TRANSMISSO POR RDIO DIGITAL

Curso UD8017

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Siemens Ltda. Centro de Treinamento Werner von Siemens R. Pedro Gusso, 2635 - CEP 81310-900 - Curitiba - PR Tel./Fax: (++41) 341-6722 / 341-5013 CAS - Central de Atendimento Siemens: 0800 119484 Homepage: http://www.siemens.com.br/IC/tti/index.htm e-mail: treinamento@siemens.com.br

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Elaborado por: U37, IC CS TE Liberado em novembro de 2001. Publicado pelo setor de Gerao de Documentao de Cliente IC CS TD Impresso no Brasil. Sujeito a alteraes tcnicas.

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ndice1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.4 2.5 3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.5 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 Ondas Eletromagnticas .................................................................................................................... 5 Propagao de Ondas Eletromagnticas ........................................................................................... 6 Polarizao ......................................................................................................................................... 7 Rdio Freqncia................................................................................................................................ 8 Rdio Transmisso............................................................................................................................. 9 Rdio Ponto a Ponto Analgico ........................................................................................................ 10 Rdio Ponto a Ponto Digital.............................................................................................................. 11 Rdio Tronco e Rdio Acesso .......................................................................................................... 12 Rdio Digital x Fibra ptica .............................................................................................................. 14 Satlite ............................................................................................................................................ 15 Rdios Ponto-Multi-Ponto ................................................................................................................. 16 Celular - GSM ................................................................................................................................... 17 Diagrama em Blocos Rdio Digital ................................................................................................... 19 Interface Tributrio............................................................................................................................ 19 Multiplex/Demultiplex ........................................................................................................................ 21 Insero/Extrao de Servios ......................................................................................................... 21 Quadro Digital PDH .......................................................................................................................... 22 Quadro Digital SDH .......................................................................................................................... 22 Embaralhador/Desembaralhador...................................................................................................... 26 Codificador Diferencial...................................................................................................................... 27 Modulador ......................................................................................................................................... 28 Demodulador .................................................................................................................................... 29 Transmissor ...................................................................................................................................... 30 Receptor ........................................................................................................................................... 31 Derivao.......................................................................................................................................... 32 Conceitos Rdio Digital..................................................................................................................... 33 Potncia Tx/Rx ................................................................................................................................. 33 Largura de Banda e Canalizao de RF........................................................................................... 33 TEB - Taxa de Erro de Bit................................................................................................................. 34 Cosseno Roll-Off, Nyquist, Banda de Passagem ............................................................................. 35 Cosseno roll-off, Banda de Passagem ............................................................................................. 38 Filtros ............................................................................................................................................ 40 Modulaes....................................................................................................................................... 42 Modulao 64QAM ........................................................................................................................... 43 Modulador bsico 64QAM ................................................................................................................ 43 Demodulador bsico 64QAM............................................................................................................ 48 BCM Modulao Codificada em Blocos ........................................................................................ 50 TCM - Modulao Codificada em Trelia ......................................................................................... 55 Codificao Trelis ............................................................................................................................. 56 Decodificao Trelis ......................................................................................................................... 59 TFM - Modulao em Freqncia Suave ......................................................................................... 62 Modulaes CPM.............................................................................................................................. 62 Modulao TFM................................................................................................................................ 63 Demodulao TFM ........................................................................................................................... 66

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6 6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 7 7.1 7.2 7.3

Rudos e Circuitos Corretores ...........................................................................................................71 Relao S/N ......................................................................................................................................71 Relao entre TEB e S/N ..................................................................................................................73 CDIGOS CORRETORES DE ERRO - FEC ...................................................................................78 Cdigo de blocos...............................................................................................................................79 Esquema de FEC para rdio digital de alta capacidade ...................................................................81 Resultados do FEC ...........................................................................................................................84 EQUALIZAO .................................................................................................................................85 Propagao por mltiplos percursos e suas conseqncias ............................................................85 Equalizao Transversal no Domnio do Tempo ..............................................................................90 Melhoria com o uso do equalizador transversal................................................................................92 OPERAO CO-CANAL ..................................................................................................................93 Operao co-canal em rdio digital...................................................................................................94 XPD Degradao de Polarizao Cruzada ....................................................................................94 Contramedidas para interferncia cross-polar ..................................................................................95 PROTEO EM RDIOS DIGITAIS.................................................................................................97 SISTEMA 1+1 ISOFREQUENCIAL HOT-STANDBY........................................................................98 SISTEMA N:1 COM DIVERSIDADE EM FREQUNCIA ..................................................................99 Diversidade em Espao ..................................................................................................................100

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Ondas Eletromagnticas

O estudo das ondas eletromagnticas foi iniciado com o estudo da luz, que a onda eletromagntica mais natural em nossa vida. Os primeiros a estudar a luz foram: os gregos da escola Platnica, Demcrito e Lucrcio; em Alexandria, Hero e Ptolomeu; os rabes, Alkindi e Alhazen e tambm, os europeus Roger Bacon, Galileu, Leonardo da Vinci, Ren Descartes e finalmente Christian Huygens, que foi o primeiro a interpretar a luz como onda. A teoria de Huygens foi comprovada por Thomas Young, que demonstrou o fenmeno da interferncia, e em 1809 por Etienne Louis Malus, que descobriu que, a luz pode ser polarizada na reflexo. Augustin Fresnel explicou e difundiu no mundo cientfico a teoria ondulatria de Huygens. Em 1873, o ingls James Clerk Maxwell colocou as idias de Michael Faraday em forma matemtica e descreveu sua Teoria Eletromagntica em um tratado. Esta teoria prev a existncia de ondas eletromagnticas com a velocidade da luz, que leva a concluir que a luz uma onda eletromagntica. Este trabalho de Maxwell unificou e serve como base para toda a teoria eletromagntica clssica. Abaixo as Equaes de Maxwell.

E dA = q / B dA = 0 E ds = B ds =

0

Lei da Eletricidade de Gauss Carga e Campo Magntico Lei do Magnetismo de Gauss Campo Magntico Lei de Faraday Campo Eltrico produzido por um Campo Magntico Varivel

d B dt 0 d E + 0i dt

0

Lei de Ampre-Maxwell Campo Eltrico produzido por um Campo Eltrico varivel e/ou corrente eltrica

As Equaes de Maxwell explicam fenmenos pticos e eletromagnticos, formando a base para o entendimento de diversos dispositivos como: motores eltricos, telescpios, culos, transmissores e receptores de TV, telefones, eletroims, forno microondas, radar, etc. Aprofundando o estudo das Equaes de Maxwell, Albert Einstein desenvolveu e publicou, em 1905, a Teoria da Relatividade. Tambm guiado pelas Equaes de Maxwell, Heinrich Hertz descobriu em laboratrio, no ano de 1888, as ondas de rdio. Hertz, fsico alemo, professor da Universidade de Bona, construiu o primeiro oscilador capaz de transmitir uma onda eletromagntica utilizando uma bobina de Ruhmkorff.

A bobina de Ruhmkorff tem as extremidades do induzido ligadas a duas hastes metlicas de 1 metro de comprimento, colocadas no prolongamento uma da outra, terminadas nas extremidades prximas por dois botes metlicos muito polidos separados por um espao de 2 cm e nas outras extremidades por duas esferas metlicas de 15 cm de dimetro. Quando a bobina de Ruhmkorff comea a funcionar, o oscilador vai se carregando pouco a pouco at que chega o momento de saltar uma fasca entre os botes. A partir desse momento a descarga oscilante comea e vai amortecendo para se reproduzir a cada vez que o circuito indutor se interrompe pelo interruptor. Esse dispositivo funcionava como transmissor. Nas pontas das hastes foram colocadas argolas de metal para funcionar como antenas e receptores, de onde tambm saltavam fascas quando a bobina recebia a carga eltrica. Como no havia nenhuma ligao slida entre o aparelho transmissor e a argola, Hertz chegou concluso de que as ondas eletromagnticas se propagavam pelo ar. Ele descobriu que estas descargas eram oscilatrias na freqncia aproximada de 80 MHz.

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1.1

Propagao de Ondas Eletromagnticas

A onda eletromagntica composta por um campo eltrico (E) e um campo magntico (H), estes campos so perpendiculares entre si e, tambm, ao sentido de propagao, conforme a figura a seguir.

