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Cursos Gerais ·
Rede de Computadores
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Bemvindo Neste capítulo estudaremos INTRODUÇÃO 1 CONCEITOS INICIAIS Um enlace de microondas irá frequentemente apresentar um modo conveniente e econômico para comunicações de dados de alta velocidade entre dois ou mais pontos O aqui é apresentar as informações e compreensão suficientes para especificar tecnicamente um enlace de microondas terrestre A ênfase estará na execução de análises quantitativas de modo que respostas específicas sejam dadas a questões em função da altura dimensões e comprimento distância e a qualidade Equipamentos de microondas estão disponíveis de imediato por meio de muitos fabricantes O trabalho do designer de enlaces é selecionar e configurar o equipamento do modo mais eficaz e econômico A figura abaixo ilustra os componentes básico do sistema de rádio enlace terrestre com operação em microondas Figura 81 Fonte autor 2017 Exemplos de aplicações Conforme já indicado logo acima os enlaces de microondas possuem uma infinidade de aplicações abaixo são somente algumas para exemplificar Clique sobre os itens abaixo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Redes PSTN via central de comutação Figura 82 Fonte autor 2017 2 ANTENAS PARA RADIO ENLACES TERRESTRES Além das antenas parabólicas já indicadas anteriormente Unidade I item 110 nos rádios enlaces terrestres é comum a utilização também de antenas dos tipos Yagui devido a sua facilidade construtiva e custos envolvidos A figura abaixo ilustra uma antena Yagui as suas características técnicas seguem a mesma teoria já indicada anteriormente Figura 91 Fonte autor 2017 3 MULTILEXAXÃO As multiplexações dos sinais seguem a hierarquia PDH Plesiochronous Digital Hierarchy as quais definem as capacidades No Brasil segue o padrão europeu de padronização conforme a figura abaixo Figura 92 Fonte autor 2017 4 REGULAÇÕES Nas regulações fornecidas pela ANATEL definem todos os conjuntos de regras para um projeto de rádio enlaces tais como frequência e banda canal de operação potência máxima ERIP ou dBm ou W máximo ganho e abertura de feixe da antena e dentre muitos outros O processo de canalização também informado nas resoluções são semelhantes as apresentadas na Unidade I item 18 Uma simples busca no site é possível obter todas as informações disponíveis wwwanatelgov É válido ressaltar aqui que nos rádio enlaces terrestre as altas ordem de modulações podem ser utilizadas por exemplo 256QAM ou 1024QAM Resolução nº 169 de 5 de outubro de 1999 Portaria nº 334 de 2 de junho de 1997 Portaria nº 208 de 12 de abril de 1994 Resolução nº 131 de 15 de junho de 1999 Resolução nº 198 de 16 de dezembro de 1999 Resolução nº 240 de 29 de novembro de 2000 Resolução nº 454 de 11 de dezembro de 2006 Resolução nº 103 de 26 de fevereiro de 1999 Resolução nº 495 de 24 de março de 2008 Resolução nº 105 de 26 de fevereiro de 1999 Resolução nº 504 de 14 de maio de 2008 Portaria nº 140 de 17 de maio de 1995 Norma MC n 0011995 Resolução nº 310 de 19 de setembro de 2002 Resolução nº 106 de 26 de fevereiro de 1999 Resolução nº 307 de 14 de agosto de 2002 Portaria nº 605 de 17 de agosto de 1994 Norma MC nº 0161994 Resolução nº 129 de 26 de maio de 1999 Portaria nº 1288 de 21 de outubro de 1996 Norma MC n 0151996 Portaria nº 247 de 21 de outubro de 1991 Norma MC n 0041991 Portaria nº 1120 de 14 de dezembro de 1994 Norma MC n 00271994 Portaria nº 83 de 30 de dezembro de 1992 Norma MC n 0031992 Resolução nº 561 de 28 de janeiro de 2011 Resolução nº 374 de 15 de julho de 2004 5 CÁLCULOS DOS ENLACES TERRESTRES Alguns autores e projetistas utilizam a fórmula de Friis espaço livre para determinar os cálculos do enlace Entretanto esta maneira por considerar o canal de comunicação ideal pode conduzir a erros no dimensionamento do projeto ou seja superestimar ou subestimar o projeto Com isso a ITU disponibilizou um conjunto de regras para a determinação dos enlaces terrestre esta recomendação é a ITUR P530 que já se encontra na decima sexta edição E será esta recomendação que iremos utilizar para os cálculos dos enlaces Primeiramente deve determinar o fator geoclimático K dado pela seguinte expressão Onde K é o fator geoclimático dN1 é