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DEPARTAMENTO DE CONTROLE DO ESPAÇO AÉREO CURSO DE MANUTENÇÃO DE VHF AM-PARK AIR (TEL017) DISCIPLINA 1: Conceitos Básicos de Telecomunicações Departamento de Controle do Espaço Aéreo – DECEA 2017 Curso Manutenção de Estações PARK AIR TEL 017 Disciplina: Introdução a Telecomunicações e ao Sistema PARK AIR Organização e elaboração do conteúdo: 3S BET Edson Oliveira Miers Teixeira- CINDACTA IV 3S BET Douglas Bezerra Ferreira- CINDACTA IV Assessoria Pedagógica e Revisão Geral: Asp QOCON PED Krícia Glenda Alves Ferreira- CINDACTA IV O presente trabalho foi desenvolvido para uso didático, em cursos que são oferecidos pelo Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA). O seu conteúdo é fruto de pesquisa em fontes citadas na referência bibliográfica, e que os autores/revisor(es) acreditam ser confiáveis. No entanto, nem o DECEA, nem os autores/revisor(es) garantem a exatidão e a atualização das informações aqui apresentadas, rejeitando a responsabilidade por quaisquer erros e/ou omissões, ou por danos e prejuízos que possam advir do uso dessas informações. Esse trabalho é publicado com o objetivo de orientar o aprendizado, não devendo ser entendido como um substituto a manuais, normas ou qualquer tipo de publicação técnica específica que trata de assuntos correlatos. APRESENTAÇÃO: Este material didático corresponde à disciplina Curso Manutenção de Estações PARK AIR. O material foi elaborado a partir de assuntos selecionados especialmente para orientar sua aprendizagem. A seguir você irá conhecer os objetivos que deverão ser alcançados ao final da disciplina e os conteúdos que serão trabalhados. OBJETIVOS: esboçar os processos de Comunicação básica (Cn); revisar conhecimentos em telecomunicações (Cp); identificar os equipamentos que compõem a estação PARK AIR e a Sala Técnica, com seus respectivos estágios e formas de funcionamento (Cp); e relatar a importância da telecomunicação e seus componentes básicos (Va). EMENTA: Conceitos Básicos de Telecomunicações: comunicação, telecomunicações, equipamentos, e conceitos. Sistema PARK AIR: visão geral, sala técnica e estação PARK AIR. TEL017 UNIDADE 1 Conceitos Básicos de Telecomunicações Nesta unidade serão abordados temas referentes a teoria aplicada aos conhecimentos de Telecomunicações que ajudaram a entender os equipamentos e os termos utilizados nas Estações PARK AIR. Seus diversos componentes serão tratados de forma simples e específica, destacando-se temas referentes à Modulação, filtros e conhecimentos básicos de Transmissores e Receptores. 1.1 Comunicação 1.1.1 Processo Básico Da Comunicação Entende-se por sistema de comunicações o conjunto de equipamentos e materiais elétricos e eletrônicos, necessários para compor um esquema físico, perfeitamente definido, com o objetivo de estabelecer enlaces de comunicações (links) entre pelo menos dois pontos distantes. São exemplos de equipamentos e materiais empregados: centrais telefônicas, transmissores e receptores de rádio, antenas, fios, cabos e isoladores. Um sistema elementar de comunicações pode ser representada abaixo: O estudo inicial do sistema básico será realizado em forma de diagrama em blocos, para exibir as partes que o constituem e facilitar a compreensão do funcionamento geral. Um outro esquema pode ser como segue abaixo: 4 TEL017 As partes integrantes do sistema, com a transmissão e recepção, podem ser assim descritas: Fonte de Informação: geradora da mensagem. É o elemento que transmite. Transdutor: É todo o dispositivo que transforma uma forma de energia em outra. Na transmissão da voz, o transdutor é o microfone, que converte as vibrações mecânicas da voz em sinais elétricos, na forma analógica. Transmissor: É a parte do circuito interno encarregado de fornecer a potência necessária ao sinal elétrico para percorrer o canal de comunicações e chegar ao receptor. Canal de Comunicações: É o meio físico entre o transmissor e o receptor, por onde transitam os sinais elétricos da informação. Receptor: É a parte do circuito interno que recebe os sinais elétricos da voz e os direciona ao transdutor da recepção. Transdutor da Recepção: É a cápsula receptora que converte os sinais elétricos em vibrações mecânicas, reproduzindo, assim, a voz. Destinatário: É a quem a mensagem se destina. 1.1.2 Conceitos importantes nas Telecomunicações Onda: é uma sequência contínua de um sinal gerado por uma fonte. Ondas até 20KHz são audíveis (ondas sonoras) e quando convertidas em sinais elétricos, fazem parte da faixa de audiofrequência (AF). Ondas de 20 a 90KHz pertencem à faixa de ultra-som. Tipos de ondas: a) Senoidal, b) trem de pulsos, c) dente de serra e d) triangular 5 TEL017 Onda portadora ou carrier é a denominação dada à onda senoidal gerada eletronicamente no aparelho transmissor de rádio, numa certa potência e frequência, para transportar os sinais elétricos da informação até o aparelho receptor. A onda portadora transmitida pura, sem modulação, é usada nas comunicações radiotelegrafas em Código Morse e quando modulada (AM ou FM), transporta informações. Modulação: é o processo eletrônico de modificação de pelo menos um parâmetro da onda portadora (fase, frequência ou amplitude), de acordo com o sinal elétrico da informação. A onda portadora transporta o sinal através de um canal de comunicações ou pelo ar, daí a sua denominação de portadora ou carrier. Na recepção, o processo é inverso, retira-se o sinal elétrico da portadora modulada, denominado de demodulação da onda. A modulação da onda pode ser feita de forma analógica ou digital, a analógica ocorre quando um