Expansão. Em 11 de julho de 1972, sancionada a lei 5972, que instituiu a política de exploração de serviços de telecomunicações e autorizou o poder Público Executivo a constituir a Telecomunicações Brasileiras S/A (TELEBRAS), uma entidade pública, encarregada de coordenação e planejamento geral da atividade de telecomunicações no país, com o controle acionário das empresas do setor e reduzindo uma por estado ou região geoeconômica.
A EMBRATEL a partir da sua criação começou a instalar uma rede telecomunicações em todo o país o primeiro tronco foi ligar Rio de Janeiro a São Paulo e São Paulo à Campinas (onde foi criado o centro brasileiro de pesquisas em telecomunicações o CPQD). Na região amazônica e nos territórios a Embratel implantou sistemas de tropo difusão, devido às condições de acesso e as repetições ocorre de 300 em 300 km uma da outra, o inconveniente erra o eco nas comunicações telefônicas e número reduzido de canais, no máximo 300 canais.
As faixas de freqüências para cada operadora eram determinadas pelo Ministério de comunicações e a maioria da faixa de microondas era destinada ao grupo TELEBRÁS.
A Embratel usava a faixa de 7 GHz e 6 GHz em seus troncos (BACKBONE) de rádios analógicos transmitindo informações de telefonia e TV, abrangendo todo território nacional. Interligando as principais capitais estaduais, grandes cidades e Brasília, capital federal.
Um tronco de microondas é composto de duas estações terminais e as repetidoras back to back (costa a costa) em FI ou drop insert (inserção) para atender as grandes cidades ao logo do mesmo, sua capacidade de banda básica por RF eram de 1800 ou 960 canais telefônicos multiplexados pela técnica FDM, ou uma canal de TV analógico com 4 MHz de Banda (o que veremos mais a frente) conforme pode ser vistos nas figuras 34 e 35.
Figura – 34 – Tronco de microondas Fonte: Gilberto Silva (1977)
Figura – 35 – Estação terminal Fonte: Gilberto Silva (1977)
Como o uso comercial das TV’s abertas, nos sistemas da Embratel que variava desde 1+1 até configuração máxima 7 + 1, ou seja, 7 canais de trafego de telefonia e um canal de RF que ficava em stand by (Proteção), e por ficar livre na maioria do tempo, este canal de RF era usado para trafego de TV (conhecido na prática por canal fantasma) uma operação no sistema automático de comutação através da lógica o TV ocasional solicitava comutação para o canal stand by (Proteção do sistema), conforme veremos nas figuras 36 e 37.
Figura – 36 – Ocupação do canal proteção para tráfego de TV Fonte: Gilberto Silva (1977)
Figura – 37 – Tráfego de TV no backbone Embratel Fonte: Gilberto Silva (1977)
A partir de 1984 a Embratel começou a digitalização de seu backbone, usando os canais analógicos com suas limitações, esta técnica foi a retirada do filtro de banda básica e modular uma portadora em FM de 10.5 MHz um sinal digital de 2 Mpbs (DAV- dados acima da voz).
Nesta época os primeiros clientes já estavam utilizando modem analógico com limitação de 9600 Kbps devido à multiplexão FDM o que veremos mais a frente.
Em 29 de julho de 1998, o sistema TELEBRAS foi privatizado em leilão público na Bolsa de Valores do Rio de Janeiro e foi dividido em três blocos, no primeiro bloco, foram vendidas as seguintes empresas: TELESP, TELE CENTRO-SUL, TELE NORTE-LESTE e a EMBRATEL.
4.3 – Os elementos de um sistema de visibilidade e processos envolvidos para transmitir uma informação:
4.3.1 – Elementos mecânicos:
Conforme veremos como exemplo básico os elementos mecânicos na figura 38.
Figura – 38 – Elementos mecânicos do sistema de microondas Fonte: Gilberto Silva (1977)
1 - Derivação Branching – Serve para separar os sinais dos diferentes transmissores.
2 – Derivação Branching – Servem para separar os sinais dos diferentes receptores.
3 – Duplexador – Formado por circuladores e isoladores, funcionam como duplexadores.
