Relatório Técnico PD A.0040A/RT-01-AA. Análise de convivência entre os sistemas FWA e TVRO.

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1 Relatório Técnico PD A.0040A/RT-01-AA Análise de convivência entre os sistemas FWA e TVRO. Avaliação das condições de convivência entre sistemas terrestres FWA (4G) operando na faixa de 3,4 a 3,6 GHz e o sistema de recepção de sinais de TV por satélite em Banda C (TVRO), operando na faixa de 3,625 a 4,2 GHz. Resultado dos ensaios em campo realizados no campus do CPqD, em Campinas - SP, em julho de Cotação: NA Cliente: Anatel - Agência Nacional de Telecomunicações Contato: Marcos de Souza Oliveira marcoss@anatel.gov.br Endereço: SAUS Quadra 6 Bloco H Brasília - DF - Brasil CEP: Fone: (61) Fax: (61)

2 PD A.0040A/RT-01-AA 2 / 52 SUMÁRIO Objetivos Introdução Protocolo de ensaios Ambiente de ensaio Set-up de ensaio Conjuntos de equipamentos de transmissão e recepção Equipamentos de transmissão Equipamento de referência Equipamentos de recepção (TVRO) Condições de contorno e restrições Avaliação das condições de propagação no ensaio em campo Resultados Resultados das medições com receptores e sinais analógicos Resultados das medições com receptor e sinal digital Distribuição estatística dos limiares de interferência Conclusões parciais a respeito dos resultados obtidos Resultados sobre sinais de TV analógicos Resultados sobre sinais de TV digitais Análise dos modelos de interferência Intermodulação por saturação do LNB Intermodulação por saturação do receptor de TVRO Ruído (analógico) ou perda de sincronismo (digital) por injeção de sinal interferente no oscilador local do LNB Análise dos equipamentos (TVRO) utilizados no ensaio Comparação entre os receptores utilizados Comparação entre os LNBs utilizados Definição das condições de convivência entre serviços Modelos de propagação para ambientes urbanos Parametrização dos modelos de propagação Propostas de condições de proteção Propostas para novos ensaios Conclusões Extrapolação dos resultados para ambientes urbanos Ajustes nos instrumentos regulatórios Ajustes nos equipamentos de recepção de TV por satélite em banda C (TVRO) Referências bibliográficas...41

3 PD A.0040A/RT-01-AA 3 / Anexos Histórico de versões deste documento Execução e aprovação...42

4 PD A.0040A/RT-01-AA 4 / 52 Objetivos Foram realizados ensaios em campo, a pedido da Anatel - Agência Nacional de Telecomunicações, para avaliação das condições de convivência entre sistemas de rádio acesso terrestres (FWA Fixed Wireless Access) de tecnologia 4G e sistemas via satélite de recepção de TV em Banda C - TVRO. Os ensaios realizados tiveram por objetivo quantificar e qualificar as condições de convivência entre os sistemas terrestres e os receptores de sinais de TV, analógicos ou digitais, via satélite. Os sistemas móveis terrestres de acesso banda larga utilizam canais de 1,75 MHz a 20 MHz de largura, na faixa de 3,4 GHz a 3,6 GHz, com modulação OFDM/OFDMA, enquanto que os receptores de TVRO operam na faixa de 3,625 GHz a 4,2 GHz, com modulação analógica ou digital. Este relatório tem por objetivos: Relatar os resultados dos ensaios em campo realizados no período de 25/07/2011 a 01/08/2011. Analisar os mecanismos de convivência de tal forma a propor: o A extrapolação dos resultados para ambientes urbanos. o Ajustes nos instrumentos regulatórios, que venham a permitir a convivência harmoniosa entre os sistemas. o Ajustes nos equipamentos de recepção de TV por satélite em banda C (TVRO), com vistas à otimização das condições de convivência. 1 Introdução O segmento do espectro localizado entre 3,4 GHz e 4,2 GHz é destinado globalmente ao FSS Fixed Satellite Service, ou Serviço Fixo por Satélite (SFS). No Brasil, o segmento destinado ao enlace espaço-terra do SFS foi restrito inicialmente à faixa de 3,7 GHz a 4,2 GHz. Esse segmento é conhecido como sendo a faixa de descida da Banda C. Mais recentemente a faixa de 3,625 GHz a 3,7 GHz foi destinada adicionalmente ao serviço e passou a ser conhecida como Banda C Estendida. O SFS em Banda C e Banda C - Estendida provê enlaces ponto-a-ponto e pontomultiponto para redes de dados e redes de TV. No caso de redes de TV, esses enlaces são aplicados nas interligações entre estações geradoras e repetidoras das redes de TV. Originalmente esses sinais, então analógicos, não eram codificados, o que propiciou a o uso doméstico de estações de recepção de sinais de TV por satélite, permitindo a recepção desses sinais principalmente em regiões remotas. Mesmo com a transmissão via satélite de sinais digitais de TV, o custo inferior a R$ 500,00 permitiu a proliferação desses sistemas chegando ao total estimado de 22 milhões de receptores instalados. O segmento inferior do espectro, entre 3,4 GHz e 3,6 GHz, foi inicialmente destinado ao SARC Serviço Auxiliar à Radiodifusão e Correlatos, tipicamente um serviço ponto-a-ponto, que utiliza antenas altamente diretivas e baixa potência, o que tornou perfeitamente viável a convivência com o SFS ao longo de anos. Entretanto, a partir do ano de 1999 esse segmento começou a sofrer adequações regulatórias com o objetivo de torná-lo

