Modelo da Recomenda¸c˜ao ITU-R P.1546

Entre os diversos modelos de predi¸c˜ao, citados na revis˜ao bibliogr´afica, neste estudo, foram empregados aqueles que tˆem tido grande uso na cobertura de TV digital. O modelo proposto pela International Telecommunications Union (ITU), na Recomen- da¸c˜ao P.1546, ´e um dos mais tradicionais. Ele tem o objetivo de fornecer t´ecnicas eficazes no planejamento de cobertura e consiste em um conjunto de recomenda¸c˜oes para c´alculo de predi¸c˜ao de enlaces terrestres, na faixa de frequˆencia de 30 MHz a 3000 MHz. E abrange distˆancias entre 1 km e 1000 km.

A recomenda¸c˜ao ITU-R P.1546 [ITU-T 2003] tem como principal caracter´ıstica a utiliza¸c˜ao de curvas de propaga¸c˜oes apresentadas na forma tabular, obtidas de me- didas realizadas em regi˜oes temperadas dos EUA e da Europa. Apesar das curvas terem sido realizadas nestas regi˜oes, a Recomenda¸c˜ao ITU-R P.1546 ´e v´alida em todas as regi˜oes do planeta.

Isso ´e poss´ıvel porque existe uma corre¸c˜ao baseada na varia¸c˜ao do ´ındice de refra¸c˜ao da atmosfera que ´e peculiar a cada regi˜ao do planeta. De forma geral, diante das principais caracter´ısticas ou parˆametros reais do caso em an´alise - altura da antena transmissora, frequˆencia, variabilidade temporal e variabilidade local desejada, dis- tˆancia de separa¸c˜ao entre o transmissor e receptor, localiza¸c˜ao geogr´afica e condi¸c˜oes do terreno - busca-se, atrav´es das vari´aveis de entrada, as curvas de medidas que mais se aproximam do caso real a ser analisado com um valor imediatamente acima e outro imediatamente abaixo.

Caso o valor coincida com o valor contido na base tabular, apenas uma curva ´e resgatada sem necessidade de interpola¸c˜ao/extrapola¸c˜ao. Todas as curvas foram determinadas para as frequˆencias de 100 MHz, 600 MHz e 2000 MHz para porcen- tagens de tempo excedidos de 1%, 10% e 50%, al´em de diferentes valores de altura efetivos da antena de transmiss˜ao (10 m at´e 1200 m) e com altura de recep¸c˜ao de 10 m, 20 m ou 30 m para ambientes em terra.

A presente recomenda¸c˜ao produz resultados semelhantes aos do m´etodo de Okumura-Hata para distˆancias de at´e 10 km. A equa¸c˜ao encontra-se no anexo 7 da recomenda¸c˜ao ITU-R P.1546.

E = 69, 82 − 6, 16logf + 13, 82logH1+ a(H2) − (44, 9 − 6, 55logH1(logd)b (2.51)

Onde:

• E : intensidade de campo (dB(µV/m)) para 1 kW erp;

• f : frequˆencia (MHz);

• H1: altura da antena (esta¸c˜ao base) na faixa de 30 a 200 m;

• H2: altura da antena (esta¸c˜ao m´ovel) na faixa de 1 a 10 m;

• d : distˆancias em (km).

a(H2) = (1, 1logf − 0.7)H2− (1, 56logf − 0, 8); (2.52)

Para d≤20 km: b=1 e Para d >20 km: b = 1 + (0, 14 + 0, 000187f + 0, 00107H′ 1)(log[0, 05d])0,8 (2.53) Onde: H′ 1 = H1/ q 1 + 0, 000007H2 1 (2.54)

J´a a atenua¸c˜ao em uma determinada intensidade de campo ´e dada por:

Lb = 139E + 20logf (2.55) onde:

• Lb: atenua¸c˜ao em propaga¸c˜ao em dB; • f : frequˆencia (MHz);

Figura 2.28: Curva de propaga¸c˜ao [Recommendation 2001].