4 – Guia retangular – Função de ligar o circulador ao guia flexível.
5 – Guia retangular flexível – permite a perfeita adaptação à curva de guia de onda.
6 – Curva em guia de onda – necessidade de modificar a direção da onda guiada.
7 – Transição de retangular/elíptico – conector que liga os guias.
8 – Guia elíptico flexível – sua função e levar a onda guiada até a antena no topo da torre.
9 – Transição guia elíptico/retangular – conector que converte guia elíptico ao guia retangular para conectar a antena.
10 – Alimentador tipo corneta retangular – localizado no ponto focal da parábola, sua função é enviar as ondas guiadas para ser refletidas na parábola, a qual ira direcionar as ondas.
11- Antena – sua função é direcionar a onda guiada na TX e receber sinais guiados da outra ponta RX. Os tipos e características das antenas a serem utilizadas dependem dos projetos dos enlaces de rádio.
Cada antena de microondas com suas respectivas características e parábola, geralmente serve para transmitir e/ou receber simultaneamente mais de um canal de RF. As dimensões típicas de uma antena microondas variam desde 60 cm até 3.6m de diâmetro em sistemas de rádio visibilidade, em casos de satélites as estações terrenas existem antenas com diâmetro de até 12 metros, e em estações terrenas remotas podem variar de 60 cm a 3,6 melros, alguns figuras como exemplo:
Figura-39 – Elementos de uma antena parabólica 1-Alimentador; 2 – Refletor Parabólico; 3 - Radome
Fonte: http://www.fotosearch.com/photos-images/radio-antenna.html 1
2
3
4.3.2 – Tipos de antenas para sistemas em visibilidade:
Figura – 40- Antena de alta performance.
Fonte: Andrew Corporation Antenna Systems/Catalog 31
Figura 41 – Antena Standat
Fonte: Andrew Corporation Antenna Systems/Catalog 31
4.3.3 – Algumas antenas para sistemas de satélites:
O sistema satélite e semelhante ao sistema de visibilidade, sendo que o satélite funciona como uma repetidora com ampla área de cobertura, com freqüência de subida em 1banda C, usa 6 GHz e frequência de descida 4 GHz.
Existem outros satélites que operam em outras faixas de frequência.
Figura – 42 – Antena de estação Terrena
Fonte: http://www.fotosearch.com/UNY789/u15153444/
Figura – 43 – Antena de estação remota
Fonte: http://www.fotosearch.com/photos-images/radio-antenna.html
1Banda C – Banda de frequência usada para satélite, 6 GHz sentido terra/satélite e 4 GHz sentido satélite/terra.
4.3.4 – Sistemas de guias de ondas:
As estruturas que permitem conduzir os sinais de ondas eletromagnéticas desde o transmissor até a antena transmissora são chamadas de guia de ondas.
Por sua baixa atenuação, os guias de onda (GO) são utilizados como sistema de alimentação das antenas parabólicas que operam os sistemas de microondas, normalmente os GO são pressurizados para evitar que qualquer umidade penetre no meio alterando as características do VSWR (relação da energia entregue pelo transmissor e é irradiada pela antena e a energia que retorna ao mesmo por problemas de descasamento de impedância).
Figura – 44 – Sistema de guia de ondas
Fonte: Andrew Corporation Antenna Systems/Catalog 31
Na implantação de sistema de visibilidade é feito o teste de VSWR para verificar possível perda por conexão, em casos onde é usado rádio ponto a ponto, onde o transmissor (ODU) fica próximo ou acoplado à antena, este teste
não é necessário. A ODU (parte externa) é conectada a IDU (parte interna) por meio de um cabo coaxial, porém em altas freqüências o cabo coaxial ou cellflex não é usado devido à grande atenuação, para conduzir as ondas eletromagnéticas do transmissor até a antena e ou da antena receptora ao receptor, nesse caso normalmente é usado guias de ondas circulares, retangulares ou elípticos como veremos nas figuras a seguir:
4.3.5 – Tipos de guias de ondas:
Figura – 45 - Cabo cellflex 50 ohms de impedância.
