5.3 Testes e medi¸c˜ oes utilizando RDS e GRC
5.3.2 Fluxogramas desenvolvidos no GRC e resultados obtidos
Esta se¸c˜ao apresenta os setups de testes desenvolvidos no ambiente GRC e os resul-tados obtidos. Inicialmente os setups foram desenvolvidos utilizando blocos de sinais do tipo complex. Por´em ao longo dos testes foi observado que utilizando esse tipo de sinal para entrada/sa´ıda dos blocos, isso ocasionava uma maior dependˆencia de processamento do computador. Esse fato leva a demora da compila¸c˜ao e, `as vezes, causava a interrup¸c˜ao da execu¸c˜ao dos programas. Por esses motivos, decidiu-se utilizar blocos de sinais do tipo integerjustamente por utilizarem metade dosbytesdo tipocomplex. A Figura 117 mostra o setup desenvolvido para a capta¸c˜ao dos sinais de TV aberta.
Figura 117: Setup desenvolvido no GRC para a capta¸c˜ao dos sinais de TV aberta.
O bloco “UHD:USRP Source” capta as informa¸c˜oes recebidas pela USRP. Neste caso, o bloco foi configurado para utilizar os dois canais de RF dispon´ıveis na placa: Ch0 referente a antena com elementos parasitas e Ch1 referente a segunda antena monopolo planar. Como taxa de amostragem, referente ao bloco “sample rate”, foi utilizado o valor de 8x106 [amostras/segundo], equivalente ao valor aproximado da taxa de amostragem da FFT de um sinal ISDB-Tb. Foram atribu´ıdos blocos “QT GUI Range” para controle de ganho de cada antena e sintonia dos canais de TV aberta. Por fim, foram utilizados blocos
“File Sink” visando realizar grava¸c˜oes do sinal recebido em cada antena para efeitos de compara¸c˜ao.
A Figura 118 ilustra o fluxograma desenvolvido para realizar a transmiss˜ao do sinal recebido em tempo real. Esse setup foi desenvolvido para estudar de forma individual a qualidade do sinal de cada antena em cada canal de radiofrequˆencia.
Nesse fluxograma, o bloco “UHD:USRP Sink” ´e o respons´avel por transmitir as in-forma¸c˜oes recebidas pela USRP e o bloco “File Source” ´e o encarregado de transmitir os dados gravados pelo bloco “File Sink”. Executando esse setup, foi poss´ıvel analisar de forma mais precisa no analisador de espectro, os resultados obtidos e ao mesmo tempo observar a qualidade da imagem no televisor.
Figura 118: Setup desenvolvido no GRC para realizar a transmiss˜ao dos sinais recebidos em tempo real.
Com o intuito de verificar se a estrutura proposta consegue sintonizar os canais ao longo do espectro, foram selecionados canais correspondentes ao in´ıcio, meio e fim da faixa do UHF para a realiza¸c˜ao dos testes. Para o in´ıcio da faixa, foram definidos para estudo os canais #18 e #23, correspondentes as emissoras Rede Globo e Bandeirantes, no meio da faixa os canais #32 e #39, relativos as esta¸c˜oes Rede Brasil e Rede vida, e no fim da faixa os canais #43 e #50, referentes a Record News e Can¸c˜ao Nova.
Realizando alguns testes, foi constatado uma varia¸c˜ao no ganho de cada antena `a medida que o canal sintonizado se apresentava mais pr´oximo do limite do espectro. No caso da segunda antena monopolo planar, o valor de ganho encontrado sempre se mostrou superior ao utilizado para a antena com elementos parasitas. Ap´os realizar diversos testes, foi observado que utilizando valores de ganho iguais a 20 dB para a antena com elementos parasitas e 26 dB para a segunda antena monopolo planar era poss´ıvel sintonizar todos os canais sem a necessidade de altera¸c˜ao dos mesmos. Dessa forma, esses valores de ganho foram fixados para a realiza¸c˜ao dos estudos.
As Figuras 119 at´e 122 ilustram os resultados obtidos, referentes aos estudos dos canais #18 e #23. A Figura 119 mostra os resultados obtidos da antena com elementos parasitas e a Figura 120 os da segunda antena monopolo planar relativos ao canal #18 e as Figuras 121 e 122 relativos ao canal #23 na mesma ordem. Em seguida, a Tabela 7 apresenta os resultados finais obtidos de todos os canais estudados.