sinal elétrico analógico age sobre uma portadora também analógica e a modulação digital, quando um sinal elétrico analógico age sobre uma portadora de pulsos. Velocidade de propagação e Comprimento de onda: A velocidade com que a onda se propaga no espaço livre é a mesma da velocidade da luz no vácuo m/s. O comprimento da onda “λ” (lambda) é a relação entre velocidade da luz no vácuo Vc e a frequência f da onda. Assim: λ - Comprimento de onda em “m” Vc – Velocidade da luz no vácuo m/s f – frequência da onda em Hz Harmônicos: são múltiplos inteiros de uma frequência ou primeiro harmônico. Por exemplo, em f=120MHz, teremos os seguintes harmônicos: 1º harmônico: a própria f=120MHz 2º harmônico: fx2= 240MHz 3º harmônico: fx3= 360MHz 4º harmônico: fx4= 480MHz 6 TEL017 Intermodulação: é o processo de interação de dois ou mais sinais ou onda, do qual resultam os produtos de intermodulação, sinais cujas frequências são a soma e a diferença entre as frequências dos sinais que interagem e, também, de seus harmônicos. Considere, por exemplo, dois sinais nas frequências F1= 122MHz e F2= 125MHz. Alguns produtos de intermodulação tem por frequências: F2-F1= (125-122) = 3MHz F2+F1= (125+122) = 247MHz 2F2-F1= (250-122) = 128MHz 2F1-F2= (244-125) = 119MHz, etc. 1.2 Telecomunicações 1.2.1 Espectro de frequências A natureza tem a propriedade de transportar frequências na forma de ondas eletromag- néticas. Assim, as diferentes frequências foram divididas segundo suas características, criando-se o "es- pectro de frequências". Essas características vão desde as frequências audíveis até as visíveis e dentre as diver- sas aplicações está o sistema de comunicação aérea civil e militar. A seguir serão exibidas as principais faixas de frequência com determinação de suas características mais gerais: As faixas estão subdivididas desde baixas até as altas frequências. As mais baixas são as audíveis e as mais altas os raios cósmicos. A que nos interessa é a faixa de VHF. Algumas funcionalidades dentro das faixas: ELF 3 – 300Hz VF 300 - 3KHz VLF 3 – 30KHz LF 30 – 300KHz MF 300 – 3MHz Frequências extre-mamente baixas, caracte- rizadas como ondasde su- báudio. Ondas audíveis, na linha de fre- quência da voz (Voice Fre- quency). Frequências muito baixas, caracteri- zadas como ondas muito longas em relação ao compri- mento de onda. Frequências bai- xas, caracteriza- das como ondas longas. Frequências médias, sendo observadas suas ondas como médias. 7 TEL017 HF 3 – 30MHz VHF 30 – 300MHz UHF 300 – 3GHz SHF 3 – 30GHz EHF 30–300GHz Ondas curtas com caracte- rística de longo alcance. Quali- dade de áudio e o alcance de- pendente da camada ionos- férica. Frequências de ondas métricas, cuja qualidade de áudio é supe- rior as de HF, porém a distan- cia funcional é bem menor. Frequências ultra- altas, caracteriza- das como ondas decimétricas. Em relação à área de telecomunicação é uma onda de visa- da direta, com óti- ma qualidade e pe- quena distancia para comunicação. Frequências su- peraltas que são consideradas on- das centimétri- cas. Frequências ex- tremamente al- tas que são con- sideradas ondas milimétricas. 300GHz – 3THz 3– 300THz 400-750THZ 750 – 3000THz Não há deno- minação defi- nida. Ópticas ópticas de rádio (infra- vermelho) Faixa de luz visí- vel. Ultravioleta – 0,4 a 0,1 mícron (4000 - 1000 A). 1.2.2 Decibel (dB) O dB é uma unidade logarítmica muito usada em telecomunicações por, pelo menos, dois motivos: • O ouvido humano tem resposta logarítmica (sensação auditiva versus potência acústica). • Em telecomunicações se usam números extremamente grandes ou extremamente pequenos. O uso de logaritmo torna estes números pequenos e fáceis de manipular. Quando falamos em dB, estamos nos referindo a medida de ganho ou perda (relativa). Quando falamos em dBm, estamos nos referindo a nível de potência, usando como referencia 1mW 8 10.000 W10010.000.000.000100 1.000 W601.000.00060 10 W4010.00040 1 W301.00030 100 mW2010020 10 mW101010 5 mW757 2 mW323 1 mW010 PotênciadBmGanhodB TEL017 Operação Unidade Resultante Significado Permissão dB + dB dB Produto de dois números Sim dB - dB dB Quociente de dois números Sim dBm + dBm XX Produto de dois níveis de potência Não dBm - dBm dB Comparação de dois níveis de potência Sim dBm + dB dBm Amplificação de potência Sim dBm - dB dBm Atenuação de potência Sim Operações possíveis com db. Informações importantes sobre dB: 9 TEL017 1.2.3 Propagação em VHF Podemos considerar três condições necessárias para que exista a comunicação SOLO/AR em VHF: • A primeira é que haja a linha de visada entre a antena da estação e a aeronave, ressaltando que o horizonte rádio é 1/3 maior que o horizonte ótico. • No caso da transmissão, esta precisa assegurar potência suficiente para alcançar a aeronave • E para a recepção, o equipamento em terra deve possuir sensibilidade suficiente para receber os baixos sinais da aeronave. Princípio do Cone Invertido: nos dá uma ideia simbólica, de como se dá a relação entre altitude e o alcance na propagação em VHF. Quanto maior a altitude de uma aeronave, mais distante conseguimos falar com ela. 1.2.4 Interferências em VHF Os três principais tipos de interferência sofridas em nosso sistema são produtos de intermodulação de 3ª ordem, Ruído de Banda Larga e Dessensibilização na recepção, cujos estão descritos abaixo: • Produto de Intermodulação de Terceira Ordem: São interferências que decorrem da interação de dois ou mais sinais, provenientes de transmissores da mesma estação, essas intermodulações que afetam nossa banda de frequências são: 2f1-f2 / 2f2-f1 • Ruído de Banda Larga na Transmissão: Interferência decorrente de uma transmissão ruidosa resultante da não linearidade dos transmissores, bem como a filtragem insuficiente deste sinal, afetando frequências próximas a frequência em questão. • Dessensibilização na Recepção: Interferência decorrente da incapacidade do estágio de RF do receptor do Serviço Aeronáutico de rejeitar sinais de intensidade elevada que estejam sendo transmitidos fora da frequência de operação. 