Campo Magntico (H)

Campo Eltrico (E)

Direo de Propagao

As ondas eletromagnticas so representadas normalmente por senides, uma para cada campo. Deste modo a onda eletromagntica possui alguns parmetros caractersticos, que esto relacionados da seguinte maneira:

=onde:

c f comprimento de onda (m) c velocidade da luz (300.000.000m/s) f freqncia (Hz) - nmero de repeties de um fenmeno em um segundo

Observa-se ainda, que os campos eltrico e magntico, apesar de serem perpendiculares entre si, esto sempre em fase. Ou seja, os mximos e os mnimos dos dois campos ocorrem simultaneamente. As ondas eletromagnticas tem como caracterstica principal a sua velocidade. Da ordem de 300.000 Km/s no vcuo, no ar sua velocidade um pouco menor. Considerada a maior velocidade do universo, elas podem vencer vrios obstculos fsicos, tais como gases, atmosfera, gua, paredes, dependendo da sua frequncia. A luz por exemplo, no consegue atravessar uma parede mas, atravessa com grande facilidade a gua, o ar atmosfrico etc. Isso se deve ao fato da luz possuir partculas chamadas ftons, quanto mais energtico for o fton, menor o seu poder de transposio de obstculos, por causa disso a luz que possui uma alta frequncia no consegue atravessar uma parede. Tanto a luz como o infravermelho ou ondas de rdios, so iguais, o que diferencia uma onda eletromagntica da outra a sua freqncia. Quanto mais alta for essa freqncia mais energtica a onda. Apenas um pequeno intervalo do espectro eletromagntico pertence a luz. O fato de enxergarmos cores, se deve ao crebro, que utiliza este recurso para diferenciar uma onda da outra, ou melhor, uma freqncia da outra (uma cor da outra). Assim o vermelho possui uma freqncia diferente do violeta. Na natureza no existem cores, apenas ondas de freqncias diferentes. As cores surgiram quando o homem apareceu na terra.

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1.2

Polarizao

Considerando uma fonte de ondas eletromagnticas que irradia energia simultaneamente em todas as direes, a uma certa distncia desta fonte, qualquer que seja a direo, as intensidades e as fases dos campos sero as mesmas. Deste modo, em uma esfera de raio R em torno da fonte, a fase a mesma em todos os pontos, formando a chamada Frente de Onda.

5

)RQWH

Considerando uma distncia suficientemente grande da fonte (raio R muito grande), a superfcie da esfera formada pelos campos eltrico e magntico neste ponto ser to extensa, que pode ser considerada como uma superfcie plana, onde os campos possuem valores constantes no plano trasversal direo de propagao da onda eletromagntica.

(Direo de propagao Direo de propagao

+Superfcie Superfcie

+

(

Polarizao Vertical

Polarizao Horizontal

A direo do campo eltrico de uma onda eletromagntica determina a sua polarizao. Desta maneira, uma onda polarizada verticalmente, tem o campo eltrico perpendicular superfcie terrestre, j uma onda polarizada horizontalmente, tem o seu campo eltrico paralelo superfcie terrestre. A polarizao de uma onda eletromagntica definida pelo elemento emissor da mesma. Em um enlace de rdio transmisso, o elemento que define a polarizao denominado polarizador.

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1.3

Rdio Freqncia

A propagao de ondas eletromagnticas dependem fundamentalmente das propriedades deste meio e da influncia que estas propriedades tero na faixa de freqncia da onda irradiada. Abaixo esto listadas as principais caractersticas das faixas de freqncia utilizadas em rdio comunicao.

Freqncia 300Hz a 3000Hz 3KHz a 30KHz 30KHz a 300KHz 300KHz a 3000KHz 3MHz a 30MHz 30MHz a 300MHz 300MHz a 3000MHz 3GHz a 30GHz 30GHz a 300GHz

Sigla ELF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

Designao Ondas Extremamente Longas Ondas Muito Longas Ondas Longas Ondas Mdias Ondas Curtas/Tropicais Microondas Microondas

Utilizao Comunicao de submarinos, escavaes em minas Navegao area, servios martimos, radiodifuso local Servios martimos, radiodifuso local e distante Transmisso de TV, sistemas comerciais e particulares de comunicao, servios de segurana pblica, telefonia Celular Comunicao longa distncia, sistemas interurbanos e internacionais em radiovisibilidade, telefonia celular, tropodifuso e satlite

Freqncia (f) 3MHz > f ELF, VLF, LF, MF 30MHz > f > 3MHz HF f > 30MHz VHF, UHF, SHF, EHF

Modo de Propagao Ondas Terrestres (exclusivamente em polarizao vertical) Ondas Ionosfricas e Ondas Diretas (nas freqncias mais altas) Ondas Diretas

Alcance Inversamente proporcional freqncia do sinal. Necessita elevada potncia de transmisso Inversamente proporcional freqncia Depende do tamanho e da altura das antenas

Variao Pequena

Depende do horrio e da estao do ano Muito pequena Acima de 10GHz sofre atenuao por chuva.

Observando as tabelas anteriores, nota-se que as faixas de freqncia mais altas, denominadas microondas, que so utilizadas em telecomunicaes. Conforme a freqncia aumenta, a propagao das ondas de rdio se aproxima da luz, ou seja, em linha reta. Desta maneira as ondas de rdio podem ser direcionadas atravs de antenas especiais e estabelecer enlaces de radiovisibilidade entre duas localidades, tambm conhecidos como enlaces de rdio ponto a ponto. Vale ressaltar que existem equipamentos de rdio Siemens ponto a ponto que operam em radiovisibilidade na faixa de 800MHz e outros que operam na faixa de 38GHz.

Estao ARdio

Estao BRdio

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Rdio Transmisso

Ondas de Rdio eram conhecidas como 'Ondas Hertzianas' quando Guglielmo Marconi iniciou seus experimentos em 1894. Alguns anos antes, Heinrich Hertz conseguiu emitir e detectar ondas eletromagnticas dentro de um laboratrio. O objetivo de Marconi era emitir e detectar ondas eletromagnticas em longas distncias, que o fundamento do que hoje chamado de rdio. Marconi repetiu o experimento de Hertz no soto de sua casa, ondas Hertzianas eram produzidas por fascas em um circuito e detectadas em outro circuito a alguns metros de distncia. Este fato despertou a curiosidade no jovem pesquisador de quo longe as ondas eletromagnticas poderiam chegar, imaginando que as ondas Hertzianas poderiam ser utilizadas em comunicao. Ento Marconi trabalhou em um equipamento para enviar e receber mensagens de telgrafo atravs do ar e, em pouco tempo, estava transmitindo e recebendo sinais codificados por alguns quilmetros. No ano de 1897, a Rainha Victoria em Osborne House recebeu uma mensagem por rdio, sobre o estado de sade do Prncipe de Gales, que estava se recuperando no Iate real. Ento, Marconi teve patenteado o primeiro sistema prtico de telegrafia sem fio. A primeira aplicao prtica de comunicao sem fio foi em 1898, quando Marconi acompanhou a regata de Kingstown em um bote e enviou os resultados em cdigo para os escritrios do jornais de Dublin. Em 1899, o navio farol The East Goodwin Sands estava perdido em um nevoeiro, e o socorro foi contactado atravs de comunicao por rdio telgrafo. O ano de 1901 foi o grande momento de Marconi, quando ele transmitiu sinais atravs do Oceano Atlntico sem utilizar fios. A transmisso dos sinais foi possvel devido a refrao e reflexo dos sinais em uma camada da ionosfera. Desafiando a crena de todos, Marconi, em 12 de dezembro de 1901, provou que sinais poderiam se propagar seguindo a curvatura do planeta, recebendo em St. John, Newfoundland, sinais transmitidos em Poldhu no sudoeste da Inglaterra. Marconi aumentou o alcance do seu transmissor aterrando um terminal e conectando o outro a uma antena, que foi moldada de forma a guiar os sinais emitidos. Ele, tambm, tornou o sistema sintonizvel, inserindo capacitores e indutores vareveis entre os terminais do transmissor. Assim Marconi conseguiu transmitir e receber sinais a distncias mais longas como de Buenos Aires, Argentina, para Clifden, Irlanda, e, em 1918, ele enviou mensagens da Inglaterra para a Austrlia. Um grande avano na eletrnica ocorreu em 1906, quando o inventor americano Lee De Forest montou o terceiro elemento, a grade, entre o anodo e o catodo de uma vlvula. O Tubo de De Forest's, ou vlvula trodo, foi primeiramente utilizada como detector, mas rapidamente foi descoberto o uso como amplificador e oscilador, amplificando sinais para tornar a transmisso de voz ao vivo possvel e, agregada ao telgrafo sem fio de Marconi, foi produzido o rdio. Em 1915 a telefonia sem fio tornou possvel a comunicao de voz entre Virgnia e Hava e, tambm, entre Virgnia e Paris. Quando a comunicao atravs de ondas longas estava estabelecida, Marconi partiu para transmisso em ondas curtas, focalizando as ondas com o auxlio de um refletor parablico em 1922. Este sistema utilizado em todos os enlaces de rdio telecomunicao. Marconi tambm foi o primeiro a utilizar freqncia ultra alta (UHF) para comunicao de voz atravs de rdio em distncias curtas. A comunicao atravs de ondas de rdio foi desenvolvida por muitos outros pesquisadores/inventores porm, os maiores avanos na rea de rdio para telecomunicaes foram feitos por Guglielmo Marconi.

