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2 “A MENOR DISTÂNCIA ENTRE DOIS PONTOS É UM SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES COMPETENTE” Luiz Antonio Gasparin Técnico da Telepar (anos 80) Diretor da SIMPROTEL Telecomunicações Curitiba - PR Introdução 3 Rio de Janeiro Introdução 4 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/Rio_de_Janeiro_Helicoptero_47_Feb_2006.jpg Rio de Janeiro ......................Telecomunicações Introdução 5 Av.Paulista Av.Paulista Av.Paulista Av.Paulista Av.Paulista Av.Paulista Av.Paulista Pico do Jaraguá Introdução 6 Curitiba Introdução 7 Introdução 8 Introdução 9 10 Tipos de Comunicação Comunicação Humana A comunicação humana à distância é basicamente áudio-visual. O ser humano é um receptor inteligente , e consegue extrair a informação mesmo de sinais contaminados. A lógica humana é difusa , e a inteligência humana corrige eventuais erros no sinal recebido. Fixe seus olhos no texto abaixo, e deixe que a sua mente leia corretamente o que está escrito. 35T3 P3QU3N0 T3XTO 53RV3 4P3N45 P4R4 M05TR4R COMO NO554 C4B3Ç4 CONS3GU3 F4Z3R CO1545 1MPR3551ON4NT35! R3P4R3 N155O! NO COM3ÇO 35T4V4 M310 COMPL1C4DO , M45 N3ST4 L1NH4 SU4 M3NT3 V41 D3C1FR4NDO O CÓD1GO QU453 4UTOM4T1C4M3NT3 , S3M PR3C1S4R P3N54R MU1TO, C3RTO? POD3 F1C4R B3M ORGULHO5O D155O! SU4 C4P4C1D4D3 M3R3C3! P4R4BÉN5! Conceitos 11 a) Comunicação Humana O homem exige respostas rápidas na comunicação. O ser humano deseja comunicação em tempo quase-real. b) Comunicação entre Máquinas As máquinas foram construídas para trabalhar com sinais digitais e com códigos. A lógica das máquinas é binária. As máquinas se comunicam com dados. O receptor da máquina é burro: exige a recepção de sinais bem formatados e tem dificuldade no trabalho quando erros contaminam o sinal recebido. As máquinas toleram retardos, mas não toleram erros. c) Comunicação Homem-Máquina e Máquina-Homem Quando o homem quer se comunicar com máquinas tem de enviar dados. Quando a máquina precisa se comunicar com o homem tem de enviar sinais audíveis ou sinais visuais. Conceitos 12 Análise da Informação Para efeito didático, a informação pode ser dividida em 03 (três) aspectos principais: sintático => seu formato semântico => seu significado pragmático => seu valor O profissional de telecomunicações preocupa-se basicamente com o aspecto sintático, ou seja, o seu compromisso é o de transportar, de forma fidedigna, o sinal que carrega a informação. Conceitos 13 Natureza da Comunicação Humana CONHECIMENTO E ENTENDIMENTO DO MUNDO FORMAÇÃO DE UMA CULTURA SOCIAL ESTRUTURA LINGUÍSTICA SÍMBOLOS COMUNICAÇÃO 1ª fase: Homem sozinho 2ª fase: Homem em grupos 3ª fase: Relacionamento entre humanos Conceitos 14 Sistema de Comunicação / Sistema de Processamento INFORMAÇÃO Fonte SISTEMA DE PROCESSAMENTO INFORMA Ç ÃO Fonte Processador Usu á rio SISTEMA DE PROCESSAMENTO INFORMAÇÃO Fonte Processador Usuário SISTEMA DE COMUNICAÇÃO Canal Destinatário Para o sistema de comunicação, a informação que chega ao destinatário deve ser uma cópia exata daquela que saiu da fonte. Para o sistema de processamento, a informação que chega ao destino difere daquela que saiu da fonte (a fonte envia dados e no destino se recebe resultados). Por isso, o órgão de destino está sendo chamado de usuário e não de destinatário. Fonte Canal Destina á rio Fonte Usu á rio Fonte Canal + Processamento UsuárioFonte Canal + Processamento INFORMAÇÃO SISTEMA DE TELEPROCESSAMENTO O teleprocessamento resulta de uma junção dos conceitos anteriores, permitindo que o processamento atinja usuários distantes. Conceitos 15 FONTE CANAL DESTINATÁRIO INFORMAÇÃO SINAL FONTE CANAL DESTINATÁRIO INFORMAÇÃO SINAL Fonte Ruído Emissor Meio Receptor Destinatário CANAL Fonte Ruído Emissor Meio Receptor Destinatário CANAL Modelo Básico – WEAVER - 1948 Conceitos 16 Sinais Usados em Comunicações a) Comunicação Humana Sinais para comunicação humana, como a voz, apresentam uma variação contínua em amplitude e contínua em tempo (a natureza tem aversão a variações bruscas). Região de existência de níveis (contínua) Sinais contínuos no tempo e na amplitude b) Comunicação entre máquinas Sinais para comunicação entre máquinas, como a saída de um microcomputador, apresentam uma variação discreta em amplitude (níveis) e discreta em tempo (já que evoluem sob a cadência de um relógio). Sinais discretos em níveis e em tempos DISCRETO EM NÍVEIS INTERVALOS SIGNIFICATIVOS INSTANTES SIGNIFICATIVOS Conceitos 17 Vantagens da Comunicação Digital Vantagens: Combate ao ruído Ganho de escala Pequenas dimensões Baixo consumo Versatilidade Programabilidade Flexibilidade Economia A digitalização das comunicações Homem Homem Máquina Máquina Canal comunicação digital comunicação analógica Conceitos 18 Requisitos Básicos de Comunicação Canal DestinatárioFonte Compatibilidade Sinal/sistema Qualidade na recepção A fonte (sinal) gera o que quer. O canal (sistema) transmite como pode. A comunicação só é eficaz se o destinatário receber bem a informação. Sinal analógico Sinal digital Compatibilidade sinal/sistema Faixa de Sinal (Hz, kHz, MHz) Taxa de bit: bps,kbps,Mbps (bit/s, kbit/s, Mbit/s) Qualidade de recepção RSR (SNR) TEB (BER) Conceitos 19 Compatibilidade Sinal / Sistema na Comunicação Digital Parâmetro básico: taxa de bits t qtde. Com referência ao sinal, a taxa de bits da fonte mede a quantidade de pulsos binários por segundo, emitidos pela fonte. Com referência ao sistema, a taxa de transmissão do sistema mede a capacidade do sistema em reagir à solicitação de transição de estado pelo meio, ou seja, a capacidade de resposta do sistema a um sinal digital entrante. Conceitos 20 Parâmetro de Desempenho • Comunicação analógica sinal canal (S/N) ruído sinal canal (S/N) ruído regenerador BER • Comunicação digital Conceitos 21 Conceito de Sistemas Sistema é uma palavra usada em várias acepções. Para o ambiente de Telecomunicações, a conceituação mais adequada é apresentada a seguir: SISTEMA é um conjunto de elementos, cada um com uma função bem definida, interligados entre si por um conjunto de relações de modo a formar um todo organizado, com a finalidade de atingir certo objetivo, que nenhum componente por si só seria capaz de atingir. Este conceito nasceu com a ciência da biologia (ex: sistema circulatório, sistema digestivo, etc...), mas tem aplicação multidisciplinar. Em particular, há uma ciência chamada Teoria Geral de Sistemas que estuda em detalhes as consequências e as aplicações deste conceito. Exemplos de sistemas: Sistema de Telecomunicações Sistema de Processamento de Dados Sistema de Comunicação de Dados Sistema de Teleprocessamento Conceitos 22 Sistemas Quanto à Abrangência Geográfica De um modo geral, as redes de comunicação podem ser classificadas em ordem crescente de abrangência geográfica como: LOCAL DEPARTAMENTAL METROPOLITANA REGIONAL NACIONAL CONTINENTAL GLOBAL Conceitos 23 Sistemas Ponto-a-Ponto a) Quanto a facilidade de comunicação • unidirecional • bidirecional b) Quanto à operação SIMPLEX HALF DUPLEX FULL DUPLEX A B A B A B SIMPLEX HALF DUPLEX FULL DUPLEX A B A B A B A B A B A B ou e c) Quanto à existência • Permanente • Provisório (montado sob demanda) Conceitos 24 Sistemas Multiponto A B C D AA BB CC DD A B C D AA BB CC DD Ponto-Multiponto AAA Ponto-Área Multiponto - Multiponto Na realidade, um esquema multiponto-multiponto é uma sequencia de ponto-multiponto onde, em cada momento, há uma fonte diferente. Conceitos 25 SISTEMAS QUANTO À LIBERDADE DE LOCALIZAÇÃO DOS TERMINAIS Fixo-Fixo Fixo-Móvel Móvel-Fixo Móvel-Móvel Conceitos 26 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO MECANISMO DE TRANSPORTE DE SINAIS Propagação guiada (confinadaem meios físicos) • Pares / Cabos metálicos • Cabo coaxial • Fibra óptica Propagação irradiada (pelo espaço) • Rádio terrestre • Rádio via satélite SISTEMAS Conceitos 27 MEIO IRRADIADO Terrestre / Satélite • Telefonia Fixa • Telefonia Móvel • Comunicação de Dados - Redes Locais • Sistemas de Emergência • WLL • GPS • Multimídia • Radiodifusão • TV Difusão • Sistemas de Controle Aéreo - Redes Metropolitanas - Redes Internacionais - Redes Nacionais Conceitos 28 • Rede Transporte Operadoras Regionais e Longa Distância • Rede Transporte de Sistemas Celulares Fixos e Móveis • Rede Privada Operadoras de Sistemas de Energia e Similares (“Utilities”) • Redes Corporativas • Redes de Distribuição de Sinais de TV • Enlaces Temporários • Provedores Internet Aplicações Principais MEIO IRRADIADO Conceitos 29 SISTEMAS QUANTO ÀS RELAÇÕES TEMPORAIS NA COMUNICAÇÃO Modalidades de operação Operação em tempo quase-real Operação em tempo real Operação tolerante a retardo Operação com consignação por demanda (o usuário define o tempo) Operação com aprazamento (a fonte ou o canal definem o tempo) Influência da rede Um circuito dedicado é transparente à comunicação Na comutação de circuito há um tempo prévio de estabelecimento e depois o circuito fica dedicado Na comutação por pacote (store–and-forward) a operação cria retardos na comunicação Conceitos 30 SISTEMAS QUANTO AO REGIME JURÍDICO DE PRESTAÇÃO DE SERVIÇOS Rede Pública – uma organização é autorizada a prestar serviços, e tem de atender a todos que desejem usá-los. Rede Privada – uma pessoa física ou jurídica pode possuir uma rede e, neste caso, o dono decide sobre a sua composição e seu uso. Interconexão – uma rede pode se interconectar com outra(s), havendo regras na troca de informação. Conceitos 31 Glossário de Funcionalidades