1.2.5 Relembrando alguns tipos de Modulação Analógica 10 TEL017 Existem três tipos de modulações analógicas principais, Fase, Frequência e Amplitude, aprofundaremos os estudos na modulação em Amplitude, por tratar-se da que utilizamos em nosso sistema de rádio. Sinal AM - Sinal modulado em Amplitude Sinal PM - Sinal modulado em Fase Sinal FM – Sinal modulado em Frequência Modulação AM/DSB: Processo que consiste em se alterar a amplitude de uma portadora senoidal proporcionalmente a um sinal modulante, nesse sinal modulado, a informação carregada se concentrará nas bordas inferiores BLI e bordas superiores BLS. 11 TEL017 SOBRE-MODULAÇÃO é uma distorção causada por um índice de modulação acima de 100%, ocasionando uma inversão de fase da portadora. A maior desvantagem da modulação AM possivelmente consista no seu baixo aproveitamento da potência a ser irradiada, como será visto adiante. O seu uso porém, se justifica por ser a mais básica das modulações, sendo os seus modelos matemáticos e eletrônicos relativamente 12 TEL017 simples quando comparada as demais, que necessitam de uma técnica mais apurada e recursos mais sofisticados para a sua implementação, como por exemplo, AM-SSB e FM. 1.3 Equipamentos Para uma melhor compreensão do funcionamento dos rádios Park Air, é necessário introduzir um conhecimento básico sobre Transmissores e Receptores com seus devidos módulos. 1.3.1 Transmissor Básico Em resumo, trata-se de um gerador de portadora com potência de RF na saída, um amplificador de potência de áudio atuando como modulador. A potência de transmissão refere-se à onda portadora não modulada, medida sobre uma carga colocada à saída do transmissor, que pode ser a própria antena transmissora ou uma carga resistiva conhecida por carga fantasma (dummy load). Um transmissor AM/DSB pode ter o diagrama em blocos conforme o exibido na figura abaixo: 13 TEL017 Oscilador senoidal: É responsável pela geração da onda portadora inicial. Há nesse circuito um cristal de quartzo que proporciona maior estabilidade na frequência de onda gerada, cerca de 1ppm. Separador: Impede que possíveis variações na carga, ligada a saída do transmissor, afetem o bom funcionamento do oscilador. Sinal modulante: Circuito responsável por processar o sinal analógico modulante. Amplificadores de RF: É um amplificador de corrente no qual amplifica a corrente de RF, neste estágio também existem filtros, tipo passa-faixa, afim de atenuar fortemente os harmônicos e os produtos de intermodulação. Amplificadores de potência e áudio: Amplifica tanto o sinal de áudio quanto a potencia a ser irradiada. Fonte de alimentação: alimenta todos os estágios. 1.3.2 Receptor Básico O receptor é o dispositivo encarregado de sintonizar uma onda dentre as captadas pela antena receptora e reproduzir, com fidelidade, as informações contidas nela. 14 Diagrama de blocos de um transmissor AM/DSB TEL017 Entende-se por fidelidade a reprodução da informação na forma idêntica à gerada pela fonte transmissora, com um mínimo de distorção. O receptor de um rádio típico é o receptor com melhor que é o modelo com melhor desempenho em sensibilidade e em seletividade. Estagio de RF: composto do sintonizador de RF, oscilador local, misturador e amplificadores de FI; Esse estágio sintoniza o sinal ressonante provido à estação, dentre todos os outros sinais captados pela antena. O oscilador local pode ser independente para melhor qualidade ou podem receber a informação de uma bobina osciladora para ser selecionado. O misturador recebe do sintonizador o sinal da emissora, que é a portadora modulada AM. Recebe também a saída do oscilador local. Quando os dois sinais se misturam no mixer (processo chamado BATIMENTO) o resultado é um sinal cuja frequência é a diferençaentre eles e com a mesma modulação da portadora recebida do sintonizador. O amplificador de FI é o principal responsável pela seletividade e pelo ganho do receptor. Estágios de AF: composto pelo demodulador e amplificador de áudio. O demodulador é encarregado de retirar as informações contidas na onda modulada. 15 Diagrama de blocos de um receptor superheteródino TEL017 O detector possui um capacitor que tem sua reatância para o sinal RF praticamente desprezível, mas para o sinal de áudio ela é alta, assim a saída do demodulador terá a informação DC relativa ao desvio de frequência do oscilador local. Sua função é eliminar a portadora. O AGC extrai uma amostra do sinal no detector de áudio e conforme seu nível gera uma tensão DC que altera a amplificação no FI. O AGC e o detector de áudio podem ser considerados como pertencentes ao setor de áudio, embora estejam parcialmente com o FI. Fonte de alimentação: alimenta todos os estágios. 