As curvas de intensidade de campo em fun¸c˜ao da distˆancia mostradas na Figura 2.28 s˜ao para uma frequˆencia de 600 MHz, sobre terra seca e para 50% de tempo [Recommendation 2001], podendo ser utilizada para frequˆencias na gama de 300 MHz a 1000 MHz.

Essas curvas foram levantadas em fun¸c˜ao de oito valores nominais de h1 (10 m, 20 m, 37,5 m, 75 m, 300 m, 600 m ou 120 m). Para extrair o valor de intensidade de campo el´etrico em fun¸c˜ao de um dado valor de h1, deve-se fazer uma interpola- ¸c˜ao ou extrapola¸c˜ao. Caso o valor de h1 coincida com algum desses oito valores, pode-se obter a intensidade de campo el´etrico de forma direta. A altura de h1 ´e o valor que determinar´a um conjunto de medidas que ser´a utilizado nos c´alculos da Recomenda¸c˜ao ITU-R P.1546.

No pr´oximo cap´ıtulo, as caracter´ısticas da antena transmissora ser˜ao detalhadas, assim como a ´area objeto da pesquisa in loco.

Infraestrutura dos sistemas de

transmiss˜ao e recep¸c˜ao

Feira de Santana ´e o maior entroncamento rodovi´ario do Norte-nordeste e ´e a segunda maior cidade do Estado da Bahia. O com´ercio ´e a principal atividade econˆomica e por isso atrai consumidores de outras cidades da regi˜ao e tamb´em de outros estados. A produ¸c˜ao industrial tamb´em ´e bastante relevante. A cidade possui dois centros industriais com mais de 120 empresas instaladas.

A TV Suba´e fica sediada em Feira de Santana e ´e a principal emissora da cidade. Inaugurada em junho de 1988, foi a primeira afiliada `a Rede Globo no interior da Bahia. Atualmente, transmite o sinal para 51 munic´ıpios que representam 1.904.013 milh˜oes de telespectadores potenciais.

A emissora ´e l´ıder absoluta de audiˆencia, com um ´ındice m´edio quase oito vezes maior que a segunda colocada e, por isso, ´e um dos ve´ıculos de comunica¸c˜ao mais representativos da regi˜ao. A programa¸c˜ao local da emissora tem no jornalismo o seu carro-chefe, com forte direcionamento para as a¸c˜oes comunit´arias, exibindo os telejornais Jornal da Manh˜a, Bahia Meio Dia e BATV.

Em 2013, foi outorgado o canal 10.1 para a TV Suba´e Digital (HDTV). No dia 13 de junho o sinal digital da emissora entrou no ar em car´ater experimental e no dia 18 de julho do mesmo ano a TV Suba´e oficializou a transmiss˜ao digital.

Foram dois anos de preparativos para a montagem de equipamentos que exibem o sinal digital com melhor qualidade de som e imagem. Para isso, um novo transmissor foi implantado, assim como uma nova antena (instalada a oitenta metros de altura), uma nova central t´ecnica, um novo controle master e ilhas de edi¸c˜ao n˜ao-lineares.

3.1

Transmiss˜ao

Segundo [Laurenson 2009], os detalhes do transmissor e a maneira como o am- biente responde ao sinal transmitido s˜ao necess´arios para criar descri¸c˜oes ma- tem´aticas que se encontram em modelos determin´ısticos [Silva e Carrijo 2004a], [Silva e Carrijo 2004b].

O sinal emitido pela esta¸c˜ao no canal 27 UHF tem como caracter´ısticas [Anatel 2006]: frequˆencia 551 MHz, como mostra a Figura 3.1, potˆencia efetiva na dire¸c˜ao de maior ganho 6.719 W, uma m´axima aproxima¸c˜ao poss´ıvel `a antena transmissora da esta¸c˜ao 80 m, uma antena slot de 6 fendas, fabricante Transtel, customizada para polariza¸c˜ao el´ıptica e rela¸c˜ao 70% de polariza¸c˜ao horizontal e 30% de polariza¸c˜ao vertical.