de Comunicação Acesso – procedimento que permite a uma fonte conseguir o serviço de um canal para efetuar a comunicação desejada. Codificação – processamento executado sobre um sinal digital, que modifica consideravelmente o seu formato, mas sem perder o conteúdo de informação original. Combate a erros – processamento executado sobre um sinal digital, permitindo (dentro de certos limites) detectar e até corrigir erros. Compressão – processamento executado sobre um sinal digital, permitindo diminuir o fluxo (taxa de bits), sem perder a informação. Comutação – procedimento que muda a configuração interna nas redes, permitindo criar caminhos para o transporte do sinal. Digitalização – procedimento que converte um sinal analógico (contínuo) em um sinal digital (discreto), sem perda do conteúdo de informação. Modulação – processamento sobre um sinal de modo a produzir um novo sinal resultante, apropriado para passar por um dado meio. Conceitos 32 Multiplexação – processamento executado sobre diversos sinais, de modo a produzir um novo sinal resultante, permitindo o uso compartilhado do mesmo meio por diversas fontes. Numeração – procedimento que permite identificar usuários em uma rede. Propagação – mecanismo de difusão de energia em um certo meio. Regeneração – processamento executado sobre um sinal digital recebido corrompido por ruído e distorção, de modo ideal de níveis bem definidos e transições bem definidas. Roteamento – procedimento que permite identificar as operações de comutação a serem feitas para construir o caminho desejado na comunicação. Sincronismo – processamento que permite estabelecer a mesma referência para dois sinais. Tarifação – procedimento de registro de dados operacionais que servirão para fins de cobrança de prestação de serviços. Transmissão – processamento que permite um sinal através de um meio. Transporte – procedimento que permite conduzir o sinal de um ponto a outro desejado. A rigor, inclui funcionalidades de transmissão e de comutação, mas às vezes se emprega o termo como sinônimo de transmissão. Conceitos 33 34 Unidades de Medida 1G = 109GIGA 1n = 10-9nano 1µ = 10-6micro 1m = 10-3mili 1p = 10-12pico 1T = 1012TERA 1M = 106MEGA 1k = 103KILO e mais alguns “amiguinhos” α β θ µ ¶ ζ ε δ λ Σ Φ Ω Ψ ν ζ φ ω...... Parâmetros e Unidades de Medida 35 Unidades de Medida Potência (dBm) 10 log 1mW P (mW) 1 W = 30 dBm 2 W = 33 dBm 4 W = ___ dBm 8 W = ___ dBm Ganho de Antena (dBi) intensidade de irradiação da antena em uma determinada direção Gant (dBi) = intensidade de irradiação da antena isotrópica em uma determinada direção Parâmetros e Unidades de Medida 36 MEDIDAS DE VALORES FÍSICOS Medidas de grandezas comumente usadas em Telecomunicações: Potência: dBm; dBW ; Ref. Zero => 0 dBm = 10 log(1 mW) =>Rádio; BTS Ref. Zero => 0 dBW = 10 log (1 W) => Satélite Densidade de potência: dBm/m2 ou dBm/cm2 Tensão : mV/m ; mV/m; dB V; dB mV b.1) mV/m e V/m => intensidade do campo elétrico, utilizada no mapeamento das isopotenciais das áreas de cobertura das BTS; Rádio e TV Difusão. b.2) medida relativa de tensão: Ref. Zero: 0 dB V = 20 log(1 V) ou 0 dB mV = 20 log (1 mV)] Parâmetros e Unidades de Medida 37 d) Ganho de antena dBd – Ganho de uma antena em relação a uma antena dipolo de meia‐onda (2,17 dBi) dBi – Ganho de uma antena em relação a uma antena ideal (irradia em todas as direções – esférico). Ex.: 16 dBi ; 42 dBi e) Taxa de erros de bit (TEB) ou BER (Bit Error Rate) A TEB (BER) é medida de diversas formas, e é expressa em : ‐ ppm [parte por milhão = 10‐6 ou ‐ parte por bilhão = 10‐9 Parâmetros e Unidades de Medida 38 FIGURA DE RUÍDO DE UM RECEPTOR Qualidade do Receptor A qualidade do receptor depende do seu nível mínimo de recepção. A qualidade do receptor depende da: • Figura de Ruído A figura abaixo mostra os parâmetros de um amplificador: Ne = ruído de entrada com temperatura equivalente de ruído To em °K Se = Sinal de Entrada G = Ganho do Amplificador de temperatura equivalente Teq em °K B = Banda Teq To AMP Se Ne= k.To.B Ganho = G Ss Ns= G.k.(To+Te).B F = Se / Ne Ss / Ns = Se / Ne (Se.G) /G.k.(To+Te).B F (dB) = 10 log ( 1 + Te T0 ) Parâmetros e Unidades de Medida 39 Impedância Cabo Coaxial D d εr Zc = μ ε 1 2π ln D d log D dZc = 138 εr Em um cabo coaxial típico de RF, a velocidade de propagação da OEM é de ~ 2 x 108 m/s Parâmetros e Unidades de Medida 40 Material εr Vacuum 1 (by definition) Air 1.00058986 PTFE/Teflon 2.1 Polyethylene 2.25 Polyimide 3.4 Polypropylene 2.2–2.36 Polystyrene 2.4–2.7 Carbon disulfide 2.6 Paper 3.85 Electroactive polymers 2–12 Silicon dioxide 3.9 Concrete 4.5 Pyrex (Glass) 4.7 (3.7–10) Rubber 7 Diamond 5.5–10 Salt 3–15 Graphite 10–15 Silicon 11.68 Parâmetros e Unidades de Medida 41 http://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum http://en.wikipedia.org/wiki/Air http://en.wikipedia.org/wiki/PTFE http://en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene http://en.wikipedia.org/wiki/Polyimide http://en.wikipedia.org/wiki/Polypropylene http://en.wikipedia.org/wiki/Polystyrene http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_disulfide http://en.wikipedia.org/wiki/Paper http://en.wikipedia.org/wiki/Electroactive_polymers http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_dioxide http://en.wikipedia.org/wiki/Concrete http://en.wikipedia.org/wiki/Pyrex http://en.wikipedia.org/wiki/Glass http://en.wikipedia.org/wiki/Rubber http://en.wikipedia.org/wiki/Diamond http://en.wikipedia.org/wiki/Salt http://en.wikipedia.org/wiki/Graphite http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon Z1 Z2 perda de retorno (return loss) PR = - 20 log ρ VSWR = 1 + ρ 1 - ρ taxa de onda estacionária ρ = Z2 Z1- Z2 Z1+ coeficiente de reflexão ρ = VSWR - 1 VSWR + 1 Parâmetros e Unidades de Medida 42 EXERCÍCIOS Calcule ρ , PR(RL) e VSWR para as seguintes condições: a) Z2 = 60Ω e Z1 = 50Ω b) Z2 = 75Ω e Z1 = 50Ω c) Z2 = 52Ω e Z1 = 50Ω d) Z2 = 47Ω e Z1 = 50Ω Parâmetros e Unidades de Medida 43 Parâmetros e Unidadesde Medida 44 Parâmetros e Unidades de Medida 45 yotta Y 1024 zetta Z 1021 exa E 1018 peta P 1015 tera T 1012 giga G 109 mega M 106 kilo k 103 hecto h 102 deka da 101 deci d 10-1 centi c 10-2 milli m 10-3 micro µ 10-6 nano n 10-9 pico p 10-12 femto f 10-15 atto a 10-18 zepto z 10-21 yocto y 10-24 46 47 MUNDO ANALÓGICO MUNDO DIGITAL X MUNDO IP X frequencia modulação codificação recuperação comutação roteamento Modulação 48 USUÁRIO ACESSO COMUTAÇÃO/ ROTEAMENTO MULTIPLEXAÇÃO PDH/SDH MULTIPLEXAÇÃO PDH/SDH analógicoanalógico crossbar crosspoint CPA IP digital processamento do sinal digital digital processamento do sinal processamento do sinal “ETAPAS DO SINAL” Modulação 49 • O sinal modulante (ou moduladora) é o sinal de comunicação original, que carrega a informação produzida pela fonte. • A portadora é um sinal determinístico e periódico, que não carrega informação, mas é apropriado para transmissão pelo meio. • A modulação é um processamento pelo qual alguma das características definidoras da portadora é variada de acordo com o sinal modulante. • Sinal modulado é o sinal que resulta da modulação. Assim como a portadora, é apropriada para transmissão pelo meio. Assim como a moduladora, carrega a informação que se deseja comunicar. Sinal modulante Sinal modulado Portadora MODULAÇÃO • Em telecomunicações se usa portadora senoidal, porque é o sinal que tem menor faixa espectral (faixa nula). • Outras tecnologias podem usar outros tipos de portadora (como o trem de pulsos, para técnicas de controle). Modulação 50 A portadora senoidal é caracterizada por 3 parâmetros definidores: ep (t) = E cos (2πft + ø) E = amplitude ƒ = frequencia ω = 2πf ø = fase Modulação 51 É impossível modular uma onda em frequência (FM) sem provocar variações na sua fase, assim como não é possível modular uma onda em fase (PM) sem causar variações na sua frequência, porque a frequência é proporcional à derivada da fase : f = (1/2p) dF/dt Modulação 52 http://contact.tm.agilent.com/Agilent/tmo/an-150-1/classes/liveFM_popup.html http://contact.tm.agilent.com/Agilent/tmo/an-150-1/classes/liveFM.html http://contact.tm.agilent.com/Agilent/tmo/an-150-1/classes/liveAM_popup.html SITES INTERESSANTES Modulação 53 Os sinais possuem geralmente espectros com faixa útil em frequencias baixas, enquanto os meios possuem geralmente faixas de passagem em frequencias altas. Para que o sinal consiga atravessar o meio, é preciso, de alguma forma, deslocar o sinal de posição no espectro. Isto é conseguido com a modulação. faixa significativa faixa de passagem f f Espectro do sinal de telecomunicações Resposta do meio de transmissão Modulação 54 Sinais – faixa útil Sistemas – faixa de passagem 300 3400 20 20000 20 4200000 Canal de video Canal de voz - BW = 3,1KHz Canal de áudio - BW = 20 KHz - BW = 4,2MHz 4,2MHz 20kHz 3,1kHz Baixa AltaBaixa Alta 0 fmax 0 fmax Sistema passa-baixa (filtro passa-baixa) fbaixa faltafbaixa falta Sistema passa-faixa (filtro passa-faixa) Modulação 55 Em telecomunicações se usa portadora senoidal, porque é o sinal que tem menor faixa espectral (faixa nula). Outras tecnologias podem usar outros tipos de portadora (ex: trem de pulsos, para técnicas de controle). O tipo de moduladora determina a categoria da modulação Se a moduladora for analógica (isto é, um sinal contínuo em nível, e contínuo no tempo), a modulação é dita analógica. Se a moduladora for digital (isto é, um sinal discreto em níveis e discreto no tempo), a modulação é dita digital. Modulação 56 