1.3.3 Antenas A antena é uma Linha de Transmissão que, devidamente construída, torna-se um elemento irradiante de um sinal de RF. É quem faz a “transformação” do sinal elétrico em eletromagnético. Também faz o processo inverso, o de captação de ondas eletromagnéticas e “transformação” para sinal elétrico. Também pode-se dizer que antena é um adaptador de impedâncias entre a saída de um transmissor ou a entrada de um receptor com o espaço livre cuja impedância é de 377Ω. A antena básica é o dipolo e sua construção baseia-se no comprimento de onda (λ) do sinal nela captado ou por ela irradiado. Suas dimensões físicas são diretamente ligadas ao comprimento de onda, que por tratar-se de uma eletromagnética, este comprimento de onda trafega no espaço na velocidade da luz, ou seja, 300 milhões metros por segundo. Isto significa que para a captação ou irradiação de um sinal de 15MHz, o comprimento 16 TEL017 físico de uma antena seria: λ = 3x108 / 15x106 = 20 metros Seria uma antena perfeita, porém fisicamente de dimensões exageradas. Para resolver este impasse foi descoberto que os submúltiplos de λ como λ / 2 e λ / 4 possuem a mesma eficiência para irradiar e/ou captar sinais de RF. Assim o exemplo da antena acima poderia ser de 15m ( meia- onda ) ou 7,5m ( quarto-de-onda ). Tipos de antena Dipolo: Antena Quarto de onda(Plano terra): É um arranjo bastante utilizado em comunicação móvel, pois oferece um padrão omnidirecional no plano horizontal. Antena Dipolo Fechado: Pode ser considerado como 2 dipolos de meia-onda em paralelo. 17 TEL017 Antena Yagi: A impedância é baixa, em geral menor que 50 Ω. Para aumentá-la, muitas vezes é usado um dipolo fechado. Valores típicos de ganho vão de 7 a 15 dBi. Tem Largura de Banda estreita. Possui 1 dipolo, elementoes refletores e elementos diretores, que aumentam sua diretividade e RFC (Relação Frente-Costas). Antena Log-periódica: Dependendo da frequência de ressonância cada elemento se torna o dipolo, o elemento posterior (da esquerda) refletor e os anteriores, diretores. Seu valores típicos de ganho vão de 6 a 10 dBi, tem uma elevada largura de banda. Não apresenta efeito corona entre os elementos. Essa é a principal antena utilizada no Sistema VHF PARK AIR. 18 TEL017 Antena Utilizada nas Estações VHF PARK AIR: É utilizado um arranjo log periódico que possibilita uma maior abrangência na faixa de frequências (118 a 137MHz). Os transmissores Park Air compartilham o mesmo sistema irradiante, portanto, para impedir interferências entre eles, existe um conjunto de cavidades ressonantes (filtros passa-faixa de RF) sintonizados nas devidas frequências. A mesma coisa ocorre para o conjunto dos receptores da Park Air. As antenas de Recepção e Transmissão foram construídas de modo a existir uma atenuação de 60 dB entre as mesmas, necessária para evitar queima dos receptores durante a transmissão. 1.3.4 ROE (Relação de Onda Estacionária) É uma relação do descasamento de impedância entre uma linha de transmissão e uma 19 Diagrama de Irradiação horizontalEsquema de Coroa Dupla TEL017 carga, indicando que parcela da potência entregue foi absorvida por esta e quanto retornou em forma de “onda refletida” ou A causa do descasamento de impedância, que pode originar potência refletida, na verdade, não se deve apenas a antena, mas a uma série de conexões entre os elementos que compõem o sistema irradiante como um todo e que devem estar em perfeitas condições. 1.3.5 Filtros Os filtros são largamente utilizados em sistemas que trabalham com RF, pois na recepção, atenuam sinais indesejados como ruídos e sinais de frequências próximas, e nos transmissores auxiliam na filtragem do sinal de RF formado pelo mesmo, eliminando harmônicos e os produtos de intermodulação, com isso diminui fortemente a possibilidade de interferência em outros sistemas. Por esse motivo, os filtros à cavidade são utilizados nos Sistemas de Comunicação Móvel, se não fosse pela utilização de cavidades ressonantes, o sistema de comunicação seria suscetível a ruídos e interferências externas. Tipos de Filtro: – Passa-alta 20 ROE = 1+ | ρ | 1– | ρ | PD PR ROE = √1 + PD PR√1 – TEL017 Um filtro Passa Alta atenua as frequências abaixo da sua frequência de corte e proporciona um mínimo de perda para as frequências acima da sua frequência de corte. – Passa-baixa Um filtro Passa baixa atenua as frequências acima da sua frequência de corte e proporciona um mínimo de perda para as frequências abaixo da sua frequência de corte. – Passa-faixa 21 TEL017 Um filtro Passa-faixa possibilita selecionar uma banda de frequências com um mínimo de atenuação e atenuar as frequências abaixo e acima desta banda selecionada. – Rejeita-banda Um filtro Rejeita Banda é aquele que atenua ou elimina uma banda específica de frequências sem afetar as frequências abaixo e acima dessa banda. 1.4 Conceitos 1.4.1 SMA O Serviço Móvel Aeronáutico é um serviço de Telecomunicações entre estações situadas em terra (Estações Aeronáuticas) e aeronaves, ou entre aeronaves, a finalidade de implementação de uma cobertura Rádio-elétrica solo/ar, funcionando na faixa de VHF, consiste em obter ligações bi- laterais permanentes, livre de parasitas. Em 1947, na Conferência Mundial realizada na cidade de Chicago (USA) pela ITU (Internacional Telecomunication Union) foi alocada a faixa de VHF, compreendida entre 117.975MHz à 132MHz para utilização do SMA. Posteriormente, após inúmeras revisões, estendeu-se a faixa até 22 TEL017 136.975MHz. Dentro desta faixa alocada, criou-se subdivisões para atender os seguintes critérios conforme os tipos de serviço prestado. E ficou assim subdividido: - 118 a 118.9MHz – controle de tráfego aéreo na zona de aeródromo do tipo vigilância visual; - 119 a 121.4MHz – controle de tráfego na área terminal; - 121.5MHz – ligações de utilização geral do tipo Emergência; - 121.6 a 121.975MHz – controle de tráfego na zona de aeródromo do tipo solo; - 122 a 123.05MHz – ligações de uso geral militar; - 123.1MHz – ligações de utilização geral do tipo SAR; - 123.15 a 123.675 – ligações de uso geral militar; - 123.7 a 126.65MHz – controle de tráfego