gradiente de refratividade que pode ser obtido na figura a seguir sa é a fator de rugosidade do terreno A figura abaixo indica de forma ampliada a região de interesse para obter o gradiente de refratividade Figura 93 Fonte autor 2017 O cálculo do fator de rugosidade pode ser obtido por Onde n é o número de altitude tomadas hi é altitude na posição i h é a altitude média entre o transmissor e receptor O próximo cálculo é a determinação do fator de ocorrência de múltiplos percursos Onde εp é o fator de ocorrência de múltiplos percursos hr e he são as alturas em metros das antenas de recepção e transmissão respectivamente considerando do centro geométrico da antena até o nível do mar E d é a distância do enlace entre transmissor e receptor Também deve ser determinada a porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos como sendo Onde p0 é a porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos com unidade em εp é o fator de ocorrência de múltiplos percursos já determinado anteriormente f é a frequência de operação e hL é considerada a menor altura entre as alturas hr e he Como este valor é dado em porcentagem assim deve ser realizada a seguinte conversão tirar Determinação da porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos Onde Ps é a porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos η é a variável auxiliar calculada por E S é a área de assinatura do rádio Onde TS é o período de símbolo comunidade em ns E Kn é a área de assinatura normalizada por exemplo Tabela 7 MODULAÇÃO QPSK 8PSK 16QAM 64QAM Kn 10 70 55 154 Fonte Autor 2017 E ainda τm que é o atraso médio entre os dois percursos de maior potência medidos em ns sendo assim temse O valor de d continua sendo a separação entre o transmissor e receptor Também deve ser determinado o valor da porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos não seletivos Pns Ptotal Ps Onde Ptotal é dado por Sendo C a confiabilidade do sistema e Ps é a porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos A margem de devido ao desvanecimento é Como sendo M a margem de devido ao desvanecimento P0 é a porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos e Pns é a porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos Determinação dos ganhos as antenas em função da atenuação provocada pelo enlace Onde d é a distância do enlace entre TX e RX f é a frequência de operação e Σ A é a somatória das atenuações encontradas no enlace Para determinar a potência de recepção PRX PL M Chegando à seguinte expressão dos ganhos das antenas Sendo PTX é a potência de transmissão em dBm E finalmente para os ganhos considerando que os ganhos das antenas de transmissão e recepção são iguais Para a determinação dos diâmetros mínimos em metros das antenas caso sejam utilizadas antenas parabólicas Sendo ϕ é o diâmetro mínimo da antena em metros que G é o ganho da antena TX ou RX f é a frequência de operação em GHz Exemplo Dimensione o radioenlace de acordo com a Recomendação ITUR P53016 Altitudes 1410 m e 845 m Fator de rugosidade 140 m Extensão do enlace 85 km Altura das antenas do centro geométrico das antenas a base da torre 40 m Frequência 14529 GHz e 15019 GHz Res 129 canais 2 e 7 Potência do transmissor 33 dBm Área de assinatura Potência de Limiar de recepção 90 dBm BER 103 Perdas nos guias de ondas 4 dB Circulador 2 dB Filtros 25 dB Conectores 13 dB Confiabilidade do sistema 9999995 Determinação do fator geoclimático para a determinação do fator geoclimático da região é necessário a primeiro a determinação do gradiente de refratividade que pode ser obtido na figura apresentada O valor do fator de rugosidade do terreno já indicado no enunciado do exemplo Assim considerando dN1 250 Nkm valor aproximado e Sa 140m Determinação do fator de ocorrência de múltiplos percursos As variáveis hr e he são as alturas em metros contadas do centro geométrico das antenas de transmissão e recepção a partir do nível do mar E a variável d é a distância do enlace Ambos valores foram fornecidos no enunciado mas que podem ser obtido através do Google Earth ou outro software de análise de terreno e somada mais a altura da torre que se encontra a antena instalada Determinação da porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos A variável K já foi determinada e as