Este tutorial apresenta os conceitos básicos de enlaces rádio digitais ponto a ponto.

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1 Enlace Rádio Digital Ponto a Ponto Este tutorial apresenta os conceitos básicos de enlaces rádio digitais ponto a ponto. Eduardo Tude Engenheiro de Teleco (IME 78) e Mestre em Teleco (INPE 81) tendo atuado nas áreas de Redes Ópticas, Sistemas Celulares e Comunicações por Satélite. Ocupou várias posições de Direção em empresas de Teleco como VP de Operações da BMT, Diretor de Operações da Pegasus Telecom e Gerente de Planejamento Celular da Ericsson. Pioneiro no desenvolvimento de Satélites no Brasil (INPE), tem vasta experiência internacional, é detentor de uma patente na área e tem participado constantemente como palestrante em seminários. Assumiu em 2002 um novo desafio profissional como empreendedor e Presidente do Teleco. etude@teleco.com.br Categoria: Sistemas de Transmissão Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 26/04/2004 1

2 Rádio Digital: O que é? Um enlace rádio digital ponto a ponto é utilizado para o transporte de informação entre dois pontos fixos, tendo o espaço livre como meio de transmissão (wireless). As principais aplicações de enlaces rádio digital ponto a ponto são: Rede de transporte das operadoras de telefonia fixa e celular. São muito utilizados pelas operadoras de celular na interligação de ERBs com as CCCs. Redes de dados para atendimento de clientes corporativos, principalmente na implantação do acesso. Redes de distribuição de sinais de TV. Provedores de internet. Em um enlace rádio digital a informação (voz, dados ou imagens) está em formato digital e é transportada em canais padronizados (PDH ou SDH). A figura a seguir apresenta o diagrama de blocos funcional de um enlace rádio digital ponto a ponto. O Sinal Digital 1 em um enlace rádio digital assume normalmente um dos formatos PDH (E1 a E4) ou SDH (STM1) apresentados na tabela a seguir. Existem rádios que transportam canais de n x 64 kbit/s em uma hierarquia menor que E1 ou em STM0 (51,84 Mbit/s). 2

3 Hierarquia Digital Notação Usual Taxa de Bits Valor Exato E1 2 Mbps kbit/s Capacidade de Multiplexação de Canais 30 canais de 64 kbit/s (E0) E2 8 Mbps kbit/s 4 E1 E3 34 Mbps kbit/s 16 E1 E4 140 Mbps Kbit/s 64 E1 ou 4E3 STM1 155 Mbps kbit/s 63 E1 ou 3 E3 O multiplexador na entrada permite o transporte de canais com hierarquia (taxas de bits) menor que a do Sinal Digital 1 conforme indicado na tabela. O sinal Digital 1 é codificado gerando o sinal Digital 2. A finalidade desta codificação (codificação de canal) é melhorar a confiabilidade com que a informação é transmitida, permitindo que erros na transmissão sejam detectados e corrigidos. Podem ser utilizados dois tipos de códigos: Códigos de linha são os códigos referentes ao formato do sinal digital. Eles são utilizados na transmissão de um sinal digital de modo a eliminar uma longa seqüência de 0 s ou 1 s reduzindo a probabilidade de erro na transmissão. Exemplos: AMI, HDB-3 e CMI. Códigos para detecção e correção de erro como os FEC (Foward Error Correction). O Sinal Digital 2 é então modulado sendo gerado desta forma um sinal analógico que pode ser transmitido na frequência de operação do rádio. A principal função da modulação é permitir que estes sinais de banda básica seja transmitidos em freqüências mais altas possibilitando a ocupação do espectro eletromagnético. Os principais tipos de modulação são a Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK) e a Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Os enlaces rádio digital estão utilizando modulações cada vez mais eficientes nas quais um símbolo representa mais de 1 bit. Estes esquemas de modulação permitem aumentar a taxa de bits transmitida em uma banda de frequências mas tornam a transmissão mais sensível a ruídos e interferência exigindo uma melhor codificação de canais além de outros cuidados no projeto e implantação do enlace. O sinal modulado é amplificado e transmitido sendo recebido na outra ponta onde é demodulado e o sinal digital original é recuperado. Ao se propagar entre transmissor e receptor o sinal é atenuado e está sujeito a ruído e interferências como apresentado a seguir. 3