5 PD A.0040A/RT-01-AA 5 / 52 apto a suportar serviços terrestres de acesso banda larga. Em 2002 foi publicado o primeiro edital para leilão desse segmento para aplicações do tipo ponto-multiponto. Algumas empresas adquiriram o direito de uso de canais nessa faixa de frequências e, depois de alguns anos, iniciaram as primeiras implantações dos sistemas. É nesse período mais recente que começaram a aparecer os primeiros problemas de convivência entre os novos sistemas terrestres em implantação e os receptores de TVRO. Várias publicações nacionais e internacionais apontam para o fato de os receptores de TVRO não estarem preparados para receber um serviço vizinho no espectro, que utiliza potências mais elevadas e antenas setoriais para cobertura ponto-área, diferentemente dos serviços ponto-a-ponto que até então utilizavam o espectro inferior. Esse despreparo diz respeito principalmente a ausência de filtros adequados à entrada e à saída do LNB (Low Noise Block converter), por se tratarem de dispositivos (LNBs) de baixo custo. Portanto, o sistema FWA terrestre, desde que atendendo às características técnicas de emissão, não gera interferência na faixa de frequências destinada ao SFS, mas o sistema TVRO pode ser interferido por ele assim mesmo. A Figura 1 apresenta um diagrama que ilustra a condição de convivência. IM FAIXA DESTINADA A RECEPÇÃO DE TV POR SATÉLITE (TVRO) <<< >>>4200 RECEPTORES DOMÉSTICOS DE SATÉLITE (TVRO) NÃO POSSUEM FILTRO DE BANDA ADEQUADO FAIXA DESTINADA A OPERAÇÃO TERRESTRE (FWA) IM = INTER-MODULAÇÃO Figura 1 Condição de convivência entre os serviços Móvel Terrestre (4G) e Fixo Satélite. A sequência de resoluções da Anatel que alterou a destinação desse espectro é apresentada abaixo: Resolução 82/91 destinou a subfaixa de 3,3 GHz e 3,5 GHz para os serviços de apoio à radiodifusão (TV): SARC, RpTV e CFTV. Resolução 164/99 SARC, RpTV, CFTV e Fixo por Satélite (SFS), passam a caráter secundário MHz a MHz e MHz a MHz destinados ao STFC.

6 PD A.0040A/RT-01-AA 6 / MHz a MHz e MHz a MHz destinados a sistemas ponto-multiponto para a prestação de serviços de telecomunicações faixa larga. Resolução 309/02 destinou ao STFC e SCM, para sistemas FDD: MHz a MHz e MHz a MHz em blocos de 5 MHz MHz a MHz e MHz a MHz em blocos de 1,75 MHz. Deu origem ao Edital de Licitação nº 003/2002/SPV/Anatel. Resolução 416/05 atende à UIT (S1.20): Ponto-multiponto do Serviço Fixo e destina o espectro de 3,4 a 3,6 GHz para o STFC e SCM, com mobilidade restrita. Resolução 537/10 atende à CMR/2007: Aplicações móveis IMT (TDD). 3,4 a 3,6 GHz adicionalmente para o Serviço Móvel (SMP). 2 Protocolo de ensaios Para a realização dos ensaios propostos, foi então elaborado um protocolo considerando a realização de medições em campo, em condições controladas, que permitissem a qualificação e a quantificação da interferência entre os sistemas. A Figura 2 apresenta o digrama simplificado para realização do protocolo de ensaios. Figura 2 Diagrama do protocolo de ensaios. O protocolo prevê: A instalação em campo de: o Uma antena de TVRO, em região desimpedida para acesso ao satélite StarOne C2. o Amostras de módulos LNB monoponto e multiponto disponíveis no mercado. o Amostras de receptores analógicos e digitais disponíveis no mercado.

7 PD A.0040A/RT-01-AA 7 / 52 o Um equipamento com capacidade de deslocamento e características de frequência potência e modulação equivalentes a uma estação base (BS) de um sistema terrestre 4G (WiMAX por exemplo). o Uma antena omnidirecional de referência, operando na faixa de frequências do sistema 4G, para medida de referência da intensidade do sinal interferente recebido no ponto de recepção do TVRO. Os seguintes procedimentos de ensaio: o Posicionamento da BS na posição de 0 o, ou seja, no azimute de apontamento da TVRO, e sucessivamente nos pontos correspondentes às demais radiais espaçadas a cada 45 o, distância entre a BS e o TVRO mantida constante. o Registro, para cada uma das radiais, da intensidade do sinal interferente no ponto de transmissão, através do nível estabelecido pelo gerador, e no ponto de recepção, através do sinal recebido na antena omnidirecional. o Seleção de canais analógicos e digitais, correspondentes às polarizações horizontal e vertical, no início e no final da Banda C (3,7 a 4,2 GHz) e da Banda Estendida (3,625 a 3,7 GHz). o Incrementos na potência de transmissão da BS, para cada canal selecionado, até a percepção de interferência. 3 Ambiente de ensaio Estabelecimento de um padrão visual subjetivo, para os canais analógicos, que permitisse identificar o início da interferência. Para os canais digitais o limiar de interferência foi estabelecido como sendo o ponto de congelamento intermitente da imagem. Para atender aos requisitos de prazo e considerando as condições de logística para implementação, o ensaio em campo ficou restrito à utilização de uma das áreas disponíveis no campus do CPqD. A Figura 3 apresenta as áreas disponíveis. A área A foi selecionada por apresentar as melhores condições de visada para o apontamento satélite, planicidade do terreno, disponibilidade de energia e condições de acesso.

8 PD A.0040A/RT-01-AA 8 / 52 Figura 3 Áreas do CPqD candidatas para o ensaio em campo. Para a realização dos ensaios a estação TVRO foi posicionada em duas posições diferentes para maximizar o uso do terreno. A Figura 4 mostra o posicionamento da estação de TVRO para avaliação das oito radiais, em dois momentos distintos. Nessas condições, a distância entre a BS e a TVRO ficou estabelecida em 40 metros.

9 PD A.0040A/RT-01-AA 9 / 52 Figura 4 Posicionamento da TVRO para avaliação das oito radiais de 40m. O Anexo I apresenta fotos do local do ensaio de campo com mais detalhes de sua implementação. 4 Set-up de ensaio Conjuntos de equipamentos de transmissão e recepção. 4.1 Equipamentos de transmissão. A Figura 5 ilustra a configuração dos equipamentos e acessórios utilizados no lado da transmissão (BS). Figura 5 Diagrama dos equipamentos utilizados no lado da transmissão (BS). ESG Vector Signal Generator: Trata-se de um gerador de sinais complexos que permite a modulação de um sinal de RF a partir de arquivos de dados gerados por aplicativo específico. Para as finalidades do ensaio pretendido foi construída uma forma de onda equivalente a um sinal OFDM com largura de canal de 10 MHz e comutação TDD (Time Domain Duplex) conforme padrão WiMAX (IEEE e). A frequência central de transmissão foi selecionada no canal central (3,5 GHz) e nos canais extremos (3,405 GHz e 3,595 GHz) da faixa de 3,5 GHz destinada ao Serviço Terrestre pela Resolução Anatel 537/10. A potência de saída do gerador pôde ser programada entre -100 dbm e 0 dbm. Potências superiores a 0 dbm, até +13 dbm são possíveis, mas foram evitadas por acrescentarem ruído lateral ao canal modulado devido a efeitos nãolineares do processo de modulação e amplificação do sinal.

