proposta de critérios e procedimentos para avaliação do...

Proposta de Critérios e

Procedimentos para Avaliação do Sistema de Rádio Digital AM IBOC

Grupo de Radiodifusão

Março de 2006

Universidade de Brasília Departamento de Engenharia Elétrica

Grupo de Radiodifusão — Universidade de Brasília i

Prefácio

A Anatel tem autorizado, desde setembro de 2005, a transmissão experimental de sinais digitais dos serviços de radiodifusão sonora terrestre, com base no disposto na Norma Técnica NTC no 22 – Serviço Especial para Fins Científicos ou Experimentais. A finalidade das transmissões é a realização de testes com os sistemas de radiodifusão sonora digital aprovados pela União Internacional de Telecomunicações (UIT) — recomendações ITU-R BS.1514-1 e ITU-R BS.1114-5. Governo brasileiro, Anatel e associações de radiodifusores têm manifestado maior interesse pelos sistemas que são compatíveis com uma das atuais estruturas de canalização utilizadas nas faixas de freqüência já destinadas ao serviço de radiodifusão sonora em amplitude modulada (faixas de onda média, onda tropical e onda curta) e em freqüência modulada (faixa de 87,4 a 108 MHz). Dos sistemas existentes atualmente, dois são desse tipo: o sistema IBOC (In-Band /On-Channel) — também conhecido pelo nome HD Radio — e o sistema DRM (Digital Radio Mondiale). O primeiro foi desenvolvido pela empresa americana iBiquity Digital Corporation e possui dois (sub -) sistemas: o AM IBOC e o FM IBOC, que são compatíveis com a canalização utilizada na faixa de ondas médias e de 87,4 a 108 MHz, respectivamente. O sistema DRM foi desenvolvido por um consórcio sediado na Europa e é compatível com a canalização utilizada nas faixas de onda média, onda tropical e onda curta; o consórcio está desenvolvendo um segundo sistema para ser usado na faixa de 87,4 a 108 MHz.

A escolha de um sistema para ser adotado no Brasil requer, naturalmente, uma avaliação dos sistemas existentes, incluindo uma avaliação do desempenho desses sistemas e, no caso dos sistemas IBOC e DRM, uma avaliação da sua real compatibilidade com a atual canalização. Esse documento contém uma proposta de critérios e procedimentos para a avaliação do sistema AM IBOC.

O documento está dividido em quatro capítulos. O primeiro capítulo é uma breve introdução que apresenta o contexto da proposta. O Capítulo 2 apresenta algumas características do sistema IBOC que são importantes para o entendimento dos critérios de avaliação e dos procedimentos de teste. O Capítulo 3 descreve os critérios de avaliação ou os aspectos a serem avaliados, que são divididos em duas classes: avaliação do desempenho do serviço digital e avaliação da compatibilidade. O Capítulo 4 propõe alguns procedimentos de teste para obtenção de resultados que permitam fazer as duas avaliações anteriormente citadas. Os critérios e procedimentos propostos são semelhantes a alguns daqueles utilizados nos testes realizados nos E.U.A. pelo NRSC (National Radio Systems Committee). Assim, com base nos resultados desses testes realizados nos E.U.A., são apresentados, no Capítulo 3, alguns comportamentos esperados do sistema AM IBOC e situações em que esse sistema pode não apresentar desempenho satisfatório ou problemas de compatibilidade com os sinais analógicos AM existentes.

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Esse documento é resultado de um projeto de estudo e de pesquisa desenvolvido no Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Brasília e que teve o apoio da Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) e da União Internacional de Telecomunicações (UIT)

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Sumário Lista de Figuras ....................................................................................................................................... iv Lista de Tabelas........................................................................................................................................v 1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................................1 2 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA AM IBOC HÍBRIDO ......................................................................1

2.1 CARACTERÍSTICAS ESPECTRAIS DO SINAL AM IBOC HÍBRIDO.............................................1 2.2 MODALIDADE DE SERVIÇO DO AM IBOC HÍBRIDO...................................................................4 2.3 COMUTAÇÃO ENTRE RECEPÇÃO DIGITAL E ANALÓGICA ......................................................5

3 CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO ................................................................................................................6 3.1 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO SERVIÇO DIGITAL ............................................................6

3.1.1 Qualidade objetiva do sinal recebido ..................................................................................7 3.1.2 Provável impacto das interferências na área de cobertura .................................................8

3.2 AVALIAÇÃO DA COMPATIBILIDADE..........................................................................................13 3.2.1 Compatibilidade com a canalização AM em onda média ..................................................13 3.2.2 Impacto na recepção do sinal analógico AM hospedeiro ..................................................14 3.2.3 Impacto na recepção de sinais analógicos AM não-hospedeiros......................................14

4 PROCEDIMENTOS DE TESTE...........................................................................................................20 4.1 CARACTERIZAÇÃO DA ESTAÇÃO TRANSMISSORA...............................................................20

4.1.1 Potência e espectro do sinal analógico AM.......................................................................21 4.1.2 Potência e espectro do sinal híbrido .................................................................................21 4.1.3 Medições sobre o sinal IBOC no ar...................................................................................22

4.2 AVALIAÇÃO DA ROBUSTEZ E DA ÁREA DE COBERTURA DO SINAL DIGITAL .....................23 4.2.1 Avaliação da área coberta pela onda de superfície ..........................................................23 4.2.2 Avaliação da área coberta pela onda ionosférica..............................................................26

4.3 TESTES DE COMPATIBILIDADE COM OS SINAIS ANALÓGICOS ...........................................27 4.3.1 Receptores analógicos de teste ........................................................................................27 4.3.2 Impacto na recepção do sinal analógico AM hospedeiro ..................................................27 4.3.3 Impacto na recepção de sinais AM localizados no 1o canal adjacente .............................28 4.3.4 Impacto na recepção de sinais AM localizados no 2o canal adjacente .............................30 4.3.5 Avaliação noturna .............................................................................................................31

REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................32

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Lista de Figuras

Figura 2.1 - Espectro do sinal AM IBOC híbrido (adaptado de [1]). .........................................................2

Figura 2.2 - Limites para as emissões espectrais de uma estação AM IBOC híbrida, (Adaptado de [2]) .............................................................................................................................3

Figura 3.1 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC localizado no 1o canal adjacente.......................................................................................................................9

Figura 3.2 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC localizado no 2o canal adjacente.....................................................................................................................10

Figura 3.3 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC localizado no 3o canal adjacente.....................................................................................................................11

Figura 3.4 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC em um sinal analógico AM, quando ambos usam o mesmo canal (co-canal). ..................................................15

Figura 3.5 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC em um sinal analógico AM, quando a separação espectral entre as suas portadoras AM é de 10 kHz (1o adjacente).................................................................................................................................16



Figura 4.1 - Ilustração das rotas radiais para avaliação da área de cobertura do sinal AM IBOC digital. ...................................................................................................................................24

Figura 4.2 - Gráficos da qualidade objetiva e do nível de sinal para uma radial hipotética (DM = recepção digital com qualidade máxima, DR = recepção digital com qualidade reduzida, e AN = recepção analógica; Qualidade objetiva = (1 – BLER) × 100%).........................26

Figura 4.3 – Ilustração do percurso recomendado para a avaliação de impacto relativo a 1o ou 2o canal adjacente.....................................................................................................................29

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Lista de Tabelas

Tabela 2.1 - Nível de potência das subportadoras OFDM de um sinal AM IBOC híbrido [1], [2]. ....................................................................................................................................................2

Tabela 2.2 - Limites para as emissões espectrais de uma estação AM IBOC híbrida [2].........................3

Tabela 2.3 - Caracterização dos canais lógicos do modo de serviço MA1 [1].........................................4 Tabela 4.1 – Formulário com informações técnicas da estação transmissora. ......................................20

Tabela 4.2 – Parâmetros para medição do espectro do sinal analógico AM..........................................21

Tabela 4.3 – Parâmetros para medição do espectro do sinal IBOC híbrido. ..........................................22

Tabela 4.4 – Parâmetros para medição do espectro do sinal IBOC no ar..............................................22 Tabela 4.5 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal

IBOC digital na recepção de sinal analógico AM localizado no 1o canal adjacente. .....................25

Tabela 4.6 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal IBOC digital na recepção do sinal analógico AM hospedeiro.........................................................27

Tabela 4.7 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal IBOC digital na recepção do sinal analógico AM hospedeiro.........................................................28

Tabela 4.8 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal IBOC digital na recepção de sinal analógico AM localizado no 1o canal adjacente. .....................29

Tabela 4.9 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal IBOC digital na recepção de sinal analógico AM localizado no 1o canal adjacente. .....................31

Proposta de Critérios e Procedimentos para Avaliação do Sistema AM IBOC

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1 INTRODUÇÃO

A Anatel tem autorizado, desde setembro de 2005, a transmissão experimental de sinais digitais dos serviços de radiodifusão sonora, com base no disposto na Norma Técnica NTC no 22 – Serviço Especial para Fins Científicos ou Experimentais. A finalidade das transmissões é a realização de testes com os sistemas de radiodifusão sonora digital aprovados pela União Internacional de Telecomunicações (UIT), por meio das recomendações ITU-R BS.1514-1 e ITU-R BS.1114-5.