Fonte: Catálogo RFS-Hannover- Radio Frequency Systems – edition 3
. Figura – 46 - Guia circular
Fonte: Andrew Corporation Antenna Systems/Catalog 31
Figura – 47 - Guia retangular
Fonte: Andrew Corporation Antenna Systems/Catalog 31
Figura – 48 - Guia elíptico
Fonte: Andrew Corporation Antenna Systems/Catalog 31
A seguir iremos abordar o conteúdo que será transmitido e a técnica do seu processamento.
4.4. – O que é informação:
Para Júlio Cesar de Oliveira Medeiros (2004, pg.19)
Informações são mensagens de diversos tipos
produzidas pelo cérebro do homem ou por dispositivo (device) por ele inventado e construído.
Para o homem se comunicar a distância estas
informações têm que ser tratadas para após ser enviadas por um mensageiro que pode ser qualquer dispositivo eletrônico ou telecomunicações.
Os sinais das informações são de dois tipos, o analógico e o digital e que veremos a seguir.
4.4.1 – Sinais analógicos:
São sinais que variam no tempo de um modo análogo ao da propriedade física que esteve na sua origem. Estes sinais são contínuos e podem assumir qualquer valor entre dois limites. Sua expressão matemática pode ser representada por: x(t) =Emax. sen. (w+α),
Onde: x(t) = sinal da portadora
Emax = amplitude da portadora w = frequência da portadora α = ângulo da portadora
Um exemplo de sinal analógico é a voltagem ou tensão gerada por um microfone, já que é proporcional ao gráfico da variação da amplitude da voltagem ou tensão em função do tempo, das moléculas do ar que se encontra à sua frente.
Veremos que o som que pode ser produzidos por vibrações mecânicas das moléculas do ar, pode ter origem do ser humano ou outro dispositivo, as freqüências são perceptíveis pelo ouvido humano, a voz humana produzida pelas cordas vocais pode alcançar uma gama de frequência de 100 a 10.000 Hz.
A potência média da voz humana pode atingir desde um limite de 0,001
2micro watts a 10 micro watts falando normalmente e atingir de 1 a 2 3miliwatts gritando, a maior parte de energia está concentrada nas baixas freqüências.
Quanto ao ouvido humano que é o receptor, pode perceber uma gama de frequência desde 16 Hz até 20000 Hz, o limite superior varia de pessoa para pessoa, decrescendo com a velhice, o ouvido humano têm uma sensibilidade a um determinado nível superior a 3000 Hz.
Para fonia, foram levados em conta os seguintes fatores, resultante das características da voz e do ouvido humano: a inteligibilidade e energia da voz.
A inteligibilidade é definida como o percentual de palavras perfeitamente reconhecidas numa conversação, na faixa de 100 Hz a 1500 Hz estavam
2 Micro watts – Unidade derivada de potência no SI (Sistema Internacional) corresponde a um milionésimo do watt.
3Mili watts – Unidade derivada de potência no SI (Sistema Internacional) corresponde a um milésimo do watt.
concentradas 90 % da energia da voz humana e na faixa acima de 1500 Hz estavam concentradas 70 % da inteligibilidade das palavras. Para a comunicação telefônica foi escolhido à faixa de voz entre 300 e 3400 Hz o que garante 85 % de inteligibilidade e 68 % de energia da voz recebida pelo ouvido, para transmissão de música é necessário uma faixa de 50 a 10.000 Hz, não iremos entrar em detalhes dos transdutores que converte voz em sinais elétricos e sinais elétricos em sinais acústicos devido às variedades e tecnologias
4.4.2 – Sinais digitais:
A comunicação digital refere-se a dispositivos que usam para transmitir dados em um sinal físico que pode assumir um número finito de estados. A maioria destas transmissões é binária que pode assumir dois valores distintos 0 ou 1 e utiliza voltagens entre – 5 volts (CMOS) e – 15 Volts (TTL) para transmitir um 0 e voltagens entre 5 volts (CMOS) e 15 volts (TTL) para transmitir 1. Como exemplo de um sinal digital poderemos citar os sinais emitidos pelos computadores.
4.5. – Sistemas de comunicações:
Sistema de comunicação por definição é um conjunto de materiais, elétrico e eletrônico, necessário para compor um esquema físico definido e que têm como objetivo estabelecer um enlace (link) entre pelo menos dois pontos distintos para transportar uma ou várias informações.