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Outros acontecimentos importantes na evoluo do rdio: 1925 - As transmisses de rdio ocupam faixas de frequncia no espao eletromagntico. Quando h um grande nmero de transmisses, as ondas hertzianas se misturam no ar, produzindo as chamadas interferncias. Por isso, com o aumento do nmero de emissoras de rdio no mundo na dcada de 20, houve a necessidade de dividir as faixas de frequncia entre os pases e entre as emissoras que neles operam. As faixas de frequncia esto divididas em ondas mdias (a mais usada no mundo inteiro por emissoras nacionais e regionais), ondas curtas (para emisses de longa distncia) e ondas longas. criada a "Unio Internacional de Radiodifuso". 1933 O americano Edwing Armstrong demonstrou o sistema FM, a frequncia modulada (FM) permite uma recepo em alta fidelidade (qualidade tcnica), sem rudo de esttica, mas o alcance pequeno. Apenas com o uso de satlite as emissoras de FM tm meios de melhorar o alcance. 1947 - Os engenheiros eletrnicos norte-americanos John Bardeen Walter Houser Brattain e William Shockley registram a patente do transistor, que substitui as vlvulas radioeltricas nos aparelhos de rdio e televiso. 1958 - A transmisso via satlite inaugurada com o Score I, o primeiro satlite artificial de telecomunicaes. Sua utilizao representa o maior salto tecnolgico da histria da radiodifuso. Com ela, as emissoras podem irradiar seus programas com menos interferncias e para qualquer parte do mundo. As transmisses comerciais iniciam-se sete anos depois, com o lanamento do Intelsat 1, da International Satellite Organization.

2.1

Rdio Ponto a Ponto Analgico

O equipamento de rdio analgico tem esta classificao, justamente porque este tipo de rdio transmite e recebe informaes analgicas como, por exemplo um canal de voz telefnico (300Hz a 3KHz).

Transmissor

0RGXODGRU,QIRUPDR 6LQDO 0RGXODQWH

TDI6GHP9VG69P

Receptor

'HPRGXODGRU,QIRUPDR 6LQDO 'HPRGXODGR

TDI6GHP9VG69P

Acima um diagrama em blocos bsico de um rdio analgico. Para transmitir um sinal analgico, a primeira etapa a modulao (Modulador). O processo de modulao consiste na gerao de uma portadora senoidal em Freqncia Intermediria (FI), normalmente na faixa de Mega Hertz. Esta portadora modulada com o sinal de informao ou sinal modulante. As modulaes mais usuais em rdios analgicas so a Modulao em Freqncia (FM) e Modulao em Fase (PM). O processo de transmisso de um sinal em um rdio analgico finalizado no transmissor onde, o sinal modulado em freqncia intermediria (FI) transladado para Rdio Freqncia (RF), que a faixa em que o rdio opera ento, o sinal modulado em RF amplificado e enviado para a antena. No receptor, o sinal de rdio freqncia transladado da faixa de RF (Giga Hertz) para freqncia intermediria (Mega Hertz), o sinal modulado em FI enviado para o demodulador, que retira a informao atravs do processo de demodulao. O sinal de informao tambm conhecido por sinal de banda base pois, normalmente esta informao tratada em um bloco adicional chamado banda base ou banda bsica.

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2.2

Rdio Ponto a Ponto Digital

No final da dcada de 60, as companhias de telecomunicaes mundiais, resolveram partir para a digitalizao de suas redes como nica maneira racional de atender a crescente demanda de servios, de forma econmica e racional. A criao de centrais telefnicas digitais , provocou o surgimento de famlias de equipamentos de transmisso totalmente novos, como multiplexadores digitais, rdios digitais, fibras ticas, roteadores automticos, etc.

Transmissor

0RGXODGRU,QIRUPDR 6LQDO 0RGXODQWH

TDI6GHP9VG69P

Receptor

'HPRGXODGRU,QIRUPDR 6LQDO 'HPRGXODGR

TDI6GHP9VG69P

A principal caracterstica do rdio digital, a transmisso de informaes ou sinais modulantes digitais, como por exemplo os feixes digitais padro em telecomunicaes, 2Mbit/s, 34Mbit/s, 140Mbit/s e 155Mbit/s. A transmisso de um sinal digital, tal qual a de um sinal analgico, na primeira etapa feita a modulao porm, o modulador digital constitudo de alguns circuitos para o tratamento e codificao do sinal de informao, de modo que o sinal possa ser recuperado corretamente na recepo. O processo de modulao digital, consiste na gerao de uma portadora senoidal, em Freqncia Intermediria (FI), normalmente na faixa de Mega Hertz, esta portadora gerada modulada com o sinal modulante digital. As modulaes mais usuais em rdios digitais so as modulaes chaveadas em amplitude (ASK), em freqncia (FSK) e em fase (PSK), ou ainda a combinao destas modulaes como por exemplo, a modulao em amplitude e quadratura (QAM). O processo de transmisso de um sinal no rdio digital finalizado no transmissor que, primeiramente, translada o sinal modulado em freqncia intermediria (FI) para a faixa de Rdio Freqncia (RF) em que o rdio opera, ento o sinal modulado em RF amplificado e encaminhado para a antena. No receptor, o sinal de rdio freqncia transladado da faixa de RF (Giga Hertz) para freqncia intermediria (Mega Hertz), o sinal modulado em FI enviado para o demodulador, que retira a informao digital atravs do processo de demodulao e decodificao.

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2.2.1 Rdio Tronco e Rdio AcessoA nvel de rdio enlaces digitais, a tendncia seguida para o desenvolvimento de geraes de equipamentos, foi sempre visando atender o binmio - capacidade de transmisso versus competitividade econmica. Paralelo a isto, os rdio enlaces digitais tiveram que se adaptar s bandas de RF j estabelecidas para os equivalentes analgicos. Enlaces de rdio tronco ou a longa distncia, necessitam de equipamentos operando em faixas de freqncia abaixo de 10GHz, estas faixas em muitos pases j esto saturadas, obrigando o desenvolvimento de tcnicas de modulao com menor ocupao de banda e operao de rdios co-canal. Enlaces de rdio acesso ou a curta distncia, geralmente at 30Km, operam com equipamentos em faixas de freqncia acima de 10GHz, o maior problema deste tipo de enlace a atenuao do sinal devido a chuva, que se agrava conforme o aumento da freqncia de operao. Um exemplo prtico de atenuao por chuva pode ser visto na tabela a seguir, que ilustra valores de atenuao conforme a freqncia para um ndice pluviomtrico de 100mm/h, que o ndice mdio de chuvas da regio sul do Brasil. Freqncia 6,0 GHz 8,0 GHz 10,0 GHz 15,0 GHz 23,0 GHz 38,0 GHz Atenuao por chuva 0,7 dB/Km 2,0 dB/Km 3,5 dB/Km 6,5 dB/Km 13,5 dB/Km 24,0 dB/Km

Abaixo algumas caractersticas de alguns rdios Siemens.

Aplicaes Aplicaes

Tronco f =4 a 13 GHz Montagem interna

Acesso / Mvel f=15 a 23 GHz Montagem int./ext.

Mvel / Acesso Montagem interna/externa

SRT1C SRT1C

SRA SRA

f=7 aa38 GHz f=7 38 GHz

SRA L SRA L

f=4,10,26 GHz f=4,10,26 GHz

WALKair WALKair

Alta Capacidade Alta Capacidade nnxxSTM-1 STM-1

Mdia Capacidade Mdia Capacidade 11xxSTM-1 STM-1

Baixa Baixa Capacidade Capacidade nnxx2M 2M

64k ... nnxx2M 64k ... 2M

PMP PMP

Outra diferena bsica entre rdios tronco e acesso, alm da freqncia de operao, o tipo da concepo e montagem dos equipamentos. Os equipamentos de rdio tronco, por trabalharem em faixas de freqncia mais baixa, so montados com todos os componentes dentro da estao, subindo at a antena apenas um guia de onda, conforme a figura a seguir. J os equipamentos de rdio acesso, por trabalharem em freqncias mais altas, so montados em duas partes distintas. Uma parte interna, geralmente chamada de IDU (Indoor Unit), que faz todo o tratamento digital e modulao em freqncia intermediria (FI) do sinal de informao. A outra parte externa, geralmente chamada de ODU (Outdoor Unit) que responsvel pela converso de 12/101 A30808-X5226-D38-2-1918 UD8017

freqncia do sinal de, FI RF na transmisso, e RF FI na recepo. Abaixo um exemplo da montagem de um rdio acesso, este tipo de montagem necessrio pois, dependendo da faixa de freqncia em que o rdio opera as perdas em guia de onda podem chegar a 3dB/m.