10 PD A.0040A/RT-01-AA 10 / 52 Amplifier Research 25S1G4A: Trata-se de amplificador linear de radiofrequência, destinado para uso entre 800 MHz e 4,2 GHz, podendo disponibilizar mais de 20 W quando excitado com 0 dbm em sua entrada. A Figura 6 apresenta a curva de desempenho desse amplificador. Figura 6 Curva característica do amplificador de potência. Cabo coaxial Belden RF-400: Foram utilizados 13m de cabo coaxial de baixa perda entre o amplificador de potência e a antena. O fabricante especifica 24,4dB/100m@3GHz e 31,1dB/100m@4,5GHz de perda, para esse produto. Aplicando-se a média aritmética sobre esses valores chega-se a 0,2775dB/m@3,75GHz, que corresponde a 3,6dB para os 13m em 3,75GHz. A Figura 7 mostra a curva de resposta do cabo em questão realizada em laboratório, apontando para uma perda de 3,63 db na faixa de interesse. Figura 7 Atenuação em 13m de cabo coaxial Belden RF-400.

11 PD A.0040A/RT-01-AA 11 / 52 Antena L-Com HG-3515P-120: Trata-se de antena painel com abertura horizontal de 120 o, polarização vertical e ganho frontal de 15 dbi. O fabricante apresenta os diagramas de radiação, no plano vertical e horizontal, conforme mostrado na Figura 8. Figura 8 Diagramas de radiação da antena HG-3515P-120 da L-Com. A característica de perda por retorno da antena de transmissão utilizada no ensaio em campo, levantada no laboratório de caracterização de antenas (câmara anecóica) do CPqD, está apresentada na Figura 9 e demonstra que a antena está adequada ao uso. HG-3515P-120 Figura 9 Curva de perda por retorno da antena HG-3515P-120 da L-Com. O conjunto Gerador+Amplificador+Cabo foi caracterizado em laboratório de tal forma a oferecer à antena uma potência 40 db acima do valor de potência entregue pelo gerador. Nessa condição de operação verificou-se que o conjunto não emite espúrios dentro da faixa de interesse (3,4 a 4,2 GHz), quando a potência é de 0 dbm à saída do gerador e 40 dbm à saída do cabo conectado ao amplificador, conforme mostra a Figura 10.

12 PD A.0040A/RT-01-AA 12 / 52 Figura 10 Avaliação de espúrios do conjunto de transmissão (BS) a 0 dbm. Portanto, a potência efetivamente radiada (ERP) está 55dB acima da leitura feita à saída do gerador (Gerador+Amplificador+Cabo+Antena). 4.2 Equipamento de referência. Como equipamento de referência foi utilizado o conjunto mostrado na Figura 11. Figura 11 Conjunto de referência para medições de sinal interferente. Analisador de sinais MXA: Foi utilizado como analisador de espectro e medidor de potência do sinal recebido no ponto de recepção do TVRO.

13 PD A.0040A/RT-01-AA 13 / 52 Antema L-Com HG3511U-PRO: Essa antena omnidirecional foi utilizada para receber o sinal interferente no ponto de recepção do TVRO. O fabricante define seu ganho frontal em 11 dbi e apresenta o diagrama de radiação vertical e horizontal apresentado na Figura 12. Figura 12 Diagrama de radiação vertical e horizontal da antena L-Com HG-3511U-PRO. A característica de perda por retorno da antena de referência utilizada no ensaio em campo foi levantada no laboratório de caracterização de antenas (câmara anecóica) do CPqD e está apresentada na Figura 13. HG-3511U-PRO Figura 13 - Curva de perda por retorno da antena HG-3511U-PRO da L-Com. Cabo coaxial Belden RF-400: Foram utilizados 19m de cabo coaxial de baixa perda entre o analisador de sinais e a antena. O fabricante especifica 24,4dB/100m@3GHz e 31,1dB/100m@4,5GHz de perda para esse produto. Aplicando-se a média aritmética sobre esses valores chega-se a 0,2775dB/m@3,75GHz, que corresponde a 5,3 db para os 19m em 3,75GHz. A Figura 13 mostra a curva de resposta do cabo em questão, realizada em laboratório, apontando para uma perda de 5,25 db na faixa de interesse.

14 PD A.0040A/RT-01-AA 14 / 52 Figura 14 Perda no cabo Belden RF-400 com 19m de comprimento. Adicionalmente, um atenuador de 3 db foi inserido à entrada do analisador de sinais apenas com o objetivo de proteger a rosca do conector N de entrada. Assim sendo, aos valores de potência lidos no analisador de sinais devem ser contabilizados o ganho da antena (11 db) e as perdas do cabo e do atenuador (8,2 db), ou seja, devem ser decrescidos de 2,8 db. 4.3 Equipamentos de recepção (TVRO). O conjunto de equipamentos de recepção foi constituído por produtos destinados à recepção de TV por satélite em Banda C (TVRO) disponíveis no mercado local. Uma análise mais ampla envolvendo um número maior de fabricantes e modelos poderia ter sido realizada, não fosse a premência do tempo. A Figura 15 mostra a disposição dos equipamentos. Figura 15 Conjunto de equipamentos de recepção TVRO.

