Teste de interferência de equipamentos WiMax em recepção de satélite banda C

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1 Teste de interferência de equipamentos WiMax em recepção de satélite banda C Antonio Vivaldi Rodrigues Diretor de Engenharia CelPlan

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3 Í N D I C E 1. SUMÁRIO EXECUTIVO INTRODUÇÃO SETUP DE TESTES LOCALIZAÇÃO DOS PONTOS DE TESTES TESTES REALIZADOS RESULTADO DOS TESTES VERIFICAÇÃO DA DISTÂNCIA EM QUE CADA TIPO DE LNBF É INTERFERIDO CAUSANDO DEGRADAÇÃO NOS CANAIS DE TV VERIFICAÇÃO DA FREQUÊNCIA DE OPERAÇÃO DO WIMAX PARA CADA TIPO DE LNBF QUE CAUSA DEGRADAÇÃO NOS CANAIS DE TV CARACTERIZAÇÃO DA ANTENA PARABÓLICA CARACTERIZAÇÃO DA RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DO LNBF CARACTERIZAÇÃO DA RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DO LNBF DA GARDINER CARACTERIZAÇÃO DA RESPOSTA EM FREQUÊNCIA DO LNBF DA GREATEK CARACTERIZAÇÃO DA SATURAÇÃO DO LNBF CARACTERIZAÇÃO DA SATURACAO DO LNBF DA GARDINER CARACTERIZAÇÃO DA SATURAÇÃO DO LNBF GREATEK DETERMINAÇÃO DAS DISTÂNCIAS MÍNIMAS PARA QUE O WIMAX NÃO INTERFIRA NA RECEPÇÃO DE TV CONCLUSÃO /32

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5 1. Sumário Executivo Os testes de caracterização de interferência de equipamentos WiMax em recepção de satélite da Banda C foram realizados nas dependências de um fabricante de equipamentos WiMax em Campinas. Os testes de interferência foram realizados com o equipamento WiMax versão e configurado na frequência de 3590 MHz, largura de banda 10 MHz e potência de 2 Watts em cada antena xpol com 14 dbi de ganho e tilt típico de 4 graus. O equipamento foi configurado também para simular um tráfego normal com 75% de down stream e 15 Mbps distribuídos em 5 CPE. A antena WiMax estava configurada com down tilt típico (4 graus) e estava apontada em direção da antena parabólica. O primeiro teste consistiu na configuração acima, variando a distância da antena parabólica em relação a distância da antena WiMax e observando o que ocorria na recepção de TV ligando e desligando o equipamento WiMax. O teste foi feito com dois LNBF monoponto sendo um deles com filtro de entrada. Neste cenário de teste com 2 Watts os resultados indicam que a recepção de TV é afetada a distancias inferiores a 60 metros quando se utiliza LNBF com filtro e que a recepção é afetada em distância menores que 430 metros para o LNBF sem filtro. O segundo teste constituiu da variação da frequência central do equipamento WiMax mantendo a distância fixa da antena parabólica em 100 metros. Neste cenário com 2 Watts de potência em cada antena, a recepção de TV com LNBF com filtro não foi afetada independentemente da banda de guarda, ou seja, mesmo com a frequência central do WiMax configurada em 3595 MHz. Para o LNBF sem filtro não houve interferência somente quando a frequência central estava configurada em 3405 MHz. Com este resultado, somente os primeiros 10 MHz reservados ao SLP poderiam ser utilizados. Com LNBF sem filtro na distância de 260 metros, onde a recepção de TV já estava no limiar de qualidade, foi testado um aumento de 2 para 4 Watts na potência do WiMax e neste caso a recepção de TV saiu completamente fora do ar. Como o diagrama da antena parabólica e a resposta de entrada do LNBF não estavam disponíveis, foi então feito um levantamento da curva de resposta e saturação dos LNBF Gardiner e Greatek e também diagrama de irradiação da antena parabólica. O diagrama medido mostra que a antena tem uma relação frente costa ruim permitindo que sinais oriundos de todas as direções cheguem ao LNBF. O LNBF por sua vez amplifica sinais de frequências não pertencentes ao sinal de satélite levando, em alguns casos, o LNBF a saturação. O estudo teórico com a mesma configuração do setup dos testes de campo mostra as distâncias em que a recepção de TV é afetada em função da potência transmitida no WiMax. Distâncias mínimas para que a recepção de TV não seja afetada Potência do transmissor WiMax EIRP considerando 2 antenas LNBF Gardiner sem filtro LNBF Greatek com filtro 2 Watts dbm 470 metros 60 metros 4 Watts dbm 650 metros 80 metros 30 Watts dbm 1720 metros 530 metros 5/32