aéreo em rota; - 126.7 a 127.55MHz – ligações de utilização geral com finalidade não específicada; - 126.6 a 127.9MHz – ligações de utilização geral do tipo VOLMET e ATIS; - 127.95 a 128.8MHz – controle de tráfego aéreo em rota; - 128.85 a 129.85MHz – controle de tráfego aéreo na área terminal (RADAR); - 129.9 a 132MHz – ligações de utilização geral alocadas as companhias aéreas; - 132.05 a 132.95Mhz – ligações de utilização geral do tipo VOLMET e ATIS e - 133 a 135.95MHz– controle de tráfego aéreo em rota. Controle de Tráfego em Rota (ACC – Air-Control Centre), o espaço aéreo é organizado em um determinado número de setores, cada qual com um Controlador de Tráfego Aéreo, utilizando uma ou mais frequências específicas para operação naquele setor. O Brasil hoje comporta 05 ACC's (SRPV-SP, CINDACTA I, CINDACTA II, CINDACTA III e CINDACTA IV). Controle de Tráfego Aéreo na Área Terminal (APP = Ground-controlled approach) é o controle de final de rota e início de aproximação para pouso no Aeródromo. Aproximadamente 100Km do APP. Controle de Tráfego na Zona de Aeródromo (TWR – Tower) é o controle de Tráfego de solo e Vigilância visual, aproximadamente 15Km. Ligações de utilização geral – são ligações para serviços específicos, prestados dentro das zonas de Espaço aéreo controlado, ex.: Emergência, SAR, VOLMET, ATIS, etc. 23 TEL017 Ligações operacionais militares – são utilizadas pela defesa Aérea (COPM) na execução de operações militares, só devendo ser captada pelo destinatário, pois tem caráter sigiloso. Ligações de uso geral militar – não tem caráter sigiloso, e são utilizadas para treinamento e outras finalidades militares. 1.4.2 Sinalização E/M Como surgiu a interface E&M? Foi a interface de sinalização criada para a interligação de “canal de voz” das primeiras centrais telefônicas analógicas 24 M = Mouth E = Ear M E ME PABX BPABX A ÁUDIO LINHA FÍSICA TEL017 Interface E&M tipo V: Sem comunicação (canal em repouso) Interface E&M tipo V: Comunicação de B para A. Interface E&M tipo V: Comunicação de A para B 25 TEL017 Interface E/M em Radiocomunicação (CINDACTA IV) 1.4.3 Mute O MUTE, do inglês “mudo”, tem a função de cortar o áudio de entrada, caso este esteja 5 dB abaixo do limiar de atuação do VOGAD. Por que o MUTE é importante? Ele é um recurso a mais com o objetivo de impedir que níveis extremamente baixos e indesejáveis na faixa de áudio, como ruídos por exemplo, modulem o transmissor quando o PTT esteja acionado. Estes sinais tão baixos, já não são considerados pelo transmissor como um sinal de voz e por isso ele os corta. Seria por exemplo o caso do operador manter o PTT preso sem falar. O som ambiente ou ruído modulariam o transmissor. O MUTE impede que isto aconteça. Por exemplo: Para um Nível de linha de -13 dBm: Níveis de áudio fracos, até -23 dBm são puxados para o nível -13 dBm pelo VOGAD. Níveis de áudio fracos, entre -23 e -28 dBm modulam o transmissor da forma que entram, pois o VOGAD já não atua. Níveis de áudio fracos, abaixo de -28 dBm não modulam o transmissor, pois são cortados pelo MUTE. O MUTE atua sempre 5 dB abaixo do limiar do VOGAD. 26 TEL017 1.4.4 VOGAD (Voice Operated Gain Adjusting Device) O VOGAD é um recurso que atua no nível de áudio de entrada do transmissor permitindo um controle do ganho em função do nível de linha configurado. Amplifica caso esteja baixo ou atenua caso esteja alto, amarrando o nível de áudio a um valor pré-definido, a fim de manter o índice de modulação sempre em torno do valor configurado. Nos transmissores convencionais o VOGAD é implementado por hardware, através de um circuito eletrônico. No caso do transmissor PARK AIR, ele é implementado por software, através de um algoritmo, dentro do circuito integrado DSP. Por que o VOGAD é importante? Para manter o índice de modulação constante, índice este que como sabemos, é uma função do nível de áudio. Caso não se utilize o VOGAD, o sinal modulante, quando extraído na recepção irá variar para mais ou para menos de acordo, por exemplo, com o tom de voz do operador. 27 TEL017 Como atua o VOGAD? O VOGAD atua numa faixa entre 10 dB abaixo e 20 dB acima do nível de linha configurado no transmissor. Por exemplo: Para um Nível de linha de -13 dBm. Níveis de áudio fracos, até -23 dBm são puxados para o nível -13 dBm. Níveis de áudio muito altos, até +7 dBm são atenuados para o nível -13 dBm Fora dessa faixa o VOGAD já não atua e o índice de modulação muda com a variação do nível de entrada. 1.4.5 SINAD (Signal-in-Noise Adjusting Device) SINAD é a proporção do sinal em relação ao componente ruído e distorção. Pode ser calculado como: 1- A proporção da potência total recebida em relação à potência do ruído + distorção. 2- A proporção da potência do sinal de áudio modulado original (de uma portadora) em relação à potência de áudio residual, por exemplo, a potência do ruído + distorções restantes depois que o sinal de áudio modulado original é retirado. O SINAD é geralmente expresso em dB e é citado ao lado da Sensibilidade de RF do Receptor. Isto nos dá uma análise quantitativa da sensibilidade do Receptor. É convenção que em uma banda curta de FM um sinal de 12 dB SINAD é o maior nível aceitável de ruído, que não atrapalhará uma fala inteligível. 1.4.6 Clímax É a técnica que consiste na utilização da mesma frequência em mais de uma estação VHF, com o objetivo de cobrir uma área de espaço aéreo bem maior do que se cobriria com uma única estação. O processo torna-se transparente para o piloto na aeronave que passa da área de cobertura de uma estação para outra operando na mesma frequência sem que seja afetada a sua comunicação. 