Na figura abaixo veremos um diagrama em bloco de um sistema elementar de comunicação analógica.
Figura – 49 – Sistema de comunicação elementar.
Fonte: Júlio César de Oliveira Medeiros (2004)
Poderemos fazer uma correspondência do diagrama acima com a figura a seguir de duas pessoas se comunicando da ponta A com a ponta B por telefone.
Figura – 50- Comunicação entre duas pessoas Fonte: Júlio César de Oliveira Medeiros (2004)
De uma forma elementar as partes integrantes do sistema com transmissão em A e recepção em B.
Passo 1 – Geradora de mensagem é a pessoa que fala ao telefone em A (A fonte de informação)
Passo 2 – Na transmissão da voz, o transdutor é o microfone, que converte as vibrações mecânicas da voz em sinais elétricos, na forma analógica.
Passo 3 – O transmissor é a parte do circuito interno do telefone que fornece a potência necessária ao sinal elétrico para percorrer o canal de comunicação.
Passo 4 – O canal de comunicação é o meio físico entre o transmissor e o receptor, por onde transitam os sinais elétricos da informação.
Passo 5 - O receptor é a parte interna do telefone que recebe os sinais elétricos da voz e os direciona ao transdutor da recepção.
Passo 6 – A cápsula receptora é o transdutor na recepção, que converte os sinais elétricos em vibrações mecânicas, reproduzindo assim a voz.
Passo 7 – O destinatário é a quem a mensagem se destina, é a pessoa situada em B.
4.5.1 – Multiplexação:
Antes de entramos no conceito de 4multiplexaçao FDM teremos que explicar alguns conceitos básicos sobre transmissão.
a) Modos de operação de um meio de transmissão:
Um meio de transmissão pode operar de três modos: simplex;
semiduplex e duplex.
No modo simplex a informação flui sempre em uma direção de transmissão digamos de A para B.
No modo semiduplex a informação não só é transmitida de A para B, como de B para A, porém um sentido de cada vez (transmissão bidirecional alternada).
No modo duplex a transmissão da informação flui simultaneamente de A para B como de B para A (transmissão bidirecional simultânea).
b) Conceito de canal e circuito.
Canal é o conjunto de recursos técnicos que permitem à transmissão da informação de um ponto A para um ponto B, no caso de telefonia entende que estamos usando modo de transmissão duplex, nesse caso o conjunto de recursos de ida e volta chamaremos de circuito.
c) Circuito a 2 fios e 4 fios.
As linhas telefônicas são formadas por pares de fios metálicos, que permiti uma transmissão nos dois sentidos. O mesmo par de fios pode funcionar como canal de ida e canal de volta e o circuito por usar apenas o par de fios, é chamado de circuito a dois fios. Para compensar grandes distâncias devido à atenuação o circuito tem que obrigatoriamente de ser individualizados e mediante ao emprego de um dispositivo chamado de híbrida, poderemos converter circuito de 2 para 4 fios e 4 fios para 2 dois fios conforme demonstrado na figura abaixo.
d) Multiplexação.
É a técnica que possibilita a comunicação sem interferência entre os circuitos e que permite a identificação dos mesmos, a multiplexação utiliza circuitos a 4 fios em que são empregados canais de ida e de volta. A seguir veremos a técnicas de multiplexação.
4Multiplexação - É a técnica que possibilita a comunicação sem interferência entre os circuitos e que permite a identificação dos mesmos.
e) Técnica Analógica.
A técnica analógica é alocar dentro de uma banda de freqüência diversos canais de voz e sua sinalização, seguindo recomendações do CCITT, no domínio da freqüência (FDM) sem que um interfira no outro e constituindo uma Banda Básica.
A multiplexação é a técnica que permiti transmitir por uma única onda portadora, sinais analógicos de diferentes fontes, geralmente são canais de voz, com informações distintas, esta operação denomina multiplexação de canais.