15 PD A.0040A/RT-01-AA 15 / 52 Antena parabólica de 1,7m: As antenas parabólicas para recepção TVRO são comercializadas, em sua maioria, na forma de refletores telados. O uso de tela para constituição da parábola tem por objetivo a redução do peso, da resistência ao vento e do custo. Em contrapartida são contabilizados uma pequena perda no ganho e na resistência mecânica do conjunto. No mercado local podem ser encontradas antenas com diâmetro entre 1,7 m e 2,2 m. A antena de menor diâmetro (1,7m) e menor ganho foi escolhida por se caracterizar como situação de pior caso. Como o diagrama de radiação desse tipo de antena não é disponibilizado, um diagrama aproximado foi levantado através de medidas relativas ao ponto de máximo ganho. A Figura 16 mostra esse diagrama. Esse diagrama representa o ganho da antena parabólica de recepção de TVRO com relação ao sinal interferente na frequência de 3,5 GHz, medido em FI (Banda L) após conversão pelo LNB. Foi tomado o cuidado necessário para que o LNB estivesse em sua região de operação linear durante as medições. Foram registrados apenas os pontos de máximo e mínimo sucessivos durante a rotação de um quadrante de 90 o da antena parabólica em relação ao apontamento para a antena da BS. É possível notar lóbulos laterais importantes, apenas 10 db abaixo do ganho máximo frontal, para desalinhamentos da ordem de 35 o. Para obtenção deste diagrama (Figura 16), a BS estava na posição de 0 o, ou seja, no azimute de apontamento da TVRO ,0-20,0-30,0-40,0-50,0-60,0 Figura 16 Diagrama de máximos e mínimos no plano vertical da antena parabólica do TVRO, extrapolado a partir da medição de um quadrante de 90 o, relativo ao sinal interferente de 3,5 GHz. Módulo LNBF 1 : o LNBF (LNB+Feeder) mais comercializado na região foi escolhido. Para efeito de comparação foram adquiridos dois modelos, um tipo monoponto e outro do tipo multiponto. As especificações técnicas para o LNB estão listadas a seguir: Ganho na conversão 70dB typ. 12º K de Temperatura Frequência de entrada 3,7 4,2 GHz. Frequência de saída / MHz (2ª. FI para o Multiponto) Frequência nominal do O.L.- 5,15 / 5,75 GHz (5,75 GHz para o Multiponto) 1 LNBF - Low Noise Block converter with Feeder.

16 PD A.0040A/RT-01-AA 16 / 52 Divisor de potência: Um divisor de potência de quatro saídas (-6dB@porta) foi utilizado para derivar o sinal proveniente do LNB para dois receptores de TVRO e para o analisador de sinais, simultaneamente. Uma das portas não foi utilizada. Receptor TVRO: Foram utilizados dois receptores de TVRO de marcas diferentes, um apenas para sinais analógicos e outro para sinais analógicos e digitais. Chave seletora A/V: Para que fosse possível a comutação rápida entre receptores, de tal forma a poder comparar o desempenho de cada um sob as mesmas condições de interferência, foi utilizada uma chave seletora de áudio e vídeo entre os receptores de TVRO e a TV. TV: Para monitoramento do sinal de áudio e vídeo foi utilizada uma TV LCD/LED de 20 polegadas. 5 Condições de contorno e restrições Em função da premência do prazo, algumas condições de contorno e restrições foram estabelecidas e são listadas a seguir: Variação da elevação e polarização da antena TVRO Os ensaios foram realizados com a antena de TVRO na Latitude de 22 o 48 48,53 S, Longitude de 47 o 02 47,33 O e altitude de 636m. Essa condição geográfica estabelece uma única condição de apontamento para essa antena, tanto para elevação, como para azimute e polarização. A situação de azimute não é relevante, quando se considera que a BS foi posicionada em oito radiais relativas. Mas as condições de elevação e polarização sofrem variações substanciais quando consideradas todas as possibilidade de instalação no território nacional. Limite de potência do sinal interferente A potência efetivamente radiada (ERP) foi limitada a 55 dbm (316 W), pelas características do sistema de transmissão (BS). Em algumas situações essa potência não foi suficiente para gerar interferência sobre o sinal de TV que estava sendo recebido. Avaliação do perímetro protegido em regiões urbanas A caracterização da interferência em regiões urbanas e urbanas densas demandaria uma jornada de ensaios, infra-estrutura e logística muito superiores às condições disponíveis. Optou-se, portanto, pela caracterização em ambiente aberto, na condição de linha de visada (Line of Sight LOS), para posterior extrapolação dos resultados através de modelos de propagação reconhecidos. Essa estratégia permite a separação de variáveis e simplifica a análise dos resultados. Por outro lado, a extrapolação para ambientes reais dependerá da validação

17 PD A.0040A/RT-01-AA 17 / 52 das condições de propagação em espaço livre e da parametrização adequada dos modelos de propagação escolhidos para a extrapolação. Amostras de equipamentos de TVRO - Foram adquiridos alguns equipamentos no mercado local, para composição do sistema de recepção TVRO. Novamente, o tempo disponibilizado para obtenção dos insumos foi bastante curto, o que impediu que a busca por outros produtos se estendesse a outras regiões do país. Essa restrição afetou diferentemente cada item do conjunto, como se segue: o Antena As antenas disponíveis no mercado variam de diâmetro, tipicamente entre 1,7 m e 2,2 m. Não havia tempo e espaço para a montagem e alinhamento de várias antenas, para que o universo de possibilidades fosse representado. A antena de menor diâmetro foi escolhida por representar o menor ganho de recepção para o sinal proveniente do satélite e a maior abertura do lóbulo principal, teoricamente aumentando a suscetibilidade ao sinal interferente. o LNBF - O mercado local (Campinas SP) é praticamente dominado por uma única marca de módulos LNBF. Foram adquiridos dois modelos, um monoponto e outro multiponto. Durante o decorrer dos ensaios foram adicionados mais três modelos, dois de fabricação nacional e um importado. Mesmo assim, existem inúmeros fabricantes disponíveis no mercado nacional que não foram avaliados comparativamente. o Receptores Foram adquiridos quatro receptores de TVRO disponíveis no mercado local. Dois analógicos, um digital e um analógico e digital. A comparação inicial entre eles mostrou diferenças irrelevantes em seu desempenho. Em sendo assim, para agilizar a coleta de resultados, foi escolhido um receptor analógico e um analógico e digital. 6 Avaliação das condições de propagação no ensaio em campo Para a distância de 40 m entre as antenas utilizadas no ensaio em campo, o raio do primeiro elipsóide de Fresnel na frequência de 3,5 GHz é da ordem de 1m. Portanto, ressalvadas outras condições específicas do local, como reflexões no solo, nas elevações próximas, ou nos veículos de apoio, pode-se estimar que o enlace entre a antena de transmissão (BS) e a antena de referência ocorreu em espaço livre, ou condição de visada (LOS). Nessa condição, a perda esperada no enlace é expressa por: L LOS (db) = 32, log[f(MHz)] + 20.log[d(km)] Ou seja, L LOS (db) = 32, log[3500] + 20.log[0,04] = 75,36 db A Figura 24 apresenta o diagrama de orçamento para esse enlace, considerando uma potência de transmissão relativa de 0 dbr.

