Conceitos importantes para implementar uma ligação MICROONDAS entre duas Zonas - TELECOMUNICAÇÕES

 

INTRODUÇÃO

Este trabalho visa apresentar alguns fatores envolvidos na concepção de um link de rádio, demonstrando como é feito o cálculo, discutindo sobre as ferramentas computacionais utilizadas no processo e debatendo as tecnologias utilizadas, no mundo, para construir uma rede de transmissão.

OBJECTIVO

ü ü  Reunir informações suficientes para a elaboração de um projeto de radio enlace ponto a ponto, na faixa de microondas, discutindo suas caraterísticas, apresentando as tecnologias e os recursos disponíveis para a execução do mesmo.

 

I. CONCEITO RELEVANTES

Um sistema de comunicação ponto a ponto consiste em duas estações e um meio de transmissão entre elas, como mostrado na figura abaixo.

Figura – Esquema em bloco do sistema de comunicação.

Com base nas necessidades dos clientes e nas normas vigentes, o projetista deve encontrar a solução técnico/económico mais adequada para cada caso projetado.

Um sistema bem projetado é aquele em que a capacidade de prover serviços aos clientes não se restringe apenas as necessidades atuais, mas prevê certo crescimento das mesmas, tornando assim o projecto e os equipamentos utilizados economicamente viáveis e com uma maior vida útil. Este fato faz com que a rede tenha seu potencial e sua vida útil estendidos.

Como regra prática, um enlace é considerado com vista direta, ou seja, de difração desprezível se não existir nenhum obstáculo dentro da primeira zona de Fresnel.

Figura – Exemplo de zona de Fresnel

 

II - FATOR K

Refração atmosférica que se observa nas ondas de rádio ocorre devido a variações no índice de refração do ar com altura. Ela muda de acordo com as condições climáticas devido a alterações da temperatura, pressão e humidade, por exemplo.

Existem dois tipos de K: k médio e k mínimo

k médio – Usado para enlaces curtos, para tal, considerar o valor .

k mínimo – Usado para enlaces longos. Obtido no documento da ITU-R 530-09.

Na teoria, deve aplicar-se os dois valores de K e adotar o que for mais crítico.

III. ATENUAÇÃO DEVIDO AS CHUVAS

Cabe ao projetista dimensionar corretamente os equipamentos para que a interrupção da chuva no sinal transmitido seja menor possível.

Existem vários modelos para tratar sobre a atenuação devido as chuvas. Usamos o método do ITU-R 838 e 530-7.

Neste método, o ponto de partida é a taxa pluviométrica excedida em 001% do tempo ao longo do ano, ou seja, cerca de 53 minutos.

Calcular a atenuação específica para a ligação, que é definida como a atenuação por quilómetro do lance provocada por chuva. Esta atenuação depende da frequência, da polarização e da taxa pluviométrica, conforme as equações abaixo:

Tabela 1 – Parâmetros da chuva (recomendações ITU-R 838)

IV. ATENUAÇÃO CAUSADA PELA ATMOSFERA

Esta atenuação é devida a dois componentes, oxigénio e vapor de água. Deve ser considerada em altas frequências.

Tabela 2 – Atenuação devido a atmosfera (Recomendações ITU-R 838)

V. ESCOLHA DE FREQUÊNCIAS DE OPERAÇÃO

            O plano de frequência é aquele da prática do INATEL. Este valor de frequência é utilizado por exemplo, na atenuação do espaço livre que depende da frequência de transmissão e da distância do enlace.

Ao calcular as frequências ótimas para Uplink e Downlink deve se ter em conta:

a)     Selecionar uma banda de frequências e não a frequência central do canal radio elétrico. Só faz sentido calcular a frequência ótima (central) no salto mais difícil da ligação.

b)     Em percursos obstruídos a frequência ótima é baixa 1,5 a 2 GHz.

c)      Em percursos com repetidores passivos (distantes dos terminais) a frequência ótima deve ser elevada (8 a 11 GHz).

d)     Em percursos desobstruídos com comprimentos entre 30 a 50km a frequência ótima esta entre 4 a 6GHz.

e)     Em percursos desobstruídos com comprimentos mais curtos (inferiores a 20km) a frequência ótima esta entre 11 a 13GHz.

f)       Em percursos desobstruídos mais longos (superiores a 50km) a frequência ótima esta entre 2 a 4 GHz.

