Predição do Sinal de TV Digital Utilizando a Recomendação ITU R P.1546 em Conformidade com as Resoluções N 398 e N 583 da ANATEL

(1)

I SRST –SEMINÁRIO DE REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES

INSTITUTO NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES –INATEL ISSN2358-1913

SETEMBRO DE 2014

Abstract—Among the various challenges encountered faced by broadcasting professionals for the deployment of digital TV, one comes jutting, which is the fulfillment of the predition for the coverage area of the transmitted signal. Thus the ITU-R has standardized a set of empirical and semi-empirical models to stimulate the electric field intensity within a given region. The propagation model defined by ITU-R is the P.1546 recommendation that describes the methods for estimating propagation point-air for the terrestrial services of between 30 MHz to 3 GHz. In Which Brazilian legislation for broadcasting make it use mandatory for purposes of feasibility technical planning of the digital TV broadcasting stations and relay stations. For the purposes of these technical viabilities contained in the ANATEL plan of distribution of digital TV channels, should be considered the n° 398 and n° 583 resolutions of the Brazilian broadcasting legislative body.

Index Terms—ITU-R P.1546, ANATEL Resolution n° 398, ANATEL Resolution n° 583, Digital TV.

Resumo—Dentre os vários desafios encontrados pelos profissionais de radiodifusão, para a implantação da TV Digital, um vem se sobressaindo, que é a realização da predição da área de cobertura do sinal que vai ser transmitido, ou seja, pré-determinar a região de cobertura do sinal transmitido. Com isso a união internacional das telecomunicações também conhecida pela sigla ITU-R padronizou um conjunto de modelos empíricos e semi-empíricos para estimar a intensidade de campo elétrico dentro de uma determinada região. O modelo de propagação definido pelo ITU-R é a Recomendação P.1546 que descreve os métodos de estimativa de propagação ponto-área para os serviços terrestres compreendidos entre 30 MHz à 3 GHz. Na qual as legislações brasileiras para radiodifusão fazem a sua utilização obrigatória, para fins das viabilidades de planejamento técnicos das estações transmissoras e retransmissoras de TV digital. Para os efeitos destas viabilidades técnicas contidas no Plano de Distribuição dos Canais de Televisão Digital da ANATEL, devem ser consideradas as Resoluções n° 398 e n° 583 do órgão legislador de radiodifusão brasileiro.

Palavras chave—ITU-R P.1546, Resolução ANATEL n° 398, Resolução ANATEL n° 583, TV Digital.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de Telecomunicações, como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado de Pós-Graduação em Engenharia de Circuitos Eletrônicos Avançados. Orientador: Prof. Dr. Estevan Marcelo Lopes. Trabalho aprovado em 08/2014.

I. INTRODUÇÃO

O presente trabalho analisa a propagação de ondas eletromagnéticas na faixa de UHF (Ultra High Frequency), mais precisamente nas faixas de frequências destinadas a transmissão do sinal de televisão digital. O modelo utilizado para a predição ponto-área do sinal de TV (televisão) digital é o publicado pela ITU-R (International Telecomunication

Union - Radiocommunication), cuja recomendação é

identificada pela sigla P.1546. Atualmente encontra-se na quinta versão de atualização, porém este trabalho será focado na sua primeira versão onde as regulamentações brasileiras fazem os apontamentos obrigatórios para o modelo de predição, e assim mantendo as conformidades com as legislações [1] [2].

Este modelo apresentado pela ITU-R P.1546 [1] tem como principal característica a consulta às curvas baseadas nas análises estatísticas de dados empíricos. Aos resultados de interesse adicionam-se correções, encontradas no escopo dessa recomendação, com fundamentações analíticas e estatísticas tornando-o um método semi-empírico. Contudo o método somente será válido se estiver condizente com os limites de valores especificados pelo órgão responsável pelos serviços de telecomunicações no Brasil. Tais valores são encontrados nas resoluções n° 398 de 7 de abril de 2005 e a resolução n° 583 de 27 de março de 2012, ambas publicadas pela ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) [1] [2].

O objetivo é propor a correta interpretação da recomendação ITU-R P.1546 aferida com as resoluções legislativas da ANATEL. Esta irá resultar na predição radioelétrica mais rigorosa e eficiente no planejamento das estações transmissoras e retransmissoras de TV digital. Deste modo, garantem-se duas vertentes importantes ao sistema de transmissão de televisão. A primeira é a boa qualidade do sinal entregue a residência do telespectador, já que 55% dos telespectadores que já possuem o acesso ao sinal de TV digital se queixam do congelamento ou blocagem da imagem recebida ou ainda a existência de micro áreas com ausência do sinal, dentro da região de cobertura [3]. E a segunda vertente é a economia de tempo e nos custos envolvidos para implantação de um sistema de transmissão de TV Digital.