28 TEL017 29 TEL017 A climatização gera um efeito colateral que acontece nas áreas de INTERSEÇÃO DE COBERTURA: Este efeito se manifesta geralmente como APITO, mas pode causar também CHIADO, PERDA DE SINAL, ETC. É um problema comum ao tipo de modulação AM- DSB, o qual ocorre devido ao batimento de duas portadoras de mesma frequência dentro de um receptor, quando a diferença f1-f2 cai dentro da banda de áudio (4 kHz). No nosso caso este batimento ocorre dentro do receptor da aeronave. A solução é um recurso chamado “Off-set” e consiste em deslocar a frequência da portadora de cada estação em um valor diferente, eliminando o problema. A técnica no deslocamento ∆f da RF visa forçar que a diferença no batimento f1-f2 resulte em 4 KHz ou maior, ficando fora da banda de áudio do receptor, que é 3.100 Hz Por regra, pode-se setar o mesmo off-set em duas estações desde que estas estejam a pelo menos 1.000 Km de distância uma da outra. VOCÊ SABERIA DIZER POR QUÊ? 30 TEL017 Eco na recepção: Esse Delay atrapalha a comunicação, pois causa um eco na recepção, ou dependendo da posição da aeronave, o piloto também escutará o eco. Essa diferença de tempo é retirada na Central de áudio da SITTI, dependendo do delay de cada canalização. 31 TEL017 Unidade 2 SISTEMA PARK AIR Neta unidade, introduziremos o funcionamento do Sistema PARK AIR de maneira sucinta, destacando os principais componentes e apresentando o diagrama em blocos geral para facilitar a visualização do sistema. 2.1 Visão Geral Os controladores de tráfego aéreo, os quais se comunicam com os pilotos comerciais e militares, encontram-se no ACC e no COPM (CINDACTA IV). São eles que iniciam ou recebem todas as comunicações das aeronaves que sobrevoam a região amazônica. As comunicações na faixa de VHF, utilizadas no controle de tráfego, tem alcance limitado a algumas centenas de milhas (ex.: 150NM), não abrangendo, portanto, toda a FIR Amazônica com área superior a 60% do território nacional. Deste modo, os sítios remotos desempenham papel importante, pois permitem que aeronaves, no seu raio de abrangência, consigam comunicar-se com o ACC a partir do equipamento do sítio. As falas são retransmitidas ao centro Manaus (ACC/COPM) via satélite (SATCOM / Rádio PTP / EMBRATEL) para alcançar os controladores. Deste modo, os sítios remotos foram distribuídos na região visando a maior cobertura de comunicação possível. As estações remotas são automáticas e algumas delas desassistidas (EACEA) e podem ser controladas pela Sala Técnica através do MARC Central (Execução de BIT test, monitoração dos rádios e E1-RIC comutação dos rádios,dentre outras). Uma transmissão feita por uma aeronave é captada por uma ou mais estações remotas, demodulada e enviada ao ACC-AZ via SATCOM. No CINDACTA, a SITTI seleciona o melhor sinal, baseado em critério de sinal/ruído e redireciona o escolhido para os controladores. A transmissão do controlador aos pilotos é feita geralmente em clímax, com várias estações selecionadas, caso a aeronave esteja em uma região de transição de Estações, ela deverá ter um equipamento para selecionar o melhor sinal. 32 TEL017 Excepcionalmente, destacamentos que são próximos dos Centros de Área, utilizam Links UHF PTP (Ponto-a-ponto), par metálico ou fibra ótica devido sua proximidade. Por exemplo o DTCEA-MN tem interligação com a Sala Técnica do DACTA IV através de um link rádio na faixa de UHF, Rádio PTP (Ponto-a-Ponto). Os Transmissores PARK AIR compartilham o mesmo sistema irradiante, portanto, para impedir interferências entre eles, existe um conjunto de cavidades ressonantes (filtros passa-faixa de RF) na configuração em cascata. As cavidades se encontram antes das antenas. A mesma coisa ocorre para o conjunto de Receptores. Em caso de pane num rádio principal (Tx ou Rx), seu reserva assume a função, tendo para isso que estar configurado com as mesmas características de potência, frequência, off-set, dentre outras, tais características são definidas na instalação ou troca do Rádio. Os rádios principais e reservas compartilham o mesmo canal, apenas é utilizado na saída/entrada de RF de cada rádio um “SPLITTER” no caso dos Receptores e um Relé de Comutação no caso dos transmissores. Os rádios são controlados através da RSE (RSE-2 ou E1-RIC) e nas novas versões das estações está sendo instalado o VCX, que faz a interface VOIP do sistema PARK AIR. Os áudios de Tx e Rx e sinalizações, no caso da versão antiga (utilizando RSE-2), passam pela RSE-2 e no caso das estações novas (utilizando E1-RIC), o áudio passa por uma Régua de Comutação Principal/Reserva, que é comandada pelo E1-RIC para comutação dos rádios. 2.1.1 Diagrama da Estação PARK AIR 33 TEL017 34 TEL017 35 TEL017 Acima, temos os diagramas da Estação PARK AIR, o primeiro mostra os gabinetes de Recepção e o segundo, os gabinetes da Transmissão. Esse é o padrão atual de montagem das estações PARK AIR, efetuado pela ATC. Durante uma recepção, a RF modulada em AM-DSB é captada pela antena receptora da estação, esta passa pelo Conjunto de Cavidades e Acopladores Híbridos, esse sinal é dividido entre os 2 Receptores dessa frequência, que demodulam esse sinal, retirando o áudio da RF. Esses áudios são encaminhados via conector MARC Áudio para o Main/Stand-by Switching Panel (por um do conectores Radio Ports), que tem a função de selecionar qual dos rádios estará operando no momento (principal ou reserva). O áudio selecionado é enviado para o DG, para posterior envio ao TELESAT, ou Central de Áudio. Durante uma transmissão, o áudio, vindo do TELESAT ou Central de Áudio, chega no Main/Stand-by Switching Panel (por um dos conectores Line Ports), esse áudio será enviado para o rádio principal ou reserva, de acordo com o que estiver selecionado no Main/Standby. Esse áudio chega no Transmissor(conector MARC Áudio), é modulado em AM-DSB, tornando-se um Sinal RF. A RF passa pelo Relé coaxial (ou Relé de comutação), pelo Circulador, que tem a função de proteger os rádios contra potência refletida, e logo após pelas cavidades e acopladores híbridos para chegar à antena. O Controle e Supervisão dos rádios e Main/Standby é efetuado pelo E1-RIC, que tem a função de realizar interface de monitoração e controle da estação, uma das funções principais é efetuar a comutação principal/reserva os rádios, através do painel de comutação (Main/Standby). 