Figura 3.1: Espectro de frequˆencia do sinal gerado. A tabela 3.1 que est´a a seguir apresenta outras caracter´ısticas da antena:

Essa configura¸c˜ao tem como objetivo propiciar a melhor recep¸c˜ao em fun¸c˜ao da va- ria¸c˜ao da antena receptora e das reflex˜oes diversas. Por possuir duas polaridades (horizontal e vertical), a antena apresenta dois diagramas. O diagrama da pola- riza¸c˜ao horizontal ´e uma tentativa de aproxima¸c˜ao ominidirecional Figura 3.2 e o diagrama da polariza¸c˜ao vertical demonstrado na Figura 3.3, que ´e cardi´oide.

Tabela 3.1: Sum´ario de Desempenho da Antena / Sistema de transmiss˜ao.

- HPOL(x) HPOL(dB) VPOL(x) VPOL(dB) Observa¸c˜oes Diretividade do Corte Horizontal 1.25 0.97 2.72 4.35 oriundo do FadaWin (em x) Diretividade do Corte Vertical 7.29 8.6 7.29 8.6 oriundo do FadaWin (em x)

Diretividade do Pico 9.1 9.60 19.8 12.97 sobre dipolo de meia onda

E/Emax na linha do horizonte

1.00 0.00 1.00 0.00 oriundo do corte verti- cal

Diretividade na linha do Horizonte

9.1 9.60 19.8 12.97 Perdas @ Internas (feed

system loss)

0.97 -0.15 0.97 -0.15 estimado por projeto Perdas @ Externas (po-

larization loss) 0.87 -0.62 0.13 -8.78 planilha de projeto @ antena Ganho da Antena no pico do diagrama 7.6 8.83 2.5 4.05 Ganho da Antena na li-

nha do horizonte

7.6 8.83 2.5 4.05 Eficiˆencia da linha de

transmiss˜ao

1 0.00 1 0.00 depende do compri- mento e do tipo de cabo

Eficiˆencia do combina- dor/patch

1 0.00 1 0.00 estimado por projeto - HPOL(kW) HPOL(dBK) VPOL(kW) VPOL(dBK) 33.2% .%CV Potˆencia do TX 4 6.02 4 6.02 ERP M´axima 30.5 14.85 10.2 10.07 ERP no horizonte 30.5 14.85 10.2 10.07 % da ERP to- tal(HPOL+VPOL) 75% 25%

ERP necess´aria no ho- rizonte

20 13.01 6.6 8.23 TX necess´ario 2.62 4.18

Figura 3.2: Diagrama na horizontal. (Fonte: Fabricante TransTel).

Como mostraram as figuras acima, o sistema irradiante possui polariza¸c˜ao el´ıptica. A vantagem desse tipo de transmiss˜ao ´e o melhor desempenho na recep¸c˜ao. Isso porque as antenas n˜ao ficam posicionadas somente em um plano - horizontal ou vertical - e sim nos dois planos, o que permite a flexibilidade na recep¸c˜ao.

O padr˜ao do sistema irradiante tem como principal caracter´ıstica o ganho m´aximo da antena. Diante do apresentado, o presente estudo vai considerar no levantamento dos dados apenas o ganho m´aximo da posi¸c˜ao horizontal (Figura 3.4) obtida na recep¸c˜ao.

Figura 3.4: Geradora TV Suba´e.

A radiodifusora feirense aqui analisada Figura 3.5 utiliza as t´ecnicas de modula¸c˜ao: QPSK com 1 segmento e 64 QAM com 12 segmentos. Os segmentos significam a divis˜ao obrigat´oria do espectro em 13 blocos sucessivos, sendo que cada segmento deve ocupar 1/14 da largura do canal de televis˜ao.

O modelo ISDB-T possui trˆes modos diferentes de opera¸c˜ao: 1, 2 e 3. A TV Suba´e trabalha com o modo 3 onde o fator principal ´e a seletiva de frequˆencia. Esse modo possui 8192 portadoras e desse total 5617 (432.13 + 1) s˜ao portadoras ´uteis. A quantidade de subportadoras empregadas no COFDM aumenta a robustez do sistema.