Predição do Sinal de TV Digital Utilizando a

Recomendação ITU R P.1546 em Conformidade

com as Resoluções N° 398 e N° 583 da

ANATEL

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A partir das informações contidas neste trabalho, as áreas de coberturas já existentes podem sofrer ajustes para melhorar a qualidade do sinal. Estas áreas já existentes com cobertura do sinal de TV digital atingem aproximadamente 60% da população brasileira [3] [4] [5], que estão concentradas praticamente nos grandes centros econômicos. Entretanto, nas cidades consideradas de pequeno porte, ou seja, com populações inferiores a 100 mil habitantes [6], o acesso ao sinal de TV digital e a diversidade de canais ainda é considerada baixa. Por exemplo, a maior retransmissora do sul do Estado de Minas Gerais, dos 143 municípios de sua abrangência somente 14 municípios possuem cobertura do sinal de TV digital, que corresponde uma população de aproximadamente de 1 milhão de habitantes, valor próximo dos 50 % da população do sul do Estado de Minas Gerais, isto até a presente data de junho de 2014 [7].

A motivação decorrente deste trabalho está não somente no auxilio da predição radioelétrica das áreas onde já existe o sinal de TV digital quanto também nas cidades do interior consideradas de pequeno porte. Pois, correspondem a 94,9 % do total de municípios do país, com 45,3 % do total da população nacional gerando um PIB (Produto Interno Bruto) de 31 % [6]. O processo da interiorização do sinal de TV digital pode ser dividido em duas etapas a primeira é prover o acesso da cidade ao sinal seja por satélite ou enlaces terrestres de micro-ondas e a segunda etapa é exatamente a predição radioelétrica deste sinal, ou seja, acesso da população a este sinal, que é o proposito do trabalho aqui apresentado.

O trabalho aborda na segunda seção a análise do modelo de predição da recomendação ITU-R P.1546 de acordo com as resoluções n° 398 e n° 583 da ANATEL. Na terceira seção, serão apresentados um estudo de caso com os resultados obtidos através de simulações do modelo proposto com os valores práticos medidos, tomando a cidade de Santa Rita do Sapucaí - MG como referência. Finalizando a quarta seção apresenta a conclusão sobre os resultados obtidos.

II. ANALISE DA RECOMENDAÇÃO ITU-RP.1546 COM AS RESOLUÇÕES N°398 E N°583 DA ANATEL

As curvas de propagação apresentadas na referida recomendação é em função da intensidade de campo elétrico com uma potência ERP (Effective Radiated Power) irradiada de 1 kW excedendo a 50 %, 10 % e 1 % do tempo de atendimento nas localidades, nas frequências nominais de 100 MHz, 600 MHz e 2 GHz, e abrangendo distâncias de 1 km até 1000 km cujas alturas efetivas das antenas transmissoras variam de 10 m a 1200 m com relação ao nível do mar [1]. Para os valores de interesse não coincidentes com os indicados pela recomendação deve ser realizada uma interpolação ou extrapolação conforme indicado no escopo desta referida recomendação [1].

A. Determinação da altura efetiva da antena transmissora -

h1

A determinação da altura efetiva da antena transmissora é o valor que definirá o conjunto de medidas que serão utilizados nos cálculos da predição do sinal propagado de TV digital.

Junto com esta altura também deve ser considerada a distância envolvida da predição, o perfil do trajeto sendo terrestres ou marítimos ou ainda mistos entre continente e mar. Para os percursos que envolvam trajetos com águas fluviais devem ser considerado como um percurso totalmente terrestre [1].

A Figura 1 ilustra as alturas envolvidas para a determinação da altura efetiva da antena transmissora. Donde ha ou hCI é a

altura entre a base da torre de transmissão e o centro geométrico da antena transmissora, HBT é a altura da base da

torre de transmissão em relação à altura do nível do mar, NMT é a altura média do terreno na direção de que se deseja realizar a predição do sinal propagado, hr ou h2 é altura da antena de

recepção em relação à altura média do terreno, heff é a altura

entre centro geométrico da antena transmissora até nível médio do terreno na direção de máxima propagação. Todas as alturas envolvidas são expressas em metros. O valor da variável d define a distância da predição que se deseja realizar, com unidade em quilômetros [1].