Montagem Rdio Tronco*XLD GH 2QGD

$QWHQD 3DUDEyOLFD

5iGLR 7URQFR

Montagem Rdio AcessoOutdoor Unit Cabo de FI

Indoor Unit

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2.2.2 Rdio Digital x Fibra pticaA nvel mundial hoje, a situao das redes de transmisso encontra-se em uma crescente competio entre os meios que usam rdio digitais e os meios que usam fibra tica. Devido ao fato que a fibra tica imune s caractersticas de interferncias do meio de propagao, tida como a soluo definitiva para se estabelecer a ligao entre dois pontos. Um outro fator positivo para as fibras que a quantidade de canais que ela pode carregar praticamente ilimitada, enquanto que os rdio digitais esto limitados em funo da banda disponvel. Por outro lado, as ligaes via rdio apresentam vantagens no somente no caso de regies no desenvolvidas e inacessveis, como tambm no estabelecimento de forma rpida de uma rede flexvel e adaptada s condies topogrficas e organizacionais. Muitas vezes o rdio enlace aparece como nica soluo adequada, especialmente nos casos de regies densamente povoadas, onde o lanamento de cabos enfrenta dificuldades quase que insuperveis de direitos de propriedade e licenas de trajeto. Nestas circunstncias, a sempre crescente demanda de capacidade de transmisso nas redes de telecomunicaes apresenta-se como um especial desafio para a tcnica de rdio enlaces. O futuro desta tcnica nas redes de transmisso ser marcadamente positivo, caso se atinjam dois objetivos: em primeiro lugar, garantir a economicidade desses sistemas em comparao queles de transmisso via cabo (vale, de modo particular, para os custos de manuteno da qualidade de transmisso exigida para os sistemas com elevada eficincia espectral). Em segundo lugar, promover a capacidade de transmisso requerida atravs de um elevado aproveitamento das bandas de frequncias existentes, alm claro da utilizao de novas faixas de frequncias acima de 11 GHz. Cobre Custo Mensal 45Mbps,

F.0,45Mbp Rdio 2GHz

Rdio 11GHz

F.0560Mbp

km No grfico acima est representado a relao custo x distncia para o trfego de um feixe digital de 45Mbit/s. Observar que conforme a distncia aumenta, a fibra e o rdio tornam-se mais vantajosos, devendo ser observados tambm a facilidade da implementao do trfego por fibra ou rdio. Uma vez atingidos estes objetivos, o que se espera a nvel mundial, um aproveitamento racional desses dois meios de transmisso, no sentido de que a relao custo - benefcio, seja adequadamente utilizada com vistas a se obter redes flexveis e funcionais. A idia no competir, mas somar esforos concentrados, para atender a nvel de transmisso o alvo de uma rede mundial digitalizada de servios integrados (RDSI). Um primeiro esforo neste sentido j foi alcanado com a criao a nvel mundial da hierarquia digital sncrona (SDH), onde as trs principais hierarquias plesicronas de transmisso hoje existentes (europeia, japonesa e americana), encontram agora um meio nico de transmisso atravs das estruturas STM (mdulo de transporte sncrono)

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2.3

Satlite

A comunicao por satlite possvel fixando-o em rbita geoestacionria, aproximadamente a 36000km de altitude, de modo que o tempo de translao do satlite seja de 24 horas, coincidindo com o tempo de rotao da terra. Deste modo, antenas alinhadas com o satlite, podem transmitir e receber sinais para o satlite que est em uma posio fixa. A distncia de um enlace de rdio por satlite pode chegar a 15000Km entre as estaes rastreadoras. As faixas de freqncia de satlites so trs: C (4 a 8Ghz) utilizada em telecomunicaes e TV X (12,5 a 18GHz) de uso militar Ku (12,5 a 18GHz) utilizada por TVs por assinatura A comunicao por satlite utiliza vrios tipos de modulao como, FM (Modulao em Freqncia), QPSK (Modulao por Chaveamento em Quadratura) e TCM (Modulao por Codificao em Trelia). Tambm so utilizadas tecnologias de mtiplo acesso como TDMA (Acesso Mtiplo por Diviso de Tempo) e FDMA (Acesso Mtiplo por Diviso de Freqncia). As potncia tpicas nas comunicaes por satlite esto entre 100W e 200W incluindo o ganho da antena .

36015000km

00k m

m 00k 360

Os sinais so enviados para o satlite em um canal de freqncia especfico. Estes sinais so embaralhados e/ou criptografados, para proteo contra recepo pirata. O satlite recebe os sinais retransmitindo-os de volta para a terra, aps converter os sinais para outro canal que possa ser recebido na antena da estao receptora em terra. As aplicaes mais comuns dos Satlites so em telecomunicaes e TV. Outra aplicao de satlites o GPS (Global Positioning System), um sistema de navegao por satlite desenvolvido e mantido pelo governo dos Estados Unidos. Formado por 24 satlites que esto em 6 rbitas diferentes, com 4 satlites em cada rbita. Os satlites percorrem a rbita em torno da Terra a cada 12 horas, a uma altitude de aproximadamente 10.900 milhas nuticas, cada satlite tm 28 graus de visualizao sobre a Terra e esto inclinados 55 graus em relao linha do Equador. Vrios pontos da Terra por alguns momentos, so visualizados por 6 a 10 satlites focalizando a mesma rea. Isto fornece redundncia, desde que apenas 4 satlites so requeridos para uma determinao tridimensional de posio. Sinais de rdio so enviados pelos satlites que esto em rbita, receptores GPS convertem os vrios sinais de rdio em posio, velocidade, e hora.

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2.4

Rdios Ponto-Multi-Ponto

Central TelefnicaRede Telefnica Internet Cabeada Backbone Pblica/Particular Backbone Pblica/Particular Fibra ou Rdio

Grandes Empresas

Ponto-MultipontoPrdios

Estao Rdio Base

Pequenas Empresas

Residncias

AssinantesOs sistemas de rdio Ponto-Multiponto (PMP) so utilizados para prover acesso rpido a rede de telecomunicaes, pblica ou privada, particularmente para clientes distantes e/ou que tm urgncia para adquirir o servio. Rdio a maneira ideal de se obter comunicao com custo baixo e, no caso de cidades, praticamente sem a limitao de distncia ou problemas de topologia. Alm disso, as instalaes so simples, facilitando a instalao e manuteno dos sistemas. Atravs dos sistemas PMP, so oferecidos todos os servios de acesso, como voz a 2-fios, dados, etc. A faixa de freqncia de 3 GHz utilizada para o acesso a locais mais distantes como assinantes da rea rural ou periferia da cidade. As faixas acima de 10GHz, podem ser utilizadas para clientes urbanos. As principais caractersticas de um sistema PMP so: - utilizao eficiente do espectro de rdio; - concentrao; - transparncia. Concentrao significa que N assinantes podem compartilhar n canais de rdio (N > n), permitindo uma otimizao na utilizao dos canais de freqncia disponveis e diminuindo o custo dos equipamentos. O termo "multi-accesso" deve-se ao fato de que cada assinante pode acessar qualquer canal disponvel pelo sistema PMP, ao contrrio dos sistemas fixos em que cada assinante tem seu prprio canal. Quando uma chamada inicializada, um dos canais disponveis ocupado, sendo liberado quando a chamada finalizada. Transparncia significa que a comunicao de voz ou dados efetuada sem limitaes por parte do enlace de rdio. O equipamento Siemens que atende as caractersticas do sistema PMP o Walk Air, que utiliza as tecnologias TDMA (Acesso Mltiplo por Diviso do Tempo) e FDMA (Acesso Mltiplo por Diviso de Freqncia), nas bandas de freqncia de 3GHz, 10GHz e 26GHz, para fornecer acesso de voz ou dados a mltiplos assinantes.

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2.5

Celular - GSM

Assinante Mvel

Estao Base

Assinante Mvel

O objetivo de um sistema celular prover uma rede mvel pblica terrestre, estabelecida e operada por operadoras licenciadas, que fornea servios de comunicao mvel para o pblico. No incio da dcada de 1980, os sistemas celulares analgicos cresceram muito na Europa e, cada pas possua seu prprio sistema, que eram incompatveis entre si. Este fato limitava a operao dos celulares ao uso nacional ento, em 1982, a Conference of European Posts and Telegraphs (CEPT) formou um grupo de estudos nomeado Groupe Spcial Mobile (GSM) para estudar e desenvolver um padro de comunicao mvel. O sistema proposto teria que seguir os seguintes critrios: qualidade de voz baixos custos suportar roaming internacional suportar novos servios e facilidades eficincia na ocupao do espectro de freqncia compatibilidade com a RDSI (Rede Digital de Servios Integrados) Em 1989, o projeto GSM foi transferido para a European Telecommunication Standards Institute (ETSI), e a fase I das especificaes GSM foi publicada em 1990. O servio a nvel comercial comeou em 1991, e em 1993 existiam 36 redes GSM em 22 pases. Apesar de ser um padro Europeu, o GSM no utilizado somente na Europa, existem mais de 200 redes GSM em operao em 110 pases em todos os continentes, tornando um sistema global de comunicao mvel. O sistema de telefonia celular GSM (Global System for Mobile Communications) formado basicamente por: BSS (Base Station System): realiza todas as conexes de canais de trfego, contm todo o equipamento de transmisso e de recepo de RF, incluindo as antenas, realizando tambm todo o processamento da sinalizao da interface de rdio. MSC (Mobile Services Switching Center) responsvel pelo estabelecimento das conexes de trfego : para BSS, para outra MSC, para outras redes (Ex. : rede fixa).