MODULAÇÃO ANALÓGICA Modulação em amplitude Modulação angular AM – DSB AM – DSB/SC AM – DSB/RC AM – SSB AM – VSB FM – NB FM – WB PM Modulação 57 MODULAÇÃO AM - DSB Esquema básico na modulação analógica em amplitude E (t) = E + km(t) E(t) E t Emin E m(t) tt + informação informação Modulação 58 ÍNDICE DE MODULAÇÃO EM AM Em condições normais E(t) ≥ 0. Define-se como índice de modulação em amplitude. μa = E - Emin ou seja, 0 ≤ μa ≤ 1 E Chama-se sobremodulação à condição em que E+km(t) < 0. Nestas condições, como não tem sentido físico a amplitude negativa, o sinal fica cortado. E(t) t Modulação 59 FORMA DE ONDA AM - DSB envoltória em (t) t Modulação 60 Modulação 61 Modulação 62 ESPECTRO DA ONDA AM – DSB Espectro da onda AM-DSB, com moduladora senoidal em (t) = E (t) cos wct = E cos wct + k A cos wt.cos wct = = E cos wct + kAcos (wc + w)t + kA cos (wc - w)t 2 2 A E kA 2 kA 2 w 0 w moduladora wc – w wc wc + w onda AM-DSB t Modulação 63 ESQUEMA AM-SSB As duas faixas laterais carregam a mesma informação, e exigem faixa de sistema B=2w Se só uma faixa lateral for enviada, a informação continua a ser enviada, mas a faixa do sistema cai para B=w 0 w wc wc+w moduladora AM – SSB só a faixa lateral superior 0 w wcwc - w moduladora AM – SSB só a faixa lateral inferior Modulação 64 INTRODUÇÃO À MODULAÇÃO ANGULAR Onda portadora ep(t) = Ecos(wct+ø) = Ecosø(t) Frequencia angular Fase angular Imprimindo-se a informação na frequência angular, isto é, fazendo wi(t)=wc+km(t), onde wi(t) passa a ser chamado de frequência angular instantânea, se tem modulação em freqüência. Imprimindo-se a informação na fase angular, isto é, fazendo øi(t)=wct+ø+km(t), onde øi(t) passa a ser chamado de fase angular instantânea, se tem modulação em fase. Como a fase angular e a frequência angular são relacionadas entre si, estes dois métodos de modulação são inter-relacionados entre si. Para a modulação em frequencia øi(t)=∫ wi(t)dt = wct + ø + ∫ km(t)dt e para a modulação em fase wi = døi(t) = wc + dkm(t) dt dt Modulação 65 MODULAÇÃO EM FREQUÊNCIA Impressão da informação na frequencia e x c u rs ã o m á x im a d e f re q u e n c ia m(t) wc t t t wc(t) Modulação 66 Observamos que quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo positivo, a frequência da onda FM também é máxima. Quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo negativo, a frequência da onda FM é mínima. A diferença entre a maior e menor frequência da onda é o valor pico a pico do desvio de frequência, e é igual ao dobro do desvio de pico df. Modulação 67 FORMA DE ONDA DO SINAL FM A amplitude do sinal FM fica constante, mas a frequência varia: o sinal fica com concentrações e rarefações. Uma vez que a amplitude não varia, a potência na saída do modulador não varia com a modulação. Para a moduladora senoidal m(t) A cos wt a excursão é o dobro do desvio e o índice de modulação é definido como: μf =kA w Modulação 68 ESPECTRO DO SINAL FM Para a moduladora senoidal, o espectro pode ser expresso como: em(t) = J0(μf) E cos wct + J1 (μf) E cos (wc+w)t - J1 (μf) E cos (wc-w)t + J2 (μf) E cos (wc+2w)t + J2 (μf) E cos (wc-2w)t + J3 (μf) E cos (wc+3w)t - J3 (μf) E cos (wc-3w)t + J4 (μf) E cos (wc+4w)t + J4 (μf) E cos (wc-4w)t + ... onde Jn (μf) é a função de Bessel de 1ª espécie, de ordem n, e de parâmetro μ f (existem tabelas e gráficos que dão os valores de Jn (μf). Modulação 69 ESPECTRO DO SINAL FM Modulação 70 FAIXA SIGNIFICATIVA DO SINAL FM As raias são em número infinito, mas só um intervalo em torno de wc é significativo Conceito de faixa significativa: entorno de wc que contém a maior parte (por exemplo, 99,9%) da potência Em termos matemáticos, o problema consiste em determinar a ordem n=nε para a qual (Jn (μf)) fica sempre abaixo de um dado valor ε. A faixa significativa será então B=2. nε. f Carson mostrou que para ε = 0,01 e 1< μf<10 , nε~ μf + 1 Critério de Carson: B = 2 (μf + 1)f = 2fd + 2f => B = Δf + 2f B f f Δf (excursão máxima) (desvio máximo) fd Modulação 71 FAIXA SIGNIFICATIVA DO SINAL FM Se μf for baixo (FM de faixa estreita), então B ≈ 2f Espectro do FM de faixa estreita Possui duas faixas laterais como o AM-DSB, mas com fases invertidas Modulação 72 DEMODULAÇÃO DO FM O sinal FM na saída do modulador tem amplitude constante, mas ao atravessar o meio, fica com amplitude irregular, por sofrer ação do ruído e da distorção. O limitador na entrada do receptor restaura a condição de amplitude constante, cortando os picos de amplitude do sinal entrante. Modulação 73 A ação do limitador pode ser mostrada com a figura a seguir: DEMODULAÇÃO DO FM Modulação 74 O discriminador é um componente cuja curva de resposta de frequência é linear, mas centrada na frequência da portadora, como mostra a figura abaixo: DEMODULAÇÃO DO FM Desta forma, o discriminador converte variações de frequência em variações de amplitude, ou seja, o sinal FM é convertido num sinal AM. Como a saída do discriminador é do tipo AM-DSB, basta incluir um detector de envoltória para ter a moduladora recuperada. amplitude frequenciawc Modulação 75 “MODULAÇÃO” DIGITAL Modalidades Básicas Modalidades Avançadas ASK FSK PSK QPSK APSK QAM Quadratura MSK / GMSK OQPSK ¶/4 - QPSK Modulação 76 CÓDIGOS DE LINHA Modulação 77 Modulação 78 79 USO DE CHAVES COMO MODULADORES (1) Modulação 80 O fato de se usar chaves como moduladores torna os moduladores digitais muito mais simples que os moduladores analógicos. Alem disso, acarretou numa notável mudança na nomenclatura dos tipos de modulação digital. USO DE CHAVES COMO MODULADORES (2) Parâmetro Modificado Nome do Tipo da modulação Amplitude ASK = Amplitude Shift Keying Frequência FSK = Frequency Shift Keying Fase PSK = Phase Shift Keying Modulação A modulação digital apresenta muitas particularidades diferenciais em relação à modulação analógica. Melhor tratar como nova tecnologia Principais aspectos diferenciais a) Moduladores tipos chave b) Uso de regeneradores na recepção c) Modulação angular como derivada de modulação em amplitude COMENTÁRIOS GERAIS À MODULAÇÃO DIGITAL Modulação 81 A DEMODULAÇÃO DIGITAL (1) Na recepção o sinal chega corrompido por ruído e distorção É preciso usar um demodulador analógico para interpretar as deformações recebidas A seguir, é preciso regenerar o sinal para corrigir seu formato Modulação 82 Análise da Recepção do ASK A DEMODULAÇÃO DIGITAL (2) Modulação 83 84 Esquema do regenerador A DEMODULAÇÃO DIGITAL (3) Ação do regenerador no caso do ASK Modulação 85 DECOMPOSIÇÃO DO FSK E DO PSK EM ASK’s Modulação 86 ESPECTRO DO SINAL ASK Modulação 87 DEMODULAÇÃO DO ASK a) Usando detector de envoltória O emprego do detector de envoltória torna o receptor mais barato b) Usando detector síncrono O emprego de detector síncrono é pouco econômico, mas apresenta desempenho superior quando a relação sinal/ruído na entrada for baixa. A sincronização da portadora local não fica difícil porque no espectro existe a raia da portadora. Modulação 88 MASK = multilevel ASK Exemplo: 4ASK regular ASK MULTINÍVEL Modulação 89 Cada símbolo que aparece carrega um polibit (dibit, no caso) A vantagem do uso do sistema multinível é a diminuição da largura de faixa exigida para o sistema B = 2w Log2 m no caso, B = W O sistema MASK é mais sensível ao ruído que o sistema BASK O esquema multinível é dito regular quando os estados no diagrama fasorial são equi-espaçados. O esquema regular tem preferência porque resiste melhor ao ruído. COMENTÁRIOS AO 4 ASK Modulação 90 CONCEITO DE CÍRCULO DE INDECISÃO (1) Natureza do ruído O ruído é uma perturbação aditiva ao sinal. Num dado instante, a contribuição do ruído é um vetor instantâneo que se soma ao vetor de sinal. O vetor ruído tem fase equidistribuído, mas tem uma distribuição gaussiada de amplitude Modulação 91 CONCEITO DE CÍRCULO DE INDECISÃO (2) Efeito do ruído As contribuições de ruído, dentro de um valor fixo de probabilidade de ocorrência, se concentram numa área circular em torno da porta do vetor de sinal. Círculo de indecisão O círculo de indecisão é o lugar geométrico que delimita a área onde ficam as pontas dos vetores resultantes da adição sinal + ruído Os círculos de indecisão dependem apenas das condições de ruído no sistema e permitem avaliar a imprecisão na operação do decisor. Modulação 92 CONCEITO DE CÍRCULO DE INDECISÃO (3) Aplicação ao caso do 4 ASK a) Montagem regular do 4 ASK b) Montagem irregular do 4 ASK Modulação 93 FSK BINÁRIO (1) BFSK = Binary FSK Modulação 94 FSK BINÁRIO (2) Espectro de Amplitude do sinal O espectro é formado pela composição de dois espectros ASK, em torno de fa e de fb, mas os espectros em torno de fa e de fb apresentam inversão, significando que quando um ASK está presente o outro está ausente A largura de faixa exigida para o sistema é B = Δf + 2f (observe a semelhança com a regra de Carson do estudo do FM). Modulação 95 FSK BINÁRIO (3) Espectro de potência do sinal Modulação 96 FSK BINÁRIO (4) FSK com saltos Se os dois osciladores fa e fb forem totalmente independentes, as transições de um estado para outro podem apresentar: Salto de amplitude Salto de freqüência Salto de fase Como mostra a figura a seguir: Modulação 97 FSK BINÁRIO (5) FSK sem saltos Evitam-se os saltos de amplitude e fase usando freqüência fa e fb relacionadas com a duração do bit. Nas transições as ondas passam por 0 O salto de freqüência é inevitável: Modulação 98 FSK MULTINÍVEL (1) MFSK = multilevel FSK Exemplo: 4 FSK Modulação 99 FSK MULTINÍVEL (2) Espectro de potência Modulação 100 PSK BINÁRIO (1) BPSK = binary PSK Exemplo com ΔΦ=90º É impossível, neste caso, evitar salto de amplitude, além do salto de fase Diagrama fasorial: Modulação 101 PSK BINÁRIO (2) Exemplo com ΔΦ=90º Modulação 102 PSK BINÁRIO (3) PRK = Phase reversal keying defasagem ΔΦ=180º É possível, neste caso, evitar salto de amplitude Diagrama fasorial: Modulação 103 PSK BINÁRIO (4) Exemplo com ΔΦ=180º Espectro de potência É conveniente observar que PRK = ASK/SC o que confere ao PSK e ao ASK naturezas irmãs Modulação 104 DEMODULADOR BPSK (2) É preciso na recepção ter um oscilador com a mesma freqüência que o sinal recebido e em fase com um dos estados esperados, além de um defasador para produzir uma referência em fase com o outro estado esperado. Ambos os estados entrantes dão saída nos demoduladores síncronos, de acordo com a projeção do vetor do sinal recebido no eixo de referência produzido pelos osciladores locais Entrada # 1 Entrada # 2 Entrada # 3 +v -v 1 -v +v 0 A decisão é feita de acordo com a entrada majoritária: Modulação 105 ESQUEMAS CPSK E DPSK (1) O esquema regular é sempre preferido por proteger melhor contra ruído, mas o espectro fica sem raia da portadora. É possível recuperar a referência de portadora A não-linearidade quadrática atua sobre os estados entrantes produzindo uma saída que está sempre em fase, como mostra a tabela a seguir: Entrada da não-linearidade Saída da não- linearidade Estado 1 E0cos(wct+0 o) kE0 2cos(2wct+0 o) Estado 0 E0cos(wct+180 o) kE0 2cos(2wct+360 o) Modulação 106 ESQUEMAS CPSK E DPSK (3) Uma vez que a saída do detector de fase é proporcional ao erro de fase do VCO é possível sincronizar com a referência de portadora mesmo sem a presença de sua raia no espectro. Problema de ambigüidade de fase: a sincronização tanto pode ocorrer para a fase 0o quanto para a fase 180º do VCO. sincronização com 0o: demodulação perfeita Sincronização com 180º : demodulação com inversão de bit Modulação 107 ESQUEMAS CPSK E DPSK (4) Correção da ambigüidade de fase pelo esquema coerente A codificação diferencial interpreta como informação útil as transições de 1 para 0 ou de 0 para 1. O esquema coerente usa PLL na recepção. Modulação 108 ESQUEMAS CPSK E DPSK (5) Correção da ambigüidade de fase pelo esquema diferencial Usa-se a informação prévia (bit modulado anterior) com referência para demodulação . Dispensa o PLL na recepção Tem desempenho inferior ao esquema coerente Modulação 109 PSK MULTINÍVEL (1) MPSK = multilevel PSK Exemplo: 4 PSK regular Modulação 110 DEMODULAÇÃO MPSK Demodulação do sinal Na recepção é fundamental o emprego de demoduladores síncronos e, de novo, aparece o problema de que o sinal regular tem a portadora suprimida. É preciso, neste caso, usar não-linearidade potencial de ordem 4 para recuperar a referência de fase na recepção. Também neste caso aparece ambigüidade de fase na recepção e é preciso usar codificação/decodificação diferencial para combate à ambigüidade, mas o esquema neste caso fica mais complicado. Do mesmo modo como anteriormente, podem ser usados esquemas de montagem CPSK e DPSK na recepção. Modulação CONSTELAÇÃO 4QPSK 01 1000 11 Modulação 111 COMPARAÇÃO 4PSK DIRETO x 4QPSK As principais diferenças são: a. O sinal 4 PSK direto tem uma constelação com estados em 0º, 90º, 180º e 270º, enquanto o sinal 4QPSK tem estados em 45º, 135º, 225º e 315º. b. Lendo os bits no sentido horário : 4PSK direto : Seguem a sequência BCN (Binary Coded Natural), segundo a ordem numérica binária natural -> 00 – 01 – 10 – 11 4QPSK : Seguem a sequência GRAY (Código de GRAY), em que posições adjacentes diferem apenas por 1bit, no caso -> 00 – 01 – 11 – 10) Ambos tem 4 estados, todos de mesma amplitude Modulação 01 1000 11 4PSK Direto 4QPSK 01 1000 11 112 113 USO DA CODIFICAÇÃO GRAY A seqüência GRAY é referida operacionalmente Erros de decisão trocam geralmente um estado pelo vizinho erro simples, fácil de corrigir Mas o uso de seqüência GRAY complica a codificação diferencial, criada no ambiente BCN É necessária conversão de código Modulação 114 COMENTÁRIOS SOBRE O 8QPSK Se os 4ASK/SC nos eixos I e Q forem regulares, a constelação 8QPSK ficará irregular Para obter um 8QPSK regular, os 4ASK/SC nos eixos I e Q terão de ser irregulares, com coordenadas proporcionais a sen 22.5º e cos 22.5º . Modulação 115 8QPSK REGULAR Para o 8QPSK regular o espectro de potência não possui raia da portadora. Modulação CONSTELAÇÃO 8APSK O 8 APSK é formado por um 4PSK de grande amplitude e um 4 PSK de pequena amplitude. O 4 PSK de pequena amplitude tem pouca proteção contra ruído 001 101 011 111 000 010 110 100 Modulação 116 117 8 APSK MODIFICADO Q I 111 010 000 110 100 101001 011 A situação melhora quando o 4 PSK interno sofre uma rotação de 45º e tem sua amplitude aumentada. Modulação CONSTELAÇÃO 16 QAM A constelação fica com 16 pontos uniformemente espaçados, portanto podendo ser considerada como regular 0101 1101 0111 1111 0000 0010 1010 1000 1011 1110 1110 1001 0100 0001 0110 0011 Modulação 118 119 COMENTÁRIOS SOBRE A CONSTELAÇÃO 16 QAM A constelação possui 16 estados, distribuídos em 12 ângulos e 4 amplitudes Sendo a constelação regular, o espectro de potência não possui a raia da portadora. Modulação 120 CONSTELAÇÃO 16 OAM COM SIMETRIA DE ROTAÇÃO Q 0011 1011 0111 1111 0000 0100 1100 1000 1101 1110 1001 1010 0010 0001 0101 0110 I Trabalhando com módulos no processador fica a indeterminação de quadrante, que causa ambigüidade de fase Usando a constelação 16 OAM com simetria de rotação a ambigüidade pode ser combatida com codificação diferencial sobre o primeiro dibit do quadribit Modulação 121 OUTRAS CONSTELAÇÕES Existem várias constelações em uso: Constelação com muitos pontos (usando polibit para reduzir drasticamente a faixa do sistema) Constelação com números ímpares de ponto, (como os esquemas de resposta parcial) Constelações assimétricas Constelações resultantes de agrupamentos de subconstelações Etc Existe um ramo de estudos avançados chamado de síntese de constelações Modulação 122 OPERAÇÃO O QPSK (2) Transições Transições Modulação 123 OPERAÇÃO ¶ /4 QPSK (1) Outro esquema operacional para evitar transições por 0. Usa duas constelações defasadas de ¶/4 Modulação 124 OPERAÇÃO ¶ /4 QPSK (2) Nesta operação em instantes sucessivos se passa de uma constelação para outra Modulação 125 MÉTODO DE UNGERBOECK Um outro exemplo de operação especial é o esquema proposto por UNGERBOECK para operação de modem usando constelações com muitos pontos, onde o efeito do ruído é crítico. UNGERBOECK propôs dividir a constelação em duas sub constelações, forçando, mediante codificação prévia da informação, que a transição fosse obrigatoriamente feita de uma subconstelação para outra subconstelação e preferencialmente entre estados distantes geometricamente. Isto minimiza os erros de bit no sinal demodulado Modulação 126 ESQUEMA MSK (1) MSK = minimum shift keying É uma variante do FSK em que se evita salto de amplitude, salto de fase e se minimiza o salto em freqüência. Diferença de freqüência Δf = fa – fb = 1/τ – 1/2τ = 1/2τ Modulação 127 ESQUEMA GMSK O MSK puro tem ainda um inconveniente. Com a formatação prévia dos pulsos usando um filtro suavizador gaussiano este problema se torna desprezível. Modulação OFDM Modulação 128 Modulação 129 Objetivo : Minimizar as longas sequencias de “0” e “1” do fluxo de dados. Motivo : Os circuitos de alinhamento e, particularmente, os circuitos de recuperação de relógio, apresentam uma drástica degradação de desempenho quando longas sequencias de níveis lógicos 0 ou níveis lógicos 1 são transmitidas, ocasionando aumento significativo de erros de bit. Procedimento : Embaralha o fluxo de dados com um padrão pseudo-aleatório gerado por um temporizador. Uniformiza o espectro, e facilita a recuperação do relógio no demodulador. Após o embaralhamento, os sinais de dados são enviados para o modulador. Em sistemas com níveis de modulação mais elevados, é feita a inserção de bits extras, após o embaralhamento, através de um código corretor de erros, visando melhorar o desempenho do sistema. Modulação 130 Transmission without interleaving: Mensagem : aaaabbbbccccddddeeeeffffgggg Transmissão com erro (burst): aaaabbbbccc____deeeeffffgggg com interleaving: Mensagem : aaaabbbbccccddddeeeeffffgggg Interleaved: abcdefgabcdefgabcdefgabcdefg Transmissão com erro (burst) : abcdefgabcd____bcdefgabcdefg Received code words after deinterleaving: aa_abbbbccccdddde_eef_ffg_gg In each of the codewords aaaa, eeee, ffff, gggg, only one bit is altered, so one-bit error-correcting-code will decode everything correctly. Transmission without interleaving: Original transmitted sentence: ThisIsAnExampleOfInterleaving Received sentence with a burst error: ThisIs______pleOfInterleaving The term "AnExample" ends up mostly unintelligible and difficult to correct. With interleaving: Transmitted sentence: ThisIsAnExampleOfInterleaving... Error-free transmission: TIEpfeaghsxlIrv.iAaenli.snmOten. Received sentence with a burst error: TIEpfe______Irv.iAaenli.snmOten. Received sentence after deinterleaving: T_isI_AnE_amp_eOfInterle_vin_... Modulação 131 Classes básicas de embaralhadores: a) Adição lógica de uma seqüência pseudo-aleatória à sequencia dos bits de entrada. b) Adição lógica de seus próprios valores, porém defasados no tempo. Modulação 132 Product Description AHA4013 12.5 MBytes/sec Reed-SolomonError Correction IC G709D-10 10 Gbits/sec ITU G.709 Reed-Solomon Decoder Core G709D-40 40 Gbits/sec ITU G.709 Reed-Solomon