O espectro dos sinais obtidos constitui a banda base do sinal multiplexado que atuará como sinal modulante da onda portadora a ser transmitida no canal de comunicação no caso do rádio em visibilidade. O processo inverso na recepção denomina demultiplexação, os canais de voz seguem os respectivos destinatários. Conforme representado no diagrama em bloco da figura 51.
Figura – 51 – Diagrama em bloco da mulplexação FDM.
Fonte: Júlio César de Oliveira Medeiros (2004)
A freqüência da voz ocupa o espectro de 300 a 3400 Hz, porém o canal de voz padrão da telefonia tem uma banda passante de 4 kHz (B). Existe entre os canais multiplexado em FDM um espaço entre os canais que são denominados de banda de guarda, o mesmo ocorre no TDM que é denominado tempo de guarda.
O sistema de multiplex FDM pode ser considerado ultrapassado, porém será demonstrado da figura abaixo um exemplo de um agrupamento de 12 canais de voz com filtro PB (passa baixa) ou PF (passa faixa) de 0 a 4 kHz, um gerador de subportadora que ira modular em SSB estes canais, após um filtro obterá a banda lateral do canal modulado.
Figura – 52 – Multiplexação FDM para 12 canais.
Fonte: Júlio César de Oliveira Medeiros (2004)
Desta forma obtém um pacote com 12 canais de voz na saída do Multiplex. A banda base dos canais multiplexados ocupa uma faixa de freqüência de 48 kHz (12 X 4 kHz) é inserido um piloto de 60 kHz e nesse caso a banda ocupada vai de 60 a 108 kHz, se modular uma onda portadora em FM, a transmissão ocupará uma banda maior no espectro de freqüências. A inserção do piloto facilita o processo de sintonia na recepção que é a demultiplexação.
Figura – 53 – Demultiplexação FDM para 12 canais.
Fonte: Júlio César de Oliveira Medeiros (2004)
Pela recomendação do CCITT, 12 canais de voz formam um grupo básico, cinco grupos básicos formam um supergrupo e 15 supergrupo formam um grupo mestre, porém este número pode variar.
Uma Banda Básica de 900 canais (60 a 4028 kHz) são transladados, compondo 75 grupos básicos na faixa de 60 a 108 kHz, 15 supergrupos básicos são transladados, 3 grupos mestres básicos na faixa de 812 a 2044 kHz.
f) Técnica Digital.
A técnica digital é de alocar no domínio do tempo N canais de voz e sua sinalização, esta técnica é chamada de 5TDM. No diagrama em bloco da figura ajuda a entender o seu funcionamento. Iremos abordar a técnica PCM posteriormente.
Os sinais de cada canal passam por um filtro passa baixa ou passa faixa e é limitado a banda passante, após o mesmo é amostrado conforme a técnica, canal por canal pela ação do comutador que é uma chave rotativa e na saída deste comutador é entregue os canais para o conversor A/D e ao canal de comunicação.
Figura – 54 – Multiplexação TDM.
Fonte: Júlio César de Oliveira Medeiros (2004)
O comutador retira seqüencialmente as amostras dos sinais após são quantizados (codificador) para complementar a conversão A/D em PCM (oito bits por amostragem). Na seqüência da figura baixo pode ver as formas de onda no domínio do tempo.
Figura – 55 – Conversão sinal analógico em sinal PAM.
Fonte: Júlio César de Oliveira Medeiros (2004)
5 TDM – Multiplex por divisão de Tempo
4.6 – Modulação analógica:
Existem várias maneiras de se modular um sinal e, de maneira geral, a portadora é uma onda senoidal cuja amplitude, a cada instante, pode ser expressa matematicamente por:
ep = Ep . cos ( 2πfpt + Ө), Em que: ep = portadora senoidal
Ep = Amplitude máxima do sinal senoidal .cos (2πfpt+ Ө) = velocidade angular
Nesta expressão Ep é a amplitude máxima e a quantidade entre parênteses é um ângulo, que varia em função do tempo.
Ф(t) = 2πfp + Ө,
Onde : Ф(t) = variação do ângulo em função do tempo 2π = 3,14... constante
fp = frequência da portadora Ө = fase
O exame das duas equações mostra que a forma da onda pode ser variada, a cada instante, através de duas quantidades Ep. e Ф(t).