36 TEL017 2.1.2 Diagrama da Sala Técnica Acima, temos o diagrama da Sala Técnica, essa instalação é padrão para as frequências de V/UHF do CINDACTA IV, caso a estação estivesse no mesmo lugar que os controladores (Torre/APP) depois do DG da SITTI, viria a o DG do PARK AIR e Estação. O áudio transmitido pelo controlador passa pelo bastidor da SITTI, que é encaminhado ao seu DG junto com a sinalização (na transmissão é o PTT), esses sinais pelo DG do SATCOM e vão para ao bastidor do SATCOM para enviar esse sinal para o sítio. O áudio recebido pelo CINDACTA chega pelo SATCOM, junto com a sinalização “E”, passa pelos DG's do SATCOM e da SITTI e é enviado ao bastidor da SITTI, e logo após é reproduzido no alto falante do controlador. 37 TEL017 2.2 Sala Técnica 2.2.1 Básico de Sistema MARC O MARC é um software desenvolvido para possibilitar monitoração remota de várias estações de rádio, estejam elas num complexo aeroportuário ou em uma ampla área geográfica. o MARC suporta monitorar até 30 centros de controle, 4095 estações remotas e 7992 rádios. O CCE consiste de um ou mais computadores, uma impressora (opcional), modens (geralmente um modem para cada estação remota), um ou mais adaptadores seriais de várias portas (SPE – serial port expander) e uma hub, se existir mais de um computador, e eles estiverem configurados como main e backup. O computador fornecido pela PARK AIR para ser usado pelo MARC possui quatro portas seriais (com). O MARC utiliza essas portas para monitoração das estações remotas, e a comunicação entre o centro de controle e as estações é feita através de modens. os modens que são instalados no centro de controle devem ser configurados para discar, enquanto os que são instalados nas estações remotas devem ser configurados para responder. Se o MARC for monitorar mais de quatro estações remotas, deve ser instalado entre os modens e o computador do MARC um SPE. Esse SPE instala portas seriais virtuais no computador, fazendo com que seja possível monitorar até 16 estações remotas com apenas um SPE. a transferência de dados entre o computador e o SPE é feito através de 38 TEL017 portas ethernet, portanto, se existir mais de um computador MARC, deve ser instalada uma hub para que ambos recebam as informações do SPE. 2.3 Estação PARK AIR 2.3.1 Transmissor T6T PARK AIR MK6 O T6T 50W PARK AIR é um transmissor multimodo, usado para comunicação terra-ar em Torres de Controle, Centros de Controle de Aproximação e em Centros de Controle de Área. Ele opera no modo AM na faixa de 118 e 136.975 MHz para VHF e 225 a 399.975 MHz para UHF. 39 TEL017 O Transmissor VHF possui 04 (quatro) modelos, enquanto que o Transmissor UHF possui 02 (dois): DESCRIÇÃO PART NUMBER FAIXA DE FREQÜÊNCIA ESPAÇAMENTO DE CANAL APLICAÇÕES ESPECIAIS T6T 50W Freqüências Padrão B6350/IP/NB/50 118 a 136.975 MHz 25 KHz ou 8,33 KHz Suporta até 5 offsets para espaçamento de 25 KHz. Suporta até 2 offsets para espaçamento de 8,33 KHz. T6T 50W Freqüências Estendidas B6350/IP/WB/50 112 a 155.975 MHz T6T 50W Freqüências Padrão Alta Estabilidade B6350HS/IP/NB/50 118 a 136.975 MHz T6T 50W Freqüências Estendidas Alta Estabilidade B6350HS/IP/WB/50 112 a 155.975 MHz DESCRIÇÃO PART NUMBER FAIXA DE FREQÜÊNCIA ESPAÇAMENTO DE CANAL APLICAÇÕES ESPECIAIS T6T 50W Padrão B6450/50 225 a 399.975 MHz 25 KHz ou 12,5 KHz Suporta até 5 offsets para espaçamento de 25 KHzT6T 50W Alta Estabilidade B6540HS/50 225 a 399.975 MHz DIMENSÕES (Comuns para rádios VHF e UHF): LARGURA 483mm (19 polegadas) ALTURA 88,9mm (3,5 polegadas). Essa altura é equivalente a 2U. PROFUNDIDADE 430mm (16,9 polegadas) do painel frontal ao painel traseiro / 450mm (17,8 polegadas) do painel frontal até o final da ventoinha. PESO 13,5 Kg CARACTERÍSTICAS (Comuns para rádios VHF e UHF): NÚMERO DE CANAIS Podem ser armazenadas até 100 frequências pré definidas, para qualquer uma das variantes. PRECISÃO DA FREQÜÊNCIA Melhor que 1 ppm (todos os modelos exceto HS) / Melhor que 0.3ppm (modelos HS). ALIMENTAÇÃO AC: opera com tensões de 110V a 220V ±10% com chaveamentoautomático. DC: opera com tensões entre 21,6 e 32V. Funciona como backup, alimentando automaticamente o rádio quando da falta de AC. CONSUMO AC: 500 VA máximo, 60 VA quando não transmitindo DC: 12A máximo, 1A quando não transmitindo FAIXA DE TEMPERATURA Opera em temperaturas entre -20 e +55º C. Pode ser armazenado em temperaturas entre -30 e +70º C sem sofrer nenhum dano. UMIDADE Opera em um ambiente com umidade entre 5% a 90% sem condensação ALTITUDE Opera em altitudes de até 15.000 pés, e pode ser armazenado em altitudes de até 50.000 pés sem sofrer nenhum dano. 40 TEL017 VENTILAÇÃO O Transmissor é ventilado internamente por uma ventoinha, que em condições normais gira em meia velocidade. Quando a temperatura do RF PA atinge 45º C, a velocidade passa à máxima, e volta à meia velocidade quando a temperatura chega a 40º C. Existe também, dentro da fonte chaveada, uma ventoinha adicional. TEMPO DE AQUECIMENTO Todas as funções estão totalmente operacionais em 20 segundos depois de ligar o equipamento para todas as variantes; contudo, para os modelos HS, pode levar até 10 minutos para atingir a precisão da frequência. 