18 PD A.0040A/RT-01-AA 18 / 52 Figura 17 Orçamento de enlace para as condições de ensaio em campo. Durante as medições de interferência foram registrados os níveis de potência à saída do gerador e à entrada do analisador e, portanto, o valor-diferença correspondente ao ganho do sistema. A Tabela 1 apresenta o resumo dos registros de ganho do sistema considerando todos os valores registrados. Já a Tabela 2 apresenta os mesmos valores de ganho, onde foram extraídos os registros correspondentes à potência de 0 dbm no gerador. Essa comparação faz-se necessária por ser essa a potência de entrada correspondente à compressão de 1 db do amplificador. A média do ganho do sistema, nos dois casos, ficou muito próxima de -28 db, mostrando que o amplificador ainda não estava comprimindo o sinal de entrada de forma relevante e que existem outros fatores não considerados no ambiente de propagação do ensaio, somando cerca de 11 db de perda adicional ao enlace. Essa diferença demanda uma análise mais detalhada sobre as condições do enlace de teste, que será realizada a seguir. Radial 3405 MHz 3500 MHz 3595 MHz Média Azimute -29,60-29,87-36,07-31, ,63-32,63-38,63-33, ,63-23,25-27,25-24, ,50-24,50-27,25-25, ,50-30,00-30,00-29, ,50-28,00-31,63-28, ,56-31,75-35,00-33, ,88-29,50-31,50-30,83 Média -28,42-27,50-30,67-28,67 Tabela 1 Resumo das medidas de ganho do sistema (Panalisador Pgerador) para 0 dbm à saída do gerador.

19 PD A.0040A/RT-01-AA 19 / 52 Radial 3405 MHz 3500 MHz 3595 MHz Média Azimute -29,33-30,44-36,11-31, ,25-32,25-38,25-33, ,25-23,00-27,50-24, ,00-25,00-27,50-26, ,00-30,00-30,00-29, ,00-28,00-31,25-28, ,63-31,00-34,50-33, ,25-29,00-31,50-30,68 Média -28,04-27,47-30,73-28,54 Tabela 2 - Resumo das medidas de ganho do sistema (Panalisador Pgerador) para potências inferiores a 0 dbm à saída do gerador. A Figura 18 mostra a geometria do enlace. Considerando-se os ângulos de abertura de feixe horizontal (120 o ) e vertical (8 o ), da antena de transmissão, é possível avaliar a dimensão da elipse correspondente à seção transversal da frente de onda limitada a -3 db do ganho máximo, no ponto de recepção do TVRO. A antena de transmissão foi ajustada para uma inclinação vertical (Tilt) de -10 o. Α = -arcsen(7/40) = -10 graus B = 8 graus S = 120 graus A B L L= ( ) 1/2 = 40,8 m 8m d d = 40,8 x sen(b/2) = 2,84 m D = 40,8 x sen(s/2) = 35,3 m 1m 40m Figura 18 - Geometria do enlace de teste. A frente de onda, para sinais até 3dB abaixo do máximo sinal, terá um diâmetro vertical de 2,8 m e um diâmetro horizontal de 35 m, área suficiente para cobrir a antena do sistema TVRO e, tangencialmente, a antena de referência.

20 PD A.0040A/RT-01-AA 20 / 52 Os resultados acima apresentados apontam para os seguintes pontos de atenção a serem considerados durante a avaliação dos resultados: O enlace de teste não pode ser considerado como em espaço livre (LOS). A uniformidade obtida para os valores de ganho do sistema em todas as radiais e frequências interferentes, apontam para a possibilidade de atenuação adicional no enlace causada por reflexão no solo, possivelmente do lado oposto ao ponto de referência. A mesma uniformidade descarta a possibilidade de reflexões pontuais nas elevações do terreno ou nos veículos de teste. A análise apresentada na Figura 18 limita a perda por desapontamento da antena de transmissão, em relação à antena de referência, a 3 db. A suposição de atenuação adicional, ou redução do ganho equivalente da antena de referência, por reflexão no solo deve-se ao fato de a antena transmissora estar apontada com Tilt de -10 o e a antena de referência ser omnidirecional em seu plano H, recebendo esse sinal refletido no solo com ganho de 11 dbi. Greenstein e Erceg [7] tratam da questão de redução de ganho em seu artigo Gain Reductions Due to Scatter on Wireless Paths with Directional Antennas. Nesse artigo são apresentados modelamentos que demonstram redução de ganho de até 9 db para antenas com abertura de feixe da ordem de 10 o. Considerando o acima exposto, somando-se 3 db, devido ao fato de a antena de referência poder estar na borda da elipse delimitada na Figura 18, com os 9 db decorrentes da redução de ganho da antena de referência por reflexões no solo, explica-se a diferença entre o ganho do sistema esperado (-17,2 db) e o medido (-28,5 db). Contudo, devido à diretividade da antena parabólica do TVRO e o fato de esta estar no centro do apontamento da antena de transmissão, as mesmas considerações podem não ser válidas para o sinal interferente que atinge o centro de fase da antena de TVRO. Considerar os valores efetivamente medidos, cerca de 11 db abaixo do esperado, proporciona uma visão conservadora para a situação de convivência (pior caso) e, portanto, será considerada dessa forma. 7 Resultados 7.1 Resultados das medições com receptores e sinais analógicos Seguindo o protocolo estabelecido, foram analisadas as condições de interferência sobre canais analógicos de TV, sob as seguintes condições: Três frequências do sinal interferente: MHz, MHz e MHz. Dois canais de TV no início da Banda C convencional:

21 PD A.0040A/RT-01-AA 21 / 52 Canal Freq C (Mhz) Canal Globo (Nacional) SBT (Nacional) Observações: o Não existem canais analógicos na Banda C estendida. o Não foi notada diferença na interferência causada em canais analógicos no início e no final da Banda C convencional. o Foram selecionados canais na polarização V e H. o O limiar de interferência foi estabelecido de forma subjetiva, como sendo o início da perturbação do sinal de vídeo pela adição de faixas horizontais periódicas de ruído. A Tabela 3 apresenta os resultados numéricos da avaliação da interferência sobre os dois canais analógicos selecionados. Esses valores foram corrigidos com o ganho da antena de referência e a perda do cabo. A partir desses dados é possível retirar algumas observações preliminares: Os valores destacados em laranja apontam para a ausência de interferência mesmo no limite de potência do sinal interferente. Ou seja, com o conjunto de equipamentos que integraram a BS, não foi possível verificar qualquer interferência sobre os dois canais avaliados. Também é possível verificar certa homogeneidade nos níveis de interferência para as duas polarizações do sinal recebido no TVRO. Isso pode ser atribuído ao fato do sinal interferente estar sendo transmitido em polarização vertical, enquanto que o LNB esta posicionado em polarização intermediária, otimizada para a recepção do Star One C2.