variáveis d e f são do enunciado Na variável f é importante que o exercício considere o pior caso entre as duas frequências de transmissão e recepção o pior caso é a operação sempre na frequência mais alta O valor de hL é menor das alturas entre hr e he Determinação da porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos Para determinar a equação acima temos que calcular a variável auxiliar η a área de assinatura S e o atraso médio entre dois percursos de maior potência em ns Então teremos A área de assinatura S foi fornecida no enunciado S 250 106 ns2 Para a determinação do atraso médio em ns entre dois percursos de maiores amplitudes temse Então temse Determinação da probabilidade de inoperância devido ao desvanecimento não seletivo Esta probabilidade devido ao desvanecimento não seletivo é o resultado da subtração da probabilidade total Ptot pela probabilidade de desvanecimento seletivo PS E a probabilidade total é uma variável em função da confiabilidade requerida do sistema definida por Como a confiabilidade requerida no sistema foi de 9999995 enunciado Temse então Determinação da margem de desvanecimento As variáveis P0 e Pns já estão calculadas nos itens anteriores Determinação do ganho e diâmetro das antenas Determinação da atenuação total encontrado no sistema de comunicação é dado por Como a potência de limiar de recepção é um dado de manual esta informação foi dada no enunciado do problema 90 dBm BER 103 Sendo assim a somatória dos ganhos das antenas de transmissão e recepção Considerando os ganhos das antenas de transmissão e recepção iguais ou seja GTX GRX temos Definido então que os diâmetros mínimos das antenas de transmissão e recepção serão de 6 RADIOMOBILE Para simulações de radio enlaces temse um software muito bom e livre chamando RadioMobile De fácil utilização e muito confiável suas simulações Figura 94 Simulação com RadioMobile Fonte autor 2017 Figura 95 Simulação com RadioMobile Fonte autor 2017 Este software possui a facilidade de apresentar o enlace no Google Earth Figura 96 Simulação com RadioMobile Fonte autor 2017 Figura 97 Simulação com RadioMobile 3 Torres Morro Cruzeiro Santa Rita do Sapucaí Fonte autor 2017
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Bemvindo Neste capítulo estudaremos INTRODUÇÃO 1 CONCEITOS INICIAIS Um enlace de microondas irá frequentemente apresentar um modo conveniente e econômico para comunicações de dados de alta velocidade entre dois ou mais pontos O aqui é apresentar as informações e compreensão suficientes para especificar tecnicamente um enlace de microondas terrestre A ênfase estará na execução de análises quantitativas de modo que respostas específicas sejam dadas a questões em função da altura dimensões e comprimento distância e a qualidade Equipamentos de microondas estão disponíveis de imediato por meio de muitos fabricantes O trabalho do designer de enlaces é selecionar e configurar o equipamento do modo mais eficaz e econômico A figura abaixo ilustra os componentes básico do sistema de rádio enlace terrestre com operação em microondas Figura 81 Fonte autor 2017 Exemplos de aplicações Conforme já indicado logo acima os enlaces de microondas possuem uma infinidade de aplicações abaixo são somente algumas para exemplificar Clique sobre os itens abaixo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Redes PSTN via central de comutação Figura 82 Fonte autor 2017 2 ANTENAS PARA RADIO ENLACES TERRESTRES Além das antenas parabólicas já indicadas anteriormente Unidade I item 110 nos rádios enlaces terrestres é comum a utilização também de antenas dos tipos Yagui devido a sua facilidade construtiva e custos envolvidos A figura abaixo ilustra uma antena Yagui as suas características técnicas seguem a mesma teoria já indicada anteriormente Figura 91 Fonte autor 2017 3 MULTILEXAXÃO As multiplexações dos sinais seguem a hierarquia PDH Plesiochronous Digital Hierarchy as quais definem as capacidades No Brasil segue o padrão europeu de padronização conforme a figura abaixo Figura 92 Fonte autor 2017 4 REGULAÇÕES Nas regulações fornecidas pela ANATEL definem todos os conjuntos de regras para um projeto de rádio enlaces tais como frequência e banda canal de operação potência máxima ERIP ou dBm ou W máximo ganho e abertura de feixe da antena e