A recomendação ITU-R P.1546 não é válida quando a altura da antena transmissora estiver abaixo da altura das obstruções circundantes.

Fig. 1. Alturas envolvidas para determinação da altura efetiva da antena transmissora.

Quando o percurso de predição envolver uma distância superior a 15 km o valor da altura efetiva da antena de transmissão é dada por:

eff

h

h1 = (1)

Porém, quando o percurso da área de predição envolver uma distância de predição inferior a 15 km deve utilizar a equação 2 quando as informações sobre a topologia do terreno são conhecidas. Mas quando essas informações estão indisponíveis deve ser utilizada a equação 3 para uma distância inferior a 3 km ou utilizar a equação 4 para uma distância entre 3 km à 15 km, as equações são dadas por: h1 =h_b (2) h1 =h_a (3)

(

)

(

)

12 3 1 − − + =h h h d h a eff a (4)

Onde o valor de hb é a altura em metros do centro

geométrico da antena transmissora até o nível médio do terreno na direção de máxima propagação que esteja

(3)

compreendida entre 0,2d a d quilômetros [1].

O percurso totalmente sobre o mar considera-se como altura efetiva da antena transmissora o valor acima da superfície do mar. Entretanto esta recomendação não é confiável para uma altura inferior a 3 metros, valor este que deve ser limitado [1].

B. Aplicação da altura efetiva da antena transmissora

O valor da altura efetiva da antena transmissora determina a curva ou as curvas que se obtém à intensidade de campo elétrico. Caso este valor de altura não coincida com um dos oitos valores nominais indicados na curva se faz necessário à interpolação ou a extrapolação dos valores conforme a equação:

(

)

            − + = inf sup inf 1 inf sup inf log log h h h h E E E E (5)

Onde: E é intensidade de campo elétrico determinada para o ponto de predição desejado, hinf é a altura nominal

imediatamente abaixo de h1 e hsup é a altura nominal

imediatamente acima de h1, Einf é intensidade de campo

elétrico para hinf e Esup é a intensidade de campo elétrico para

hsup [1]. A altura efetiva da antena transmissoras deve ser

limitadas a uma altura entre 10 m à 3000 m.

Para fins de planejamento conforme as resoluções n° 398 e n° 583 da ANATEL, os pontos de contorno protegidos devem atender a 50 % da localidade em 90 % do tempo. Entretanto a recomendação ITU-R P.1546 não contempla curvas de intensidades de campo elétrico que atenda a esta exigência da regulamentação brasileira. Objetivando que se satisfaça esta exigência mínima deve ser utilizada a equação:

E

(

50,90

)

=2×E

(

50,50

)

−E

(

50,10

)

(6) Nos cálculos da predição da área de cobertura do sinal de televisão digital [2]. Onde E(L,T) corresponde a intensidade de campo elétrico, em L porcentagem da localidade e T porcentagem do tempo atendido, valores determinados em funções das curvas contidas no escopo da recomendação ITU-R P.1546. Conforme indicado pelas Figuras 2 e 3. Nos percursos mistos as curvas de intensidade de campo elétrico que devem ser utilizadas são apresentadas nas Figuras 4, 5 e 6 [1].

Fig.2. Curva de intensidade de campo elétrico da recomendação ITU-R P.1546 na faixa de 600 MHz para o atendimento de 50 % da localidade e 50 % do tempo atendidos [1]. In te n si d a d e d e c a m p o e lé tr ic o ( d B µ V /m ) p a ra 1 k W d e E R P

Fig.3. Curva de intensidade de campo elétrico da recomendação ITU-R P.1546 na faixa de 600 MHz para o atendimento de 50 % da localidade e 10 % do tempo atendidos [1].

(4)

Distância (km) In te n si d a d e d e c a m p o e lé tr ic o ( d B µ V /m ) p a ra 1 k W d e E R P

Fig.4. Curva de intensidade de campo elétrico da recomendação ITU-R P.1546 na faixa de 600 MHz sobre o mar para o atendimento de 50 % da localidade e 50 % do tempo atendidos [1].

Fig.5. Curva de intensidade de campo elétrico da recomendação ITU-R P.1546 na faixa de 600 MHz sobre o mar frio para o atendimento de 50 % da localidade e 10 % do tempo atendidos [1].