4 Rádio Digital: O Enlace No dimensionamento de um enlace de rádio o objetivo é garantir que o sinal digital original que transporta a informação possa ser regenerado na outra ponta com uma taxa de erros aceitável. Para que isto ocorra a relação portadora ruído (C/N) na recepção tem que ser maior que um valor mínimo especificado. Este valor é função da modulação e mecanismos de codificação utilizados no enlace. A potência do transmissor e antenas devem ser portanto dimensionadas de modo a compensar as perdas na propagação e outras referentes a polarização cruzada e atenuação nos conectores, cabos coaxiais ou guias de ondas. É necessário também incluir uma margem para fazer frente a sinais interferentes próximos a banda de frequências utilizada pelo enlace. Estes sinais podem aumentar o nível de ruído no receptor e por consequência piorar a relação portadora ruído. Apresenta-se a seguir com mais detalhes as perdas de propagação. Perdas de Propagação Em um enlace rádio o sinal é transmitido pela antena transmissora e propaga-se na forma de ondas de rádio (ondas eletromagnéticas) até a antena receptora. Ao se propagar de uma antena até a outra o sinal é atenuado estando sujeito às seguintes perdas: Perda no espaço livre Apenas parte da energia transmitida através das ondas eletromagnéticas é captada pela antena receptora. Esta energia é tanto menor quanto maior a frequência e a distância. Esta perda, denominada perda no espaço livre é expressa em db pela seguinte fórmula: Perda no espaço livre (L) = 32, log d + 20 log f Onde d é a distância em km e f a frequência em MHz. Desvanecimento Ao se propagar as ondas de rádio estão sujeitas a reflexões no solo e na atmosfera que provocam alterações na sua amplitude e caminho percorrido ocasionando variações na potência do sinal recebido. Estas variações são chamadas de desvanecimento (fading). O desvanecimento pode ser causado também por obstáculos na linha de visada direta, ou por atenuação devido a chuvas. Disponibilidade do Enlace 4

5 Compensar todas as perdas no enlace devido a desvanecimento pode levar a utilização de margens muito grandes encarecendo ou até inviabilizando o enlace. Em certas casos, principalmente em frequências mais altas onde a atenuação devida a chuvas é maior, procura-se especificar uma margem que garanta uma alta disponibilidade para o enlace, admitindo-se no entanto que ele fique indisponível por um certo período de tempo. Por exemplo, um enlace com uma indisponibilidade anual 99,995% ficará indisponível no ano 26,28 minutos. Em frequências acima de 10 GHz e em regiões de clima tropical como o Brasil a atenuação por chuva é um fator relevante no dimensionamento de enlaces de rádio. Este dimensionamento é feito utilizando modelos de estimativa de chuva da UIT ou outros desenvolvidos no Brasil. É importante lembrar que a disponibilidade do sistema como um todo é menor que a disponibilidade do enlace pois deve levar em consideração as falhas nos equipamentos que o compõem. A especificação de desempenho do enlace é normalmente definida tendo por base a ITU-T G.821 ou G

6 Rádio Digital: Frequências A tabela a seguir apresenta as frequências disponíveis no Brasil para implantação de enlaces rádio digitais ponto a ponto, juntamente com as capacidades permitidas e regulamentação aplicável. (Clique na Norma ou Resolução para detalhes). Freqüência (GHz) 0,4 1,5 2 Faixa (MHz) 413,05-423, , , Taxa (Mbit/s) Regulamentação 2, 4, 2x2, 8, 4x2 Norma 07/97 04/06/97 2 Res /12/99 21x2, 34 e 51 Res /11/ e 155 Res /02/ e 155 Res /02/ e 155 Res /02/ , 51 e 2x34 Res /07/ a 155 Norma 001/95 18/05/ e 155 Res /09/02 8, a 51 Res /02/ e 155 Norma 16/94 06/05/ a 17 Res /05/ x2 a 155 Norma 15/96 22/10/96 2 a 8 Norma 04/91 22/10/91 2 a 155 Norma 17/94 Norma 27/94 18/08/94 16/12/94 2 a 155 Norma 03/92 05/01/93 34 a 155 Res /07/ a 155 Res /07/04 6

7 Com as frequências mais baixas é possível enlaces com distâncias maiores, o espectro encontra-se no entanto mais congestionado. Frequências maiores de 8 GHz são mais sensíveis a atenuação pela chuva e são empregadas em enlaces menores (poucos quilômetros). Os Rádio Spread Spectrum podem ser utilizados sem necessidade de autorização de uso de frequência nas faixas de : ,5; ; ,5; MHz. 7

8 Rádio Digital: Autorização da Anatel A implantação de enlaces rádio no Brasil necessita de autorização da Anatel. A exceção são os rádio spread spectrum operando em faixas de frequência de radiação restrita. Consulte os tutoriais do Teleco: Quando não é necessário autorização para uso de Frequências no Brasil Regulamentação para uso de frequências no Brasil Apresenta-se a seguir os passos principais no processo de obtenção desta autorização da Anatel. 1. Cadastramento como usuário Banco de Dados Técnicos e Administrativos da Anatel (SITAR) Para o projeto de implantação de um enlace rádio digital é necessário consultar a base de dados da Anatel (SITAR) para verificar se existe disponível na região onde será implantado o enlace subfaixa na faixa de frequências desejada. Escolhida a subfaixa de frequências os dados do SITAR serão também de grande valia para o cálculo de interferência de outros enlaces. O cadastramento pode ser feito pelo envio de solicitação a um dos escritórios ou à sede da Anatel em Brasília de acordo com o seguinte modelo: Solicitação de autocadastramento no SITAR. 2. Entrada de dados do projeto no SITAR Uma vez liberado o acesso (user-id e senha) do interessado ao sitar, este deverá entrar com os dados do projeto preenchendo os seguintes formulários: Diagrama de Ligação da rede Descrição do sistema Formulário de Estações Formulário de Frequências Instruções para preenchimento deste formulários podem ser encontrados nos seguintes manuais da Anatel: Manual de Autocadastramento Manual de Projetos Técnicos (SITAR) Manual de Designação das Emissões Radioelétricas 3. Autorização da Anatel A Anatel após análise técnica, aprova os dados cadastrados e emite ato de autorização de uso de radiofrequência, cujo extrato é publicado no Diário Oficial da União. A Anatel emite então as licenças das estações que são entregues ao interessado após o pagamento da Taxa de Fiscalização de Instalação (TFI) e o preço pelo direito de uso das radiofrequências (PPDUR) e da apresentação da documentação necessária: Termo de Responsabilidade de Instalação TRI, devidamente assinado pelo Engenheiro responsável; Anotação de Responsabilidade Técnica da instalação dos equipamentos (autenticada e quitada); Declaração do responsável legal, baseada no(s) Relatório(s) de Conformidade(s) elaborado(s) e assinado(s) por profissional habilitado, conforme previsto na Resolução nº 303 de 02/07/02; 8