Figura 119: Resultados obtidos relativos a antena com elementos parasitas no canal #18:
(a) constela¸c˜ao, (b) perfil de atraso e resposta em frequˆencia, (c) espectro, (d) potˆencia do sinal.
Figura 120: Resultados obtidos relativos a segunda antena monopolo planar no canal #18:
(a) constela¸c˜ao, (b) perfil de atraso e resposta em frequˆencia, (c) espectro, (d) potˆencia do sinal.
Figura 121: Resultados obtidos relativos a antena com elementos parasitas no canal #23:
(a) constela¸c˜ao, (b) perfil de atraso e resposta em frequˆencia, (c) espectro, (d) potˆencia do sinal.
Figura 122: Resultados obtidos relativos a segunda antena monopolo planar no canal #23:
(a) constela¸c˜ao, (b) perfil de atraso e resposta em frequˆencia, (c) espectro, (d) potˆencia do sinal.
Tabela 7: Resultados obtidos do estudo dos canais selecionados.
Canal Modula¸c˜ao MER (dB) Potˆencia do sinal (dBm)
Antena com elementos parasitas 18 64QAM 15,1 -62,3
23 16QAM 14,4 -63,1
32 16QAM 13,7 -64,4
39 16QAM 11,8 -66,5
43 16QAM 10,8 -67,6
50 16QAM 10,3 -68,1
Segunda antena monopolo planar 18 64QAM 14,3 -65,2
23 16QAM 13,1 -69,3
32 16QAM 11,5 -71,8
39 16QAM 9,6 -72,5
43 16QAM 9,2 -73,1
50 16QAM 8,6 -73,8
Pela Tabela 7, pode-se observar que a estrutura proposta n˜ao teve nenhuma esta¸c˜ao com recep¸c˜ao abaixo do n´ıvel de sensibilidade de um receptor de TV digital (-77 dBm).
Por mais que as constela¸c˜oes tenham apresentado bastante ru´ıdo, a imagem adquirida no televisor se mostrou completa e sem cortes. Al´em desses fatos, ainda foi observado um espectro limpo e umdelay profiledentro do intervalo de guarda para todos os canais. Vale destacar que, apesar de estarem citados em detalhes apenas seis esta¸c˜oes, foram estudados todos os canais dentro da faixa do UHF e os resultados adquiridos foram semelhantes aos mencionados na Tabela 7.
Como pr´oxima an´alise, foi estudada a possibilidade de realizar a transmiss˜ao do sinal combinado pelas duas antenas. Para a realiza¸c˜ao desse teste, foi desenvolvido um novo flowgraph que pode ser visto na Figura 123.
Figura 123: Setupdesenvolvido para realizar a transmiss˜ao do sinal combinado pelas duas antenas.
Neste setup, o bloco denominado “Add” ´e o encarregado de realizar a combina¸c˜ao dos sinais recebidos por cada antena da estrutura proposta. Na entrada do bloco foram inseridos dois ramos com blocos “File Source” para transmitir os dados gravados pelo bloco
“File Sink” de cada antena respectivamente. Na sa´ıda foi inserido o bloco “UHD:USRP Sink” para realizar a transmiss˜ao do sinal combinado e o bloco “QT GUIFrequency Sink”
para a sua visualiza¸c˜ao. A Figura 124 ilustra o sinal resultante da combina¸c˜ao dos sinais transmitidos pelas antenas da estrutura proposta.
Figura 124: Sinal resultante obtido por meio da combina¸c˜ao dos sinais transmitidos pelas antenas da estrutura proposta.
Atrav´es da Figura 124, nota-se que o sinal resultante se encontra dentro da largura de banda de 6 MHz do canal estudado. Entretanto, ao analisar seu ganho relativo, foi observado uma amplifica¸c˜ao. Fato este que levou `a satura¸c˜ao do sinal, resultando na impossibilidade de visualizar a imagem no televisor. Dessa forma, a transmiss˜ao dos sinais combinados se torna um m´etodo invi´avel para a presente aplica¸c˜ao.