6 2. INTRODUÇÃO Com o objetivo de verificar possíveis interferências entre equipamentos WiMax e recepção de satélite na Banda C, foram realizados testes de caracterização onde uma antena parabólica foi colocada em diversas distâncias de uma antena WiMax operando em condições normais. O teste consistiu da observação da recepção de sinais de TV em dois diferentes canais quando o equipamento WiMax era ligado e desligado. Os canais de TV observados encontravam-se, um no inicio da Banda C (no que se convencionou de chamar de banda C estendida), e outro no meio da Banda C. Para os testes de interferência, o equipamento WiMax foi configurado com frequência central de 3590 MHz abrangendo as frequências de 3585 a 3595 MHz. Esta frequência é a mais próxima da Banda C extendida. Os testes foram realizados em Campinas nas instalações de um fabricante de equipamentos que não autorizou a divulgação do seu nome no relatório. O equipamento da versão 2005, ou seja WiMax e já homologado pela ANATEL, foi configurado no modo TDD com 75% da capacidade em down stream e simulando um tráfego normal de dados com 5 CPE. A taxa de dados down estava configurada para 15 Mbps. O equipamento foi configurado com dois Watts (33 dbm) com antena xpol na configuração Matrix A, que significa as duas antenas transmitindo exatamente a mesma informação resultando em uma potência total efetiva de 34.5 dbm (2.8 Watts). O local de provas estava limitado a apenas por uma rua arborizada com 460 metros de comprimento. Havia linha de visada da antena parabólica da Banda C, tanto para o satélite como para a antena WiMax que foi apontada diretamente na direção desta rua. No último ponto a 460 metros havia obstrução parcial da antena de WiMax por árvores. Os procedimentos e equipamentos dos testes bem como os resultados obtidos serão mostrados a seguir. Um estudo teórico visa complementar os resultados das medidas, bem como extrapolar os resultados de como será a interferência caso o equipamento WiMax opere com mais potência como por exemplo 4 Watts e 30 Watts. 6/32

7 3. Setup de testes 1. Antena parabólica Elsys a. Diâmetro 1.7 metros b. Ganho 33 dbi c. Abertura 4 o (Medido) d. Relação frente costas 28 db (Medido) e. Relação frente lateral 30 db (Medido) f. Altura em relação ao solo 2.5 metros g. Azimute o verdadeiro o magnético h. Elevação 52.8 o 2. Receptor de satélite Digital Plus S2200 da Orbisat 3. Low Noise Block-down converter (LNBF) a. Gardiner i. Monoponto ii. Dual Polarity iii. Frequência de entrada 3.7 a 4.2 GHz iv. Frequência de saída 950 a 1450 MHz v. Sem filtro antes do LNA vi. Ganho 70 db vii. Noise Figure 12K viii. Potência de saturação não informado b. Greatek modelo SPL 3700 i. Monoponto ii. Dual Polarity iii. Frequência de entrada 3.7 a 4.2 GHz iv. Frequência de saída 950 a 1450 MHz v. Com filtro antes do LNA para interferência terrestre em 3.5 GHz vi. Ganho 65 db vii. Noise Figure 10K viii. Potência de saturação: -45 MHz ix. P1 db: 5 dbm x. Rejeição frequência/imagem: 40dB (mínimo) 7/32