Rede FixaBSS BSS

MSC

MSC

BSS

BSS

MSC BSS MSC BSS

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Uma rdio clula a menor rea de servio em uma rede mvel terrestre. Uma clula consiste de uma estao base transmitindo sobre uma pequena rea geogrfica, representada por um hexgono. Toda a rea da rede mvel celular coberta atravs de um grande nmero de rdio clulas. O tamanho de uma clula de at 8 km de raio, na faixa de freqncia de 1,8GHz. Atravs da diviso do sistema em clulas pode-se ter vrios transmissores operando com potncias menores e na mesma freqncia, desde que observada a distncia mnima para que uma clula no interfira na outra.

Clula, Rdio Clula

A comunicao entre a estao base (BTS) e o telefone celular (Mobile Station) feita atravs de um enlace de rdio na faixa de 1,8GHz (Brasil) com largura de banda de 200KHz por portadora. Cada portadora permite o uso de oito canais TDMA (Time Division Multiple Access). Como em qualquer sistema mvel o enlace estao basecelular ocupa um canal que mantido somente durante uma chamada, sendo desfeito ao fim da mesma. A modulao utilizada na comunicao estao basecelular a Gaussian-filtered Minimum Shift Keying (GMSK). Esta modulao utilizada devido ao compromisso entre eficincia espectral, complexidade do transmissor e emisso limitada de sinais esprios.

Uplink DownlinkBTS

Mobile Station

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3

Diagrama em Blocos Rdio Digital

A figura na prxima pgina apresenta o diagrama em blocos genrico de um rdio digital utilizado para telecomunicaes. Em aparncia esquemtica, pouco difere do sistema analgico, inclusive o sistema digital ocupa as mesmas freqncias de RF do sistema analgico, assim como as larguras de banda dos canais de RF como j visto. Observando o diagrama em blocos do rdio digital na prxima pgina, existe a diviso, por linhas tracejadas, em quatro grandes blocos: a) BANDA BASE: onde ocorre a maior parte do processamento digital do sinal de informao, visando a adequao da comunicao rdio multiplex b) MODEM: modulador/demodulador, onde o sinal digital (modulante) modula/demodula uma portadora senoidal para ser transmitido atravs do enlace de rdio c) TRANSCEPTOR: transmissor/receptor, seo de RF (Rdio Freqncia) do rdio, adapta o sinal enviado/recebido para a antena d) DERIVAO: tambm chamado de Branching, conjunto de filtros e circuladores que interligam o transceptor a antena As funes de cada bloco e, consequentemente do rdio digital, sero vistas nos itens subsequentes.

3.1

Interface Tributrio

O que caracteriza um rdio digital o fato deste tipo de equipamento transmitir feixes digitais de informao, em telecomunicaes estes sinais digitais padronizados para o Brasil so: feixes PDH ou, Hierarquia Digital Plesicrona: 2Mbit/s, 34Mbit/s, 140Mbit/s feixe fundamental SDH ou, Hierarquia Digital Sncrona: STM 1 ou 155Mbit/s A funo bsica da unidade interface tributrio a comunicao com o multiplex externo. Nesta comunicao rdio multiplex, a placa interface tributrio, responsvel pela adaptao do sinal tributrio, que a informao DIGITAL que o rdio trafega. As principais funes da placa interface de tributrio, de acordo com tipo de sinal (PDH ou SDH) so: casamento de impedncia dos sinais eltricos (75120) decodificao/codificao ou regenerao dos cdigos de sinais tributrios eltricos(HDB3 para sinais PDH de 2Mbit/s e 34Mbit/s e CMI para sinal PDH de 140Mbit/s e sinal SDH de 155Mbit/s) proteo contra sobrecargas no circuito rdio multiplex derivao do sinal tributrio no caso de configuraes protegidas para o caso de placas de interface de tributrio pticas, a unidade faz a converso de sinal externo ptico sinal interno eltrico recuperao de sincronismo do sinal de tributrio, principalmente em rdios SDH que necessitam de fontes de relgio recuperados de sinal SDH (T1) somente em rdios SDH, extrao/insero do SOH (Cabealho de Seo)

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20/101 TRANSMISSOINTERFACE TRIBUTRIO MUX INSERO SERVIOS EMBARALHADOR CODIFICADOR MODULADOR FI CONVERSOR FI RF AMPLIFICADOR POTNCIA RF FILTRO TX

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OSCILADOR LOCAL

DERIVAO

BANDA BASE

MODEM

TRANSCEPTOR

DEMUX

EXTRAO SERVIOS

DESEMBARALHADOR DECODIFI-

DEMODULADOR FI

CONVERSOR RF FI

PRAMPLIFICADOR RF

FILTRO RX

OSCILADOR LOCAL

RECEPO

3.2

Multiplex/Demultiplex

A tcnica de multiplexao/demultiplexao utilizada para agrupar vrios feixes digitais de taxas inferiores em um feixe digital com uma taxa maior, permitindo que este feixe multiplexado possa ser transmitido para outra estao por um nico canal de rdio freqncia. Na seo de transmisso o Multiplex (MUX) responsvel por multiplexar os feixes digitais de entrada. Por exemplo, o rdio recebe 4 feixes digitais de 2Mbit/s na sua interface de tributrio e o multiplex forma um quadro de 8Mbit/s, para que este feixe possa ser transmitido para a outra estao. Na seo de recepo o Demultiplex (DEMUX) faz o trabalho inverso do multiplex, ou seja, recebe um feixe digital e demultiplexa em vrios feixes de menor taxa. Como no exemplo anterior, o Demultiplex recebe um feixe de 8Mbit/s que desmembrado em 4 feixes de 2Mbit/s. Os blocos MUX/DEMUX so mais comuns em rdios de baixa capacidade, que trabalham com tributrios de de 2Mbit/s.

tributrio 1 (2 Mbit/s) tributrio 2 (2 Mbit/s) tributrio 3 (2 Mbit/s) tributrio 4 (2 Mbit/s)

2 MUX TX (8 Mbit/s) 8 2 DEMUX RX (8 Mbit/s) 8

tributrio 1 (2 Mbit/s) tributrio 2 (2 Mbit/s) tributrio 3 (2 Mbit/s) tributrio 4 (2 Mbit/s)

3.3

Insero/Extrao de Servios

Os blocos de Insero e Extrao de servios, inserem/retiram no feixe digital multiplexado informaes, bits e bytes proprietrias do rdio. Estas informaes proprietrias so necessrias para a operao correta dos rdios em um enlace. Alguns exemplos de informaes agregadas por um rdio digital: palavra de alinhamento de quadro, utilizada para sincronizar os rdios canais de servio de voz e dados informaes de taxa de erro alarmes remotos identificao de enlace (Hop Trace ou Link ID) telegrama de proteo, para comutao em configurao protegida Aps serem inseridas as informaes do rdio no feixe digital multiplexado, este sinal passa a ser chamado de feixe digital agregado, que no um sinal padronizado, ou seja, cada modelo de rdio possui o prprio feixe digital agregado, o que impossibilita a utilizao de modelos de rdio diferentes em um enlace. Observa-se tambm, que o feixe digital agregado transmitido pelo rdio tem uma taxa de transmisso superior s taxas de transmisso padronizadas. O prximos itens so exemplos de quadro agregado para dois modelos de rdio Siemens.

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3.3.1 Quadro Digital PDHRdios digitais que transmitem sinais PDH geram os feixes multiplexados, ou recebem o feixe PDH j multiplexado, de uma maneira ou outra, o rdio acrescenta alguns bytes informao multiplexada padro, formando o feixe proprietrio do rdio. Abaixo um exemplo de um feixe digital agregado do rdio digital SRA L (Sistema de Rdio Acesso de Baixa Capacidade).