A pr´oxima etapa consistiu em estudar a possibilidade de troca em tempo real das polariza¸c˜oes. Para a realiza¸c˜ao desse teste, foi desenvolvido o flowgraph apresentado na Figura 125.
Figura 125: Setupdesenvolvido para realizar a comuta¸c˜ao das polariza¸c˜oes em tempo real.
Para realizar a comuta¸c˜ao das polariza¸c˜oes, foi utilizado o bloco denominado “Selec-tor”. Esse bloco tem o prop´osito de atuar como um multiplexador ou demultiplexador de sinal, onde em sua configura¸c˜ao ´e poss´ıvel definir o n´umero de sinais de entrada e sa´ıda bem como selecionar o sinal desejado para an´alise. Para essa aplica¸c˜ao, foram definidos dois sinais de entrada, referentes `as duas polariza¸c˜oes, e um sinal de sa´ıda objetivando verificar a comuta¸c˜ao. Ap´os o bloco “Selector” e suas devidas convers˜oes, o sinal ´e enviado ao bloco “QT GUI Frequency Sink” para a visualiza¸c˜ao no espectro. A Figura 126 mostra o sinal recebido pela polariza¸c˜ao linear no modo vertical e a Figura 127 pela polariza¸c˜ao
Figura 126: Sinal recebido pela polariza¸c˜ao linear no modo vertical.
Figura 127: Sinal recebido pela polariza¸c˜ao linear no modo horizontal.
Executanto o setup ilustrado pela Figura 125, nota-se pelas Figuras 126 e 127 a ocorrˆencia da comuta¸c˜ao das polariza¸c˜oes em tempo real ao observar as diferen¸cas do sinal recebido em cada polariza¸c˜ao. Vale ressaltar que esse teste foi realizado de forma manual, uma vez que o bloco “Selector” cria um bot˜ao na interface simulada n˜ao possibilitando uma troca autom´atica das polariza¸c˜oes.
O pr´oximo passo consistiu em testar a estrutura proposta no sistema brasileiro de TV digital (ISDB-Tb). Esse experimento foi efetuado utilizando um setup j´a desenvolvido pelo laborat´orio de TV digital da Universidade Presbiteriana Mackenzie, que simula um demodulador de sinal ISDB-Tb. O fluxograma utililizado pode ser observado na Figura 128.
Para a realiza¸c˜ao desse teste, foram utilizados os canais #18 e #23 como referˆencia, pelo fato de suas emissoras utilizarem modula¸c˜oes distintas. A Figura 129 ilustra o resul-tado da demodula¸c˜ao do sinal do canal #18 e a Figura 130 o resultado da demodula¸c˜ao do sinal do canal #23.
Figura 128: Setup desenvolvido pelo laborat´orio de TV digital da Universidade Presbite-riana Mackenzie que simula um demodulador de sinal ISDB-Tb.
Figura 129: Constela¸c˜ao obtida da demodula¸c˜ao do sinal do canal #18: (a) antena com elementos parasitas, (b) segunda antena monopolo planar.
Figura 130: Constela¸c˜ao obtida da demodula¸c˜ao do sinal do canal #23: (a) antena com elementos parasitas, (b) segunda antena monopolo planar.
Pelas Figuras 129 e 130 observa-se que o sinal recebido pela estrutura proposta foi demodulado de maneira satisfat´oria. Como ilustrado no analisador de espectro, as cons-tela¸c˜oes tamb´em se apresentaram com ru´ıdo nessas circunstˆancias. Contudo, ainda ´e poss´ıvel visivelmente diferenciar a modula¸c˜ao dos canais atrav´es das duas antenas presen-tes na estrutura proposta.
6 CONCLUS ˜ AO
Este trabalho teve por objetivo apresentar um modelo de antena indoor de dupla polariza¸c˜ao, que opere exclusivamente na faixa de radiofrequˆencia da televis˜ao digital ap´os o desligamento do sinal anal´ogico, bem como no sistema atual de TV e na pr´oxima gera¸c˜ao de televis˜ao digital.