Fig.6. Curva de intensidade de campo elétrico da recomendação ITU-R P.1546 na faixa de 600 MHz sobre o mar morno para o atendimento de 50 % da localidade e 10 % do tempo atendidos [1].

O valor da intensidade de campo elétrico determinada na interpolação ou extrapolação não pode exceder o valor máximo de intensidade de campo elétrico dada pela equação: Emáx =106,9−20log

( )

d (7)

Caso o trajeto seja misto entre continente e mar, é acrescentada a parcela de valor:

_              − = − t e E d fs 50 log 1 38 , 2 8,94 (8)

Na equação 7. Onde Emáx é a intensidade máxima de campo

elétrico t é a porcentagem de tempo de atendimento da localidade, limitada na recomendação de 1 % a 50 %. O valor de Efs é a intensidade de campo elétrico somado a intensidade

de campo elétrico máxima, quando o percurso for misto. Este valor máximo de intensidade de campo elétrico é limitado pelas resoluções n° 398 e n° 583 da ANATEL em 43 dBµ V/m e 51 dBµV/m para as faixas de VHF e UHF respectivamente [2] [8].

Para percursos terrestres é possível que a altura efetiva da antena transmissora assuma um valor negativo, uma vez que sua determinação está atrelada ao nível médio do terreno. Portanto, deve obrigatoriamente ser aplicada a correção baseado no ângulo de desobstrução do terreno na intensidade de campo elétrico.

No escopo da referida recomendação também é considerada a determinação da intensidade de campo elétrico em função da interpolação ou extrapolação da distância, da frequência e da porcentagem de tempo de atendimento. Mas estes métodos são considerados menos precisos do que em função da altura

(5)

efetiva da antena transmissora [1], dessa forma então serão desconsideradas as suas respectivas apresentações neste trabalho.

Aos valores da intensidade de campo elétrico obtidos, posteriormente devem obrigatoriamente ser consideradas as correções das intensidades de campo elétrico [2].

C. Correções à intensidade de campo elétrico

As correções são valores aplicados à intensidade de campo elétrico já previamente determinado. A fim de que o valor encontrado seja o mais fiel possível aos testes práticos realizados nas medições em campo. Na recomendação ITU-R P.1546 são previstas três correções distintas aplicadas conforme o perfil do terreno que se deseja realizar a transmissão. As correções consideradas são: correção do ângulo de desobstrução do terreno, correção para percursos curtos urbanos ou suburbanos e correção para altura da antena receptora [1].

A correção do ângulo de desobstrução do terreno deve ser adicionada, quando a altura efetiva da antena transmissora determinada resultar em um valor negativo, e neste caso para fins da determinação desta correção considera-se h1 = 0. Ou

sua aplicação deve ser considerada quando houver obstáculos proeminentes a ponto de obstruir a recepção ao longo da área de propagação requerida. Quando houver disponibilidades das informações do perfil da topologia do terreno, esta correção é determinada por:

CAdt =0,036 f −0,065θtca f (9)

Onde: é a correção do ângulo de desobstrução do terreno dada em dB, f é frequência de transmissão em MHz, que deve ser utilizada a frequência central do canal transmitido deslocada positivamente de 1/7 MHz conforme a resolução n° 398 da ANATEL [1] [2], é o ângulo de desobstrução do terreno em graus, que é determinado na equação:

θ_tca ₌θ ₋θ (10) O valor ſ é o ângulo, em graus, medido em relação à linha, a partir da antena receptora, que libera de forma exata todas as obstruções do terreno na direção da antena transmissora, em uma distância máxima de até 16 km [1]. O valor deste ângulo é positivo se estiver acima da linha horizontal, conforme ilustrado na Figura 7a, e caso contrário será negativo quando estiver abaixo da linha horizontal, Figura 7b. O ângulo de referência ſ_{r pode ser determinado por:}

_      ₋ = d h hS s r 1000 arctan 1 2 θ (11) Onde: h1S e h1S são respectivamente as alturas das antenas

transmissora e receptora acima do nível do mar, e d é a distância em quilômetros com visada direta entre as antenas transmissora e receptora [1].

A correção do ângulo de desobstrução do terreno somente é válida para ângulos de ſtca que varia entre -0,8° a +40°. Caso

o ângulo ſtca seja inferior a -0,8° deve ser considerado ſtca =

0,8°. E caso o ângulo ſtca seja superior a +40° considera-se

ſtca = 40º. d = 16 km Nível do Mar θ RX (a) RX θ d = 16 km Nível do Mar (b) h1S h2S TX TX h1S h2S Obstrução ao sinal transmitido Obstrução ao sinal transmitido

Fig. 7a e 7b. Determinação do ângulo que libera de forma exata as obstruções entre TX e RX. A Figura 7a define um ângulo positivo e 7b um ângulo negativo.