O propósito deste documento é especificar e detalhar os procedimentos de testes de campo a serem executados com o sistema AM IBOC. Esse sistema permite que uma emissora AM, que opere em onda média (OM), transmita o sinal digital juntamente com o seu sinal AM (analógico), em bandas laterais em ambos os lados do sinal AM e na banda ocupada pelo sinal AM. Essa modalidade de transmissão simultânea é denominada simulcast, em inglês.

Para esse tipo de sistema é necessário que se realize dois tipos de avaliação:

! avaliação do desempenho do serviço digital digital — especialmente, a robustez do sinal digital, a sua área de cobertura e a qualidade do áudio digital;

! avaliação da compatibilidade do sinal AM IBOC híbrido com a canalização AM em OM e com os sinais analógicos AM existentes — isto é, avaliação da interferência mútua entre o sinal digital e os sinais analógicos AM existentes, incluindo aquele que hospeda o sinal digital.

Não são especificados todos os detalhes para cada procedimento de teste, pois se assume que os testes serão executados por engenheiros e técnicos que têm experiência em realizar os procedimentos básicos da maioria das medições pretendidas.

2 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA AM IBOC HÍBRIDO

2.1 CARACTERÍSTICAS ESPECTRAIS DO SINAL AM IBOC HÍBRIDO

O sistema AM IBOC híbrido transmite o sinal digital juntamente com o sinal analógico AM existente (sinal hospedeiro). O sinal digital é transmitido em bandas laterais primárias e secundárias em ambos os lados do sinal analógico AM hospedeiro, bem como em bandas laterais terciárias coincidentes com a banda ocupada pelo sinal analógico AM hospedeiro, como mostrado na Figura 2.1 [1]. O sistema AM IBOC híbrido oferece um único modo de transmissão. O espectro do sinal digital, mostrado na Figura 2.1, ocupa uma faixa de freqüência com largura total de aproximadamente 29,5 kHz.



O valor máximo da densidade espectral de potência de cada subportadora OFDM dentro de cada banda lateral digital é dado na Tabela 2.1 [2]. As medidas de densidade espectral de potência dos sinais analógico e digital devem ser feitas tomando a média da potência sobre um intervalo de tempo de 30 segundos, com uma largura de banda de medição de 300 Hz [2]. A referência 0 dBc é definida como a potência total da portadora analógica AM não-modulada.

Figura 2.1 - Espectro do sinal AM IBOC híbrido (adaptado de [1]).

Tabela 2.1 - Nível de potência das subportadoras OFDM de um sinal AM IBOC híbrido [1], [2].

Banda lateral

Sub-portadoras

OFDM Tipo de

modulação DEP máxima

(dBc/subportadora) DEP máxima (dBc/300-Hz)

Potência média em cada banda lateral&

(dBc)

Primária -57 a -81 57 a 81 64-QAM -30 -27,8 -16,02

Secundária -28 a -52 28 a 52 16-QAM -43 (nível baixo) ou

-37 (nível alto) -40,8 (nível baixo) ou -34,8 (nível alto)

-29,02 (nível baixo) ou

-23,02 (nível alto)

Terciária -2 a -26 2 a 26 QPSK variável$ (nível baixo)

ou -44 (nível alto)

variável$ (nível baixo)

ou -41,8 (nível alto)

-30,02 (nível alto)

R+eferência -1 1 BPSK -26 -23,8 -26

PIDS -27, -53 27, 53 16-QAM -43 (nível baixo) ou

-37 (nível alto) -40,8 (nível baixo) ou -34,8 (nível alto)

-40 (nível baixo) ou -34 (nível alto)

Total ≅ -15,2 (nível baixo) ≅ -14,7 (nível alto)

$ Cada subportadora na banda lateral terciária pode ter um nível diferente, como mostrado na Figura 2.1, sendo o maior nível igual a -44 dBc/suportadora e o menor -50 dBc/subportadora.

& Essa é a potência média na banda lateral superior ou inferior, para obter a potência média nas duas bandas laterais somar 3 dB ao valor mostrado.



O nível nominal das subportadoras OFDM contidas nas bandas laterais secundária e terciárias e do PIDS (Primary IBOC Data Service Logical Channel) é um de dois valores selecionáveis: baixo ou alto — veja Tabela 2.1. O nível alto é selecionado quando se deseja aumentar a área de cobertura digital, enquanto que o nível baixo é para diminuir a interferência sobre o sinal analógico AM hospedeiro. Com os valores nominais da Tabela 2.1, a potência média contida no sinal digital é de aproximadamente -11,7 dBc, se o nível alto é selecionado, ou -12,2 dBc, se o nível baixo é selecionado. Ou seja, a potência média contida no sinal digital é, no primeiro caso, aproximadamente 6,8% da potência total da portadora analógica AM não-modulada e, no segundo caso, 6%.

Ruído e sinais espúrios gerados por qualquer fonte, incluindo ruído de fase e produtos de intermodulação, devem estar conformados aos limites mostrados na Figura 2.2 e Tabela 2.2 [2].

5- 50 1510 2520 3530 4540 5550 6560 7570 8010-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70-75-80-

Freqüência relativa, kHz

100-

80-

60-

40-

20-

0

dBc/

300-

Hz

Limites atuais para as emissões de uma emissora analógica AMLimites para as emissões AM IBOC híbridasDensidade espectral de potência nominal do sinal AM IBOC digitalDensidade espectral de potência nominal do sinal analógico AM

5- 50 1510 2520 3530 4540 5550 6560 7570 8010-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65-70-75-80-

Freqüência relativa, kHz

100-

80-

60-

40-

20-

0

dBc/

300-

Hz



Figura 2.2 - Limites para as emissões espectrais de uma estação AM IBOC híbrida, (Adaptado de [2])

Tabela 2.2 - Limites para as emissões espectrais de uma estação AM IBOC híbrida [2].

Afastamento entre a freqüência da emissão e a da portadora AM

Nível em relação ao nível da portadora AM (dBc/300-Hz)

5 a 10 kHz -34,3

10 a 15 kHz -26,8

15 a 15,2 kHz -28

15,2 a 15,8 kHz -39 – (|afastamento em kHz| - 15,2) × 43,3 15,8 a 25 kHz -65

25 a 30,5 kHz -65 – (|afastamento em kHz| - 25) × 1,273 30,5 a 75 kHz -72 – (|afastamento em kHz| -30,5) × 0,292 >75 kHz -85

Os limites definidos na tabela acima refletem critérios aceitáveis de desempenho. Em certas circunstâncias, pode ser necessário reduzir o nível das emissões abaixo dos limites especificados acima para diminuir a interferência mútua entre estações de rádio.



2.2 MODALIDADE DE SERVIÇO DO AM IBOC HÍBRIDO

O sistema AM IBOC híbrido oferece um único modo de serviço, denominado MA1, com o qual é conseguida uma taxa de transmissão de aproximadamente 36 kbps [1]1. A camada de transmissão do sistema AM IBOC híbrido provê três canais lógicos para os protocolos das camadas mais altas: P1, P3 e PIDS (Primary IBOC Data Service). Os canais P1 e P3 são para a transmissão de áudio e dados, enquanto que o canal PIDS se destina ao transporte de informações de controle e identificação da estação de rádio. A Tabela 2.3 mostra a taxa de transporte, a latência e a robustez relativa de cada um dos três canais. A robustez relativa é um valor entre 1 e 10, sendo que 1 indica o nível de robustez mais alto e 10 o mais baixo.

O canal lógico P1 é transportado pelas portadoras OFDM localizadas nas bandas laterais primárias do espectro do sinal digital — veja Figura 2.1 —, enquanto que o canal P3 é transportado pelas portadoras OFM localizadas nas bandas laterais secundárias e terciárias. As bandas laterais (primárias ou secundárias ou terciárias) superior e inferior contêm cópias redundantes da mesma informação. Devido a essa redundância em freqüência, o sinal digital do sistema AM IBOC híbrido pode suportar uma interferência forte localizada no canal adjacente superior ou inferior [3]. Além da redundância em freqüência, o canal lógico P1 contém redundância temporal.

Tabela 2.3 - Caracterização dos canais lógicos do modo de serviço MA1 [1].

Canal lógico

Taxa de transporte aproximada (kbps)

Latência (s)

Robustez relativa

P1 20 5,944 5

P3 16 1,486 6 ou 8

PIDS 0,4 0,186 3 ou 7

O áudio digital que é transmitido pelo sistema AM IBOC pode, dependendo do modo de codificação selecionado, ser codificado em um ou dois fluxos (streams) de bits: um fluxo de bit principal (core) e um fluxo secundário ou de melhoramento (enhanced) [4]. O fluxo principal transporta um áudio monofônico e é independentemente decodificável. O fluxo de melhoramento transporta bits que combinados com os bits do fluxo principal produzem um áudio estereofônico. Esse fluxo de bits não é

1 Originalmente havia um segundo modo de serviço, denominado MA2, com o qual se podia conseguir uma taxa de

transmissão maior, aproximadamente 57 kbps, mas com menor robustez que a propiciada pelo modo MA1 [3]. Contudo,

esse modo não consta do padrão aprovado pelo National Radio Systems Committee (NRSC). Para a transmissão só digital,

também está previsto um único modo de serviço, denominado MA3, que oferecerá uma taxa de transmissão de

aproximadamente 40 kbps e ocupará uma faixa de freqüência com largura nominal de 20 kHz [1].



independentemente decodificável. A taxa de bits do fluxo principal é de aproximadamente 20 kbps e ele é transmitido pelo canal lógico P1. Quanto ao fluxo de melhoramento, sua taxa de bits máxima é de aproximadamente 16 kbps e ele é transmitido pelo canal lógico P3, que é menos robusto que o canal lógico P1 — veja Tabela 2.3. Parte da capacidade de transporte do canal P3, ou até mesmo toda a sua capacidade (16 kbps), pode ser destinada a outras aplicações.