22 PD A.0040A/RT-01-AA 22 / MHz 3500 MHz 3595 MHz Apont Equip Polarização Canal Pot Rx (dbm) Pot Rx (dbm) Pot Rx (dbm) 0 ANA H ANA H ANA H ANA H ANA H ANA H ANA H ANA H AD H AD H AD H AD H AD H AD H AD H AD H ANA V ANA V ANA V ANA V ANA V ANA V ANA V ANA V AD V AD V AD V AD V AD V AD V AD V AD V Tabela 3 Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência sobre as frequências de MHz (Canal 1 - Pol. H) e 3725 MHz (Canal 2 - Pol. V) Canais analógicos de TV. As figuras 19, 20 e 21 apresentam, respectivamente, os resultados associados aos dois canais de TV recebidos pelos dois receptores no modo analógico. O desempenho dos dois receptores, considerando a condição subjetiva de avaliação, considerando a subjetividade da avaliação, pode ser considerado idêntico. É possível notar que a sensibilidade ao sinal interferente aumenta substancialmente quando esse sinal se aproxima em frequência: Para a frequência de MHz a potência radiada pelo conjunto de transmissão não foi suficiente para gerar interferência. Para a frequência de MHz a interferência ocorreu em alguns pontos isolados. Para a frequência mais próxima, de MHz, a interferência foi detectada em todos os pontos de medição.

23 PD A.0040A/RT-01-AA 23 / 52 Esse comportamento destaca como ponto de atenção a necessidade de avaliação da banda de guarda entre os dois serviços. Figura 19 Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência em MHz, sobre as frequências de MHz (Pol. H) e 3725 MHz (Pol. V) Canais analógicos de TV. Figura 20 - Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência em MHz, sobre as frequências de MHz (Pol. H) e 3725 MHz (Pol. V) Canais analógicos de TV.

24 PD A.0040A/RT-01-AA 24 / 52 Figura 21 - Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência em MHz, sobre as frequências de MHz (Pol. H) e 3725 MHz (Pol. V) Canais analógicos de TV. 7.2 Resultados das medições com receptor e sinal digital Seguindo o protocolo estabelecido, foram analisadas as condições de interferência sobre canais digitais de TV, sob as seguintes condições: Três frequências do sinal interferente: MHz, MHz e MHz. Quatro canais de TV, sendo dois na Banda C estendida e dois na Banda C padrão, um no final e outro no início da banda: Observações: o Foram selecionados canais na polarização V e H. o O limiar de interferência foi estabelecido quando o decodificador de vídeo apresentava congelamento intermitente da imagem. o Para esta avaliação foi utilizado um único equipamento de recepção. A Tabela 4 apresenta os resultados numéricos da avaliação da interferência sobre os quatro canais digitais selecionados. Esses valores foram corrigidos com o ganho da antena de referência e a perda do cabo.

25 PD A.0040A/RT-01-AA 25 / MHz 3500 MHz 3595 MHz Apont Polarização Canal Pot Rx (dbm) Pot Rx (dbm) Pot Rx (dbm) 0 V V V V V V V V H H H H H H H H V V V V V V V V H H H H H H H H Tabela 4 - Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência sobre as frequências de MHz (Pol. H), MHz (Pol. V), MHz (Pol. V) e 3985 MHz (Pol. H) Canais digitais de TV. As figuras 22, 23 e 24 apresentam, respectivamente, os resultados associados aos quatro canais de TV recebidos pelo receptor no modo digital. Figura 22 - Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência em MHz, sobre as frequências de MHz (Pol. H), MHz (Pol. V), MHz (Pol. V) e 3985 MHz (Pol. H) Canais digitais de TV.

26 PD A.0040A/RT-01-AA 26 / 52 Figura 23 - Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência em MHz, sobre as frequências de MHz (Pol. H), MHz (Pol. V), MHz (Pol. V) e 3985 MHz (Pol. H) Canais digitais de TV. Figura 24 - Valores de potência correspondentes ao limiar de interferência em MHz, sobre as frequências de MHz (Pol. H), MHz (Pol. V), MHz (Pol. V) e 3985 MHz (Pol. H) Canais digitais de TV. 7.3 Distribuição estatística dos limiares de interferência A partir do universo de medições realizadas, é possível computar a distribuição acumulada desses resultados. A Figura 25 apresenta essa distribuição para sinais de TV analógicos e a Figura 26 para sinais de TV digitais.

27 PD A.0040A/RT-01-AA 27 / MHz 3500 MHz 3595 MHz Figura 25 Distribuição dos limiares de interferência para sinais analógicos [No. de ocorrências x Limiar (dbm)] MHz 3500 MHz 3595 MHz Figura 26 - Distribuição dos limiares de interferência para sinais digitais [No. de ocorrências x Limiar (dbm)] As Figuras 27 e 28 apresentam a distribuição acumulada dos limiares de interferência, para cada uma das três frequências interferentes (3.405 MHz, MHz e MHz), para sinais analógicos e digitais respectivamente.

28 PD A.0040A/RT-01-AA 28 / MHz MHz MHz Figura 27 - Distribuição dos limiares de interferência para sinais analógicos, para cada frequência do sinal interferente [No. de ocorrências x Limiar (dbm)].

29 PD A.0040A/RT-01-AA 29 / MHz MHz MHz 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Figura 28 - Distribuição dos limiares de interferência para sinais digitais, para cada frequência do sinal interferente [No. de ocorrências x Limiar (dbm)].