2.3.2 Receptor T6R PARK AIR MK6 O T6R PARK AIR é um receptor multimodo, usado para comunicação terra-ar em Torres de Controle, Centros de Controle de Aproximação e em Centros de Controle de Área. Ele opera no modo AM na faixa de 118 e 136.975 MHz para VHF e 225 a 399.975 MHz para UHF. O Receptor possui os seguintes modelos: DESCRIÇÃO PART NUMBER FAIXA DE FREQÜÊNCIA ESPAÇAMENTO DE CANAL T6R Receptor Cobertura de Frequências Padrão (VHF) B6100/IP/NB 118 a 136.975 MHz 25 KHz ou 8,33 KHz T6R Receptor Cobertura de Frequências Estendida (VHF) B6100/IP/WB 112 a 155.975 MHz 25 KHz ou 8,33 KHz T6R Receptor Cobertura de Frequências Padrão (UHF) B6200/IP 225 a 399.975 MHz 25 KHz ou 12,5 KHz 41 TEL017 ESPECIFICAÇÕES: DIMENSÕES (Comuns para rádios VHF e UHF): LARGURA 483mm (19 polegadas) ALTURA 88,9mm (3,5 polegadas). Essa altura é equivalente a 2U. PROFUNDID ADE 430mm (16,9 polegadas) do painel frontal ao painel traseiro. PESO 6,0 Kg CARACTERÍSTICAS (Comuns para rádios VHF e UHF): NÚMERO DE CANAIS Podem ser armazenadas até 100 frequências pré definidas. PRECISÃO DA FREQÜÊNCIA Melhor que 1 ppm. ALIMENTAÇÃO AC: opera com tensões de 110V a 220V ±10% com chaveamento automático. DC: opera com tensões entre 21,6 e 32V. Funciona como backup, alimentando automaticamente o rádio quando da falta de AC. CONSUMO AC: 50 VA DC: 1,1A FAIXA DE TEMPERATURA Opera em temperaturas entre -20 e +55º C. Pode ser armazenado em temperaturas entre -30 e +70º C sem sofrer nenhum dano. UMIDADE Opera em um ambiente com umidade entre 5% a 90% sem condensação ALTITUDE Opera em altitudes de até 15.000 pés, e pode ser armazenado em altitudes de até 50.000 pés sem sofrer nenhum dano. VENTILAÇÃO O Receptor é resfriado por ventilação natural. TEMPO DE AQUECIMENTO Todas as funções estão totalmente operacionais em 20 segundos depois de ligar o equipamento. 2.3.3 E1-RIC O E1-RIC (E1 Radio Interconnect), fabricado pela PARK AIR Systems, é parte essencial do sistema MARC, sendo utilizado para interconectar os rádios da série T6, em aplicações digitais ou analógicas, multiplexar/demultiplexar áudio e sinalização e permitir monitoramento remoto dos transmissores e receptores. Também pode ser utilizado para gerenciar o chaveamento (switching) quando os rádios 42 TEL017 estiverem operando na configuração principal/reserva (MAIN/STBY). Para esta função de chaveamento, em aplicações analógicas, faz-se necessário o uso do SWITCHING PANEL. O E1-RIC é utilizado nas novas estações VHF, podendo interconectar 08 (oito) transmissores T6T ou receptores T6R. Além disso, os E1-RICs são interconectados entre si e o último E1-RIC fornece os dados de status de todos os rádios transmitindo-os ao sistema de controle e monitoramento MARC. Numa aplicação analógica, estes dados são enviados através do protocolo RS-232 para o centro de controle e monitoramento remoto (CCE). Quando em uma aplicação digital, os dados são enviados em um link E1 por uma Central digital de comunicação e controle (VCCS) e desta para o CCE. Também disponibiliza entradas (inputs) e saídas (outputs) para uso geral, com finalidade de controle (telecomando/telessupervisão). Para efeito de estudo, a ênfase desta apostila serão as aplicações analógicas do E1-RIC, por ser a aplicação mais comum existente no sistema de controle de tráfego aéreo brasileiro atualmente. As aplicações digitais serão abordadas de forma mais sucinta por se tratar de aplicações não tão utilizadas em nosso sistema, podendo ser estudadas mais profundamente por meio do manual técnico do equipamento. E1-RIC – Painel Traseiro Main/Standby Swicthing Panel 43 TEL017 44 Sumário 1. Conceitos Básicos de Comunicações......................................................................................4 1.1 Comunicação...........................................................................................................................4 1.2 Telecomunicações....................................................................................................................7 1.3 Equipamentos.........................................................................................................................13 1.4 Conceitos................................................................................................................................22 2. Sistema PARK AIR................................................................................................................32 2.1 Visão Geral.............................................................................................................................32 2.2 Sala Técnica...........................................................................................................................38 2.3 Estação PARK AIR................................................................................................................41 REFERÊNCIAS HAYKIN, S. Introdução aos sistemas de comunicação, 2ª ed., Ed. Bookman, 2008. MEDEIROS, Julio Cesar De Oliveira, Princípios de Telecomunicações - Teoria e Prática, 2ª edição, São Paulo: editora Érica, 2007. PARK AIR SYSTEMS, T6T Mk6 50 W VHF Transmitter User Documentation, version 2.2, Peterborough, 2011. PARK AIR SYSTEMS, T6R Mk6 VHF Receiver User Documentation, version 2.2, Peterborough, 2011. PARK AIR SYSTEMS, E1-Radio Interconnect (E1-RIC) User Documentation , version 2.1, Peterborough, 2006.