A modulação em amplitude é obtida somente pela variação da amplitude Ep, de forma que o desvio resultante, em relação à amplitude Ep, seja diretamente proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante, porém independente da sua freqüência.
A modulação em ângulo é obtida quando, em função do valor instantâneo do sinal modulante, faz-se variar (2πfp + Ө). Como o ângulo, num determinado instante, pode ser alterado, seja por variação da freqüência fp, seja da fase Ө. A modulação angular se divide em duas modalidades, dependendo da variação: modulação em frequência (FM) e modulação em fase (PM). A modulação FM e a PM não se aplica na técnica de multiplicação por divisão de freqüência (FDM). Não iremos entrar em detalhes matemáticos da modulação 6AM aplicados a multiplexação 7FDM por ser uma técnica ultrapassada.
6 AM – Amplitude Modulation
7 FDM – Multiplexação por Divisão de Frequência
Na tabela abaixo temos a diferença das modulações sendo que as modulações 8FM e 9PM são aplicadas para obter um frequência intermediária (FI) para combinar com a onda portadora que ira transmitir a Banda Básica.
ITEM Modulação em
Fase (PM)
Modulação em
Frequência (FM)
1 - Portadora Ep . cos ( wpt + Ф) Ep . cos ( wpt + Ф) 2 - Sinal
Modulante
X(t) = Em.cos wmt X(t) = Em.cos wmt 3 – Definição
de processo
Ф(t) = kФ Em.cos wmt
X(t)
f(t) = w(t) = fp +kf Em. cos wmt
2π X(t)
4- Fase instantânea
Ф(t) = kФ Em.cos wmt
Ф(t) = kf Em sen wmt
fm 5- Frequência
instantânia
f(t)= fp - kФ Em.fm.sen. wmt
f(t)= fp + kf Em.cos wmt
6- Desvio de Fase
ΔФ = KФEm ß = kf Em ( índice de modulação FM)
fm 7- Desvio de
Frequência
ΔФfm Δf = Kf.Em
8- Sinal Modulado
em(t) = Epcos(wpt +Δф cos. wmt)
em(t) = Epcos(wpt + ß sen. wmt)
Tabela – 2 - Comparativo entre modulação PM e FM.
Pode-se ver, pela comparação das expressões de PM e FM, que as variações de fase e frequência estão defasadas de um quarto de período do sinal modulante (Em. cos wmt), já que se alternam, nas expressões, cos wmt e
8 FM – Frenquency Modulation
9 PM – Phase Modulation
sen wmt. Ainda que o desvio de fase PM seja função apenas do nível do sinal modulante, enquanto que no caso de FM o índice de modulação ß = kf Em/ fm, que corresponde ao desvio de fase, é função do nível, mas também da frequência do sinal modulante.
A função básica do transmissor de microondas em visibilidade e converter o sinal modulado em frequência ma portadora de FI, para uma portadora de microondas, entregando esse último sinal ao sistema de guia de ondas e antena com potência suficiente para estabelecer um link.
4.7 – Modulação digital:
Antes de falarmos sobre a modulação digital será abordado à técnica PCM, com a conversão de sinal analógico em sinal digital.
4.7.1 - Modulação PCM (Modulação por Código de Pulso):
A modulação por código de pulso é um processo de conversão de um sinal analógica em um sinal digital como ser visto na figura 56.
Figura – 56 – Modulação PCM.
Fonte:
http://www.vstelecom.com.br/curiosidades/CursoTelefoniaBasica2.pdf Na conversão do sinal analógico em digital, temos 4 estágios que são: a amostragem, quantização, codificação e compressão. No estágio da amostragem o sinal analógico é entrecortado eletronicamente em intervalo de tempo iguais onde obtém estreitos pulsos de valores de tensão do sinal, antes da amostragem o sinal passa por um filtro passa baixa ou passa faixa para limitar a banda e colocar o sinal sobre um patamar de tensão contínua +Ec, o objetivo é codificar com 8 bits as amostras de diferentes amplitudes (+v e –v).
Na amostragem do sinal, a operação é realizada pelo circuito modulador PAM, que fatia o sinal analógico conforme figura 57.