SW2 BYTES

B146 BYTES

ID1 BYTE

B246 BYTES

P1 BYTE

B346 BYTES

FEC10 BYTES

125s - 152 BYTESO feixe acima formado por um rdio SRA L com capacidade de transmisso de 4x2Mbit/s, ou seja, o rdio recebe quatro feixes PDH de 2Mbit/s multiplexa estes feixes e agrega bytes padro do sistema SRA L. Os bytes do feixe agregado acima so definidos como: Bytes SW: dois bytes que servem como palavra de alinhamento de quadro do rdio Bytes B1: 44 bytes de informao multiplexada mais 2 bytes reservados Byte ID: identificao do sinal digital no enlace de RF. Evita recepo do sinal por outro sistema em freqncia prxima ou idntica Bytes B2: 44 bytes de informao multiplexada mais 2 bytes reservados Byte P: alarmes, como FERF (Falha de Recepo Remota) e FEBE (Recepo Remota com Erros) Bytes B3: 44 bytes de informao multiplexada mais 2 bytes reservados FEC: 10 bytes utilizados pelos circuitos FEC (Corretor de Erros para Frente) Observar que o total de bytes de informao 3x44=132bytes, que so suficientes para a transmisso dos triburrios de entrada j que, um feixe de 2Mbit/s possui 32 bytes e, consequentemente, os quatro feixes de entrada totalizam 4x32=128bytes.

3.3.2 Quadro Digital SDHA estrutura bsica do quadro STM 1 composta por 9 x 270 bytes, divididos em duas partes. Os 9 primeiros bytes das linhas 1 a 3 e 5 a 9, contm informaes adicionais chamadas section overhead (SOH). Os 261 bytes restantes contm as informaes teis (payload), que so inseridas no quadro sincronizadamente atravs do pointer (PTR), cujas informaes esto contidas nos 9 primeiros bytes da quarta linha. A capacidade de transmisso do quadro do STM 1 de 155.520 kbit/s com tempo de durao de 125s, o quadro STM tem ento uma velocidade de 8 kHz, que corresponde velocidade de transmisso de um byte de um canal de 64 kbit/s. Isto , cada byte de um canal de 64 kbit/s transportado por um quadro STM 1.

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Section overhead (SOH)Os bytes de overhead contm informaes adicionais tais como: alinhamento de quadro, informao para manuteno, funo para monitorao de desempenho e outras funes operacionais. Esta capacidade adicional foi projetada de tal forma que as futuras redes de gerenciamento de telecomunicaes (TMN), possam utiliz-la para o controle e monitorao das mesmas. O SOH est dividido em duas partes. As informaes contidas nas trs primeiras linhas, constituem o RSOH (Regenerator Section Overhead), que so informaes possveis de serem retiradas e reinseridas em um regenerador (assim como em um multiplexador); e, as cinco ltimas linhas que constituem o MSOH (Multiplex Section Overhead) s disponveis na seo de multiplex, onde o STM-1 desmontado. A definio e funo de cada tem do SOH a seguinte:

A1 A1 A1 A2 A2 A2Bytes de alinhamento de quadro. Este conjunto de bytes repete-se uma vez a cada quadro STM-1.

B1Corresponde a um cdigo de 8 bits, gerado na transmisso, cuja funo monitorar erros na seo de regenerao. O cdigo empregado denominado 'Bit Interleaved Parity 8 (BIP 8)' Para tanto o quadro STM anterior, depois do processo de embaralhamento, dividido em sequncias de 8 bits, numerados de 1 a 8. O primeiro bit do cdigo BIP 8 torna par a paridade sobre todos os bits 1 de todas as sequncias de 8 bits. O segundo bit do cdigo BIP 8 torna par a paridade sobre todos os bits 2 de todas as sequncias de 8 bits, e assim sucessivamente at o ltimo bit do cdigo BIP 8. O cdigo BIP 8 assim obtido colocado no byte B1 do quadro atual antes do embaralhamento.

B2 B2 B2Os bytes B2 correspondem a um cdigo de 24 bits, gerados na transmisso, cuja funo monitorar erros na seo de multiplex. O cdigo empregado denominado 'Bit Interleaved Parity 24'. Para tanto com exceo das 3 primeiras linhas do SOH, o quadro STM anterior, antes do embaralhamento, dividido em sequncias de 24 bits. O primeiro bit do cdigo BIP 24, torna par a paridade sobre todos os bits 1 de todas as sequncias de 24 bits, e assim sucessivamente at o ltimo bit do cdigo. O cdigo BIP 24 assim obtido colocado nos bytes B2 do quadro atual, antes do embaralhamento.

J0"Trace" da seo de regenerao - Byte a ser configurado entre 2 sees de regenerao, como se fosse uma palavra de alinhamento de quadro configurvel. Sua configurao deve ser exatamente igual nas 2 estaes consideradas.

D1 - D3Canal de comunicao de dados DCC (Data Communication Channel). Est definido um canal de comunicao de dados de 192 kbit/s, utilizando-se os bytes D1, D2 e D3, para comunicao dentro da seo de regenerao. Utilizado pela gerncia.

D4-D12Canal de comunicao de dados DCC (Data Communication Channel).Est definido um canal de 576 kbits, utilizando-se os bytes D4 a D12, para comunicao dentro de uma seo de multiplex. Utilizado pela gerncia.

E1, E2Dois canais de servio de 64 kbit/s usados para comunicao entre o pessoal de manuteno das estaes. Assim o byte E1 usado para comunicao entre estaes de regenerao, enquanto o E2 entre as sees de multiplex

K1 K2Bytes reservados para comunicao entre os equipamentos de comutao de uma seo protegida. O byte K2 tambm possibilita o envio do alarme remoto (MS-FERF) e o reconhecimento de MS-AIS recebido.

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F1Canal de 64 kb/s reservado para o usurio.

Z1 Z1 Z2 Z2Bytes sem funo definida ainda.

S1Usado para transmisso de mensagens de sincronismo. Assim, o receptor remoto poder saber se a qualidade do relgio recebido melhor do que a do relgio local, por exemplo, e assim, pode-se escolher automaticamente o relgio de melhor qualidade.

M1Indicao de erros remotos na seo de multiplexao. Em um sinal STM-N este byte transporta a contagem (0 a N) dos blocos errados detectados pelos bytes B2.

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Bytes do Rdio DigitalDe acordo com o modelo de rdio digital, algumas informaes padro do rdio so inseridas nos bytes no utilizados do SOH. Por exemplo, para o rdio SRT 1C (Sistema de Rdio Tronco STM 1 Compacto): byte da segunda linha e segunda coluna do SOH: trfego de dados de ATPC, que o controle automtico da potncia de transmisso, e FAST BER, que a informao de taxa de erro atravs de repetidoras byte da segunda linha e terceira coluna do SOH: trfego de dados SCS, que o telegrama de proteo ou informaes para comutao em caso de falhas na recepo bytes identificados como WS: possibilitam o way side traffic ou trfego de um sinal adicional de 2Mbit/s atravs do SOH

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3.4

Embaralhador/Desembaralhador

Os circuitos embaralhador e desembaralhador tem como finalidade eliminar as seqncias repetitivas de bits 1 e bits0, de modo que o sinal digital fique com uma distribuio pseudo-aleatria de bits. O embaralhamento visa uma distribuio uniforme de potncia no espectro do canal de RF transmitido, como exigido pelas normas de comunicao. Uma vez que um sinal digital tem uma variao constante de seus bits, o sinal modulado ter componentes de potncia distribudas em toda a banda de transmisso, o que evita o surgimento de raias de alta potncia que poderiam causar interferncia e deformao nos canais de RF. Outro objetivo do embaralhador eliminar as longas seqncias de bits 0 e/ou 1, que poderiam causar falhas na recuperao da fase e freqncia do sinal na recepo, que acarretaria erros na demodulao. A seguir exemplos dos circuitos embaralhador e desembaralhador.

entrada

5

sinal 5 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1

6

sada

sinal 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 sinal 2 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 sinal 3 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 sinal 4 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1

1 1 bitdelay

4 3

2

1 bit delay 1 bit delay

sinal 6 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0

Desembaralhador

entrada

6

sinal 6 1

0 1 1 1 0 0

1 0 1 1 0 1

0 1 0 1 1 1

1 0 1 0 1 0

1 1 0 1 1 0

1 1 1 0 1 0

1 1 1 1 0 1

1 1 1 1 0 1

1 1 1 1 0 1

0 1 1 1 0 0

1 0 1 1 0 1

1 1 0 1 1 0

0 1 1 0 1 1

5 sada

sinal 1 1 sinal 2 1

1 delay1 bit delay 1 bit delay

1 bit

2 3

sinal 3 1

4

sinal 4 0 sinal 5 1

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3.5

Codificador Diferencial

A codificao diferencial feita antes da modulao e aps a demodulao, objetivando a correta demodulao do sinal, mesmo se ocorrer o fenmeno conhecido com ambigidade de fase. Ambigidade de fase um erro na recuperao da portadora no demodulador, que provoca uma inverso de 180 na portadora, que, por sua vez, causa uma inverso nos bits demodulados (bits 0 so recebidos como 1 e vice-versa). Na realidade a codificao diferencial relaciona o sinal modulado s variaes de fase e no a valores absolutos de fase, desta maneira a defasagem entre os sinais subseqentes recebidos que interessa, e no qual o valor absoluto da fase destes dois sinais.