2.3 COMUTAÇÃO ENTRE RECEPÇÃO DIGITAL E ANALÓGICA

Como foi descrito anteriormente, o codificador de áudio do sistema AM IBOC gera dois fluxos de bits: um principal (core) e um secundário ou de melhoramento (enhanced). Quando todas as bandas laterais (primária, secundária e terciária) são recebidas adequadamente, um receptor AM IBOC decodifica os dois fluxos de bits e provê ao ouvinte áudio digital com a melhor qualidade possível — áudio estereofônico com qualidade equivalente àquela propiciada atualmente pela radiodifusão FM. Contudo, se as condições de recepção se degradam de tal forma que o canal lógico P3 (transmitido nas bandas laterais secundárias e terciárias) é recebido com muitos erros mas o canal lógico P1 (transmitido nas bandas laterais primárias) é ainda recebido satisfatoriamente, devido a sua maior robustez, o receptor AM IBOC decodificará somente o fluxo de bits principal. Nesse caso, o ouvinte terá um áudio digital de qualidade inferior — um áudio monofônico.

Se as condições da recepção não possibilitam a recepção satisfatória nem mesmo do canal lógico P1, então o receptor AM IBOC comuta para a recepção do sinal analógico AM e, conseqüentemente, o ouvinte passa a escutar um áudio monofônico com a qualidade e as degradações típicas de uma recepção analógica AM. Caso as condições da recepção melhorem, o receptor AM IBOC comuta de volta para a recepção digital automaticamente. Esse processo de comutação é denominado blending, em inglês.

No sistema AM IBOC, cada bloco de bits de áudio codificado é acompanhado por um código CRC (cyclic redundancy check). O receptor AM IBOC verifica, por meio desse código, a integridade de cada bloco de bits de áudio entregue ao decodificador de áudio. Com base nessa verificação é definida a taxa de erro de bloco (block error rate – BLER): a razão entre o número de blocos de bits de áudio recebidos com pelo menos um bit errado e o número de blocos recibos, expressa em percentagem. Se a BLER ultrapassa um valor pré-estabelecido, o receptor faz a comutação (ou blending) da recepção digital para a recepção analógica.

O padrão IBOC NRSC-5 não especifica o receptor IBOC e nem mesmo o valor da BLER para o qual um receptor IBOC deve comutar da recepção digital para a analógica. No relatório de avaliação do sistema AM IBOC [5] submetido ao National Radio Systems Committee (NRSC), em abril de 2002, é sugerido que, nos testes de campo realizados, a comutação da recepção digital para a recepção



analógica ocorreu quando a BLER atingiu o valor de aproximadamente 10%. Os testes foram realizados com quatro emissoras. No período diurno, a comutação de digital (core) para analógico ocorreu normalmente quando o nível do sinal reduziu para em torno de 1 mV/m (60 dBµV/m). No período noturno, a comutação ocorreu com o nível do sinal entre 2 e 10 mV/m ( 66 e 80 dBµV/m).

3 CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO

O sistema de radiodifusão digital AM IBOC opera na mesma faixa de freqüência destinada à radiodifusão analógica AM. Além disso, em uma primeira etapa o sistema AM IBOC opera geralmente com transmissão híbrida (ou simulcast). Para avaliar um sistema desse tipo, as seguintes avaliações devem ser realizadas:

! avaliação do desempenho do serviço digital — especialmente, a robustez do sinal digital, a sua área de cobertura e a qualidade do áudio digital;

! avaliação da compatibilidade do sinal AM IBOC híbrido com a canalização AM em OM e com os sinais analógicos AM existentes — isto é, avaliação da interferência mútua entre o sinal digital e os sinais analógicos AM existentes, incluindo aquele que hospeda o sinal digital.

! avaliação do custo de implantação e uso do sistema — custos das licenças de uso, dos equipamentos transmissores e dos receptores.

Esse documento se restringe às duas primeiras avaliações.

3.1 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO SERVIÇO DIGITAL

A avaliação do desempenho do serviço digital compreende a avaliação dos seguintes quesitos:

! Robustez do sinal digital. A robustez de um sinal de rádio é caracterizada pela sua capacidade para suportar a interferência de outros sinais de rádio (especialmente sinais localizados no mesmo canal e no primeiro e segundo canais adjacentes, inferiores e superiores) e para suportar os efeitos deteriorantes do canal. Na radiodifusão em onda média por meio de onda de superfície, as principais causas de deterioração da recepção são as interferências de outras emissoras, os ruídos atmosféricos, ruídos causados pelo homem e a atenuação causada por estruturas tais como pontes, viadutos e túneis. Quando a recepção é por meio de onda ionosférica, os efeitos do multipercurso podem também causar degradação significativa.

! Área de cobertura do sinal digital. A área de cobertura de uma emissora de rádio é a área, em torno da antena transmissora, na qual o sinal dessa emissora pode ser recebido com uma



qualidade mínima especificada. A sua extensão depende da potência de transmissão, da robustez do sinal transmitido, do nível das interferências e do nível de outras deteriorações sofridas pelo sinal radiado.

! Qualidade do áudio digital transmitido. A qualidade do áudio transmitido é caracterizada basicamente pela sua largura espectral (ou largura de banda) e pelo número de canais. Na radiodifusão digital em onda média, a largura da banda de transmissão é muito pequena, por isso o sinal de áudio precisa ser codificado a taxas de bits muito baixas, geralmente menores do que 40 kbps e, às vezes, em torno ou menores do que 20 kbps. Isso obriga que se reduza a largura espectral do áudio codificado e pode não ser possível a transmissão de áudio estereofônico.

Os sinais digitais são geralmente mais robustos do que os sinais analógicos. No caso do sistema AM IBOC, ele foi projetado para propiciar uma transmissão digital muito mais robusta do que a transmissão analógica AM. Na transmissão AM IBOC híbrida, a potência média contida no sinal digital é apenas 6%, aproximadamente, da potência media do sinal analógico AM. Apesar disso, é esperado que a área de cobertura do sinal IBOC digital seja praticamente a mesma área de cobertura do sinal analógico AM.

3.1.1 Qualidade objetiva do sinal recebido

A área de cobertura de uma emissora de rádio é a área, em torno da antena transmissora, na qual o sinal dessa emissora pode ser recebido com uma qualidade mínima especificada. Em princípio, essa qualidade mínima deveria ser especificada por meio de uma medida subjetiva de qualidade para o áudio recebido. Contudo, medidas desse tipo são muito difíceis de serem realizadas, por isso procura-se estabelecer relações entre tais medidas e uma medida objetiva de qualidade, que seja mais fácil de ser realizada. Para radiodifusão analógica, a medida objetiva usada é a razão sinal-ruído medida na entrada do receptor. Para radiodifusão digital, uma medida mais apropriada é algum tipo de taxa de erro dos dados recebidos.

No sistema IBOC, a BLER pode ser usada como uma medida objetiva da qualidade da recepção. Infelizmente, conforme já foi dito, no padrão IBOC NRSC-5 não é especificado o valor máximo da BLER que permite ao receptor reproduzir o sinal de áudio com qualidade máxima, ou seja, reproduzir o sinal de áudio usando o fluxo de bits principal (core) e o fluxo de bits de melhoramento, ou o valor máximo que permite a reprodução com qualidade reduzida, quando apenas o fluxo de bits principal é usado. Esse segundo valor seria o valor acima do qual o receptor comutaria da recepção digital para a analógica. No relatório de avaliação do sistema AM IBOC [5] submetido ao National Radio Systems Committee (NRSC), em abril de 2002, é sugerido que, nos testes de campo realizados, a



comutação da recepção digital para a recepção analógica ocorreu quando a BLER atingiu o valor de aproximadamente 10%. Contudo, o codificador de áudio usado nos testes relatados em [5] não é o mesmo que está sendo utilizado atualmente e, portanto, os valores máximos permitidos para a BLER provavelmente se modificaram também.

Caso não seja possível registrar o valor da BLER em cada ponto de recepção avaliado, deve-se registrar pelo menos o estado da recepção, isto é, registrar se no ponto em questão está sendo possível a recepção digital com qualidade máxima, a recepção digital com qualidade reduzida ou a recepção analógica apenas.