A partir do estudo detalhado de configura¸c˜oes cl´assicas de antenas, foi verificado que a antena monopolo planar foi a estrutura que apresentou a melhor resposta tanto no crit´erio de banda como na garantia de omnidirecionalidade. Por mais que essa estrutura tenha apresentado melhores resultados, o aumento de banda obtido foi insuficiente para se poder cobrir de modo satisfat´orio o espectro do UHF. Por esse motivo, houve a necessidade de buscar t´ecnicas que possibilitassem aumentar a largura de banda de uma antena.
Utilizando a t´ecnica de acr´escimo de elementos parasitas na estrutura, foi poss´ıvel adquirir a largura de banda necess´aria para cobrir a faixa do UHF de modo que a fs n˜ao atingisse o espectro do LTE, e os resultados preliminares das simula¸c˜oes se mostraram favor´aveis para o modelamento da antena com dupla polariza¸c˜ao.
Como forma de implantar a segunda polariza¸c˜ao e garantir uma alta isola¸c˜ao entre as antenas, foi inserido uma segunda antena monopolo planar na estrutura cujo ponto de alimenta¸c˜ao se encontra a uma diferen¸ca de 90◦ da antena com elementos parasitas.
Simula¸c˜oes foram realizadas e chegou-se na geometria final. Os resultados apontaram que a antena com elementos parasitas consegue cobrir de maneira satisfat´oria a faixa do UHF e a segunda antena monopolo planar o espectro do VHF alto. Al´em desse fato, foi observado que nessas condi¸c˜oes a estrutura apresenta valores altos de isola¸c˜ao dentro da faixa de interesse.
Estudos detalhados das polariza¸c˜oes foram efetuados e foi verificado que a estrutura irradia duas polariza¸c˜oes distintas. A antena com elementos parasitas apresenta pola-riza¸c˜ao linear no modo vertical e a segunda antena monopolo planar polariza¸c˜ao linear no modo horizontal. Al´em disso, ao analisar os n´ıveis de co-polarizationecross-polarization, foi constatado que a estrutura apresenta n´ıveis de cross-polarizationE e H relativamente menores. Esse fato comprova que existem poucas possibilidades dos campos propagados pelas antenas se cruzarem.
Um prot´otipo foi constru´ıdo e os resultados pr´aticos mostraram que a antena com elementos parasitas consegue, al´em de servir como filtro para a faixa dos 700 MHz, oferecer uma banda fracion´aria de cerca de 95,7 % no espectro do UHF e a segunda antena monopolo planar uma banda fracion´aria de 28,1 % na faixa do VHF alto.
Testes foram realizados utilizando RDS e comprovaram a eficiˆencia de recep¸c˜ao da estrutura proposta mediante os parˆametros de MER, potˆencia do sinal recebido, perfil de atraso, resposta em frequˆencia e constela¸c˜ao dos canais de radiofrequˆencia estudados.
Atrav´es da plataforma gr´afica GRC, foram desenvolvidos flowgraphs que ainda possibili-taram obter um estudo e controle individual de cada polariza¸c˜ao, al´em de trazer `a antena uma caracter´ıstica “inteligente”. Al´em desses resultados, destaca-se a comprova¸c˜ao de que o sinal recebido pela estrutura proposta consegue ser demodulado pelo atual sistema brasileiro de TV digital (ISDB-Tb).
Dessa forma, a antena proposta neste trabalho provou que pode ser utilizada para recep¸c˜ao do sinal de TV digital, tanto no sistema atual de TV como na pr´oxima gera¸c˜ao da televis˜ao digital, com a garantia de que o sinal do LTE n˜ao interfira na qualidade do sinal recebido.
6.1 Trabalhos futuros
Como sugest˜ao de trabalhos futuros s˜ao sugeridos as ideias:
• Testar as outras t´ecnicas abordadas para controle de banda da antena que aqui n˜ao foram exploradas;
• Utilizar outras configura¸c˜oes da antena monopolo planar;
• Implementar um algoritmo que realize uma comuta¸c˜ao autom´atica das polariza¸c˜oes ou combina¸c˜ao;
• Estudo comparativo entre a antena proposta e outras antenas com dupla polariza¸c˜ao;
• Utiliza¸c˜ao da antena proposta em ambiente externo;
• Miniaturizar a antena proposta;