Portadora Recebida

Portadora Recuperada

Instante de AmostragemObservando a figura acima a ambigidade de fase, que ocorre no momento em que o circuito que recupera a portadora confunde a fase e gera uma portadora recuperada com 180 de defasagem em relao a portadora recebida. Abaixo exemplos de circuitos codificador e decodificador diferencial, observar que no importa qual a fase da portadora, os bits so recuperados corretamente. No caso de uma inverso total de fase, o primeiro bit ser recuperado errado, mas os demais sero corretamente decodificados.

Codificador Diferencial entrada A sada C B

Decodificador Diferencial entrada

Modulador

Demodulador

A

C

sada

B1 bit delay 1 bit delay

A Transmisso B C A Recepo s/ inverso B C A Recepo c/ inverso B C

1 0 1 1 0 1 0 0 0

0 1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 0 0 1 1 1 0 1

1 0 1 1 0 1 0 1 1

0 1 1 1 1 0 0 0 0

0 1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 0 0 1 1 1 0 1

1 0 1 1 0 1 0 1 1

1 1 0 0 1 1 1 0 1

0 0 0 0 0 0 1 1 0

1 0 1 1 0 1 0 1 1

0 1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 0 0 1 1 1 0 1

0 0 0 0 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0 0 1 1 0

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3.6

Modulador

O processo de modulao possibilita que uma informao seja transmitida em um canal com uma banda de freqncia limitada e de maneira que esta informao possa ser recuperada sem erros no demodulador. A modulao tambm utilizada para alocar o sinal de informao em uma faixa de freqncia em que a transmisso atravs de antenas tenha maior efetividade pois, o ganho de potncia em antenas diretamente proporcional a freqncia do sinal transmitido/recebido.

FILTRO

MODULADOR DIGITAL

FILTRO

OSCILADOR LOCAL FI (MHz)

O diagrama acima apresenta um modulador digital bsico, cuja funo, converter o sinal digital na entrada em um sinal modulado em Freqncia Intermediria. Antes de passar pelo processo de modulao, o sinal digital deve ser submetido a um filtro passa baixa denominado filtro de Nyquist, utilizado para limitar a freqncia do sinal digital de modo que no ocorram interferncias entre os bits no processo de transmisso (interferncia intersimblica). Aps a filtragem de entrada o sinal passa para o circuito modulador, que utiliza uma portadora senoidal, gerada em um oscilador de FI, para modular o sinal digital de entrada. A modulao feita em FI na faixa de Mega Hertz devido a dificuldade de gerao e controle do processo de modulao diretamente na faixa de Rdio Freqncia (RF), este procedimento simplifica a construo e implementao dos circuitos e filtros. O estgio de sada do modulador conectado a um filtro passa-faixa que limita a banda do sinal modulado, evitando interferncias em sistemas de rdio que trabalham em freqncias prximas.

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3.7

Demodulador

O demodulador, recebe o sinal modulado em FI do qual extrai o sinal de informao digital. O sinal modulado submetido a um filtro passa-faixa, que diminui a interferncia de rudos em freqncia prximas a faixa de FI utilizada. Aps a filtragem, o sinal senoidal modulado em FI entra no demodulador que, atravs da portadora recuperada, extrai o sinal digital. O filtro passa baixa de sada elimina os rudos gerados no processo de demodulao.

FILTRO

DEMODULADOR DIGITAL

FILTRO

Controle de Fase

RECUPERAO PORTADORA Deve-se prestar especial ateno na recuperao da portadora utilizada na demodulao pois, em rdio digital as modulaes envolvem relao de fase do sinal. Se a portadora no recuperada com suficiente preciso de freqncia e fase, o sinal digital demodulado ter uma alta taxa de bits errados. O processo de recuperao de freqncia e fase da portadora no demodulador baseado em um circuito VCO (Oscilador Controlado por Tenso) e em um circuito PLL (Circuito Fechado de Fase).

Freqncia de Entrada Controle de Fase

FILTRO COMPARADOR DE FASE

Freqncia de Sada p/ Demodulador

Tenso de Controle de Fase

VCO RECUPERAO DE PORTADORA

Com uma amostra do sinal de entrada e outra amostra do sinal gerado no demodulador pelo VCO, o circuito comparador de fase gera um sinal proporcional a diferena de fase entre estes sinais. O sinal produto do comparador filtrado de forma a gerar uma tenso contnua, tambm proporcional a diferena de fase entre o sinal recebido e o sinal gerado no VCO. A tenso contnua aplicada ao circuito VCO que varia a freqncia da portadora gerada conforme o nvel da tenso de controle. Desta maneira, estabelecido um anel fechado por fase e a portadora gerada no demodulador segue as variaes da portadora gerada no modulador remoto. Os sistemas de transmisso que utilizam este processo de recuperao de freqncia e fase da portadora conhecido como Sistema Coerente, j que a portadora de recepo local sincronizada em freqncia e coerente em fase com a portadora de transmisso remota.

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3.8

Transmissor

FI

CONVERSOR FIRF

RF

AMPLIFICADOR POTNCIA RF

FILTRO

Oscilador LocalA figura acima ilustra os blocos bsicos de um transmissor utilizado em rdio digital, as funes do transmissor so converter o sinal modulado em freqncia intermediria para um sinal modulado em rdio freqncia e, em seguida, amplificar o sinal de RF para que este sinal seja transmitido atravs de uma antena parablica. O circuito conversor de FIRF, tambm conhecido como misturador, utiliza uma portadora senoidal sintetizada na faixa de rdio freqncia em que o rdio transmite e, atravs do processo de batimento de freqncia, converte o sinal modulado em FI (Mega Hertz) para sinal modulado em RF (Giga Hertz). Em alguns rdios a converso de freqncia feita em duas etapas, ou seja, existem dois conversores e dois osciladores locais, este procedimento pode ser adotado para a reduo dos fatores de qualidade exigidos na converso e filtragem dos sinais. O oscilador local gera a portadora senoidal na freqncia que determina, aps a converso de FIRF, o canal de RF em que o rdio transmite. Normalmente os circuitos utilizados para sintetizar sinais senoidais de rdio freqncia so circuitos baseados em DRO (Oscilador de Cavidade Ressonante). A cavidade ressonante nada mais do que um pequeno recipiente de metal condutivo que aprisiona uma onda em seu interior e, de acordo com as dimenses da cavidade e da freqncia do sinal excitante, gera um sinal senoidal estvel em alta freqncia. O amplificador de potncia de RF eleva o nvel do sinal convertido para algo em torno de 25dBm para rdios digitais. Estes circuitos so tipicamente formados por trs estgios de amplificadores a GasFET em cascata. O filtro de sada adequa o espectro do sinal de RF de forma que a banda de freqncia esteja de acordo com a norma de canalizao para o rdio.

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3.9

Receptor

FILTRO

FI

CONVERSOR RFFI

RF

PR AMPLIFICADOR RF

FILTRO

Oscilador LocalO bloco receptor responsvel pela amplificao do sinal em RF para um nvel padro e, tambm pela converso do sinal de RF para FI. O filtro na entrada de RF do receptor necessrio para que os sinais de canais interferentes no provoquem erros na converso de freqncia feita no receptor. O circuito pr-amplificador de entrada, tambm conhecido com circuito automtico de ganho (CAG), responsvel pela amplificao do sinal de RF de recepo, que normalmente chega ao receptor em nveis prximos a 50dBm. Este circuito opera de maneira que, se o sinal de recepo est dentro do limite de deteco do CAG, na sada do pr-amplificador mantido um nvel constante de potncia, de modo que no ocorram variaes de potncia no circuito conversor de RF para FI. A converso RFFI, feita no, j conhecido, misturador, que utiliza uma portadora senoidal sintetizada na faixa de rdio freqncia em que o rdio recebe e, atravs do processo de batimento de freqncia, converte o sinal modulado em RF (Giga Hertz) para sinal modulado em FI (Mega Hertz). Em alguns rdios a converso de freqncia feita em duas etapas, ou seja, existem dois conversores e dois osciladores locais, este procedimento pode ser adotado para a reduo dos fatores de qualidade exigidos na converso e filtragem dos sinais. O oscilador local gera a portadora senoidal na freqncia que determina, a partir do canal de RF em que o rdio recebe, a correta converso do sinal para a FI utilizada no demodulador. Normalmente os circuitos utilizados para sintetizar sinais senoidais de rdio freqncia so circuitos baseados em DRO (Oscilador de Cavidade Ressonante). O filtro de sada do receptor elimina os rudos interferentes produzidos na converso de RF para FI.