9 Original ou cópia autenticada do Termo de Procuração (pública ou particular). (se necessário) Os valores a serem pagos são determinados pela Anatel de acordo com o: Regulamento de Cobrança do Preço Público pelo Direito de Uso de Rádio Frequência (Res. 68, 20/11/98) alterado pela res. 289 (29/01/02) Regulamento para Arrecadação de Receitas do Fundo de Fiscalização das Telecomunicações - FISTEL, republicado com alterações pela Res. 255 de 20/03/01. 9

10 Rádio Digital: Considerações Finais Este tutorial apresentou os conceitos básicos sobre enlaces rádio digitais ponto a ponto. A implantação de enlaces rádio envolve uma gama mais ampla de conceitos que vão da infraestrutura necessária para instalação dos equipamentos e antenas, envolvendo sistemas de energia e aterramento, à implantação de equipamentos redundantes e monitorados por sistemas de gerência. O enlace é um componente básico utilizados em muitas redes. Existem operadoras, como a Diveo, cuja maior parte do backbone e acessos é formada por enlaces rádio. A maioria no entanto combina enlaces rádio com um backbone em fibra óptica aumentando desta forma a cobertura de sua rede. Os enlaces rádio podem ter os seus canais utilizados com um grande número de interfaces de dados para o usuário seja para redes de pacotes ou interfaces LAN. Em abril de 2004 existiam 31 fabricantes com equipamentos (transceptor digital) para enlaces rádio digital, homologados pela Anatel pela res. 242: Airspan, Alcatel, Aperto, Ceragon, Dataradio, DMC, Ensemble, Ericsson, Fresnel, Harris, Intracom, KF Tecnologia, Linear, Marconi, MDS, Moseley, Motorola, Nec, Nera, Netro, Nokia, Ogier, Proxim, Q-Free, SAF, Siemens, Telemobile, Transcore, Trio, Young e ZTE. Referências Tutoriais do Teleco Quando não é necessário autorização para uso de Frequências no Brasil Regulamentação para uso de frequências no Brasil Anatel Manual de Autocadastramento Manual de Projetos Técnicos (SITAR) Manual de Designação das Emissões Radioelétricas Regulamento de Cobrança do Preço Público pelo Direito de Uso de Radio Frequência (Res. 68, 20/11/98) alterado pela res. 289 (29/01/02) Regulamento para Arrecadação de Receitas do Fundo de Fiscalização das Telecomunicações - FISTEL, republicado com alterações pela Res. 255 de 20/03/01. Legislação de Radiofrequência Atribuição, Destinação e Distribuição de Faixas de Freqüências no Brasil 10

11 Rádio Digital: Teste seu Entendimento 1. Assinale a alternativa falsa. Em um enlace rádio digital a informação (voz, dados ou imagens) está em formato digital e é transportada em canais padronizados (PDH ou SDH). Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK) e a Quadrature Amplitude Modulation (QAM) são exemplos de modulação utilizados em enlaces rádio digital. Enlace rádio digital é aquele em que o sinal na saída do transmissor é digital. Interligação de ERBs e CCCs é uma das muitas aplicações de enlaces rádio digital. A disponibilidade do enlace como um todo é menor que a disponibilidade determinada através do dimensionamento do enlace (link budget). 2. Assinale a faixa de freqüências onde é possível a transmissão no Brasil de um STM1 em um enlace rádio digital ponto a ponto. 400 MHz 2 GHz 8 GHz 15 GHz 3. Assinale a alternativa verdadeira Para a implantação de um enlace rádio digital não é necessário autorização da Anatel. O SITAR é uma base de dados mantida pela UIT. Para utilizar o SITAR é necessário o pagamento de uma taxa. A autorização para o uso de freqüências no Brasil é gratuita sendo cobrada apenas a taxa de fiscalização (Fistel) Para cada projeto cadastrado no SITAR a Anatel após análise técnica, aprova os dados cadastrados e emite ato de autorização de uso de radiofrequência, cujo extrato é publicado no Diário Oficial da União. 11