As curvas apresentadas na recomendação ITU-R P.1546 já consideram as perdas devidas às rugosidades das superfícies encontradas no terreno. Na qual tornou-se a correção do ângulo de desobstrução do terreno praticamente nula para pequenos ângulos e apresenta um valor constante para ângulos acima de 40°, conforme ilustrado na Figura 8, para as frequências nominais [1].

Fig. 8. Correção para ângulo de desobstrução do terreno para as frequências nominais [1].

Entretanto quando não houver as informações do perfil da topologia do terreno, independente da distância requerida para a predição, à correção do ângulo de desobstrução do terreno deve ser estimada assumindo uma obstrução de altura a uma distância de 9 km da antena transmissora [1]. Este valor é a média do intervalo de 3 km a 15 km, onde o trajeto foi considerado como uma cunha irregular, de tal forma a não provocar uma descontinuidade no campo elétrico propagado. Neste caso a correção pode ser determinada por:

CAdt =6,03−J

( )

v (12) Onde:

( )

(

)

      ₋ ₊ ₊ ₋ + =6,9 20log v 0,12 1 v 0,1 v J (13)

(6)

desobstrução do terreno efetivo, dada por:

v= K_vθ_eff (14) Onde: vale 1,35; 3,31 e 6,00 para as respectivas frequências nominais de 100 MHz, 600 MHz e 2 GHz [1]. Para a predição do sinal de TV digital deve ser considerada a constante de 3,31 que corresponde à faixa de transmissão de televisão, conforme a resolução n° 398 da ANATEL [2]. O valor de

θ

_eff é o ângulo eficaz a 9 km conforme a equação:

      − = 9000 arctan h1 eff θ (15) E ilustrado na Figura 9. eff θ

Fig. 9. Calculo do ângulo de desobstrução do terreno, quando não há disponibilidades do perfil do terreno.

A correção para percursos curtos urbanos ou suburbanos é aplicada a uma distância máxima de 15 km e que as edificações possuam uma altura uniforme sobre o terreno plano. Esta correção representa uma redução da intensidade de campo elétrico determinada pelas curvas da recomendação ITU-R P.1546. Logo a correção pode ser determinada por: _C

( )(

_f _A

)

(

( )

_B

)

sub

ur =−3,3log 1− 1−0,46log (16)

Onde f é a frequência central de transmissão em MHz, A é a parcela igual a 0,85log(d), onde d é a distância envolvida em quilômetros. B é a parcela igual a 1 + ha - R, onde ha é a altura

da antena transmissora e R é a altura média das edificações, que estão em torno da antena receptora. A presente recomendação também indica que está correção só se aplica quando h1 – R < 150 m [1].

A terceira e última correção é aplicada à intensidade de campo elétrico é a correção para altura da antena receptora. A presente recomendação levou em consideração a altura da antena receptora igual à altura média dos obstáculos que a circundam. Ou seja, h2 = R nos levantamentos das curvas de

intensidade de campo elétrico. Considerando então, as alturas nominais utilizadas para a antena receptora de 10 m em ambientes rurais e sobre a água, de 20 m para ambientes urbanos e de 30 m para ambientes densamente urbanos [1].

O cálculo para correção em função da antena receptora considera-se a altura média modificada das edificações, dada pela equação: 15 1000 15 1000 ' 1 − − = d h dR R (17)

Onde: R’ é a altura média modificada dos obstáculos, d é à distância, R é a altura média real das edificações que

circundam a antena receptora e h1 é a altura efetiva da antena

transmissora, ambas as alturas são expressas em metros [1]. Caso a altura média modificada dos obstáculos calculada seja um valor inferior do que a altura da antena receptora a correção é idêntica à correção do ângulo de desobstrução do terreno quando não há informações da topologia do terreno, ou seja, utiliza-se as equações (12) e (13). Entretanto, o valor de v deve ser considerado o valor determinado na expressão:

(

)

_      − − = 27 ' arctan ' 0108 , 0 2 2 h R h R f v (18)

Onde: f é a frequência em MHz e a média modificada R’ e a altura da antena de recepção h2 são expressas em metros [1].