Decoder Core G709D2-5 2.5 Gbits/sec ITU G.709 Reed-Solomon Decoder Core G709E2-5 2.5 Gbits/sec ITU G.709 Reed-Solomon Encoder Core Modulação 133 http://www.aha.com/show_prod.php?id=16 http://www.aha.com/show_prod.php?id=23 http://www.aha.com/show_prod.php?id=23 http://www.aha.com/show_prod.php?id=23 http://www.aha.com/show_prod.php?id=24 http://www.aha.com/show_prod.php?id=24 http://www.aha.com/show_prod.php?id=24 http://www.aha.com/show_prod.php?id=26 http://www.aha.com/show_prod.php?id=26 http://www.aha.com/show_prod.php?id=26 http://www.aha.com/show_prod.php?id=27 http://www.aha.com/show_prod.php?id=27 http://www.aha.com/show_prod.php?id=27 134 Regiões de Frequências – ITU-T Faixas de Frequências 135 Faixas de Frequências 136 137 COMPONENTES PRINCIPAIS Componentes de um Sistema de Telecomunicações 138 REP REP DI TERM REP TERMREP REP TERM TERM TERM REP REP DI REP TERMTERM 2+1 2+1 2+1 Refletor Passivo 3+1 3+13+1 3+1 2+11+1 2+1 3+1 3+1 1+1 1+1 3+1 TERM REP REP DI Refletor Passivo LEGENDA: Estação Repetidora drop - insert Estação Repetidora Estação Terminal Rep. Back-to-Back Localidade A Localidade B Localidade C Localidade D Localidade F Localidade E Localidade G Localidade H Localidade J Componentes de um Sistema de Telecomunicações 139 O sincronismo é um elemento fundamental nas novas redes de comunicação digital para garantia transmissão de taxas constantes de bit/s. A evolução da arquitetura das redes de ponto a ponto para anéis e barramentos torna a definição do sincronismo fundamental para o desempenho do sistema. SINCRONISMO Componentes de um Sistema de Telecomunicações 140 Componentes de um Sistema de Telecomunicações 141 GERÊNCIA ÁREAS FUNCIONAIS GERENCIA DE FALHAS GERENCIA DE DESEMPENHO GERENCIA DE CONFIGURAÇÃO GERENCIA DE TARIFAÇÃO GERENCIA DE SEGURANÇA TMN – Telecommunications Management Network Componentes de um Sistema de Telecomunicações 142 Gerência de Falhas Realiza a avaliação do funcionamento dos equipamentos de telecomunicações (NE) e o estado operacional da rede e seus componentes Gerência de Desempenho Gerência de Configuração Gerência de Tarifação Gerência de Segurança Permite a detecção , reconhecimento , isolamento e correção dos eventos de falhas que indicam operações anormais de equipamentos , redes ou sistemas Realiza as funções de controle , identificação , coleta e alimentação de dados para os elementos de rede (NE) e vice-versa Viabiliza a medição do uso dos serviços e recursos da rede , e envia os dados coletados para os sistemas de “billing” Permite a prevenção , controle e detecção do uso impróprio de recursos de rede e sistemas GERÊNCIA Componentes de um Sistema de Telecomunicações 143 BML - Gerencia de Negócios Camada responsável pelo provisionamento de serviços aos clientes , manutenção e outros aspectos SML - Gerencia de Serviços NML - Gerencia de Rede EML - Gerencia de Elemento de Rede NEL - Network Element Layer Camada responsável pelo planejamento , definição de metas , e decisões em níveis superiores da empresa Visão e controle de toda a rede , baseada nas informações de cada NE apresentadas pela EML. Provisiona recursos de rede para fornecimentos de serviços Gerencia cada elemento de rede individualmente.Em geral esta função está dividida em vários EML , cada um deles responsável por um conjunto de NE Responsável pela manutenção das informações TMN de cada NE , reportando para a camada EML por meio de interfaces padronizadas CAMADAS GERENCIAIS TMN Componentes de um Sistema de Telecomunicações 144 CONFIABILIDADE DE PROTEÇÃO R1 R2 Montagem em Série Ps = 1- (1-R1R2) Supondo probabilidade de Rn não falhar = 90% P = 81% R1 R2 R3 R4 Montagem em Série - Paralelo Ps = 1- (1-R1R2)(1-R3R4) P = 96,4% R1 R2 R3 R4 Montagem em Paralelo - Série Ps = 1- (1-R1R2)(1-R1R4)(1 -R3R4)(1-R3R2) P = 99,87% R1 R3 Montagem em Paralelo Ps = 1- (1-R1)(1-R3) P = 99% Componentes de um Sistema de Telecomunicações 145 FASES DE UM SISTEMA DE TELECOMUNICAÇÕES Componentes de um Sistema de Telecomunicações PLANEJAMENTO PROJETO SURVEY IMPLANTAÇÃO CONTRATAÇÃO ACEITAÇÃO OPERAÇÃO GERÊNCIA MANUTENÇÃO PERFORMANCE 146 147 SISTEMAS DE RADIOVISIBILIDADE Frequencias licenciadas (ANATEL) Frequencias que não necessitam de licença faixas ISM (900MHz , 2.4GHz, 5.4GHz , 5.8GHz) “Spread Spectrum” – Espalhamento Espectral Sistemas “Wireless” FSO (Free Space Optics) - laser Sistema Rádio 148 FSO – Free Space Optics Sistema Rádio 149 http://artolink.com/page/photogal/ http://artolink.com/page/photogal/ EQUIPAMENTOS CONFIGURAÇÕES 1 + 0 - Sem Proteção 1 + 1 - Hot Stand-By 1 + 1 - Twin Path n + 1 - “n” canais + 1 de Prot. CONSTITUIÇÃO Estação Rádio (interno) + Guia de Onda + Antena Rádio ODU (junto à antena) + IDU (interna) Sistema Rádio 150 RÁDIO COGNITIVO Software-Defined Radio (SDR) Formado basicamente por um circuito de rádio frequência (RF), que recebe o sinal em banda passante e o converte para frequência intermediária (FI), conversores AD/DA e software para modulação/demodulação. Este último é executado através de dispositivo reconfigurável como FPGA, DSP ou Personal Computer (PC). Esta possibilidade de reconfiguração na modulação/demodulação é a base do SDR. Os SDR, acrescidos de inteligência artificial, são os chamados Cognitive Radio (CR). “Rádio Cognitivo identifica o ponto em que os personal digital assistants (PDA) sem fio, e suas redes relacionadas, são computacionalmente inteligentes para: • detectar as necessidades de comunicação dos usuários em função do contexto de uso; • disponibilizar recursos de rádio e serviços sem fio mais apropriados às necessidades citadas anteriormente.” (Mitola, 1999) Sistema Rádio 151 RÁDIO COGNITIVO Segundo a FCC (2005), “Rádio Cognitivo é o rádio que pode mudar seus parâmetros de transmissão baseado na interação com o meio no qual opera. A maioria dos rádios cognitivos serão SDR, todavia, ter software e ser reprogramável são condições necessárias, mas não suficientes para caracterizar o rádio cognitivo”. Essa nova concepção dos rádios cognitivos transfere para as camadas física (PHY) e de enlace (MAC) as tarefas cognitivas, o que torna meio “nebulosa” a distinção entre os atuais sistemas, que usam técnicas de adaptação de enlace nas camadas PHY e MAC, e os rádios cognitivos. Verifica-se, em todas as abordagens, a intenção de aparelhar os sistemas de rádio para medir, controlar e estar a par dos sistemas de rádio, buscando: • Identificar e utilizar faixas de freqüências disponíveis; • Medir a potência do sinal desejado, assim como das interferências; • Reconhecer e operar em diferentes redes; • Controlar a potência de transmissão; • Estar a par da padronização de acesso ao espectro no local de operação. Sistema Rádio 152 153 SISTEMAS DE RADIOVISIBILIDADE Equipamentos Sistema Aéreo Propagação Sistema Aéreo 154 SISTEMA AÉREO • ANTENA • Cabo Coaxial / GUIA DE ONDA • PRESSURIZADOR • CONECTOR • POSTES / TORRES • SUPORTES • ATERRAMENTO Sistema Aéreo 155 POLARIZAÇÃO • H -> HORIZONTAL • V -> VERTICAL • CIRCULAR Sistema Aéreo 156 Tipos de antenas parabólicas ‐ P : Padrão (baixa diretividade e F/C) ‐ HP : Alto desempenho (boa Diret. e F/C) ‐ UHP : Ultra Alto desempenho (alta Diret. e F/C) Sistema Aéreo 157 Características de Cabos Coaxiais - Exemplos Sistema Aéreo 158 Sistema Aéreo 159 Sistema Aéreo 160 Sistema Aéreo 161 A solução de feixe chaveado divide um setor em sub-setores, cada um contendo um diagrama de radiação predeterminado e fixo. Esse sistema permite algumas escolhas de diagramas, selecionando um deles durantea operação. Os sistemas adaptativos alteram dinamicamente o diagrama de radiação para otimizar o desempenho do sistema radio. SMART ANTENNAS (Antenas Inteligentes) Sistema Aéreo 162 Diagramas de radiação de sistemas de feixe chaveado (esquerda) e sistemas adaptativos (direita) Fonte: CHRYSSOMALLIS, M. Smart Antennas. IEEE Antennas and Propagation Mag., v.42, p. 129-136, June 2000. Exemplo de diagramas adaptativos específicos para cada usuário Fonte: CHRYSSOMALLIS, M. Smart Antennas. IEEE Antennas and Propagation Mag., v.42, p. 129-136, June 2000. SMART ANTENNAS (Antenas Inteligentes) Sistema Aéreo 163 164 REDES REDEREDE t t t t t t Uma rede é uma estrutura de transporte de sinais de natureza complexa. Evidentemente, contém internamente circuitos, mas é preciso haver outros elementos, incluindo hardware e sofltware, permitindo interconexões e gerenciamento. A rede permite que um terminal possa se comunicar com vários outros. Topologias de Rede 165 NÓS DE REDE Nó de Comutação • Toma uma decisão lógica do tipo “ou” • Cria uma Rede Comutada Nó de Distribuição •Toma uma decisão lógica do tipo “e” •Cria uma rede Multiponto T CIRCUITO Nó CIRCUITO CIRCUITO T T T CIRCUITO Nó CIRCUITO CIRCUITO T T Nó ou A rede mais simples é a que inclui apenas 3 terminais. É impossível montar esta rede apenas com terminais e circuitos. Um circuito só permite a comunicação de um ponto a outro. É preciso incluir um novo elemento, que é o nó, o qual tem a característica especial de ser um elemento com inteligência O circuito tem natureza passiva, sem inteligência, enquanto o nó tem natureza ativa, com inteligência. Nó e Topologias de Rede 166 REDE DISTRIBUIDORA Para uma rede com muitos terminais ou terminais espalhados geograficamente, não é prático possuir um único nó. Solução: Usar vários nós interoperando (inteligência distribuída) N Ó T T T N Ó T T T N Ó T T T NÓ T T T T T T NÓ T T T NÓ T T T A interligação entre os nós é chamada de tronco. Topologias de Rede 167 INTERLIGAÇÃO DE NÓS