dentre muitos outros O processo de canalização também informado nas resoluções são semelhantes as apresentadas na Unidade I item 18 Uma simples busca no site é possível obter todas as informações disponíveis wwwanatelgov É válido ressaltar aqui que nos rádio enlaces terrestre as altas ordem de modulações podem ser utilizadas por exemplo 256QAM ou 1024QAM Resolução nº 169 de 5 de outubro de 1999 Portaria nº 334 de 2 de junho de 1997 Portaria nº 208 de 12 de abril de 1994 Resolução nº 131 de 15 de junho de 1999 Resolução nº 198 de 16 de dezembro de 1999 Resolução nº 240 de 29 de novembro de 2000 Resolução nº 454 de 11 de dezembro de 2006 Resolução nº 103 de 26 de fevereiro de 1999 Resolução nº 495 de 24 de março de 2008 Resolução nº 105 de 26 de fevereiro de 1999 Resolução nº 504 de 14 de maio de 2008 Portaria nº 140 de 17 de maio de 1995 Norma MC n 0011995 Resolução nº 310 de 19 de setembro de 2002 Resolução nº 106 de 26 de fevereiro de 1999 Resolução nº 307 de 14 de agosto de 2002 Portaria nº 605 de 17 de agosto de 1994 Norma MC nº 0161994 Resolução nº 129 de 26 de maio de 1999 Portaria nº 1288 de 21 de outubro de 1996 Norma MC n 0151996 Portaria nº 247 de 21 de outubro de 1991 Norma MC n 0041991 Portaria nº 1120 de 14 de dezembro de 1994 Norma MC n 00271994 Portaria nº 83 de 30 de dezembro de 1992 Norma MC n 0031992 Resolução nº 561 de 28 de janeiro de 2011 Resolução nº 374 de 15 de julho de 2004 5 CÁLCULOS DOS ENLACES TERRESTRES Alguns autores e projetistas utilizam a fórmula de Friis espaço livre para determinar os cálculos do enlace Entretanto esta maneira por considerar o canal de comunicação ideal pode conduzir a erros no dimensionamento do projeto ou seja superestimar ou subestimar o projeto Com isso a ITU disponibilizou um conjunto de regras para a determinação dos enlaces terrestre esta recomendação é a ITUR P530 que já se encontra na decima sexta edição E será esta recomendação que iremos utilizar para os cálculos dos enlaces Primeiramente deve determinar o fator geoclimático K dado pela seguinte expressão Onde K é o fator geoclimático dN1 é gradiente de refratividade que pode ser obtido na figura a seguir sa é a fator de rugosidade do terreno A figura abaixo indica de forma ampliada a região de interesse para obter o gradiente de refratividade Figura 93 Fonte autor 2017 O cálculo do fator de rugosidade pode ser obtido por Onde n é o número de altitude tomadas hi é altitude na posição i h é a altitude média entre o transmissor e receptor O próximo cálculo é a determinação do fator de ocorrência de múltiplos percursos Onde εp é o fator de ocorrência de múltiplos percursos hr e he são as alturas em metros das antenas de recepção e transmissão respectivamente considerando do centro geométrico da antena até o nível do mar E d é a distância do enlace entre transmissor e receptor Também deve ser determinada a porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos como sendo Onde p0 é a porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos com unidade em εp é o fator de ocorrência de múltiplos percursos já determinado anteriormente f é a frequência de operação e hL é considerada a menor altura entre as alturas hr e he Como este valor é dado em porcentagem assim deve ser realizada a seguinte conversão tirar Determinação da porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos Onde Ps é a porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos η é a variável auxiliar calculada por E S é a área de assinatura do rádio Onde TS é o período de símbolo comunidade em ns E Kn é a área de assinatura normalizada por exemplo Tabela 7 MODULAÇÃO QPSK 8PSK 16QAM 64QAM Kn 10 70 55 154 Fonte Autor 2017 E ainda τm que é o atraso médio entre os dois percursos de maior potência medidos em ns sendo assim temse O valor de d continua sendo a separação entre o transmissor e receptor Também deve ser determinado o valor da porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos não seletivos Pns Ptotal Ps Onde Ptotal é dado por Sendo C a confiabilidade do sistema e Ps é a porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos A margem de devido ao desvanecimento é Como sendo M a margem de devido ao desvanecimento P0 é a porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos e Pns é a porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos Determinação dos ganhos as antenas em função da atenuação provocada pelo enlace Onde d é a distância do enlace entre TX e RX f é a frequência de operação e Σ A é a somatória das atenuações encontradas no enlace Para determinar a potência de recepção PRX PL M Chegando à seguinte expressão dos ganhos das antenas Sendo PTX é a potência de transmissão em dBm E finalmente para os ganhos considerando que os ganhos das antenas de transmissão e recepção são iguais Para a determinação dos diâmetros mínimos em metros das antenas caso sejam utilizadas antenas parabólicas Sendo ϕ é o diâmetro mínimo da antena em metros que G é o ganho da antena TX ou RX f é a frequência de operação em GHz Exemplo Dimensione o radioenlace de acordo com a Recomendação ITUR P53016 Altitudes 1410 m e 845 m Fator de rugosidade 140 m Extensão do enlace 85 km Altura das antenas do centro geométrico das antenas a base da torre 40 m Frequência 14529 GHz e 15019 GHz Res 129 canais 2 e 7 Potência do transmissor 33 dBm Área de assinatura Potência de Limiar de recepção 90 dBm BER 103 Perdas nos guias de ondas 4 dB Circulador 2 dB Filtros 25 dB Conectores 13 dB Confiabilidade do sistema 9999995 Determinação do fator geoclimático para a determinação do fator geoclimático da região é necessário a primeiro a determinação do gradiente de refratividade que pode ser obtido na figura apresentada O valor do fator de rugosidade do terreno já indicado no enunciado do exemplo Assim considerando dN1 250 Nkm valor aproximado e Sa 140m Determinação do fator de ocorrência de múltiplos percursos As variáveis hr e he são as alturas em metros contadas do centro geométrico das antenas de transmissão e recepção a partir do nível do mar E a variável d é a distância do enlace Ambos valores foram fornecidos no enunciado mas que podem ser obtido através do Google Earth ou outro software de análise de terreno e somada mais a altura da torre que se encontra a antena instalada Determinação da porcentagem de tempo de ocorrência de múltiplos percursos A variável K já foi determinada e as variáveis d e f são do enunciado Na variável f é importante que o exercício considere o pior caso entre as duas frequências de transmissão e recepção o pior caso é a operação sempre na frequência mais alta O valor de hL é menor das alturas entre hr e he Determinação da porcentagem de tempo de inoperância devido aos desvanecimentos seletivos Para determinar a equação acima temos que calcular a variável auxiliar η a área de assinatura S e o atraso médio entre dois percursos de maior potência em ns Então teremos A área de assinatura S foi fornecida no enunciado S 250 106 ns2 Para a determinação do atraso médio em ns entre dois percursos de maiores amplitudes temse Então temse Determinação da probabilidade de inoperância devido ao desvanecimento não seletivo Esta probabilidade devido ao desvanecimento não seletivo é o resultado da subtração da probabilidade total Ptot pela probabilidade de desvanecimento seletivo PS E a probabilidade total é uma variável em função da confiabilidade requerida do sistema definida por Como a confiabilidade requerida no sistema foi de 9999995 enunciado Temse então Determinação da margem de desvanecimento As variáveis P0 e Pns já estão calculadas nos itens anteriores Determinação do ganho e diâmetro das antenas Determinação da atenuação total encontrado no sistema de comunicação é dado por Como a potência de limiar de recepção é um dado de manual esta informação foi dada no enunciado do problema 90 dBm BER 103 Sendo assim a somatória dos ganhos das antenas de transmissão e recepção Considerando os ganhos das antenas de transmissão e recepção iguais ou seja GTX GRX temos Definido então que os diâmetros mínimos das antenas de transmissão e recepção serão de 6 RADIOMOBILE Para simulações de radio enlaces temse um software muito bom e livre chamando RadioMobile De fácil utilização e muito confiável suas simulações Figura 94 Simulação com RadioMobile Fonte autor 2017 Figura 95 Simulação com RadioMobile Fonte autor 2017 Este software possui a facilidade de apresentar o enlace no Google Earth Figura 96 Simulação com RadioMobile Fonte autor 2017 Figura 97 Simulação com RadioMobile 3 Torres Morro Cruzeiro Santa Rita do Sapucaí Fonte autor 2017