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3.10

Derivao

A derivao de RF, ou Branching, ou ainda, diplexador, tem como finalidade, impedir que os sinais gerados no transmissor atingam o receptor, provocando interferncias. A isolao dos sinais de transmisso e recepo que so conectados a antena, feita atravs da correta configurao de filtros passa-faixa e circuladores. Uma das possveis configuraes mostrada na figura.FILTRO Tx

FILTRO Rx

Os filtros passa-faixa geram uma atenuao em torno de 40dB nos sinais com freqncias fora da banda de passagem. Os filtros utilizados em derivaes de RF, so do tipo guia de onda, e tem o corte de freqncia ajustado em laboratrio. A principal caractersticas destes filtros o alto fator de qualidade/seletividade. O circulador um componente passivo construdo de ferrite magnetizada, constituindo um acoplador direcional de RF. O campo eletromagntico dos sinais no interior do circulador direcionam a propagao de acordo com o sentido da seta desenhada no componente. Atravs de derivao de RF possvel o acoplamento de sinais em vrias freqncias a uma mesma antena, conforme a figura a seguir. Os conjuntos circulador/filtro passa faixa, encaminham todos os sinais para os respectivos destinos. Por exemplo, o sinal do transmissor 1 circulado e refletido pelos filtros dos outros transmissores, at atingir a antena. Da mesma maneira, o sinal do receptor 8 circula e reflete em todos os conjuntos circulador/filtro at chegar ao filtro que est sintonizado na sua faixa de freqncia.

Rx1

Rx2

Rx3

Rx4

Rx5

Rx6

Rx7

Rx8

Tx8

Tx7

Tx6

Tx5

Tx4

Tx3

Tx2

Tx1

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Conceitos Rdio Digital

4.1

Potncia Tx/Rx

As potncias de sinais so normalmente expressas em Watt. Para que a informao transportada seja extrada corretamente pelo receptor, necessrio que a potncia de recepo do sinal seja superior a um valor mnimo, denominado limiar de recepo. A potncia de recepo em geral inferior potncia de emisso, isto , o meio fsico atravs do qual o sinal eletromagntico se propaga tem perdas, provocando uma atenuao na potncia do sinal. As perdas e ganhos de potncia expressam-se geralmente em decibeis. O decibel uma unidade logartmica usada para medir relaes entre duas grandezas do mesmo tipo, neste caso, para medir ganhos (amplificao) e perdas (atenuao) de potncia. Supondo uma potncia de emisso PE e uma potncia de recepo PR, ento a atenuao ser:

P G (dB) = 10 log 10 R P E

com PE maior que PR, obtm-se um valor negativo, indicando que se trata de uma atenuao. A atenuao uma caracterstica do meio de transmisso, mas deve ser sempre especificada para um dado valor de freqncia de sinal podendo nestes casos ser especificada por unidade de distncia. No caso de rdio transmisso, as potncias de transmisso e recepo so especificadas em dBm, que -3 nada mais do que o valor da potncia em Watt em relao ao valor padronizado de 1x10 Watt ou 1mW. Transportando a definio para a frmula:

P G (dBm) = 10 log 10 3 1 10 Desta maneira possvel a padronizao dos dados de potncia em manuais e projetos de rdio. Por exemplo, a potncia de transmisso do rdio SRT1C de +29dBm e o limiar de recepo de 73,5dBm.

4.2

Largura de Banda e Canalizao de RF

Os sinais eltricos so normalmente definidos em funo do tempo mas, podem ser definidos em funo da freqncia atravs de seu espectro. O espectro define o contedo de um sinal no campo da freqncia. A largura de banda ou, simplesmente banda, de um sinal a faixa contnua de freqncia que contm a maior parte da energia deste sinal, ou seja, o tamanho do espectro do sinal. A banda de freqncia tambm pode ser definida como a faixa de freqncia em que a resposta de um sistema diferente de zero, ou seja, a faixa de freqncia qual um circuito qualquer responde ou opera. Abaixo um exemplo da banda de 40MHz do sinal digital STM-1 modulado em 64 TCM para o rdio SRT1C.

Amplitude

f0

freqncia 40 MHz

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Assim sendo, cada equipamento de rdio tem uma determinada largura de banda de operao. Existem rgos nacionais (Anatel) e internacionais (ITU-R), que definem as faixas de freqncia normatizadas para operao de rdio transmisso digital. Estas definies so chamadas canalizaes de rdio freqncia, que os equipamentos devem respeitar. A figura a seguir um exemplo genrico da canalizao de RF para o rdio SRT1C do exemplo anterior, j que este rdio opera em vrias faixas desde 4GHz at 11GHz. Observar que a diferena de freqncia entre os canais adjacentes igual banda de transmisso do rdio. Nesta figura tambm est definida freqncia de deslocamento ou shifter, que a diferena entre os canais de transmisso e recepo utilizados em um enlace.40 MHz Ch. 1 Ch. 3 Ch. 1 40 MHz Ch. 3

Ch. 2

Ch. 2

Freqncia de Deslocamento

4.3

TEB - Taxa de Erro de Bit

Estao ARdio

Estao BRdio

Gerador/ Analisador Digital Padro

Loop

A taxa de erro de bit em sistemas digitais indica o desempenho destes sistemas. Em rdio transmisso digital, aps a montagem e alinhamento de um enlace, feito o teste de taxa de erro de bit conforme o diagrama apresentado acima. Na estao A deve-se dispor de um Gerador/Analisador de padres digitais, este equipamento gera uma seqncia de bits pr determinada, programada de acordo com a taxa e a codificao do sinal digital que o rdio trafega. Este sinal digital ento injetado ao rdio como tributrio e, desta maneira, enviado at a estao B, que dever ter um loop (conexo de retorno) entre a sada e a entrada de tributrio do rdio. O feixe digital padro ento enviado de volta para a estao A, onde conectado ao analisador que faz a comparao entre os bits que foram enviados e os bits que retornaram j que, o gerador e o analisador so sincronizados. Assim, os bits diferentes dos esperados so considerados errados e o nmero de erros enviado a um contador que expressa o nmero de bits errados em um segundo (bit/s) pois, as taxas de transmisso de sinais digitais so expressas em bit/s. Por exemplo, para um feixe de tributrio de 2Mbit/s, uma taxa de erros -6 6 -6 de 10 bit/s, significa que em um segundo foram contados 2 bits errados ( 2x10 x 10 ).

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Vrias podem ser as causas da recepo de bits errados e, consequentemente, de altas taxas de erro de bit mas, em rdio digital as principais causas no aumento na TEB so, a queda na potncia do sinal de recepo e a presena de sinais interferentes, em ambos os casos o demodulador no consegue recuperar a seqncia de bits original gerando taxas de erro. Graas a modernas tcnicas de modulao e a circuitos corretores de erro, os rdios digitais operam e -6 trafegam sinais de tributrio normalmente com TEB de at 10 , acima deste limite aparecem erros na -3 recepo do tributrio, podendo chegar a interromper o trfego caso da TEB atingir 10 .

4.4

Cosseno Roll-Off, Nyquist, Banda de Passagem

Um sistema de transmisso digital mais eficiente espectralmente, quanto maior for a capacidade de transmitir uma alta taxa de bits em uma menor largura de banda. A largura de banda, freqentemente dada em hertz (Hz), e a eficincia espectral expressa em bits por segundo por hertz. Os sinais pulsados ou digitais possuem uma banda de freqncia muito ampla, ou seja, este sinais tem componentes de sinal em uma larga faixa de freqncia. A limitao da largura de banda de sinais digitais feita atravs de filtros passa baixa, porm os filtros e demais circuitos envolvidos na transmisso de um sinal digital possuem respostas em amplitude e fase que podem provocar superposies da resposta no tempo de sinais subseqentes. Desta maneira, podem ocorrer erros na deteco do sinal digital devido ao mascaramento de nvel do sinal, este fenmeno conhecido como interferncia intersimblica, ou seja, interferncia entre pulsos. Abaixo um exemplo de interferncia intersimblica, notar que o formato do sinal fica mais arredondado e espalha-se no domnio dos tempos, como conseqncia os bits se sobrepem causando dificuldades na recepo, caracterizando a Interferncia Intersimblica.

Tx

Rx Limiar de Deciso

Pontos de AmostragemSupondo um filtro passa baixa ideal excitado por um impulso de durao t, o sinal na sada deste filtro ter a forma senx / x, como mostra a figura a seguir. Caractersticas importantes na resposta impulsional do filtro passa baixo ideal, com freqncia de corte fo : - o impulso de entrada um pulso de curta durao t, tal que t