3.1.2 Provável impacto das interferências na área de cobertura

Um dos fatores que limita a área de cobertura do sinal de uma emissora de rádio é a interferência de sinais de outras emissoras. Portanto, é preciso avaliar a robustez do sinal AM IBOC digital em relação aos efeitos de quatro tipos de sinal interferente; são eles:

" sinal interferente co-canal, ou seja, localizado no mesmo canal utilizado pelo sinal desejado;

" sinal interferente localizado no 1o canal adjacente àquele utilizado pelo sinal desejado;

" sinal interferente localizado no 2o canal adjacente àquele utilizado pelo sinal desejado;

" sinal interferente localizado no 3o canal adjacente àquele utilizado pelo sinal desejado.

A localização dos sinais, nesse caso, corresponde à localização da portadora do sinal analógico AM e considera a separação de 10 kHz entre portadoras de canais consecutivos, estabelecida no Regulamento Técnico para Emissoras de Radiodifusão Sonora em Onda Média [6].

A seguir é feita uma análise do provável impacto causado por cada um desses tipos de sinal interferente na recepção do sinal AM IBOC digital.

Interferência co-canal

Testes de laboratório, realizados nos E.U.A., mostraram que um sinal AM IBOC digital pode suportar a interferência de um outro sinal AM IBOC co-canal se a razão entre os níveis dos sinais desejado e interferente (razão D/I) for maior do que +15 dB [5].

No Brasil, os sinais analógicos AM das emissoras em operação devem satisfazer uma a relação de proteção co-canal de 26 dB, durante o período noturno, e de 40 dB, durante o período diurno [6]. Portanto, não é esperada a ocorrência de interferência co-canal com nível suficiente para afetar a recepção do sinal AM IBOC digital dentro da área de cobertura atual de uma emissora que passe a transmitir aquele sinal.



Interferência localizada no 1o canal adjacente

Quando um sinal AM IBOC híbrido sofre a interferência de outro sinal localizado no 1o canal adjacente (inferior ou superior), essa interferência não compromete a recepção de todas as bandas laterais do sinal IBOC digital — veja ilustração na Figura 3.1. Se o sinal interferente é um sinal AM analógico, apenas as bandas laterais superiores (ou inferiores) do sinal IBOC digital desejado serão afetadas. Quando o sinal interferente é um sinal AM IBOC híbrido, as bandas laterais terciárias do sinal IBOC digital desejado são também afetadas, mas uma das bandas primárias e uma das bandas secundárias não são afetadas significativamente, pois o espectro do sinal interferente não sobrepõe a elas. Como as bandas laterais superior e inferior contêm cópias redundantes da mesma informação, é possível ter uma recepção satisfatória do sinal IBOC digital mesmo quando a razão D/I é baixa. Em testes de laboratório, realizados nos E.U.A., a comutação da recepção digital com qualidade reduzida (core) para a recepção analógica ocorreu, nesse caso, para D/I da ordem de dB15−−−− [5]. Com D/I de

dB10−−−−≈≈≈≈ , foi possível a recepção digital com qualidade máxima (enhanced).

No Brasil, um sinal AM interferente localizado no 1o canal adjacente (inferior ou superior) deve ter, dentro do contorno protegido da emissora AM desejada, um nível pelo menos 6 abaixo do nível do sinal AM desejado, ou seja, a razão D/I mínima é de +6 dB [6]. Portanto, dentro da área de cobertura atual de uma emissora AM, não é esperado problemas de recepção do sinal AM IBOC digital por causa de sinais interferentes localizados no 1o canal adjacente, desde que esses sinais interferentes estejam localizados apenas no 1o canal adjacente inferior ou apenas no superior, mas não em ambos.

Sinaldesejado

Sinal interferente(1o canal adjacente)

Freqüência

Sinal analógico AM

Sinal IBOC digital

Sinaldesejado


Freqüência

Sinal analógico AM

Sinal IBOC digital

Figura 3.1 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC localizado no 1o canal adjacente.



Contudo, caso uma emissora desejada tenha sinais interferentes tanto no 1o canal adjacente inferior quanto no superior, então pode acontecer da recepção digital não ser possível em pontos dentro do contorno protegido dessa emissora, quando ela passar a transmitir o sinal AM IBOC híbrido [5]. A ocorrência desse fato depende, naturalmente, da razão D/I. Durante o dia, com as ondas de superfície, é muito pouco provável que esses casos ocorram. À noite, contudo, devido às interferências por onda ionosférica, a probabilidade de ocorrer tal fato é maior.


A Figura 3.2 mostra uma ilustração da interferência potencial causada em um sinal AM IBOC híbrido por um outro sinal AM IBOC híbrido localizado no 2o canal adjacente. Nesse caso, as bandas laterais digitais inferiores (ou superiores) primária e secundária do sinal interferente coincidem com as bandas laterais digitais superiores (ou inferiores) primária e secundária do sinal desejado.

Em testes de laboratório, realizados nos E.U.A., com um sinal AM IBOC sendo interferido por um único sinal AM IBOC localizado no 2o canal adjacente, se conseguiu recepção digital com máxima qualidade com razão D/I de aproximadamente – 22 dB e recepção digital com qualidade reduzida, com razão D/I de aproximadamente –31 dB [5].

No Brasil, para sinais de emissoras que operam em canais separados de 20 kHz é estabelecida uma relação de proteção de –29,5 dB [6]. Isto é, no contorno protegido das emissoras AM pode haver sinal interferente localizado no 2o canal adjacente com nível tal que resulte em uma razão D/I de –29,5 dB. Portanto, não é esperado que um sinal AM IBOC interferente localizado no 2o canal adjacente de um sinal AM IBOC desejado cause diminuição da área de cobertura digital desse último. Pelo menos recepção digital com qualidade reduzida deve ser conseguida em toda área de cobertura.

Freqüência

Sinaldesejado


Freqüência

Sinaldesejado





Contudo, se existirem dois sinais interferentes, um localizado no 2o canal adjacente inferior e o outro no 2o canal adjacente superior, a área de cobertura do sinal AM IBOC digital desejado pode ser muito menor do que a área de cobertura original do sinal analógico AM. Isso porque, nesse caso, tanto as bandas laterais digitais inferiores quanto as superiores do sinal AM IBOC poderão sofrer forte interferência.

Em testes de laboratório [5], foi possível a recepção digital com qualidade máxima na presença de dupla interferência quando para uma delas a razão D/I foi de 0 dB e para a outra +25 dB. Recepção digital com qualidade reduzida foi possível com razões D/I de 0 dB e + 3 dB.


Caso exista um sinal AM IBOC interferente no 3o canal adjacente (inferior ou superior) àquele ocupado pelo sinal AM IBOC desejado, haverá uma banda de guarda de 500 Hz entre as bandas laterais digitais primárias desses sinais, como mostra a Figura 3.3. Em testes de laboratório [5] realizados para avaliar a robustez do sistema AM IBOC com relação a esse tipo de interferência, a recepção comutou de digital com máxima qualidade (enhanced) para digital com qualidade reduzida (core) quando a razão D/I foi diminuída para valores menores do que -37 dB. A comutação para recepção analógica não ocorreu mesmo com uma razão D/I de -44 dB, o valor mínimo que a infra-estrutura de teste permitia simular.

Freqüência

Sinaldesejado Sinal interferente

(3o canal adjacente)Banda de guardade 500 Hz

entre os sinais

Freqüência

Sinaldesejado Sinal interferente

(3o canal adjacente)Banda de guardade 500 Hz

entre os sinais




No Brasil, emissoras que operam em canais separados de 30 kHz não podem ter superposição de seus contornos de 25 mV/m [6]. Por outro lado, no contorno protegido de uma emissora da classe A, localizada na zona de ruído 1, a intensidade do campo é de 0,5 mV/m [6]. Portanto, do contorno de 25 mV/m até o contorno protegido desse tipo de emissora, a intensidade do campo diminui aproximadamente 34 dB. Conseqüentemente, se uma emissora da classe A, localizada na zona de ruído 1, tiver o seu contorno de 25 mV/m muito próximo do contorno de 25 mV/m de uma outra emissora, a razão D/I no contorno protegido da primeira emissora será muito menor do que -34 dB. Conclui-se, portanto, que nessas condições essas emissoras causarão interferência uma à outra com intensidade suficiente para reduzir a área de cobertura de seus sinais AM IBOC digitais.

A intensidade do campo no contorno protegido das emissoras das classes B e C é maior do que 0,5 mV/m [6]. Ainda assim, duas emissoras que operam em canais separados de 30 kHz e que têm seus contornos de 25 mV/m muito próximos provavelmente causarão interferência uma à outra com intensidade suficiente para reduzir a área de cobertura de seus sinais AM IBOC digitais, independente das suas classes.

Interferências críticas

Nas discussões precedentes foram identificadas algumas situações em que uma emissora AM IBOC pode sofrer a interferência de outras emissoras AM IBOC ou AM analógicas em níveis tais que a recepção do sinal AM IBOC digital não será possível em parte da área de cobertura original da emissora. O impedimento da recepção digital poderá ocorrer principalmente quando houver dupla interferência com as seguintes combinações de localização:

" 1o canal adjacente inferior e 1o canal adjacente superior; " 1o canal adjacente inferior (ou superior) e 2o canal adjacente superior (ou inferior); " 2o canal adjacente inferior e 2o canal adjacente superior; " 1o canal adjacente inferior (ou superior) e 3o canal adjacente superior (ou inferior); " 2o canal adjacente inferior (ou superior) e 3o canal adjacente superior (ou inferior); " 3o canal adjacente inferior e 3o canal adjacente superior.