Nós de distribuição são interligados por um tronco de distribuição, que é único. Nós de comutação são interligados por troncos de comutação, e pode haver vários troncos de comutação em paralelo. Neste caso, o conjunto de troncos de Comutação é chamado de entroncamento. T T T T T T T T NÓ NÓ Topologias de Rede 168 ESTRUTUTURA HIERÁRQUICA DE NÓS EM UMA REDE COMUTADA Havendo vários nós, as interligações entre eles ficam muito numerosas e espalhadas geograficamente. A solução é usar um nó de nível superior comutando as ligações entre os nós existentes. N(N-1)/2=15 entroncamentos 6 entroncamentos mais 1 nó de nível superior N = 6N = 15 Topologias de Rede 169 ESQUEMAS BÁSICOS DE TOPOLOGIA DA REDE • ESTRELA - Ex.: WAN’s • MALHA - Ex.: WAN’s • BARRAMENTO - Ex.: LAN’s • ANEL (RING) - Ex.: METRO-RINGS • ESTRELA - Ex.: WAN’s • MALHA - Ex.: WAN’s • BARRAMENTO - Ex.: LAN’s • ESTRELA - Ex.: WAN’s• ESTRELA - Ex.: WAN’s • MALHA - Ex.: WAN’s• MALHA - Ex.: WAN’s • BARRAMENTO - Ex.: LAN’s• BARRAMENTO - Ex.: LAN’s • ANEL (RING) - Ex.: METRO-RINGS• ANEL (RING) - Ex.: METRO-RINGS Topologias de Rede 170 ESQUEMAS DE TOPOLOGIA DA REDE - malha incompleta – árvore (estrela/estrela) – estrela-malha – anéis múltiplos - malha incompleta – árvore (estrela/estrela) – estrela-malha – anéis múltiplos Topologias de Rede 171 NÓ DE TRÂNSITO e NÓ MISTO Um nó de nível superior é freqüentemente referido como nó de trânsito, e pode servir apenas para interligar nós de nível inferior, ou então pode também servir a terminais próximos. Neste caso é referido como nó misto (serviço trânsito + serviço local). T T T T T T T T T T T T T T T T T T NÓ MISTO NÓ NÓ NÓ NÓ Topologias de Rede 172 MÚLTIPLOS NÍVEIS HIERÁRQUICOS T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Topologias de Rede 173 FUNCIONALIDADES DE ACESSO E DE TRANSPORTE EM UMA REDE COMUTADA • A funcionalidade de acesso garante ao usuário ter acesso aos serviços da rede (através do terminal) gerando tráfego de serviço, e compreendendo facilidades de uso dedicado ao referido usuário. • A funcionalidade de transporte garante que o sinal possa ser levado de um usuário a outro pela rede, e compreende facilidades de uso compartilhado por diversos usuários. Topologias de Rede 174 175 Backbone e Acesso 176 ANÁLISE DE UMA REDE COMUTADA N N N N N N NN N N N NSUBREDE DE TRANSPORTE INFRAESTRUTURA DE ACESSO T TT T T T T T T T T T T T T T T Backbone e Acesso 177 ANEL FOTS SDH Backbone Fibra Óptica SDH Entroncamento Rádio PDH Média Capacidade Acesso Rádio PDH Baixa Capacidade REDE METROPOLITANA - EXEMPLO Backbone e Acesso 178 179 Características de Propagação Propagação 180 Radioenlaces terrestres – Linha de visada A refração atmosférica observada na propagação das ondas de rádio é atribuída a variações do índice de refração do ar com a altura, que em consequência muda com o tempo, por causa de alterações nas condições de temperatura, pressão e umidade, que influenciam no índice de refração. Sob condições normais, o índice de refração da atmosfera decresce com a altura, causando o encurvamento para baixo das ondas de rádio, de modo que essas podem ser recebidas em pontos além da linha ótica de visada. Propagação 181 Na análise da propagação da onda na troposfera, usa-se o artifício de considerar o feixe sem curvatura, aumentando-se teoricamente o raio da terra. Dessa forma, tem-se o feixe representado em linha reta, e a curvatura da terra diminuída (raio aumentado). O novo raio da terra considerado (R´) é chamado de raio equivalente. Propagação 182 a' = 2 a 3 a' = 4a 3 RAIO EQUIVALENTE Propagação 183 O fator K é relativo ao gradiente vertical do índice de refração e ao raio terrestre. O valor de K=4/3 é definido para a atmosfera padrão como uma média no índice de refração na atmosfera, também chamado de Kmédio Para dimensionar rádio enlaces, deve-se sempre corrigir o perfil da Terra, aplicando dois fatores K¸ sendo um para atmosfera padrão K=4/3 (Kmédio), e outro denominado Kmínimo O Kmínimo é usado devido às variações na atmosfera produzirem, em alguns casos, a sub-refração (gradiente de refratividade positivo). Dessa forma, a curvatura das ondas sofre um efeito contrário ao da atmosfera normal, tendendo a fazer um arco ascendente. Os valores de Kmínimo são menores que 1 Como a variação do índice de refração está diretamente ligada a fenômenos climáticos, devemos sempre aplicar os dois fatores K (médio e mínimo) e avaliar o caso mais crítico, adotando esse valor para o projeto Para enlaces longos, o fator K determinante sempre será o Kmínimo RAIO EQUIVALENTE Propagação 184 PERFIL Propagação 185 Ondas eletromagnéticas que percorreram caminhos distintos e os sinais se somam, algumas em fase e outras defasadas de 180º [ou seja, anulam-se], criando picos e nulos de energia. As ondas que estão na zona de Fresnel se somam Frequencias acima de 2GHz : Kmédio raio 100%, Kmínimo raio 60% Frequencias abaixo de 2GHz : Kmédio raio 60%, Kmínimo raio 30% 50 - 60Km (max 100 Km) Zona de Fresnel Obstáculo K= ¾ Visada direta 50 - 60Km (max 100 Km) Zona de Fresnel Obstáculo K= ¾ Visada direta d dd r 211 K = 4/3 Propagação 186 Propagação 187 Raio, em metros, da 1ª Zona do Elipsóide de Fresnel, no meio do enlace D(km) 2 GHz 5 GHz 10 GHz 20 GHz 10 19,36 12,25 8,66 6,12 20 27,39 17,32 12,25 8,66 30 33,54 21,21 15,00 10,61 40 38,73 24,49 17,32 12,25 50 43,30 27,39 19,36 13,69 ZONA DE FRESNEL Propagação 188 Equação da perda no espaço livre: A0 = 92,44 + 20 log f + 20 log d onde: A0 = Atenuação do espaço livre em dB f = Frequência do enlace em GHz d = Comprimento do enlace em km 900 MHz 2 GHz 7,5 GHz 11 GHz 15 GHz 38 GHz D (km) 1 91,48 98,42109,90 113,23 115,92 124,00 2 97,51 104,44 115,92 119,25 121,94 130,02 5 105,46 112,40 123,88 127,21 129,90 137,98 10 111,48 118,42 129,90 133,23 135,92 144,00 20 117,51 124,44 135,92 139,25 141,94 150,02 30 121,03 127,96 139,44 142,77 145,46 153,54 40 123,53 130,46 141,94 145,27 147,96 156,04 50 125,46 132,40 143,88 147,21 149,90 157,98 f Propagação 189 3 6 1218243060120180300 0.001 0.01 0.1 1 10 100 ATENUAÇÃO (dB/km) FREQUÊNCIA (GHz) 1 2 3 6 4 7 5 1 2 3 100mm/h 50mm/h 10mm/h 4 O2 5 H2O 6 Nevoeiro 2.3g/m3 7 Nevoeiro 0.32g/m3 Fenômenos Atmosféricos Propagação 190 T R hR hT T' REFLEXÃO Propagação 191 A C B D 1ª ZONA DE FRESNEL A: FEIXE DIRETO B: REFLEXÃO PERMANENTE C: REFRAÇÃO D: DEFLEXÃO TOTAL ~~50Km DEVANECIMENTO PLANO - Atenuação causada pela chuva - obstrução do feixe devido a variação do fator K DESVANECIMENTO SELETIVO - - Propagação multipercurso DESVANECIMENTO PLANO DESVANECIMENTO SELETIVO A : FEIXE DIRETO B : REFLEXÃO LATERAL C : REFRAÇÃO D : REFLEXÃO TOTAL Propagação 192 Antena Receptora 2 Antena Receptora 1 Antena Transmissora 40 50 60 70 Antena 1 Recepção de Entrada dBm 40 50 60 70 Antena 2 Recepção de Entrada (Combinação) dBm 40 50 60 70 Resultado da combinação de ambas as saídas das antenas dBm DIVERSIDADE EM ESPAÇO Propagação 193 Propagação 194 195 1 f1/f3 H 4 5 23 f1/f3 Vf2/f4 V f2/f4 H β θ f2/f4 V ESCOLHA DE FREQUENCIA - EXEMPLO Projeto, Dimensionamento e Performance 196 6 ESCOLHA DE FREQUENCIA - EXEMPLO 1 2 3 5 4 Projeto, Dimensionamento e Performance 197 F1 V F3 V F5 V F7 V F2 H F4 H F6 H F1 V F3 V F5 V F7 V F2 H F4 H F6 H F’1 V F’3 V F’5 V F’7 V F’2 H F’4 H F’6 H F’1 V F’3 V F’5 V F’7 V F’2 H F’4 H F’6 H F1 H F3 H F5 H F7 H F2 V F4 V F6 V F’1 H F’3 H F’5 H F’7 H F’2 V F’4 V F’6 V F’1 H F’3 H F’5 H F’7 H F’2 V F’4 V F’6 V F1 H F3 H F5 H F7 H F2 V F4 V F6 V E S T A Ç Ã O A E S T A Ç Ã O B E S T A Ç Ã O C E S T A Ç Ã O D E S T A Ç Ã O E PLANO DE FREQUENCIAS ROTA 5 GHz Configuração Inicial: (3 + 1) Configuração Final : (6 + 1) Faixa: 4400MHz – 5000MHz Resolução 104 - ANATEL F1 = 4430,00MHz F’1 = 4730,00MHz Projeto, Dimensionamento e Performance 198 Plano de Frequencia 5GHz - Espaçamento de 40 MHz Projeto, Dimensionamento e Performance 199 FAIXA DE FREQUENCIAS X CAPACIDADE Projeto, Dimensionamento e Performance 200 Plano de Frequencias Faixa: 7425 - 7725 MHz Portaria: 140 de 17/05/1995 Aplicações: Serviço fixo, por sistemas digitais para aplicações ponto a ponto Projeto, Dimensionamento e Performance 201 Atenuação Espaço Livre, Desvanecimento Seletivo (fading) , Desvanecimento Plano, Atenuação Atmosférica, Atenuação Absorção, Atenuação Difração, Atenuação Refração, Atenuação Reflexão, Atenuação Chuva, Atenuação Duto, Multipercurso Sinal Interferente RF. Atenuação circ.deriv. /filtros Atenuação guias/cabos Atenuação conectores Atenuação guias/cabos Atenuação conectores Atenuação circ.deriv. /filtros PTx= dBm PRx= ? Ganho Antena Ganho Antena A B ENLACE Projeto, Dimensionamento e Performance 202 Projeto, Dimensionamento e Performance 203 CÁLCULO DA POTENCIA DE RECEPÇÃO PRx = PTx - Atbr - Atcab - Atconec + Gant - Atesp liv - Atdesv plano - Atatm - Atabs - Atrefl - Atobst - Atchuv + Gant - Atbr - Atcab - Atconec ESTAÇÃO A ENLACE ESTAÇÃO B ESTAÇÃO B P em dBm At em dB Gant em dBi Projeto, Dimensionamento e Performance 204 Projeto, Dimensionamento e Performance 205 Projeto, Dimensionamento e Performance 206 Projeto, Dimensionamento e Performance 207 Projeto, Dimensionamento e Performance 208 Projeto, Dimensionamento e Performance 209 Projeto, Dimensionamento e Performance 210 Projeto, Dimensionamento e Performance 211 Projeto, Dimensionamento e Performance 212 Projeto, Dimensionamento e Performance 213 Projeto, Dimensionamento e Performance 214 Projeto, Dimensionamento e Performance 215 Projeto, Dimensionamento e Performance 216 PARÂMETROS SISTÊMICOS Projeto, Dimensionamento e