Todavia a correção a ser considerada para a altura média modificada dos obstáculos, caso seja um valor superior à altura da antena receptora, considera a equação:

(

( )

_f

)

R h Ch 3,2 6,2log ' log 2 2 × +      = (19)

Onde:

C

_h₂ é a correção para altura da antena receptora em dB,

h

₂ é a altura da antena receptora e R’ é altura média modificada dos obstáculos, ambas expressas em metros e f é a frequência em MHz.

Esta correção em função da altura da antena receptora considerou também o ambiente de propagação com 60 % da primeira zona de Fresnel livre, na visada direta entre transmissor e receptor. Dessa forma, deve determinar o comprimento de percurso que correspondente a 60 % de desobstrução da primeira zona de Fresnel, dada pela equação:

(

)

h f h f D D D D h h f D + × = 2 1, , (20) Onde:

D

(

f

,

h

₁

,

h

₂

)

é a distância em km aproximada do percurso tal que 60 % da primeira zona de Fresnel está desobstruída. Df é o termo em função da frequência

determinado pela equação (21) e Dh termo assintótico definido

pelas distâncias horizontais entre transmissor e receptor determinado na equação (22). As equações (21) e (22) são dadas por: 6 ₁ ₂ 10 9 , 38 f h h Df = × × × − ₍₂₁₎ D_h =4,1( h₁ + h₂) (22) Onde: f é a frequência em MHz, e h1 e h2 são as alturas

efetivas das antenas de transmissão e recepção respectivamente, em metros [1].

Se a distância de D(f, h1, h2) calculada com os valores de h1

e h2 reais for superior à distância com os valores de h1 real e

h2 = 10m, recalcula-se a correção da equação (19), porém com

uma altura média modificada dos obstáculos de 10 m. Caso contrário, se a distância, com os valores de h1 e h2 reais, for inferior à distância com os valores de h1 real e h2 = 10m, então

(7)

considerada agora na adição à intensidade de campo elétrico, é dada por:                 = 2 10 2 2 log log 10 ' h h d d d d h C C (23) Onde: 2

'

_h

C

é a correção em relação altura da antena receptora em dB,

C

₁₀ é a correção da altura da antena receptora para R’ = 10 m (equação 19), d é a distância total do percurso em quilômetros,

2

h

d é a distância pela qual o

percurso tem 60 % do elipsoide de Fresnel livre para o valor de h2 real, d₁₀ é a distância pela qual o percurso tem 60 % do

elipsoide de Fresnel livre para o valor de h2 = 10m, ambas

distâncias expressas em km [1]. A correção

2

'

_h

C

somente será valida entre as distâncias

D(f, h1, h2) com valores de h1 e h2 reais até a distância D(f, h1,

h2) com valor h1 real e h2 = 10m. Entre a localização do

transmissor até a D(f, h1, h2) com valores de h1 e h2 reais a

correção 2

'

_h

C

aplicada à intensidade de campo elétrico será de 0 dB. Conforme ilustra a Figura 10.

10

d

2

h

d

Fig. 10. Ilustração para a aplicação da correção da altura da antena receptora, caso o receptor se encontre a uma ponto inferior a região do elipsoide de Fresnel com 60% livre de obstáculos.

Finalmente a intensidade de campo elétrico a ser determinado na predição do sinal e considerando todas as devidas correções é indicado na equação:

2 h sub ur Adt c E C C C E = + − + (24)

Onde: é a intensidade de campo elétrico corrigido em

dBµ V/m, E é a intensidade de campo elétrico obtido pelas

interpolações ou extrapolações em dBµ V/m, CAdt é a correção

do ângulo de desobstrução do terreno,

sub ur

C

é a correção para percursos curtos urbanos ou suburbanos e

2

h

C

é a correção para altura da antena receptora, ambas as correções são expressas em dB.

D. Percursos mistos

A recomendação ITU-R P.1546 não apresenta um método específico de cálculo da intensidade de campo elétrico que envolva percurso terrestre com águas fluviais (rios, lagos, etc.). Dessa forma, os trajetos que envolvam grandes rios,

como por exemplo, o Rio Amazonas, devem ser tratados todos como trajetos terrestres. O método considera somente trajetos mistos quando envolver partes marítimas ou em áreas costeiras [1]. A Figura 11 ilustra um trajeto misto entre continente e áreas litorâneas.

Fig. 11. Ilustração de um trajeto misto.

O procedimento para determinar a intensidade de campo elétrico em um trajeto misto, primeiramente deve ser calculada a variável de apoio delta (∆) que será utilizada no equacionamento do percurso misto, conforme indicado por: ∆=E_terra

( )

d_l −E_mar

( )

d_l (25)

Onde: ∆ variável de apoio no calculo da intensidade de campo elétrico em trajetos mistos,

d

_l representa a distância total sobre a terra,

E

_terra

( )

d

_l é a intensidade de campo elétrico sobre a terra para distância total do percurso sobre a terra e

E

_mar

( )

d

_l é a intensidade de campo elétrico sobre o mar para distância total do percurso sobre a terra [1].

A intensidade de campo elétrico, adicionada a variável de apoio de interpolação do percurso misto, considerando a distância total é dada pela equação 26 na qual o resultado deve ser limitado a um valor máximo conforme indicado na expressão (27). As equações (26) e (27) são dadas por: E_mix

(

d_total

)

₌ E_mar

(

d_total

)

₊_∆ (26)

E_terra

(

d_total

)

≤ E_mix

(

d_total

)

≤ E_mar

(

d_total

)

(27)

Contudo, este valor determinado ainda não é a intensidade de campo elétrico final para o percurso misto. Que deve ser acrescentada a diferença entre as intensidades de campo elétrico do percurso misto pela intensidade de campo elétrico sobre a terra, ambas considerada a distância total, conforme mostra a equação:

(

)

(

)

total d terra E total d mix E E= − ∆ (28)

A esta diferença calculada é ponderada pelo fator de interpolação x que considera o efeito, a longo prazo, da terra na propagação do sinal [1] 1 0003527 , 0 42 , 2 7 , 0 3 , 0 h l d e x − − + = β (29)

Onde: x é o fator de interpolação, h1 é altura efetiva da

antena transmissora e β = 0,0001[1]. Finalmente a intensidade de campo elétrico final em um percurso misto pode ser determinada pela expressão:

(8)

(

)

_E _x total d mix E E= +∆ × (30)

III. ESTUDO DE CASO:APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS SIMULADOS E PRÁTICOS

A metodologia empregada neste trabalho para avaliar o método de predição recomendado pela ITU-R P.1546 em conformidade com as resoluções n° 398 e n° 583 da ANATEL constitui primeiramente na definição da área de predição. Sendo esta tomada como referência a cidade de Santa Rita do Sapucaí no Estado de Minas Gerais, com uma população de aproximadamente de 40 mil habitantes [6], e a partir desta definição foi considerada a linha de visada para as realizações das medições das intensidades de campo elétrico da predição, conforme ilustrado na Figura 12.

Fig. 12. Área de predição realizada em Santa Rita do Sapucaí-MG [12]. A Figura 13 ilustra este perfil da visada do relevo do terreno a ser considerado na predição com altitude a partir do nível do mar. Para obter este perfil foi utilizada a carta de dados Datum WGS-84 (World Geodetic System - 1984) [13] com precisão de 90 metros. Através da visada proposta foi possível determinar o altura média do percurso de 844 m. A distância compreendida entre o ponto de transmissão até aproximadamente 2 km é de vegetação densa, e entre 2 km a 3 km possui um perfil de campo aberto com vegetação rasteira e finalmente de 3 km a 8,6 km corresponde ao perfil urbano desejado na predição.

Fig. 13. Perfil do terreno considerado na predição.

Para fins práticos foi definida uma frequência de transmissão mais próxima possível do centro da faixa de UHF destinada aos serviços de radiodifusão televisiva, ou seja, correspondente à frequência de 641,142857 MHz, que equivale o sistema de transmissão operar no canal 42. Com uma largura de banda máxima do canal de 6 MHz. Esta medida deve ser realizada após o filtro de saída do transmissor, utilizando um analisador de espectro com as seguintes configurações: span de 20 MHz, RBW (Resolution

Band Width) de 10 kHz, VBW (Video Band Width) de 300 Hz

ou menos, e no modo de detecção de pico positivo. O transmissor ainda deve possuir as seguintes configurações: sequência de informações de transmissão PRBS (Pseudo

Random Binary Sequence) de 2²³ – 1, modo de transmissão 3,

o que significa que o sistema de transmissão estará operando com todas as 5617 portadoras do sistema OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplexing), modulação 64-QAM (64-Quadrature Amplitude Modulation), FEC (Forward Error Corretion) de 7/8, intervalo de guarda de 1/8 do tempo de

símbolo OFDM e o time interleaving de 200 ms [9] [10] [11], e com uma potência ERP de transmissão definida em 0,025kW. A Figura 14 ilustra uma medida prática da largura de banda de um sinal de TV digital, na qual se constata que o mesmo está sob a ação do mascaramento do filtro de saída do transmissor.