À noite, devido às interferências por onda ionosférica, é naturalmente maior a probabilidade das interferências em uma das combinações acima listadas e com intensidade suficiente par impedir a recepção do sinal AM IBOC digital.



3.2 AVALIAÇÃO DA COMPATIBILIDADE

A avaliação da compatibilidade do sinal AM IBOC híbrido com a canalização AM em OM e com os sinais analógicos AM existentes compreende a avaliação dos seguintes itens:

! impacto interferente do sinal AM IBOC digital no sinal analógico AM hospedeiro;

! impacto interferente do sinal AM IBOC digital em sinais analógicos AM localizados no mesmo canal (co-canal) ou em canais adjacentes ao canal do sinal analógico AM hospedeiro do sinal AM IBOC digital;

! impacto interferente entre sinais AM IBOC híbridos.

Esse último item já foi objeto de discussão na seção anterior. Essa seção discute, pois, apenas os dói primeiros itens.

3.2.1 Compatibilidade com a canalização AM em onda média

O sistema AM IBOC híbrido foi projetado de modo que o sinal por ele gerado fosse compatível com a canalização adotada nos E.U.A. para a radiodifusão sonora AM em onda média. O Brasil adota a mesma canalização usada nos E.U.A., logo o sistema AM IBOC híbrido é, em princípio, compatível com canalização AM em onda média adotada no Brasil.

A Figura 2.2 mostra os limites para as emissões espectrais de uma estação AM IBOC híbrida, de acordo com o padrão NRSC aprovado em abril de 2005 [2]. O espectro do sinal híbrido fica completamente abaixo dos limites atuais para as emissões de uma emissora analógica AM, estabelecidos pela Anatel [6] (ou pela FCC, nos E.U.A.). Por isso, há quem defenda que o sistema AM IBOC híbrido transmite o sinal analógico AM (existente) e o sinal digital (adicionado) em um único canal AM. Se essa assunção for aceita, o radiodifusor que já dispõe de uma emissora AM não precisa conseguir a outorga de um novo canal para a transmissão do sinal AM IBOC digital: ele pode usar o canal que já dispõe.

A assunção acima mencionada pode, contudo, ser questionada com base no impacto interferente que os sinais AM IBOC híbridos podem causar uns aos outros — veja Subseção 3.1.2 —, reduzindo a área de cobertura do sinal AM IBOC digital. Uma emissão AM IBOC híbrida pode também interferir na recepção de uma emissora analógica AM existente a ponto de reduzir sua área de cobertura, como será discutido a seguir.



3.2.2 Impacto na recepção do sinal analógico AM hospedeiro

A adição do sinal AM IBOC digital a um sinal analógico AM existente causa uma redução na qualidade objetiva (razão sinal ruído) e subjetiva do sinal de áudio fornecido por um receptor analógico. Como se pode ver na Figura 2.1, dentro da banda passante de um receptor analógico AM encontram-se as seguintes portadoras do sinal digital: as portadoras de referência (em 181,7 Hz acima e abaixo da portadora AM) e as portadoras OFDM das bandas terciárias, que se estendem de 363,4 Hz a 4.723,8 Hz acima e abaixo da portadora AM. As bandas laterais secundárias e primárias do sinal digital também afetam a qualidade da recepção analógica, embora geralmente estejam fora da banda passante dos receptores analógicos AM. O nível da degradação causada por essas bandas laterais ao áudio analógico é dependente da seletividade do receptor analógico AM usado.

Nos testes de laboratório e de campo realizados nos E.U.A., e relatados em [5], com todos os rádios testados, com exceção de um rádio automotivo, houve degradação do áudio analógico devido à presença do sinal IBOC digital. Os rádios automotivos têm geralmente banda passante mais estreita e, por isso, são menos sensíveis ao sinal digital do que os receptores portáteis e hi-fi.

Nos testes de laboratório, verificou-se que a adição do sinal IBOC digital causou uma redução de até 9 dB na razão sinal-ruído do áudio obtido na saída dos receptores analógicos. Esses mesmos testes e testes de campo indicaram que subjetivamente a qualidade do áudio mudou de boa para razoável, na recepção com rádios automotivos ou hi-fi, e de boa para razoável-a-pobre, na recepção com um rádio portátil.

3.2.3 Impacto na recepção de sinais analógicos AM não-hospedeiros

Com relação a sinais analógicos AM não hospedeiros, existem quatro tipos de compatibilidade que precisam ser avaliados: co-canal, 1o canal adjacente, 2o canal adjacente e 3o canal adjacente.

Impacto na recepção de sinais AM localizados em co-conais

A adição do sinal IBOC digital ao sinal analógico AM de uma emissora não deverá causar interferência adicional significativa na recepção do sinal analógico AM de outras emissoras que utilizam o mesmo canal da emissora “interferente”. Isso se deve a dois fatos:

" a potência do sinal digital interferente é muito menor (da ordem de 6,5%) do que a potência do sinal analógico AM interferente (hospedeiro do sinal digital), que por sua vez deve ter um nível muito menor do que o nível do sinal interferido, dentro do contorno protegido desse último — no Brasil, é estabelecida uma relação de proteção de 26 dB, para o período noturno, e de 40 dB, para o período diurno;



" as bandas laterais primárias e secundárias do sinal digital interferente, que contêm a quase totalidade da potência desse sinal, não coincidem espectralmente com o sinal analógico AM interferido (ou desejado) — veja ilustração mostrada na Figura 3.4.

Sinal AM desejado

Freqüência, kHzfI + 10fI - 10 fI

Sinal IBOC interferente

fD +5fD - 5

Sinal analógico AM Sinal IBOC digital

fD

Sinal AM desejado



fD +5fD - 5


fD

Figura 3.4 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC em um sinal

analógico AM, quando ambos usam o mesmo canal (co-canal).

Impacto na recepção de sinais AM localizados no 1o canal adjacente

A Figura 3.5 ilustra o caso em que uma emissora AM (emissora desejada) está sofrendo a interferência de um sinal AM IBOC híbrido cuja portadora AM está separa de 10 kHz da portadora AM do sinal desejado. É importante notar que o sinal analógico AM interferente é, para o sinal analógico AM desejado, uma interferência em canal adjacente, contudo parte do sinal IBOC digital representa uma interferência co-canal. Portanto, a recepção do sinal analógico AM desejado será deteriorada devido à presença do sinal IBOC digital interferente, independente de quão estreita possa ser a banda passante do receptor analógico AM. O nível da interferência digital é primariamente dependente da razão D/I.

No Brasil, uma emissora AM é protegida de interferência localizada em seu 1o canal adjacente por uma razão D/I no seu contorno protegido de no mínimo +6 dB [6]. Por outro lado, essa mesma emissora é protegida de interferência co-canal por uma razão D/I no seu contorno protegido de no mínimo +26 dB, durante o período noturno, e +40 dB, durante o período diurno.

Suponha a seguinte situação: o nível do sinal analógico AM de uma emissora desejada é, no seu contorno protegido, aproximadamente 6 dB maior do que o nível do sinal analógico AM de uma emissora interferente localizada no 1o canal adjacente. Nessa situação, em relação às bandas laterais do sinal IBOC digital interferente que coincidem com o sinal analógico AM desejado, a razão D/I será



de aproximadamente +21,5 dB — esse valor é obtido usando os dados da Tabela 2.1 [7]. Essa razão D/I é razoavelmente menor do que os +26 dB exigidos atualmente para o período noturno e muito menor do que os +40 dB, para o período diurno. Portanto, nessa situação, é provável que a presença do sinal IBOC digital interferente cause uma significativa piora na qualidade da recepção do sinal analógico AM desejado, em parte da sua área de cobertura. É importante mencionar ainda que a qualidade subjetiva do áudio entregue por um receptor analógico AM é mais afetada por um sinal digital interferente do que por um sinal analógico AM interferente [8].

Os resultados dos testes realizados nos E.U. A. [5] revelaram alguns fatos importantes:

1. A razão D/I mínima de +6 dB estabelecida para proteger a área de cobertura de uma emissora AM em relação a um sinal analógico AM interferente localizado no 1o canal adjacente não é suficiente para propiciar uma proteção adequada. Nos testes realizados sem a presença do sinal IBOC digital, mesmo em pontos onde a razão D/I era de +10 dB, os rádios testados não foram capazes de entregar áudio com qualidade satisfatória. Em pontos onde a razão D/I era de +15 dB, os rádios automotivos testados propiciaram áudio com qualidade “boa-para-satisfatória”, enquanto que os rádios hi-fi e portátil propiciaram qualidade “satisfatória-para-pobre” e “pobre”, respectivamente.

2. Em pontos onde a razão D/I é de +10 dB, os receptores analógicos não são capazes de entregar áudio com qualidade satisfatória, independentemente se o sinal interferente é um sinal AM IBOC híbrido ou se apenas um sinal analógico AM.

Sinal AM desejado



fD + 5fD - 5


fD

Sinal AM desejado



fD + 5fD - 5


fD

Figura 3.5 - Ilustração da interferência potencial causada por um sinal AM IBOC em um sinal analógico AM,

quando a separação espectral entre as suas portadoras AM é de 10 kHz (1o adjacente).