Performance 217 Ruído térmico = -100 dBm Nível de interferência = -106 dBm (co-canal) -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 +10 +20 +30 Ganho de Sistema (105 dB) Limiar Estático -72 dBm/ BER = 10 - 6 Nível de recepção sem desvanecimento = -35 dBm E s c a la d e P o tê n c ia e m d B m Potência de transmissão = +30 dBm Limiar de interrupção -75 dBm/BER = 10 - 3 C/N = 25 dB Margem sobre o ruído térmico TFM 40 dBm 1 dB de degradação por Interferência Margem sobre a Interferência 39 dB C/N = 65 dB T/N = 28 dB T/I = 34 dB I N 6 dB (1 dB de interferência) C C/I = 71 dB Atenuação de Sistema = 65 dB T Exemplo de níveis de interferência e ruido para o radio HARRIS 64QAM/45 Mbits/s MARGENS DO SISTEMA Projeto, Dimensionamento e Performance 218 PE911 PE920 Elevation (m) 923.93 525.33 Latitude 08 00 37.10 S 08 04 52.70 S Longitude 037 43 05.90 W 037 25 36.70 W True azimuth (°) 103.76 283.71 Vertical angle (°) -0.80 0.58 Antenna model VHLPX6-7W VHLPX4-7W Antenna height (m) 20.00 20.00 Antenna gain (dBi) 40.60 37.30 TX line length (m) 30.00 30.00 TX line unit loss (dB /100 m) 5.71 5.71 TX line loss (dB) 1.71 1.71 Circ. branching loss (dB) 3.90 3.90 Frequency (MHz) 8000.00 Polarization Horizontal Path length (km) 33.07 Free space loss (dB) 140.92 Atmospheric absorption loss (dB) 0.35 Net path loss (dB) 74.59 74.59 Radio model 5000S 8G 155MB 5000S 8G 155MB TX power (watts) 1.58 1.58 TX power (dBm) 32.00 32.00 EIRP (dBm) 66.99 63.69 TX Channels 8088.6700H 7777.3500H 8147.9700H 7836.6500H 8207.2700H 7895.9500H RX threshold criteria BER 10-3 BER 10-3 RX threshold level (dBm) -73.50 -73.50 RX signal (dBm) -42.59 -42.59 Thermal fade margin (dB) 30.91 30.91 Dispersive fade margin (dB) 59.10 59.10 Dispersive fade occurrence factor 1.00 Effective fade margin (dB) 30.90 30.90 Geoclimatic factor 4.10E-05 Path inclination (mr) 12.05 Fade occurrence factor (Po) 1.53E-03 Effective frequency spacing (MHz) 47.44 47.44 FD improvement factor 2.22 2.22 Worst month SESR 5.62E-07 5.62E-07 (seconds /month) 1.48 1.48 BBER - multipath 1.55E-07 1.55E-07 ESR - multipath 1.65E-05 1.65E-05 0.01% rain rate (mm/hr) 100.00 Flat fade margin - rain (dB) 30.91 30.91 Rain attenuation (dB) 30.91 30.91 Annual rain outage (min) 3.54 3.54 BBER - rain 2.97E-06 2.97E-06 ESR - rain 7.13E-05 7.13E-05 BBER - multipath + rain 3.12E-06 3.12E-06 ESR - multipath + rain 7.22E-05 7.22E-05 Annual unavailability 6.73E-06 6.73E-06 (minutes /year) 3.54 3.54 Mon, Sep 01 2008 PE911-PE920.pl4 Reliability Method - ITU-R P.530-9 Rain - ITU-R P530-7 ODU A: ALTA ODU B: BAIXA PE911 PE920 Elevation (m) 923.93 525.33 Latitude 08 00 37.10 S 08 04 52.70 S Longitude 037 43 05.90 W 037 25 36.70 W True azimuth (°) 103.76 283.71 Vertical angle (°) -0.80 0.58 Antenna model VHLPX6-7W VHLPX4-7W Antenna height (m) 20.00 20.00 Antenna gain (dBi) 40.60 37.30 TX line length (m) 30.00 30.00 TX line unit loss (dB /100 m) 5.71 5.71 TX line loss (dB) 1.71 1.71 Circ. branching loss (dB) 3.90 3.90 Frequency (MHz) 8000.00 Polarization Horizontal Path length (km) 33.07 Free space loss (dB) 140.92 Atmospheric absorption loss (dB) 0.35 Net path loss (dB) 74.59 74.59 Radio model 5000S 8G 155MB 5000S 8G 155MB TX power (watts) 1.58 1.58 TX power (dBm) 32.00 32.00 EIRP (dBm) 66.99 63.69 TX Channels 8088.6700H 7777.3500H 8147.9700H 7836.6500H 8207.2700H 7895.9500H RX threshold criteria BER 10-3 BER 10-3 RX threshold level (dBm) -73.50 -73.50 RX signal (dBm) -42.59 -42.59 Thermal fade margin (dB) 30.91 30.91 Dispersive fade margin (dB) 59.10 59.10 Dispersive fade occurrence factor 1.00 Effective fade margin (dB) 30.90 30.90 Geoclimatic factor 4.10E-05 Pathinclination (mr) 12.05 Fade occurrence factor (Po) 1.53E-03 Effective frequency spacing (MHz) 47.44 47.44 FD improvement factor 2.22 2.22 Worst month SESR 5.62E-07 5.62E-07 (seconds /month) 1.48 1.48 BBER - multipath 1.55E-07 1.55E-07 ESR - multipath 1.65E-05 1.65E-05 0.01% rain rate (mm/hr) 100.00 Flat fade margin - rain (dB) 30.91 30.91 Rain attenuation (dB) 30.91 30.91 Annual rain outage (min) 3.54 3.54 BBER - rain 2.97E-06 2.97E-06 ESR - rain 7.13E-05 7.13E-05 BBER - multipath + rain 3.12E-06 3.12E-06 ESR - multipath + rain 7.22E-05 7.22E-05 Annual unavailability 6.73E-06 6.73E-06 (minutes /year) 3.54 3.54 Mon, Sep 01 2008 PE911-PE920.pl4 Reliability Method - ITU-R P.530-9 Rain - ITU-R P530-7 ODU A: ALTA ODU B: BAIXA EXEMPLO CÁLCULO DE DESEMPENHO Projeto, Dimensionamento e Performance 219 PE207 PE924 Elevation (m) 7.12 9.62 Latitude 08 06 37.90 S 08 06 51.30 S Longitude 034 53 37.00 W 034 53 41.64 W True azimuth (°) 199.04 19.04 Vertical angle (°) 4.00 -4.01 Antenna model VHLP1-23 VHLP1-23 Antenna height (m) 57.00 85.00 Antenna gain (dBi) 35.30 35.30 Frequency (MHz) 23000.00 Polarization Horizontal Path length (km) 0.44 Free space loss (dB) 112.48 Atmospheric absorption loss (dB) 0.08 Net path loss (dB) 41.96 41.96 Radio model PASOLINK NEO 23G 16E1 PASOLINK NEO 23G 16E1 TX power (watts) 5.01e-03 5.01e-03 TX power (dBm) 7.00 7.00 EIRP (dBm) 42.30 42.30 TX Channels 23072.0000H 21840.0000H RX threshold criteria BER 10-3 BER 10-3 RX threshold level (dBm) -81.00 -81.00 RX signal (dBm) -34.96 -34.96 Thermal fade margin (dB) 46.04 46.04 Dispersive fade margin (dB) 62.00 62.00 Dispersive fade occurrence factor 1.00 Effective fade margin (dB) 45.93 45.93 Geoclimatic factor 4.50E-05 Path inclination (mr) 69.92 Fade occurrence factor (Po) 2.42E-09 Worst month SESR 6.19E-14 6.19E-14 (seconds /month) 1.63e-07 1.63e-07 0.01% rain rate (mm/hr) 100.00 Flat fade margin - rain (dB) 46.04 46.04 Rain attenuation (dB) 46.04 46.04 Annual rain outage (min) 1.86e-11 1.86e-11 Annual unavailability 3.53E-17 3.53E-17 (minutes /year) 1.86e-11 1.86e-11 Tue, Dec 09 2008 PE207-PE924.pl4 Reliability Method - ITU-R P.530-9 Rain - ITU-R P530-7 ODU A SUB BANDA B / ALTA ODU B SUB BANDA B / BAIXA PE207 PE924 Elevation (m) 7.12 9.62 Latitude 08 06 37.90 S 08 06 51.30 S Longitude 034 53 37.00 W 034 53 41.64 W True azimuth (°) 199.04 19.04 Vertical angle (°) 4.00 -4.01 Antenna model VHLP1-23 VHLP1-23 Antenna height (m) 57.00 85.00 Antenna gain (dBi) 35.30 35.30 Frequency (MHz) 23000.00 Polarization Horizontal Path length (km) 0.44 Free space loss (dB) 112.48 Atmospheric absorption loss (dB) 0.08 Net path loss (dB) 41.96 41.96 Radio model PASOLINK NEO 23G 16E1 PASOLINK NEO 23G 16E1 TX power (watts) 5.01e-03 5.01e-03 TX power (dBm) 7.00 7.00 EIRP (dBm) 42.30 42.30 TX Channels 23072.0000H 21840.0000H RX threshold criteria BER 10-3 BER 10-3 RX threshold level (dBm) -81.00 -81.00 RX signal (dBm) -34.96 -34.96 Thermal fade margin (dB) 46.04 46.04 Dispersive fade margin (dB) 62.00 62.00 Dispersive fade occurrence factor 1.00 Effective fade margin (dB) 45.93 45.93 Geoclimatic factor 4.50E-05 Path inclination (mr) 69.92 Fade occurrence factor (Po) 2.42E-09 Worst month SESR 6.19E-14 6.19E-14 (seconds /month) 1.63e-07 1.63e-07 0.01% rain rate (mm/hr) 100.00 Flat fade margin - rain (dB) 46.04 46.04 Rain attenuation (dB) 46.04 46.04 Annual rain outage (min) 1.86e-11 1.86e-11 Annual unavailability 3.53E-17 3.53E-17 (minutes /year) 1.86e-11 1.86e-11 Tue, Dec 09 2008 PE207-PE924.pl4 Reliability Method - ITU-R P.530-9 Rain - ITU-R P530-7 ODU A SUB BANDA B / ALTA ODU B SUB BANDA B / BAIXA EXEMPLO CÁLCULO DE DESEMPENHO Projeto, Dimensionamento e Performance 220 EXEMPLO DE PERFIL Projeto, Dimensionamento e Performance 221 EXEMPLO DE PERFIL Projeto, Dimensionamento e Performance 222 EXEMPLO DE PERFIL Projeto, Dimensionamento e Performance 223 DESEMPENHO e DISPONIBILIDADE ITU-T ITU-R G.821 64kbps G.826 2Mbps G.827 2Mbps G.828 155Mbps Série F Série P Considera-se que um Sistema está indisponível se ocorre o evento SES por , no mínimo , 10 segundos. IMPORTANTE : A indisponibilidade é do SISTEMA SES definido como : TEB ≥ 10-3 durante o segundo SESR = Razão entre Total de SES e o intervalo de medida correspondente, expressa em percentual (%) Projeto, Dimensionamento e Performance 224 Projeto, Dimensionamento e Performance 225 CATEGORIA DISTANCIA DE REFEREN CIA SESR ESR TEB INDISPONIBILIDA DE HIGH GRADE 2500 km 0.054% 0.32% 5 x 10-9 0.3% MEDIUM GRADE Class 1 280km 0.006% 0.036% 5 x 10-10 0.033% Class 2 280km 0.0075% 0.16% em estudo 0.05% Class 3 50km 0.002% 0.16% em estudo 0.05% Class 4 50km 0.005% 0.4% em estudo 0.1% LOCAL GRADE 50km 0.015% 0.4% em estudo 0.1% DESEMPENHO e DISPONIBILIDADE RECOMENDAÇÃO G.821 Projeto, Dimensionamento e Performance 226 onde : Lref = 2500km j = 3 para Llink (seção rádio) ≤ 500km B3 = (1 x 10 -4 (1 + BR)) BR 0 ≤ BR ≤ 1 C3 = 0 Fórmula Padrão ETSI : SESR = Bj x (Llink / Lref) + Cj Projeto, Dimensionamento e Performance 227 Projeto, Dimensionamento e Performance 228 Projeto, Dimensionamento e Performance 229 onde : j = 1 (curta); 2 (média) e 3 longa distância) Lref = 2500km B3 = 3 x 10 -3 C3 = 0 D3 = 100 E3 = 55 Disponibilidade : AR = 1 – (Bj x (Llink / Lref) + Cj) Tempo Médio entre Interrupções : Mo = 1 (Dj x (Llink / Lref) + Ej) Exemplo (para a mesma rota de 450km) Utilizando esses dados temos , para a Disponibilidade : Da Rota: AR = 1 – (3x10-3 x (405/2500) + 0) = 99,9514% Para cada enlace: ARenlace = 99,9946% Para o tempo médio entre interrupções: Mo = 1 (100 x (405 / 2500) + 55) = 1,4 segundos Especificação G.826/G.827/G.828 Disponibilidade do Sistema Projeto, Dimensionamento e Performance 230 Projeto, Dimensionamento e Performance 231 Projeto, Dimensionamento e Performance 232 Prever futuras expansões Fazer projeto sob-medida – sem margens excessivas Usar valores