8 4. Equipamento WiMax a. Versão e b. Largura de banda 10 MHz c. Faixa de operação 3400 a 3600 MHz d. Frequência central de operação 3405 MHz a 3595 MHz e. Modulação adaptativa QPSK, 16QAM, 64QAM f. Modo de operação TDD com 75% down e 25% up g. MIMO tipo Matrix A h. Antena Xpol i. Abertura horizontal 90 o ii. Abertura vertical 8 o iii. Ganho 14 dbi (11.9 dbd) iv. Tilt elétrico de 3 graus v. Tilt mecânico de 1 grau vi. Azimute 170 o verdadeiro 191 o graus magnético Diagrama de irradiação da antena Xpol utilizada nos testes i. Altura da antena do WiMax 25 metros j. Coordenada da antena 22 o S 47 o W k. Potência de saída 2 Watts (33 dbm) por PA l. Perdas em cabos e conectores 1 db m. Potência irradiada ERP 43.9 dbm em cada antena n. Potência irradiada EIRP 46 dbm em cada antena o. Potência irradiada total ERP 45.4 dbm (34.76 Watts) considerando as duas antenas. p. Potência irradiada total EIRP 47.5 dbm (56.2 Watts) considerando as duas antenas. q. Carga 15 Mbps distribuídas em 5 CPE situadas a 245 metros da antena WiMax 8/32

9 5. Espaço para testes de 460 metros com linha de visada para antena WiMax a. Distância de apontamento de maior potência da antena 320 metros b. Distância de apontamento na abertura de 3 db da antena 160 metros c. Azimute da rua de teste 170º NV ou 191º NM em relação a antena WiMax 6. Equipamentos de testes: a. Analisador de espectro Rohde & Schwarz 6 GHz com pré amplificador b. Antena Andrew Modelo FPA PM i. Frequência mínima 3.3 GHz ii. Frequência máxima 3.7 GHz iii. Abertura horizontal e vertical 15 o iv. Ganho 18 dbi c. Gerador de sinais marca dbm LLC d. Trena laser para medir distâncias e. Bússola profissional f. Inclinômetro digital g. Nível especial xyz para nivelamento de mastros h. Sensor Satellite Finder i. Divisor de potência com desacoplador DC j. TV portátil com entrada AV k. Câmara e filmadora e fotográfica l. GPS m. Inversor para se obter tensão AC em todos os pontos de teste n. Equipamento de segurança para subir na torre 7. Canais de TV utilizados para testes a. TV Câmara i. Frequência 3628 MHz ii. Polarização H b. TV Ceará i. Frequência 3955 MHz ii. Polarização H 9/32

10 A figura abaixo mostra o setup de testes Veículo e setup de testes 10/32

11 4. Localização dos pontos de testes. A figura abaixo mostra a localização da torre com a antena WiMax. O campo de testes fica localizado na Rodovia Campinas Mogi Mirim Km 118,5. A linha amarela na figura mostra a direção aproximada do apontamento da antena parabólica. Campo de testes A antena de WiMax esta apontada para 170 graus NV e a antena parabólica de recepção do satélite esta apontada para 312 graus NV, portanto, o sinal de WiMax incidia a 38 graus em relação ao foco principal da antena parabólica de recepção do satélite ou seja, neste valor, existe uma rejeição de aproximadamente 30 db em relação ao foco principal da antena parabólica. 11/32

12 A figura abaixo mostra a vista da antena WiMax em relação a rua onde foram realizados os testes. Campo de testes visto da torre 12/32

13 5. Testes Realizados: 1. Verificação da distância em que cada tipo de LNBF era interferido causando degradação nos canais de TV. 2. Verificação da frequência de operação do WiMax para cada tipo de LNBF que causa degradação nos canais de TV. 3. Caracterização da antena parabólica a. Ganho b. Abertura c. Relação frente costas d. Relação frente lateral 4. Caracterização da resposta em frequência do LNBF Gardiner e Greatek. 5. Caracterização da saturação do LNBF Gardiner e Greatek. 13/32

Máscara WiMax LNB Gardiner LNB Greatek

Máscara WiMax LNB Gardiner LNB Greatek 6.5. Caracterização da saturação do LNBF A verificação de nível de saturação no LNBF foi feita com o aumento do nível de sinal de TX até que se observasse frequências espúrias no analisador de espectro.

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