3. Em pontos onde a razão D/I é de +15 dB, quando foi iniciada a transmissão do sinal IBOC digital, a qualidade do áudio mudou de “boa-para-satisfatória” para “satisfatória” e de “satisfatória-para-pobre” para “pobre” quando os rádios usados foram automotivos e hi-fi, respectivamente. Com os rádios portáteis, a qualidade do áudio permaneceu inalterada em “pobre”.


A Figura 3.6 ilustra o caso em que uma emissora AM (emissora desejada) está sofrendo a interferência de um sinal AM IBOC híbrido cuja portadora AM está separa de 20 kHz da portadora AM do sinal desejado. Nesse caso, parte do sinal IBOC digital constitui uma interferência localizada no 1o canal adjacente, embora o sinal analógico AM interferente esteja no 2o canal adjacente. Portanto, a deterioração causada pelo sinal IBOC digital interferente à qualidade da recepção do sinal analógico AM desejado será dependente da seletividade do receptor analógico usado e, naturalmente, da razão D/I no ponto de recepção.

As normas atuais da Anatel permitem uma razão de D/I de – 29,5 dB no contorno protegido de uma emissora AM, quando o sinal interferente (analógico AM) está localizado no 2o canal adjacente ao da emissora desejada [6]. Por outro lado, para um sinal analógico AM interferente localizado no 1o canal adjacente, é especificada uma razão D/I mínima de +6 dB [6].

Sinal AM desejado



fD +5fD - 5


fD

fI - 20

Sinal AM desejado



fD +5fD - 5


fD

fI - 20





Assim, se o nível do sinal analógico AM de uma emissora desejada for, no seu contorno protegido, 29,5 dB menor do que o nível do sinal analógico AM de uma emissora interferente localizada no seu 2o canal adjacente, as bandas laterais do sinal IBOC digital localizadas no 1o canal adjacente constituirão um sinal interferente para o qual a razão D/I será de aproximadamente –14 dB — esse valor é obtido usando os dados da Tabela 2.1 [7]. Essa razão D/I é muito menor do que os +6 dB exigidos atualmente pelas normas da Anatel. Conseqüentemente, nessa situação, é esperado que a qualidade da recepção do sinal analógico AM desejado seja, em parte da sua área de cobertura, significativamente afetada pela presença do sinal IBOC digital interferente.

Os testes realizados nos E.U. A. [5] propiciaram os seguintes resultados:

1. Em laboratório e com razão D/I de 0 dB, a qualidade do sinal de áudio na saída dos receptores analógicos variou de 3,2 a 3,7 (“boa-para-satisfatória”), na escala ACR-MOS, quando não havia o sinal IBOC digital, mas apenas o sinal analógico AM interferente no 2o canal adjacente. Com a adição do sinal IBOC digital, a qualidade variou entre 1,5 (“pobre-para-ruim”) e 3,4 (“boa-para-razoável”). Um receptor automotivo foi praticamente insensível à presença do sinal IBOC digital, enquanto que o receptor portátil foi mais afetado.

2. Em laboratório, mesmo com uma razão D/I de +15 dB, a adição do sinal IBOC digital causou degradação significativa na qualidade do áudio entregue pelos receptores analógicos, com exceção de um receptor automotivo. Nessas condições, a razão D/I é de aproximadamente 0 dB, se for considerado apenas o sinal IBOC digital localizado no 1o canal adjacente.

3. Em testes de campo, a qualidade subjetiva do áudio entregue por todos os receptores analógicos testados se manteve praticamente inalterada quando a razão D/I foi de 9 a 10 dB.


A Figura 3.7 ilustra o caso em que uma emissora AM (emissora desejada) está sofrendo a interferência de um sinal AM IBOC híbrido cuja portadora AM está separa de 30 kHz da portadora AM do sinal desejado. Nesse caso, existe uma banda de guarda com largura de 10 kHz entre o sinal analógico AM desejado e o sinal IBOC interferente. Testes realizados em laboratório [5] indicaram que essa banda de guarda é suficiente para que a adição do sinal IBOC digital ao sinal analógico AM localizado no 3o canal adjacente ao da emissora desejada não cause qualquer impacto na recepção do sinal analógico AM da emissora desejada.



Sinal AM desejado


fD +5fD - 5


fD

fI - 20fI - 30


Sinal AM desejado


fD +5fD - 5


fD

fI - 20fI - 30






4 PROCEDIMENTOS DE TESTE

4.1 CARACTERIZAÇÃO DA ESTAÇÃO TRANSMISSORA

Tabela 4.1 – Formulário com informações técnicas da estação transmissora.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE OPERAÇÃO DA ESTAÇÃO FREQÜÊNCIA: kHz

CLASSE:

CAMPO CARACTERÍSTICO, Ec: mV/m

POTÊNCIA DIURNA: kW

POTÊNCIA NOTURNA: kW

LOCALIZAÇÃO DA ESTAÇÃO TRANSMISSORA

CIDADE:

ALTITUDE:

COORDENADAS GEOGRÁFICAS:

TRANSMISSOR

MODELO:

POTÊNCIA DE SAÍDA:

SISTEMA IRRADIANTE CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DO SISTEMA IRRADIANTE:

SINAL AM IBOC DIGITAL

DENSIDADE ESPECTRAL DE POTÊNCIA

(valores esperados em função do ajuste do

excitador)

BANDA LATERAL PRIMÁRIA:

BANDA LATERAL SECUNDÁRIA:

BANDA LATERAL TERCIÁRIA:

dBc/300-Hz

dBc/300-Hz

dBc/300-Hz

TAXA DE BITS DESTINADA AO

CODIFICADOR DE ÁUDIO

CANAL PRINCIPAL (CORE): kbps

CANAL DE MELHORAMENTO (ENHANCED): kbps



4.1.1 Potência e espectro do sinal analógico AM

A potência de transmissão analógica da estação deve ser lida do equipamento de monitoração existente na estação. O sinal IBOC digital deve estar desligado no instante da leitura.

Para avaliar a densidade espectral de potência (DEP) do sinal analógico AM um analisador de espectro deve ser conectado no ponto de monitoração da estação, na saída do sistema de transmissão. As medições que devem ser feitas e os parâmetros para sua execução são mostrados na Tabela 4.2. O sinal IBOC digital deve estar desligado durante as medições. Os espectros medidos devem ser gravados.

Tabela 4.2 – Parâmetros para medição do espectro do sinal analógico AM.

Código da medida

Frequência central (FC)

Localização do marker

Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG

Trace Max Hold Comentários

A1 Portadora da estação FC 50 10.000 3.000 100 off

Potência do sinal analógico AM –

valor de referência

A2 Portadora da estação FC 50 300 300 100 off DEP média do

sinal analógico AM

A3 Portadora da estação FC 50 300 300 off 10

minutos Valor de pico da

DEP do sinal analógico AM

4.1.2 Potência e espectro do sinal híbrido

No sistema AM IBOC híbrido um único excitador produz ambos os sinais analógico AM e IBOC digital. Esse excitador controla completamente a razão entre a potência do sinal IBOC digital e a potência do sinal AM analógico. Essa razão não é facilmente programável pelo usuário, mas é um parâmetro fixo definido no firmware do excitador. Portanto, na realização de teste de campo, é desnecessário que o engenheiro ajuste a razão entre potências. Esse parâmetro necessita apenas ser medido.

Para avaliar a densidade espectral de potência (DEP) do sinal IBOC híbrido o analisador de espectro deve ser conectado no mesmo ponto de monitoração da estação usado para fazer as medições A1-A3 — veja Subseção 4.2.1 e Tabela 4.2. As medições que devem ser feitas e os parâmetros para sua execução são mostrados na Tabela 4.3. Os espectros medidos devem ser gravados.



Tabela 4.3 – Parâmetros para medição do espectro do sinal IBOC híbrido.

Código da medida



Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG


H1 Portadora da estação FC 50 30.000 3.000 100 off

Potência total do sinal híbrido –

valor de referência

H2 Portadora da estação FC 50 300 300 100 off DEP média do

sinal híbrido

H3 Portadora da estação FC 50 300 300 off 10

minutos Valor de pico da

DEP do sinal híbrido

Deve ser verificada a conformidade dos espectros medidos com as características espectrais do sinal IBOC híbrido apresentadas na Seção 2.1 e com as informações lançadas no formulário da Tabela 4.1.

4.1.3 Medições sobre o sinal IBOC no ar

Além das medições realizadas na estação, deve-se realizar medidas da DEP do sinal IBOC híbrido em um ponto distante entre 2 e 5 km da antena transmissora. Quando comparada com as medições feitas na estação, essas medições da DEP mostrarão o efeito que o casador de impedância, a linha de transmissão e a antena têm sobre o sinal AM IBOC. A Tabela 4.4 mostra os parâmetros para essas medições.

Tabela 4.4 – Parâmetros para medição do espectro do sinal IBOC no ar.