30 PD A.0040A/RT-01-AA 30 / 52 As Tabelas 5 e 6 apresentam os valores médios, mínimos e máximos dos limiares de interferência para sinais de TV analógicos e digitais respectivamente. Fint(MHz) Média (dbm) Min (dbm) Max (dbm) ,7-41,0-31, ,7-46,0-29, ,3-68,0-47,0 Tabela 5 - Limiares médios, mínimos e máximos para a interferência sobre sinais de TV analógicos. Fint(MHz) Média (dbm) Min (dbm) Max (dbm) ,9-54,0-41, ,9-64,0-46, ,4-75,0-52,0 Tabela 6 - Limiares médios, mínimos e máximos para a interferência sobre sinais de TV digitais. 7.4 Conclusões parciais a respeito dos resultados obtidos Resultados sobre sinais de TV analógicos. As Figuras 19, 20, 21, 25 e a Tabela 5 apresentam os resultados para os limiares de interferência sobre os canais analógicos de TV selecionados. As seguintes conclusões preliminares podem ser listadas: É possível notar que para as frequências interferentes de MHz e MHz, praticamente não foi possível notar interferência. As medidas correspondem ao limite de potência do conjunto de transmissão (BS) e, portanto, podem ser consideradas como valores conservadores. Pouca ou nenhuma diferença existe entre a distribuição do valor de limiar de interferência para as frequências interferentes de MHz e MHz, com valor médio da ordem de -36 dbm. Já para a frequência interferente de MHz o valor médio foi reduzido em cerca de 9 db e a dispersão de valores aumentou substancialmente. Portanto, é possível concluir preliminarmente que o sistema de TVRO, para sinais analógicos, é mais suscetível para frequências interferentes próximas a 3,6 GHz e bem menos suscetível para frequências abaixo de 3,5 GHz. Para a avaliação de convivência, os seguintes valores para o limiar de interferência podem ser considerados para sinais de TV analógicos: o Valor médio de -35 dbm e -46 dbm no pior caso, para frequências interferentes abaixo de 3,5 GHz. o Valor médio de -53 dbm e -75 dbm no pior caso, para frequências interferentes acima de 3,5 GHz Resultados sobre sinais de TV digitais. As Figuras 22, 23, 24, 26 e a Tabela 6 apresentam os resultados para os limiares de interferência sobre os canais digitais de TV selecionados. As seguintes conclusões preliminares podem ser listadas:

31 PD A.0040A/RT-01-AA 31 / 52 O comportamento diferente entre a distribuição acumulada dos valores de limiar de interferência para sinais de TV analógicos e digitais denotam que o modelo de interferência não é o mesmo. No caso de sinais de TV digitais, o valor médio do limiar de interferência variou 7 db, entre MHz e MHz, e 9 db, entre MHz e MHz. A dispersão de valores também aumentou com a aproximação em frequência do sinal interferente. Para os cálculos das condições de convivência, os seguintes valores para o limiar de interferência podem ser considerados para sinais de TV digitais: o Valor médio de -46 dbm e -54 dbm no pior caso, para frequência interferente de 3,4 GHz. o Valor médio de -52 dbm e -64 dbm no pior caso, para frequências interferentes de 3,5 GHz. o Valor médio de -60 dbm e -75 dbm no pior caso, para frequências interferentes de 3,6 GHz. 8 Análise dos modelos de interferência Pela análise de comportamento do sinal interferido, digital ou analógico, e das características de potência e frequência do sinal interferente, foi possível verificar três modelos de interferência distintos. Esses modelos de interferência podem ocorrer separadamente ou simultaneamente, dependendo do nível do sinal desejado (TV) e do sinal interferente à entrada do LNB e à entrada do receptor. 8.1 Intermodulação por saturação do LNB Esse é o modelo de interferência que primeiro vem à mente, por ser esse módulo um bloco de alto ganho desenhado para sinais extremamente baixos. Esse modelo de interferência é mais presente quando o sinal desejado é relativamente fraco e o sinal interferente é forte. O sinal em Banda L, à saída do LNB, foi registrada durante os ensaios e constam do Anexo II. 8.2 Intermodulação por saturação do receptor de TVRO Esse modelo de interferência é mais frequente quando o sinal desejado, entregue pelo LNB ao receptor, é de boa ou alta intensidade. A injeção do sinal interferente à entrada do receptor, convertido em frequência pelo LNB, pode então levar seu primeiro estágio a operar em região não-linear, causando a intermodulação. A análise do sinal em Banda L, entre o LNB e o receptor, apresentou, nas condições do ensaio de campo, sinais desejados (TV) da ordem de -40 dbm e o sinal interferente até 30 db acima. 8.3 Ruído (analógico) ou perda de sincronismo (digital) por injeção de sinal interferente no oscilador local do LNB Por serem dispositivos de baixo custo, o circuito conversor de frequência do LNB tende a não oferecer isolação adequada entre o misturador de entrada e o oscilador local. Nessas condições, parte do sinal interferente e suas harmônicas acabam sendo injetados no oscilador local, produzindo aumento substancial no ruído de fase desse oscilador e até deslocamento de frequência. Essa instabilidade adicional do oscilador local causa então a adição de ruído ao vídeo analógico e a perda de sincronismo do sinal digital.