típicos (e não os “garantidos”) nos cálculos Recursos caros para viabilização como diversidade de espaço devem ser utilizados somente em enlaces críticos, muito longos ou com problemas de propagação Antenas de alto desempenho somente em condições críticas de interferência, ou com mais enlaces previstos para o site Em enlaces (1+1) utilizar diversidade em frequência somente em último caso Antenas com diâmetro e altura de torre acima do necessário acarretam custos desnecessários Cuidado ao utilizar critérios muito restritivos de desempenho e disponibilidade Projeto, Dimensionamento e Performance Considerações quando do dimensionamento de um sistema de radioenlaces 233 Utilizar somente a especificação adequada para cada enlace (em uma rota) componente de um sistema, e não uma especificação única geral Ao projetar, leve em consideração as necessidades para operação e manutenção Hora adequada do dia para medições Divida o projeto em 03 atividades principais: • Plano de Frequência; • Cálculo de desempenho e disponibilidade; • Cálculo de interferência. Projeto preliminar -> refinamento -> Projeto Definitivo Antes do início do projeto , procure coletar pelo menos os seguintes Dados: • Poligonal da Rota com enlaces já existentes e previsão dos futuros • Tabela do Plano de Frequências • Dados e Resoluções aplicáveis ANATEL • Parâmetros sistêmicos dos equipamentos que pretende utilizar • Parâmetros sistema aéreo – antenas e guias principalmente • Parâmetros climáticos e topográficos da região do projeto Projeto, Dimensionamento e Performance 234 Para rotas longas (n+1) a capacidade é medida em números de STM-1. Para enlaces ponto-a-ponto , normalmente a capacidade varia de 4E1 a 16 E1. Adeque as frequências em termos das distancias envolvidas Projeto, Dimensionamento e Performance Alta Capacidade No caso de enlaces de longa distancia (SDH),a escolha entre as faixas de 4 , 5 , 6 , 7.5 e 8 GHz depende da existência de rotas na mesma região utilizando estas faixas. Como os enlaces SDH normalmente são expandidos até a configuração final utilizando as duas polarizações, a escolha da mesma faixa é um complicador adicional. Se no sistema existirem enlaces muito longos , escolha a faixa de 5GHz, pois abaixo de 10GHz é a única faixa com espaçamento de 40MHz, que permite a utilização de modulação mais “robusta”(32 ou 64QAM). As demais (4 , 6 , 7.5 e 8 GHz) tem de 28 a 30 MHz e necessitam 128QAM. Isto pode implicar em maior quantidade de enlaces com diversidade de espaço e antenas de maior diâmetro. 235 Caso não haja possibilidade de escolher 5GHz, as melhores opções são as faixas de 6 e 8 GHz pois: As faixas de 6 e 8 GHz permitem expansão até 7+1 Na faixa de 4GHz , a configuração máxima permitida é 5+1 , além de necessitar de guias de onda de maior dimensão A faixa de 7.5GHz não é exclusiva para alta capacidade , e é compartilhada por rádios com capacidades de 1E1 a STM-1 , aumentando a probabilidade de interferências , além do fato da expansão ir somente até 4+1 Enlaces de até 15km podem ser atendidos via faixa de 11GHz. Para enlaces curtos existem as faixas de 18 , 23 e 38GHz. Projeto, Dimensionamento e Performance Considerações quando do dimensionamento de um sistema de radioenlaces 236 Baixa Capacidade Para rotas de longa distancia as opções são : 400MHz , 1.5GHz , 7.5GHz e 8.5GHz. Prefira utilizar a faixa de 8.5GHz Quando houver obstrução , ou distancias maiores envolvidas escolha 400MHz ou 1.5GHz Média Capacidade Em casos de rotas longas as opções são 6.7GHz , 7.5GHz e 8.5GHz. Prefira as faixas de 6.7GHz ou 8.5GHz. Caso necessite 32E1, a única faixa é a de 6.7GHz Para enlaces curtos as opções são 18 , 23 e 38 GHz Projeto, Dimensionamento e Performance 237 Plano de Frequência Em sistemas de longa distancia , interferências de enlaces a mais de 100km, e com afastamento de mais de um canal, não precisam ser consideradas Enlaces com ângulos muito abertos não precisam ser considerados no cálculo de interferência. Projeto, Dimensionamento e Performance 238 A probabilidade de ocorrência de desvanecimento cresce lentamente com a frequencia , e rapidamente com a distancia. Além disso , é altamente dependente do fator de inclinação. Enlaces “nivelados” são mais susceptíveis a fenômenos de desvanecimento plano , com maior probabilidade de formação de “dutos”. Portanto , enlaces com maior “inclinação” são mais estáveis. Projeto, Dimensionamento e Performance 239 240 Rx1Tx1 F2F3 F1 F1'F2'F3' F1'F2'F3' F1F2F3 BRANCHING/SIST. DE DERIVAÇÃO BRANCHING/SIST. DE DERIVAÇÃO F1 F1' F2 F3 F2' F3' CARGA CARGA CARGA CARGA Banda Base Rx1´B.B. Banda Base B.B. Tx Rx Rx Tx PRx1 F.IF.I ASD(Rx) AGO(Rx) GRxGTx AGO(Tx) ASD(Tx) PTx1 A0 F.IF.I Transmissor - ida Transmissor - volta Receptor - ida Receptor - volta Guia de Onda Guia de Onda A n te n a A n te n a Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 241 PDH PDH PDH PDH PRS saída de temporização SDH SDH SDH SDH PRS saída de temporização SDH SDH SDH SDH PDH SDH Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 242 PDH Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 243 SDH Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 244 COMPOSIÇÃO DO SINAL SDH Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 245 COMPOSIÇÃO SINAL STM-4 Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 246 FORMAÇÃO DO STM-2 Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 247 FORMAÇÃO STM-2 Rádios PDH e SDH – Baixa e Alta Capacidade 248 249 1+1 HS / HS com Conexão Direta com a Antena. 1+1 HS SD com Conexão Direta com a Antena. 2x(1+0) XPIC com Guia de Onda / Conexão com Cabo Coaxial. 2x(1+1) XPIC com Guia de Onda / Conexão com Cabo Coaxial. Equipamento Rádio - Diagrama 250 Equipamento Rádio - Diagrama 251 Equipamento Rádio - Diagrama 252 Equipamento Rádio - Diagrama 253 Equipamento Rádio - Diagrama 254 Equipamento Rádio - Diagrama 255 Equipamento Rádio - Diagrama 256 Equipamento Rádio - Diagrama 257 Banda de Freqüência 6GHz 7/8 GHz 10/11G Hz 13 GHz 15 GHz 18 GHz 23 GHz 26 GHz 28 GHz 32 GHz 38 GHz 52 GHz Garanti do Espaçamento 5,925 ~7,11 7,12 ~8,5 10,15 ~11,7 12,75 ~13,25 14,25 ~15,35 17,7 ~19,7 21,3 ~23,6 24,25 ~27,5 27,5 ~29,5 31,8 ~33,4 37,0 ~40,0 51,4 ~52,6 -- Tipo de interface Diret. Montado N/A N/A “Flange” NEC -- Remot. Montado*2 N ou PDR 70 N ou PDR 84 PDR 100 PDR 120 PDR 140 PDR 220 PDR 260 PDR 320 N/A -- Potência de saída (dBm) +29 +25 +23 +24 +22 +18 +3 1,5dB Controle de Potência (passo de 1dB) 0 a 30dB *3 0 a 25dB *3 0 a 10dB 1,0dB ATPC 0 a 30dB *3 0 a 25dB *3 0 a 10dB Estabilidade de Freqüência 6 ppm 10 ppm Limiar de Recepção (dBm) para TEB= 10-6 Separação de Canal = 28MHz -84 -83 -83,5 -83 -81,5 -78 +3,0dB 14MHz -87 -86 -86,5 -86 -84,5 -81 7MHz -90 -89 -89,5 -89 -87,5 -84 TEB= 10-3 Valores acima de –1,5dB. Nível Maximo de recepção -15dBm TEB Residual Menor do que 10-12 para RSL= -30dBm ODU – Parâmetros para QPSK Equipamento Rádio - Diagrama 258 Banda de Freqüência 6GHz 7/8 GHz 10/11GHz 13 GHz 15 GHz 18 GHz 23 GHz 26 GHz 28 GHz 32 GHz 38 GHz Garantido Espaçamento 5,925 ~7,11 7,12 ~8,5 10,15 ~11,7 12,75 ~13,25 14,25 ~15,35 17,7 ~19,7 21,3 ~23,6 24,25 ~27,5 27,5 ~29,5 31,8 ~33,4 37,0 ~40,0 -- Tipo de interface Diret. Montado N/A N/A “Flange” NEC Remot. Montado*2 N ou PDR 70 N ou PDR 84 PDR 100 PDR 120 PDR 140 PDR 220 PDR 260 PDR 320 -- Potência de saída (dBm) +27 +22 +22,5 +22 +20 +14,5 1,5dB Controle de Potência (passo de 1dB) 0 a 24dB *3 1,0dB ATPC 0 a 24dB *3 Estabilidade de Freqüência 6 ppm 10 ppm Limiar de Recepção (dBm) para TEB= 10-6 Separação de Canal = 28MHz -77 -76 -76,5 -76 -74,5 +3,0dB 14MHz -80 -79 -79,5 -79 -77,5 7MHz -83 -82 -82,5 -82 -80,5 3,5MHz -86 -85 -85,5 -85 -83,5 TEB= 10-3 Valores acima de –1,5dB. Nível Maximo de recepção -20dBm TEB Residual Menor do que 10-12 para RSL= -30dBm ODU – Parâmetros para 16QAM Equipamento Rádio - Diagrama 259 Banda de Freqüência 6GHz 7/8 GHz 10/11GHz 13 GHz 15 GHz 18 GHz 23 GHz 26 GHz 28 GHz 32 GHz 38 GHz Garanti do Espaçamento 5,925 ~7,11 7,12 ~8,5 10,15 ~11,7 12,75 ~13,25 14,25 ~15,35 17,7 ~19,7 21,3 ~23,6 24,25 ~27,5 27,5 ~29,5 31,8 ~33,4 37,0 ~40,0 -- Tipo de interface Diret. Montado N/A N/A “Flange” NEC -- Remot. Montado*2 N ou PDR 70 N ou PDR 84 PDR 100 PDR 120 PDR 140 PDR 220 PDR 260 PDR 320 -- Potência de saída (dBm) +25 +21 +21 +19 +18 +17 +14,5 1,5dB Controle de Potência (passo de 1dB) 0 a 28dB *3 1,0dB ATPC 0 a 28dB *3 Estabilidade de Freqüência 6 ppm 10 ppm Limiar de Recepção (dBm) para TEB= 10-6 Separação de Canal = 28MHz -75,5 -74,5 -75 -74 -73 +3,0dB TEB= 10-3 Valores acima de –1,5dB. Nível Maximo de recepção -20dBm TEB Residual Menor do que 10-12 para RSL= -30dBm ODU – Parâmetros para 32QAM Equipamento Rádio - Diagrama 260 Banda de Freqüência 6GHz 7/8 GHz 10/11G Hz 13 GHz 15 GHz 18 GHz 23 GHz 26 GHz 28 GHz 32 GHz 38 GHz Garantido Espaçamento 5,925 ~7,11 7,12 ~8,5 10,15 ~11,7 12,75 ~13,25 14,25 ~15,35 17,7 ~19,7 21,3 ~23,6 24,25 ~27,5 27,5 ~29,5 31,8 ~33,4 37,0 ~40,0 -- Tipo de interface Diret. Montado N/A N/A “Flange” NEC -- Remot. Montado*2 N ou PDR 70 N ou PDR 84 PDR 100 PDR 120 PDR 140 PDR 220 PDR 260 PDR 320 -- Potência de saída (dBm) +25 +21 +21 +19 +18 +14,5 1,5dB Controle de Potência (passo de 1dB) 0 a 25dB *3 0 a 20dB *4 1,0dB ATPC 0 a 25dB *3 0 a 20dB *4 Estabilidade de Freqüência 6 ppm 10 ppm Limiar de Recepção (dBm) para TEB= 10-6 +3,0dB Separação de Canal = 28MHz -69,5 -68,5 -69 -68,5 -67 -78 TEB= 10-3 Valores acima de –1,5dB. Nível Maximo de recepção
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