Código da medida



Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG


H4 Portadora da estação FC 50 300 300 100 off

DEP média do sinal IBOC no ar e valor de referência

(marker)

H5 Portadora da estação FC – 12,5 kHz 50 300 300 100 off

H6 Portadora da estação FC + 12,5 kHz 50 300 300 100 off

H7 Portadora da estação FC - 7,5 kHz 50 300 300 100 off

H8 Portadora da estação FC + 7,5 kHz 50 300 300 100 off

O valor associado ao marker é o valor da DEP da banda primária inferior (H5) ou superior

(H6) ou da banda secundária inferior (H7) ou superior

(H8) do sinal IBOC digital



4.2 AVALIAÇÃO DA ROBUSTEZ E DA ÁREA DE COBERTURA DO SINAL DIGITAL

Na faixa de onda média, a recepção pode ser de onda de superfície ou de onda ionosférica, sendo que a segunda existe apenas no período noturno. As emissoras pertencentes às classes B e C têm garantia de proteção apenas para sua área de serviço primária, onde a recepção é por meio da onda de superfície. Contudo, as emissoras pertencentes à classe A têm geralmente garantia de proteção também para a sua área de serviço secundária, onde a recepção é por meio da onda ionosférica. Assim, para essas emissoras, a robustez e a área de cobertura do sinal digital devem ser avaliadas para as duas modalidades de recepção.

4.2.1 Avaliação da área coberta pela onda de superfície

Para avaliar a área de cobertura que o sinal AM IBOC digital propicia por meio da onda de superfície, deve-se escolher pelo menos duas rotas radiais e, ao longo de cada uma delas, medir as seguintes grandezas:

! qualidade objetiva da recepção por meio da BLER ou, pelo menos, da indicação do estado da recepção (digital com qualidade máxima, digital com qualidade reduzida ou analógica);

! intensidade do sinal (nível da intensidade do campo, em µV/m);

! intensidade do ruído e/ou dos sinais de emissoras interferentes localizadas em canais adjacentes (nível da intensidade do campo, em µV/m);

! gravar áudio para avaliação subjetiva posterior.

Cada rota radial deve ter seu início a cerca de 3 km da antena transmissora e deve-se se estender até pelo menos o contorno protegido para o sinal analógico AM da emissora — veja ilustração mostrada na Figura 4.1. Cada radial deve ser percorrida até o ponto em que o receptor AM IBOC comutar para recepção analógica e não retornar mais para recepção digital ou até o contorno protegido do sinal analógico AM, o que ocorrer por último. Caso a referida comutação ocorra antes de se alcançar o contorno protegido, as medições devem continuar até alcançá-lo. O objetivo é saber se a recepção analógica tem qualidade satisfatória nessa parte da rota e, conseqüentemente, se a cobertura do sinal analógico é maior do que a cobertura do sinal digital. Deve-se tomar o cuidado de observar se a comutação para recepção analógica não é devida a uma degradação transitória da recepção, como a causada, por exemplo, pela passagem por um túnel. Nesses casos, deve-se continuar a percorrer a rota até que a comutação não seja temporária.

Escolher rotas que incluam:



" área urbana (área com alta densidade de prédios altos);

" área suburbana;

" área industrial;

" área rural,

" passagens sob viadutos e por túneis;

" passagens nas proximidades de redes de alta tensão.

Caso as rotas radiais não incluam todas esses tipos de área, deve-se escolher percursos adicionais que incluam os tipos de área não contemplados.

Recomenda-se que sejam gravados, ao longo de cada rota, os sinais de áudio entregues por um receptor IBOC digital e por um rádio analógico de boa qualidade. Caso não seja possível a gravação ao longo de toda a rota, recomenda-se que se faça posteriormente gravações sem estar em movimento em alguns pontos mais relevantes de cada rota. O sinais gravados devem ter sua qualidade avaliada subjetivamente.

Figura 4.1 - Ilustração das rotas radiais para avaliação da área de cobertura do sinal AM IBOC digital.

Medição do nível do ruído ou da interferência

Para que seja possível analisar posteriormente as causas da deterioração da recepção do sinal IBOC digital em determinados pontos das rotas, deveriam ser feitas medições do nível do ruído e interferências presentes no canal onde o sinal digital está sendo transmitido e nos canais adjacentes. Contudo, naturalmente tais medições não são possíveis de serem feitas na faixa de freqüência



ocupada pelo sinal IBOC digital, quando se está fazendo medidas contínuas ao longo das rotas. Assim, sugere-se que, durante o percorrer das rotas, seja medido o nível do ruído e interferências presentes nas bandas dos segundos canais adjacentes da emissora em teste; isto é, nas seguintes faixas de freqüência:

" (FC – 25 kHz) e (FC – 15 kHz) : 2o canal adjacente inferior; " (FC + 15 kHz) a (FC + 25 kHz) : 2o canal adjacente superior;

onde FC é a freqüência da portadora do sinal analógico AM da emissora em teste.

Caso sejam identificados trechos das rotas onde a recepção do sinal IBOC digital foi muito degradada ou foi interrompida devido provavelmente à existência de forte ruído ou interferência dentro da faixa do sinal IBOC digital, recomenda-se que se retorne a esses trechos e que se façam medidas em pontos fixos. Nesse caso, medir a DEP nas condições especificadas na Tabela 4.5.

Tabela 4.5 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal IBOC digital na recepção de sinal analógico AM localizado no 1o canal adjacente.

Código da

medida

Sinal IBOC digital

Frequência central

(FC) Localização do marker

Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG

Trace Max Hold

Comentários

D1 No ar Portadora da estação FC 50 300 300 100 off DEP média do sinal AM

IBOC híbrido

D2 Fora do ar

Portadora da estação

FC – 7,5 kHz 50 300 300 100 off Nível do ruído no 1o

canal adjacente inferior

D2 Fora do ar

Portadora da estação

FC + 7,5 kHz 50 300 300 100 off

Nível do ruído no 1o canal adjacente

superior

Apresentação dos resultados

Para cada rota radial percorrida deve ser gerado um conjunto de gráficos como aquele mostrado na Figura 4.2. A qualidade objetiva do sinal IBOC digital recebido é dada por

Qualidade objetiva = (1 – BLER) × 100%,

onde BLER é a taxa de erro de bloco (em inglês, block error rate) — veja Seção 2.3 e Subseção 3.1.1. Caso não seja possível registrar o valor da BLER, deve-se registrar pelo menos o estado da recepção, isto é, registrar se no ponto de recepção está sendo possível a recepção digital com qualidade máxima (DM), a recepção digital com qualidade reduzida (DR) ou apenas a recepção analógica (AN).



Figura 4.2 - Gráficos da qualidade objetiva e do nível de sinal para uma radial hipotética (DM = recepção digital com qualidade máxima, DR = recepção digital com qualidade reduzida, e AN = recepção analógica;

Qualidade objetiva = (1 – BLER) × 100%).

4.2.2 Avaliação da área coberta pela onda ionosférica

Para as emissoras pertencentes à Classe A é necessário avaliar também a recepção do sinal IBOC digital na área de serviço secundária, onde a recepção é conseguida por meio das ondas ionosféricas.

1. Escolher pelo menos 5 pontos de recepção distribuídos pela área de serviço secundária da emissora.

2. Gravar, em cada ponto de recepção escolhido, o sinal de áudio entregue por um receptor IBOC digital e o sinal de áudio entregue por um rádio analógico. Cada gravação deverá ter uma duração mínima de 2 minutos. Para cada ponto, deve-se fazer pelo menos três gravações espaçadas de 2 duas horas — são sugeridas as seguintes horas: 19:00, 21:00 e 23:00. O rádio analógico deve ser um rádio de boa qualidade, podendo ser um rádio automotivo ou portátil.

3. Medir e gravar a DEP do sinal IBOC híbrido da emissora, com os parâmetros mostrados na Tabela 4.6, no local em que as gravações forem realizadas e a cada gravação.



4. Realizar a avaliação subjetiva dos sinais de áudio gravados. Essa avaliação pode ser informal, mas deve-se intentar seguir tanto quanto possível as diretrizes da Recomendação ITU-R BS.1284-1 [9].

Tabela 4.6 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal IBOC digital na recepção do sinal analógico AM hospedeiro.

Código da medida


Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG


D1 Portadora da estação 50 300 300 100 off DEP média do

sinal IBOC híbrido

4.3 TESTES DE COMPATIBILIDADE COM OS SINAIS ANALÓGICOS

4.3.1 Receptores analógicos de teste

A degradação que um sinal IBOC digital causa na recepção de sinais analógicos depende do receptor analógico usado, especialmente da banda passante e da seletividade desse receptor — veja Seção 3.2. Assim, na realização dos testes de compatibilidade devem ser utilizados pelo menos três receptores analógicos, dos tipos a seguir especificados:

" um rádio automotivo; " um rádio residencial de alta qualidade (hi-fi); " um rádio portátil.

4.3.2 Impacto na recepção do sinal analógico AM hospedeiro

Para avaliar o impacto do sinal IBOC digital na recepção do sinal analógico AM recomenda-se os seguintes procedimentos:

1. Escolher um ponto distante entre 2 e 5 km da antena transmissora, onda o sinal recebido seja forte e livre de interferências, de modo que a qualidade do áudio entregue pelos rádios de teste seja a melhor possível.

