ITU-R P.838. Specific attenuation model for rain for use in prediction

methods, ITU – T. Genebra, Suíça. 2003.

[10] NASCIMENTO, Juarez. Telecomunicações. Makron Books, São Paulo, Brasil. 2000.

[11] TUDE, E. TELECO – Inteligência em Telecomunicações. Enlace Rádio Digital Ponto a Ponto.

Disponível em:< http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialrdig/>. Acesso em: 13 mai. 2016.

[12] WIKIPÉDIA – Enciclopédia Livre. Zona de Fresnel. Disponível em:

<https://pt.wikipedia.org/wiki/Zona_de_Fresnel>. Acesso em: 13 mai. 2016.

[13] TELECO – Inteligência em Telecomunicações. Estudo de caso NGN I. Disponível em:<

http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialngnce1/pagina_2.asp>. Acesso em: 13 mai. 2016.

96

[14] Google Earth. Tenha as informações geográficas do mundo na ponta dos dedos. Disponível em:<

https://www.google.com.br/intl/pt-BR/earth/>. Acesso em: 20 set. 2016.

[15] PathLoss. About Contract Telecommunication Engineering. Disponível em:<

https://www.pathloss.com/index.php#!about>. Acesso em: 03 out. 2016.

[16] CelPlan. CelPlanner. Disponível em:<

https://www.celplan.com.br/RepeatDetail.asp?IDMenu=3&idRepCat=3&IDRep=13>. Acesso em: 15 out. 2016.

[17] MATLAB. The Language of Technical Computing. Disponível em:<

https://www.mathworks.com/products/matlab/>. Acesso em: 27 out. 2016.

[18] TELECO – Inteligência em Telecomunicações. Estatísticas de Domicílios Brasileiros ( IBGE - PNAD).

Disponível em:< http://www.teleco.com.br/pnad.asp >. Acesso em: 06 nov. 2016.

[19] IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas. Minas Gerais. Disponível em:<

http://www.cidades.ibge.gov.br/xtras/uf.php?lang=&coduf=31&search=minas-gerais>. Acesso em: 07 nov.

2016.

[20] Anatel – Agência Nacional de Telecomunicações. Resolução nº 198, de 16 de dezembro de 1999.

Disponível em:< http://www.anatel.gov.br/legislacao/resolucoes/1999/372-resolucao-198>. Acesso em: 10 nov.

2016.

[21] Anatel – Agência Nacional de Telecomunicações. Resolução nº 310, de 19 de setembro de 2002.

Disponível em:< http://www.anatel.gov.br/legislacao/resolucoes/1999/372-resolucao-198>. Acesso em: 10 nov.

2016.

[22] Anatel – Agência Nacional de Telecomunicações. Preço Público pelo Direito de Uso de

Radiofreqüências - PPDUR. Disponível em:<

http://sistemas.anatel.gov.br/apoio_sitarweb/SPPDUR/tela.asp?SISQSmodulo=12751>. Acesso em: 12 nov.

2016.

97

ANEXOS

• CÓDIGO MATLAB - ATENUAÇÃO TOTAL

%%%%%%% Atenuação Total (At) e Nivel de Sinal Recebido (Pr)%%%%%%

clc; clear all;

f = 8000; % frequência em MHz d = 17.93; % distância em Km

y = 0.010; % atenuação atmosférica em dB/Km na faixa de 8 GHz

La = 100; % comprimento do cabo na estação A Lb = 75; % comprimento do cabo na estação B perdaCabo = 0.0575; % perda no cabo dB/m

Armf = 2; % atenuação total no circuito de ramificação em dB

Pt = 30; % dBm Gt = 37; % dBi Gr = 37; % dBi

%% Atenuação no espaço livre (Ae)

Ae = 32.4 + 20*log10(f*d); % atenuação no espaço livre em dB

%% Atenuação atmosférica (Aab)

Aab = y*d; % atenuação atmosférica em dB

%% Atenuação no guia de onda ou cabo coaxial (Acb)

L = La + Lb; % comprimento total

Acb = perdaCabo*L; % atenuação no cabo em dB/m

%% Atenuação total

At = Ae + Aab + Armf +Acb

%% Nivel de recepção nominal

Pr = Pt + Gt + Gr - At % em dBm

98

• CÓDIGO MATLAB - ATENUAÇÃO DEVIDO À CHUVA

%%%%%%% Atenuação devido à chuva (Ar) %%%%%%

clc; clear all;

d = 20.64; % distancia em Km R001 = 145; % taxa pluviometrica kv = 0.00395; % coeficiente dependente da estrutura da chuva kh = 0.00454; % coeficiente dependente da estrutura da chuva alphaV = 1.310; % coeficiente dependente da estrutura da chuva alphaH = 1.327; % coeficiente dependente da estrutura da chuva

if(R001>100) R = 100; else R = R001; end

Yv = kv*(R001^alphaV); % atenuação específica p/ polarização vertical

Yh = kh*(R001^alphaH); % atenuação específica p/ polarização horizontal

d0 = 35*exp(-0.015*R);

r = 1/(1+(d/d0)); % percentual do enlace que deve haver chuva

deff = r*d; % diâmetro efetivo da célula de chuva em Km

Ar = Yh*deff % atenuação total do enlace devido à chuva em dB

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TCC Victor Hugo - UFUenlaces de rádio ainda são uma boa alternativa para atender à grande demanda por meios de comunicação e compartilhamento de dados mais rápidos e eficientes,