VI. ALTURA DAS ANTENAS

Para definir a altura das antenas, em relação ao solo, é preciso levar em conta o perfil topográfico e o primeiro elipsoide de Fresnel. Caso exista obstáculo entre as estações, a altura das antenas deve ser acrescida até que o obstáculo saia da região compreendida pelo elipsoide de Fresnel.

Obviamente, a altura máxima da antena deve respeitar os limites físicos da torre onde a antena será instalada.

Uma premissa para este cálculo é a definição do fator K.

Para k=4/3, temos a seguinte fórmula:

d - Distância total entre as estações em km.

d1 - Distância entre a 1ª estação e o ponto crítico (obstáculo), em km.

d2 - Distancia entre a 2ª estação e o ponto crítico (obstáculo), em km.

ha – Altitude da 1ª estação em relação ao nível do mar.

hb - Altitude da 2ª estação em relação ao nível do mar.

hpc - Altitude do ponto crítico/obstáculo em relação ao nível do mar.

h1 – Altura da antena A em relação ao solo.

h2 – Altura da antena B em relação ao solo.

Mc – Margem de crescimento de árvores no ponto crítico, para margem de segurança adequada, considerar 3 metros.

Ms - Margem de segurança devido à precisão das medidas, para margem de segurança adequada, considerar 5 metros.

 Hc – Correção equivalente da terra para K=4/3+100% do raio de Fresnel no ponto crítico. Soma dos parâmetros  e RF.

RF – 100% do raio de Fresnel no ponto crítico visto na fórmula abaixo. 

Raio de Fresnel no ponto crítico a 100%

d1 - Distância entre a 1ª estação e o ponto crítico (obstáculo), em km.

d2 - Distância entre a 2ª estação e o ponto crítico (obstáculo), em km.

f – Frequência central de operação da ligação em GHz.

n – Número de elipsoides de Fresnel, tipicamente assume valor 1.

Correção equivalente da curvatura da Terra para k=4/3 no ponto crítico.

 VII. DISPONIBILIDADE DO SISTEMA

Este cálculo refere-se a identificar um conjunto de parâmetros que define se o sistema é viável ou não, fornecendo uma visão qualitativa e quantitativa do sinal a ser transmitido.

 

Atenuação no espaço livre Ae medido em decibel (dB)

Atenuação total líquida At 

   

Ae – Atenuação em espaço livre

Aab – Atenuação devido a absorção na atmosfera (dB), adotar 0,5 dB

Aca – Atenuação no guia de onda ou cabo de RF da estação A (dB), adotar 0,5 dB

Acb – Atenuação no guia de onda ou cabo de RF da estação B (dB), adotar 0,5 dB

Gtx e Grx – ganhos das antenas de transmissão e receção (dBi), ver manual dos fabricantes das antenas.

Nível de receção nominal

Ptx – Potência de transmissão (dBm).

At – Atenuação total (dB).

        

            Margem líquida da ligação (do enlace) 

Ffm – Flat fading margin

Prn – Nível de receção nominal

Prses – Limiar de receção do equipamento

 VIII. INDISPONIBILIDADE DO SISTEMA

Acima de faixa de 10GHz as perturbações do sistema são predominantemente por atenuações atmosféricas.

Comprimento efetivo

Atenuação total para 0,01% do tempo

Probabilidade de interrupção devido ao desvanecimento pela chuva

        

CONCLUSÃO

Para se reduzir os custos ou aumentar a disponibilidade dos equipamentos, pode-se variar o diâmetro das antenas, aumentar a potência dos emissores ou a temperatura de ruido do sistema.

Aumentando o tamanho das antenas, por arredondamento, pode aumentar-se temperatura do ruido do sistema e baixar a potencia dos emissores.