2. Gravar durante 30 segundos a um minuto o sinal de áudio entregue pelos rádios de teste com o sinal IBOC digital “fora do ar” e em seguida gravar durante igual tempo com o sinal IBOC digital “no ar”. Repetir esse ciclo dez vezes, gravando preferencialmente diferentes tipos de material sonoro (música, fala, fala misturada com música).



3. No local em que as gravações forem realizadas, medir e gravar a DEP do sinal IBOC híbrido e do sinal analógico AM, com os parâmetros mostrados na Tabela 4.7.


Tabela 4.7 – Parâmetros para as medições de espectro na avaliação do impacto do sinal IBOC digital na recepção do sinal analógico AM hospedeiro.

Código da medida


Sinal IBOC digital

Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG


C1 Portadora da estação No ar 50 300 300 100 off DEP média do

sinal IBOC híbrido

C2 Portadora da estação Fora do ar 50 300 300 100 off DEP média do

sinal analógico AM

4.3.3 Impacto na recepção de sinais AM localizados no 1o canal adjacente

De acordo com os testes realizados nos E.U.A, caso o sinal de uma emissora interferente (I) localizada no 1o canal adjacente e o sinal da emissora desejada (D) tiverem, em um ponto de recepção, intensidades tais que a razão D/I é menor do que +15 dB, se a emissora interferente iniciar a transmissão do sinal IBOC digital, provavelmente esse sinal afetará significativamente a recepção do sinal analógico AM da emissora desejada — veja Subseção 3.2.3. As normas atuais da Anatel permitem, nesses casos, uma razão D/I de +6 dB [6]. Se a razão D/I entre os sinais analógicos AM é de +15 dB, então a razão D/I entre o sinal analógico AM e o sinal IBOC digital interferente será de aproximadamente +30 dB, sendo que eles estarão na mesma faixa de freqüência (ou mesmo canal).

Assim, caso o sinal de uma emissora que está transmitindo sinal IBOC híbrido chegue até o contorno protegido de uma outra emissora com amplitude que resulte em razão D/I menor do que +15 dB, deve-se avaliar o impacto do sinal IBOC digital na recepção do sinal analógico AM dessa emissora.

Para essa avaliação recomenda-se os seguintes procedimentos:

1. Localizar, dentro do contorno protegido da emissora desejada (e interferida), pontos onde a razão D/I tenha os seguintes valores 6, 10, 15, 20 e 25 dB. A Figura 4.3 sugere um procedimento para localizar tais pontos.

2. Gravar, em cada ponto, durante 30 segundos a um minuto, o sinal de áudio entregue pelos rádios de teste com o sinal IBOC digital interferente “fora do ar” e em seguida gravar durante igual tempo com o sinal IBOC digital “no ar”. Repetir esse ciclo dez vezes, gravando



preferencialmente diferentes tipos de material sonoro (música, fala, fala misturada com música).

3. No local em que as gravações forem realizadas, medir e gravar a DEP dos sinais analógicos AM sem e com a presença do sinal IBOC digital interferente. Medir usando os parâmetros mostrados na Tabela 4.8.



Código da

medida

Sinal IBOC digital

Frequência central


Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG

Trace Max Hold

Comentários

C3 Fora do ar

Portadora da estação interferente

FC 50 300 300 100 off DEP média dos sinais

analógicos AM e potência da portadora do sinal interferente

C4 Fora do ar


Portadora da estação interferida

50 300 300 100 off DEP média dos sinais

analógicos AM e potência da portadora

do sinal interferido

C5 no ar Portadora da estação interferente

FC ± 12,5 kHz* 50 300 300 100 off

DEP média com a presença do sinal IBOC

digital interferente * FC - 12,5 kHz, se a o sinal interferido estiver em canal adjacente superior, e FC + 12,5 kHz, caso contrário.

Figura 4.3 – Ilustração do percurso recomendado para a avaliação de impacto relativo a 1o ou 2o canal adjacente.



4.3.4 Impacto na recepção de sinais AM localizados no 2o canal adjacente

As normas atuais da Anatel permitem uma razão D/I de –29,5 dB no contorno protegido de uma emissora, quando o sinal interferente está localizado no 2o canal adjacente ao canal usado pela emissora desejada (interferida) [6]. Contudo, se a emissora interferente passar a transmitir sinal AM IBOC híbrido, é preciso que a razão D/I seja da ordem de +10 dB ou maior para que o sinal IBOC digital não afete significativamente a recepção do sinal analógico AM da emissora desejada — veja Subseção 3.2.3. Isso porque parte das bandas laterais do sinal IBOC digital estará localizada no 1o canal adjacente ao canal usado pela emissora desejada.

Assim, caso uma emissora inicie a transmissão do sinal IBOC híbrido e seu sinal chegue com amplitude que resulte em razão D/I menor do que +15 dB no contorno protegido de uma outra emissora localizada no 2o canal adjacente, deve-se avaliar o impacto do sinal IBOC digital na recepção do sinal analógico AM dessa emissora.

Para essa avaliação recomenda-se os seguintes procedimentos:

1. Localizar, dentro do contorno protegido da emissora desejada (e interferida), pontos onde a razão D/I tenha os seguintes valores 0, 5, 10, 15 dB. A Figura 4.3 sugere um procedimento para localizar tais pontos.

2. Gravar, em cada ponto, durante 30 segundos a um minuto, o sinal de áudio entregue pelos rádios de teste com o sinal IBOC digital interferente “fora do ar” e em seguida gravar durante igual tempo com o sinal IBOC digital “no ar”. Repetir esse ciclo dez vezes, gravando preferencialmente diferentes tipos de material sonoro (música, fala, fala misturada com música).

3. No local em que as gravações forem realizadas, medir e gravar a DEP dos sinais analógicos AM sem e com a presença do sinal IBOC digital interferente. Medir usando os parâmetros mostrados na Tabela 4.9.





Código da

medida

Sinal IBOC digital

Frequência central


Span (kHz)

RBW (Hz)

VBW (Hz)

Vídeo AVG

Trace Max Hold

Comentários

C6 Fora do ar

Portadora da estação interferente ± 5 kHz*



analógicos AM e potência da portadora do sinal interferente

C7 Fora do ar


Portadora da estação interferida


analógicos AM e potência da portadora

do sinal interferido

C8 no ar


Portadora da estação interferida ± 7,5 kHz**

60 300 300 100 off DEP média com a

presença do sinal IBOC digital interferente

* + 5 kHz, se a o sinal interferido estiver em canal adjacente superior, e –5 kHz, caso contrário. ** – 7,5 kHz, se a o sinal interferido estiver em canal adjacente superior, e +7,5 kHz, caso contrário.

4.3.5 Avaliação noturna

No período noturno, devido às ondas ionosféricas, é maior a probabilidade de um sinal AM IBOC afetar a recepção de sinais analógicos AM de outras emissoras, localizadas no 1o ou no 2o canal adjacente (inferior ou superior) ao canal ocupado pelo sinal analógico AM hospedeiro do sinal IBOC digital interferente.

Conforme já foi dito — veja as subseções 3.2.3, 4.3.3 e 4.3.4 —, se o sinal analógico AM de uma dada emissora chega no contorno protegido de uma outra emissora localizada no 1o ou 2o canal adjacente com magnitude que resulte em razão D/I menor do que +15 dB, então, se a emissora interferente passar a transmitir sinal AM IBOC híbrido, o sinal IBOC digital provavelmente afetará a recepção da emissora interferida. Naturalmente, isso ocorrerá se o sinal interferente está chegando no contorno protegido da outra emissora por meio de onda de superfície ou onda ionosférica. Portanto, a emissora que iniciar a transmissão de sinal AM IBOC híbrido deverá verificar se esse tipo de interferência está ocorrendo considerando os dois tipos de propagação: por meio de onda de superfície e por meio de onda ionosférica.



REFERÊNCIAS

[1] Doc. No. SY_IDD_1012s rev. E, HD Radio™ Air Interface Design Description – Layer 1 AM, iBiquity Digital Corporation, 22/03/2005.

[2] Doc. No. SY_SSS_1082s rev. D, HD Radio™ AM Transmission System Specifications, iBiquity Digital Corporation, 24/02/2005.

[3] S. A. Johnson, “The Structure and generation of robust waveforms for AM in-band on-channel digital broadcasting”, disponível em http://www.ibiquity.com/technology/papers.htm, acessado em janeiro de 2004.

[4] Doc. No. SY_IDD_1017s rev. E, HD Radio™ Air Interface Design Description — Audio Transport, iBiquity Digital Corporation, 31/03/2005.

[5] National Radio Systems Committee – DAB Subcommittee, Evaluation of the iBiquity Digital Corporation IBOC System, Part 2 – AM IBOC, Report from the Evaluation Working Group, abril de 2002.

[6] Regulamento Técnico para Emissoras de Radiodifusão Sonora em Onda Média e em Onda Tropical – 120 m, Anatel.

[7] Estudo da compatibilidade

[8] ITU – Doc. 6E/301-E, RF Protection Ratios for Digital Sound Broadcasting Below 30 MHz, março de 2003.

[9] Rec. ITU-R BS.1248-1, General methods for the subjective assessment of sound quality, 2003.

proposta de critérios e procedimentos para avaliação do...

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