32 PD A.0040A/RT-01-AA 32 / 52 9 Análise dos equipamentos (TVRO) utilizados no ensaio 9.1 Comparação entre os receptores utilizados Foram adquiridos quatro receptores de marcas e modelos disponíveis no mercado local. Dois receptores para sinais analógicos, um para sinais digitais e um para sinais analógicos e digitais. No período de alinhamento do ensaio de campo os vários receptores foram comparados entre si quanto à qualidade do sinal e suscetibilidade ao sinal interferente. Foram verificadas diferenças desprezíveis entre os modos analógicos e, posteriormente, entre os modos digitais. Possivelmente tratam-se de equipamentos implementados com componentes similares ou até idênticos. Dessa forma, foram mantidos no conjunto de recepção apenas dois receptores, um apenas para sinais analógicos (ANA) e outro para sinais analógicos e digitais (A/D). Essa seleção teve por objetivo reduzir a quantidade de medições e otimizar o período de ensaios. O desempenho dos receptores, durante o ensaio de campo, não demonstrou nenhuma característica que devesse ser destacada. Entretanto, uma análise em laboratório para caracterização da suscetibilidade a intermodulação, sob condições controladas, é desejável. 9.2 Comparação entre os LNBs utilizados Foram adquiridos dois modelos de LNB do mesmo fabricante, um monoponto e outro multiponto, praticamente a única marca e modelos disponíveis no mercado local. É do conhecimento geral que existem inúmeros fornecedores desses módulos no território nacional, a maioria deles importados. Durante o período de ensaios foram acrescentados mais três LNBs ao conjunto sob teste, a pedido da Anatel, todos do tipo monoponto. Um deles importado e largamente comercializado no Brasil e dois de produção nacional de mesma marca, um disponível no mercado e outro similar reprojetado para melhorar sua resposta a interferentes. A Tabela 7 enumera os LNBs testados e define sua identificação. Designação Descrição LNB-1 Multiponto, importado, adquirido no mercado local. LNB-2 Monoponto, importado, adquirido no mercado local. LNB-3 Monoponto, importado, de larga comercialização nacional. LNB-4 Monoponto, nacional, de larga comercialização nacional. LNB-5 Monoponto, nacional, otimizado, ainda não comercial. Tabela 7 Identificação dos LNBs utilizados no ensaio de campo. A Tabela 8 apresenta o resultado comparativo entre os LNBs monoponto (LNB-2 a LNB-5), utilizando o receptor analógico e digital no modo analógico. Os dados estão ordenados pela potência do limiar de interferência. Tabela 8 Comparação entre LNBs no modo analógico.

33 PD A.0040A/RT-01-AA 33 / 52 A Tabela 9 apresenta o resultado comparativo entre os LNBs monoponto (LNB-2 a LNB-5), utilizando o receptor analógico e digital no modo digital. Os dados estão ordenados pela potência do limiar de interferência. Tabela 9 Comparação entre LNBs no modo digital. É possível notar que as amostras LNB-5 e LNB-4 apresentaram melhor desempenho, sendo que a máxima potência radiada pelo conjunto de transmissão (BS) não foi suficiente para gerar interferência perceptível sobre o LNB-5. O Anexo III apresenta os resultados registrados durante os ensaios de comparação de desempenho entre os LNBs. 10 Definição das condições de convivência entre serviços A convivência entre os serviços de banda larga terrestre (4G na faixa de 3,5 GHz) e de recepção de TV por satélite em banda C (TVRO - Banda C) pode ser definida, dentre outras formas, através de uma distância mínima a ser preservada entre as estações rádio-base (BS) do sistema terrestre e os pontos de recepção de TVRO. Essa distância mínima pode ser considerada como sendo o raio do perímetro protegido, que delimitará a situação de não-interferência e, portanto, de convivência entre os sistemas. Neste tópico serão desenvolvidos conceitos para definição do perímetro protegido, tendo em consideração que os produtos utilizados na configuração da estação de TVRO, que constituíram o ensaio em campo, representam uma amostra média das características gerais desses produtos no mercado. Como pontos de partida serão considerados: Os níveis de potência no ponto de recepção TVRO, correspondentes aos limiares de interferência, parametrizados nas três frequências do sinal interferente e para os dois modos de recepção de TV, analógico e digital. As características típicas de aplicação do sistema banda larga terrestre, como a morfologia da região (suburbana e urbana), a altura das antenas e a frequência de operação. O modelo de propagação mais adequado às características de aplicação.

34 PD A.0040A/RT-01-AA 34 / Modelos de propagação para ambientes urbanos Os modelos de propagação mais simples são aqueles que consideram a propagação em espaço livre e o modelo de dois raios. A propagação em espaço livre é caracterizada pela ausência de qualquer obstáculo que possa obstruir, refletir ou refratar o sinal que se propaga entre o ponto de transmissão e de recepção. Caracteriza-se simplesmente pelo espalhamento esférico da energia transmitida a partir do ponto de transmissão e tem a potência de recepção (Pr) definida pela relação: Essa relação pode ser expressa pela perda no espaço livre (L LOS ) conhecida por sua expressão logarítmica: L LOS (db) = 32, log[f(MHz)] + 20.log[d(km)] Já para o modelo de dois raios, que considera a interferência entre os dois sinais de maior intensidade entre os pontos de transmissão e recepção, a perda de enlace é definida pela relação: Esses são modelos simples, que permitem que a perda de enlace (Path Loss), seja modelada através de equações fechadas, mas raramente representam um canal de propagação real. Para que esses modelos se aproximem a um canal de propagação real, torna-se necessária a adição de outros efeitos que contribuem para a perda no enlace. Esses efeitos são: Sombreamento (Shadowing): A existência de qualquer objeto, como prédios ou árvores, ao longo do percurso do sinal, fará com que parte do sinal seja perdida por absorção, reflexão, espalhamento ou difração. Multipercurso (Multipath): Os objetos localizados ao redor do percurso refletem o sinal. Alguns desses sinais serão recebidos no ponto de recepção com amplitudes e fases variadas, causando interferências destrutivas e construtivas. Devido aos diversos espalhadores encontrados no ambiente entre o receptor e a estação transmissora, réplicas atenuadas do sinal transmitido chegam ao receptor com diferentes retardos, causando a dispersão do sinal no tempo (esta dispersão provoca interferência entre símbolos). Esta é caracterizada por parâmetros como retardo médio, espalhamento de retardo e banda de coerência. Este fenômeno é chamado de desvanecimento seletivo em frequência. Os efeitos de sombreamento e multipercurso remetem o cálculo da perda no enlace para o modelamento estatístico, isso porque a distribuição de objetos e suas características, ao longo e ao redor do enlace, só podem ser caracterizadas por variáveis aleatórias. Esse tipo de modelamento torna a tarefa complexa, mas não impossível. Em 1968 Okumura realizou um conjunto extenso de medições em campo, caracterizando a atenuação entre estações rádio base e terminais móveis na cidade de Tókio, e desenvolveu um conjunto de curvas correspondendo ao valor médio da atenuação relativa à perda no espaço livre. O uso desse modelamento demandava o tratamento das curvas apresentadas no seu artigo, o que não era muito conveniente. Em 1980, Hata desenvolveu uma expressão para os dados obtidos por Okumura. De acordo com Okumura e Hata, a perda de enlace em regiões urbanas a uma distância d é dada por: