Enlace Rádio Digital Ponto a Ponto

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

Eduardo Tude Engenheiro de Teleco (IME 78) e Mestre em Teleco (INPE 81) tendo atuado nas áreas de Redes Ópticas,Sistemas Celulares e Comunicações por Satélite. Ocupou várias posições de Direção em empresas de Teleco como VP de Operações da BMT, Diretor deOperações da Pegasus Telecom e Gerente de Planejamento Celular da Ericsson. Pioneiro no desenvolvimento de Satélites no Brasil (INPE), tem vasta experiência internacional, é detentorde uma patente na área e tem participado constantemente como palestrante em seminários. Assumiu em 2002 um novo desafio profissional como empreendedor e Presidente do Teleco. Email: etude@teleco.com.br

Categoria: Sistemas de Transmissão

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 15 minutos Publicado em: 26/04/2004

1

Rádio Digital: O que é?

Um enlace rádio digital ponto a ponto é utilizado para o transporte de informação entre dois pontos fixos,tendo o espaço livre como meio de transmissão (wireless).

As principais aplicações de enlaces rádio digital ponto a ponto são:

Rede de transporte das operadoras de telefonia fixa e celular. São muito utilizados pelas operadoras decelular na interligação de ERBs com as CCCs.Redes de dados para atendimento de clientes corporativos, principalmente na implantação do acesso.Redes de distribuição de sinais de TV.Provedores de internet.

Em um enlace rádio digital a informação (voz, dados ou imagens) está em formato digital e é transportadaem canais padronizados (PDH ou SDH). A figura a seguir apresenta o diagrama de blocos funcional de um enlace rádio digital ponto a ponto.

O Sinal Digital 1 em um enlace rádio digital assume normalmente um dos formatos PDH (E1 a E4) ou SDH(STM1) apresentados na tabela a seguir. Existem rádios que transportam canais de n x 64 kbit/s em umahierarquia menor que E1 ou em STM0 (51,84 Mbit/s).

2

Hierarquia DigitalTaxa de Bits Capacidade de

Multiplexação de CanaisNotação Usual Valor Exato

E1 2 Mbps 2 048 kbit/s30 canaisde 64 kbit/s (E0)

E2 8 Mbps 8 448 kbit/s 4 E1

E3 34 Mbps 34 368 kbit/s 16 E1

E4 140 Mbps 139 264 Kbit/s 64 E1 ou 4E3

STM1 155 Mbps 155 520 kbit/s 63 E1 ou 3 E3

O multiplexador na entrada permite o transporte de canais com hierarquia (taxas de bits) menor que a doSinal Digital 1 conforme indicado na tabela. O sinal Digital 1 é codificado gerando o sinal Digital 2. A finalidade desta codificação (codificação de canal)é melhorar a confiabilidade com que a informação é transmitida, permitindo que erros na transmissão sejamdetectados e corrigidos. Podem ser utilizados dois tipos de códigos:

Códigos de linha são os códigos referentes ao formato do sinal digital. Eles são utilizados natransmissão de um sinal digital de modo a eliminar uma longa seqüência de 0’s ou 1’s reduzindo aprobabilidade de erro na transmissão. Exemplos: AMI, HDB-3 e CMI.Códigos para detecção e correção de erro como os FEC (Foward Error Correction).

O Sinal Digital 2 é então modulado sendo gerado desta forma um sinal analógico que pode ser transmitido nafrequência de operação do rádio. A principal função da modulação é permitir que estes sinais de banda básica seja transmitidos emfreqüências mais altas possibilitando a ocupação do espectro eletromagnético. Os principais tipos demodulação são a Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK) ea Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Os enlaces rádio digital estão utilizando modulações cada vez mais eficientes nas quais um símbolorepresenta mais de 1 bit. Estes esquemas de modulação permitem aumentar a taxa de bits transmitida emuma banda de frequências mas tornam a transmissão mais sensível a ruídos e interferência exigindo umamelhor codificação de canais além de outros cuidados no projeto e implantação do enlace. O sinal modulado é amplificado e transmitido sendo recebido na outra ponta onde é demodulado e o sinaldigital original é recuperado. Ao se propagar entre transmissor e receptor o sinal é atenuado e está sujeito a ruído e interferências comoapresentado a seguir.

3

Rádio Digital: O Enlace

No dimensionamento de um enlace de rádio o objetivo é garantir que o sinal digital original que transporta ainformação possa ser regenerado na outra ponta com uma taxa de erros aceitável. Para que isto ocorra arelação portadora ruído (C/N) na recepção tem que ser maior que um valor mínimo especificado. Este valoré função da modulação e mecanismos de codificação utilizados no enlace. A potência do transmissor e antenas devem ser portanto dimensionadas de modo a compensar as perdas napropagação e outras referentes a polarização cruzada e atenuação nos conectores, cabos coaxiais ou guias deondas. É necessário também incluir uma margem para fazer frente a sinais interferentes próximos a banda defrequências utilizada pelo enlace. Estes sinais podem aumentar o nível de ruído no receptor e porconsequência piorar a relação portadora ruído. Apresenta-se a seguir com mais detalhes as perdas de propagação. Perdas de Propagação

Em um enlace rádio o sinal é transmitido pela antena transmissora e propaga-se na forma de ondas de rádio(ondas eletromagnéticas) até a antena receptora. Ao se propagar de uma antena até a outra o sinal éatenuado estando sujeito às seguintes perdas: Perda no espaço livre Apenas parte da energia transmitida através das ondas eletromagnéticas é captada pela antena receptora.Esta energia é tanto menor quanto maior a frequência e a distância. Esta perda, denominada perda no espaçolivre é expressa em dB pela seguinte fórmula: Perda no espaço livre (L) = 32,5 + 20 log d + 20 log f Onde d é a distância em km e f a frequência em MHz. Desvanecimento Ao se propagar as ondas de rádio estão sujeitas a reflexões no solo e na atmosfera que provocam alteraçõesna sua amplitude e caminho percorrido ocasionando variações na potência do sinal recebido. Estas variaçõessão chamadas de desvanecimento (fading). O desvanecimento pode ser causado também por obstáculos nalinha de visada direta, ou por atenuação devido a chuvas. Disponibilidade do Enlace

4

Compensar todas as perdas no enlace devido a desvanecimento pode levar a utilização de margens muitograndes encarecendo ou até inviabilizando o enlace. Em certas casos, principalmente em frequências mais altas onde a atenuação devida a chuvas é maior,procura-se especificar uma margem que garanta uma alta disponibilidade para o enlace, admitindo-se noentanto que ele fique indisponível por um certo período de tempo. Por exemplo, um enlace com umaindisponibilidade anual 99,995% ficará indisponível no ano 26,28 minutos. Em frequências acima de 10 GHz e em regiões de clima tropical como o Brasil a atenuação por chuva é umfator relevante no dimensionamento de enlaces de rádio. Este dimensionamento é feito utilizando modelosde estimativa de chuva da UIT ou outros desenvolvidos no Brasil. É importante lembrar que a disponibilidade do sistema como um todo é menor que a disponibilidade doenlace pois deve levar em consideração as falhas nos equipamentos que o compõem. A especificação de desempenho do enlace é normalmente definida tendo por base a ITU-T G.821 ou G.826.

5

Rádio Digital: Frequências

A tabela a seguir apresenta as frequências disponíveis no Brasil para implantação de enlaces rádio digitaisponto a ponto, juntamente com as capacidades permitidas e regulamentação aplicável. (Clique na Norma ouResolução para detalhes).

Freqüência(GHz)

Faixa(MHz)

Taxa(Mbit/s)

Regulamentação

0,4413,05-423,05440-450

2, 4, 2x2, 8, 4x2 Norma 07/97 04/06/97

1,51473,75-14521503,25-1517

2 Res. 198 16/12/99

22025-21102200-2290

21x2, 34 e 51 Res. 240 29/11/00

4 3800-4200 140 e 155 Res. 103 26/02/99

5 4400-5000 140 e 155 Res. 104 25/02/99

6 5925-6425 140 e 155 Res. 105 26/02/99

6 6430-7110 34, 51 e 2x34 Res. 346 29/07/03

7 7425-7725 2 a 155 Norma 001/95 18/05/95

87725-79258025-8275

140 e 155 Res. 310 19/09/02

8,5 8275-8500 2 a 51 Res. 106 25/02/99

11 10700-11700 140 e 155 Norma 16/94 06/05/94

15 14500-15350 2 a 17 Res. 129 26/05/99

1817700-1814019260-19700

8x2 a 155 Norma 15/96 22/10/96

1818580-1882018920-19160

2 a 8 Norma 04/91 22/10/91

2321200-2155022400-22750

2 a 155Norma 17/94Norma 27/94

18/08/9416/12/94

2321800-2240023000-23600

2 a 155 Norma 03/92 05/01/93

25-3125350-2835029100-2925031000-31300

34 a 155 Res. 342 16/07/03

38 37000-39500 2 a 155 Res. 374 15/07/04

6

Com as frequências mais baixas é possível enlaces com distâncias maiores, o espectro encontra-se noentanto mais congestionado. Frequências maiores de 8 GHz são mais sensíveis a atenuação pela chuva e sãoempregadas em enlaces menores (poucos quilômetros). Os Rádio Spread Spectrum podem ser utilizados sem necessidade de autorização de uso de frequência nasfaixas de : 902-907,5; 915-928; 2400-2483,5; 5725-5850 MHz.

7

Rádio Digital: Autorização da Anatel

A implantação de enlaces rádio no Brasil necessita de autorização da Anatel. A exceção são os rádio spreadspectrum operando em faixas de frequência de radiação restrita. Consulte os tutoriais do Teleco: Quando não é necessário autorização para uso de Frequências no BrasilRegulamentação para uso de frequências no BrasilApresenta-se a seguir os passos principais no processo de obtenção desta autorização da Anatel. 1. Cadastramento como usuário Banco de Dados Técnicos e Administrativos da Anatel (SITAR) Para o projeto de implantação de um enlace rádio digital é necessário consultar a base de dados da Anatel(SITAR) para verificar se existe disponível na região onde será implantado o enlace subfaixa na faixa defrequências desejada. Escolhida a subfaixa de frequências os dados do SITAR serão também de grande valiapara o cálculo de interferência de outros enlaces. O cadastramento pode ser feito pelo envio de solicitação a um dos escritórios ou à sede da Anatel emBrasília de acordo com o seguinte modelo: Solicitação de autocadastramento no SITAR. 2. Entrada de dados do projeto no SITAR Uma vez liberado o acesso (user-id e senha) do interessado ao sitar, este deverá entrar com os dados doprojeto preenchendo os seguintes formulários: Diagrama de Ligação da redeDescrição do sistemaFormulário de EstaçõesFormulário de Frequências Instruções para preenchimento deste formulários podem ser encontrados nos seguintes manuais da Anatel: Manual de AutocadastramentoManual de Projetos Técnicos (SITAR)Manual de Designação das Emissões Radioelétricas 3. Autorização da Anatel A Anatel após análise técnica, aprova os dados cadastrados e emite ato de autorização de uso deradiofrequência, cujo extrato é publicado no Diário Oficial da União. A Anatel emite então as licenças das estações que são entregues ao interessado após o pagamento da Taxade Fiscalização de Instalação (TFI) e o preço pelo direito de uso das radiofrequências (PPDUR) e daapresentação da documentação necessária:

Termo de Responsabilidade de Instalação – TRI, devidamente assinado pelo Engenheiro responsável;Anotação de Responsabilidade Técnica da instalação dos equipamentos (autenticada e quitada);Declaração do responsável legal, baseada no(s) Relatório(s) de Conformidade(s) elaborado(s) eassinado(s) por profissional habilitado, conforme previsto na Resolução nº 303 de 02/07/02;

8

Original ou cópia autenticada do Termo de Procuração (pública ou particular). (se necessário)

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

9

Rádio Digital: Considerações Finais

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

10

Rádio Digital: Teste seu Entendimento

1. Assinale a alternativa falsa.

Em um enlace rádio digital a informação (voz, dados ou imagens) está em formato digital e étransportada em canais padronizados (PDH ou SDH).

Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK) e a Quadrature Amplitude Modulation(QAM) são exemplos de modulação utilizados em enlaces rádio digital.

Enlace rádio digital é aquele em que o sinal na saída do transmissor é digital.

Interligação de ERBs e CCCs é uma das muitas aplicações de enlaces rádio digital.

A disponibilidade do enlace como um todo é menor que a disponibilidade determinada através dodimensionamento do enlace (link budget).

2. Assinale a faixa de freqüências onde é possível a transmissão no Brasil de um STM1 em um enlacerádio digital ponto a ponto.

400 MHz

2 GHz

8 GHz

15 GHz 3. Assinale a alternativa verdadeira

Para a implantação de um enlace rádio digital não é necessário autorização da Anatel.

O SITAR é uma base de dados mantida pela UIT.

Para utilizar o SITAR é necessário o pagamento de uma taxa.

A autorização para o uso de freqüências no Brasil é gratuita sendo cobrada apenas a taxa defiscalização (Fistel)

Para cada projeto cadastrado no SITAR a Anatel após análise técnica, aprova os dados cadastrados eemite ato de autorização de uso de radiofrequência, cujo extrato é publicado no Diário Oficial daUnião.

11