Quanto ao intervalo de guarda, a emissora escolheu 1/16. Essa escolha ´e em fun- ¸c˜ao dos crit´erios t´ecnicos adotados pela emissora. Sabe-se que quanto maior for

o intervalo de guarda mais protegido estar´a o s´ımbolo e menor ser´a sua taxa de transmiss˜ao.

A Code Rate adotada foi 2/3 para o ”one seg”e 3/4 para a modula¸c˜ao 64 QAM, enquanto a maioria das emissoras est´a em 3/4 ou 5/6. Uma FEC de 3/4 significa que por cada 3 bits que entram, saem 4 sendo 1 para posterior corre¸c˜ao de erros.

Figura 3.5: Modula¸c˜ao da TV Suba´e.

A Anatel, em conjunto com o CPqD, determinou valores m´ınimos de intensidade de campo para a recep¸c˜ao com antena interna. A tabela 3.2 mostra fatores como ru´ıdo impulsivo, ganho da antena de recep¸c˜ao, margem por perda de penetra¸c˜ao em edifica¸c˜oes e margem por redu¸c˜ao da altura da antena de recep¸c˜ao para calcular o limiar m´ınimo de recep¸c˜ao.

Portanto, o limiar m´ınimo de intensidade de campo para esse estudo seguindo os crit´erios da tabela 3.2 ´e -77,2 dBm. Corresponde `a soma m´ınima da potˆencia do sinal -81,2 (dBm) com a constante D, que tem o valor de 4 para o esquema de modula¸c˜ao: COFDM com uma taxa de c´odigo interno igual a 3/4.

Tabela 3.2: Intensidade m´ınima para recep¸c˜ao com antena interna [de Canais 2005]. Fator S´ımbolo VHF Baixo VHF Alto UHF F´ormula Largura de Faixa (MHz) B 6 Constante de Boltzmann (Ws/K) k 1,38X10−23 Temperatura Absoluta (K) T 290 Ru´ıdo T´ermico (dBm) Nt -106,20 Nt=kTB

Figura de Ru´ıdo do Receptor (dB)

Nr 10 Testes de Laborat´orio

realizados no Brasil Limiar de C/N (dB) C/n 15+D D=0 para ATSC D=2

para COFDM FEC 2/3 D=4 para COFDM FEC 3/4

M´ınima Potˆencia do Sinal (dBm)

Ps -81,2+D Ps(dBm) = Nt(dBM)

+ Nr(dB) + C/N(dB)

Frequˆencia Central (MHz) fb 69 194 592 M´edia Geom´etrica dos

Extremos da Faixa Comprimento de Onda (m) λ 4,35 1,55 0,51 λ+ 300/fb

´

Area Efetiva da Antena Isotr´o- pica (dBm2

)

Ai 1,77 -7,21 -16,90 Ai= λ2/ 4π

Ganho do Dipolo de Meia Onda em rela¸c˜ao `a Antena Iso- tr´opica (dBi)

Gi 2,15

Ganho da Antena em rela¸c˜ao ao Dipolo de Meia Onda (dBd)

G -2,2 -2,2 0 Antena Comercial Impedˆancia Intr´ınseca (Ω) η 120π

Fator de Dipolo (dBm- DbuV/M)

Kd -111,84 -120,82 -130,51 Kd= (AiGi) / η

Perda em Cabos (dB) Lf 0 0 0

Altura da Antena em Rela¸c˜ao ao Piso (m)

Ha 1,5

Margem por Redu¸c˜ao da Al- tura da Antena de Recep¸c˜ao (dB)(segundo piso)

Mh 5 5 6

Margem por perda de penetra- ¸c˜ao (dB)

Mp 8 8 7

Margem frente `a Ru´ıdo Impul- sivo (dB)

Mm 6 1 0

Intensidade de Campo M´ınima (dBuV/m)

Emin 51,84+D 55,82+D 62,31+D Emin(dBuV/m) =

Ps(dBm) + Lf(dB) +

Mm(dB) - G(dBd) -

Kd(dBm-DbuV/M)