Fig. 14. Medida prática da largura de banda do sinal de TV digital.

Os resultados simulados foram obtidos através do auxilio dos softwares Siganatel [13] e Matlab [14], conforme mostra a Figura 15. Pode-se observar na Figura 15 que os pontos A, B, C, D, E, F, G e H a intensidade de campo elétrico sofreu variações entre 12 dB até 85 dB. Estas variações podem ser ocasionadas pelas características encontradas no canal de comunicação, ou seja, a presenças de vegetações densas com caracterização predominante nos pontos A e B, pela presença de vales como observado predominantemente nos pontos C e G ou ainda por edificações encontradas no trajeto predominante nos pontos D, E, F e H. Entretanto, a intensidade de campo elétrico sofreu variações superiores a 60 dB quando no trajeto existiram uma combinação destes fatores, como mostra nos pontos B e C caracterizado por vale e vegetação, e nos pontos D e G pela presença de edificações e vale.

Fig. 15. Resultados obtidos através de simulações para determinar a intensidade de campo elétrico.

Para a realização das medidas práticas foi considerada montagem do sistema ilustrado na Figura 16. O equipamento

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especificado para medir as intensidades de campo elétrico foi o TV Explorer fabricado pela Promax que também já simula um receptor digital de televisão em alta definição. Este equipamento já vem acompanhado de uma antena dipolo de referência, que facilita na obtenção dos resultados, uma vez que não é necessário aplicar nenhuma correção ao valor do sinal apresentado na tela.

Medidor TV Explorer Promax 3 m Antena dipolo de referência Nível do terreno

Fig. 16. Sistema utilizado nas medições das intensidades de campo elétrico. A Figura 17 confronta os valores simulados com os valores medidos na prática. Pode-se constatar onde a resposta do canal de comunicação é praticamente livre dos obstáculos naturais e artificiais, as variações entre os valores das intensidades de campo elétrico simuladas e medidas são de aproximadamente 10 dB. Nos trechos de percursos onde a resposta do canal de comunicação não apresenta uma resposta linear devido aos vales, vegetações ou as edificações as intensidades de campo elétrico medidas na prática sofreram variações de 8 dB a 47 dB que resultarão em valores de variações menores que o esperado pela simulação, conforme mostra os pontos A, C, D, E e F da Figura 17. Entretanto, os pontos B e G da Figura 17 a intensidade de campo elétrico não apresentou uma linearidade conforme demonstrada na simulação, com variações de 20 dB até 30 dB. Isto se justifica, com uma análise do perfil do terreno nestes pontos. Onde existe uma diferença de altitude considerável para a propagação do campo elétrico e principalmente devido às novas construções que surgirão no local depois das cartas de dados serem geradas para as simulações.

Cada uma das medidas foram realizas com o apontamento direto da antena receptora para o ponto de transmissão e com um tempo mínimo de 30 minutos, afim de que o medidor se estabilizasse. As condições climáticas dos dias na qual foram realizadas as medidas foram de sol com céu aberto e poucas nuvens com temperatura aproximadas de 23° e umidade relativa do ar em torno de 60 %. Nestas condições climáticas indicadas as alterações nos valores medidos foram inferiores a 0,5 dB para um mesmo ponto de medida durante os 5 dias em foram levantadas as medições.

Fig. 17. Resultado das medidas práticas para se determinar a intensidade de campo elétrico.

Como a etapa de codificação de canal impacta diretamente na área de cobertura, pode-se afirmar que exista uma relação entre a área de cobertura com a MER (Modulation Error Rate) [14]. A MER que pode ser considerada uma figura de mérito dos sistemas de comunicações digitais na qual aponta a qualidade do processo de recepção. Pois, considera todas as adversidades encontradas no canal de comunicação tais como ruídos, múltiplos percursos, instabilidades do receptor etc. Dentro desta situação é importante realizar não somente a verificação da intensidade de campo elétrico como também a MER contida na área de cobertura. A Figura 18 demonstra os valores de MER medidos.

Pode-se observar que mesmo que a intensidade de campo elétrico sofra uma variação de até 65 dB se a MER se manter acima de um limiar de 15 dB o receptor será capaz de demodular o sinal transmitido corretamente, conforme mostram nos pontos A e B, I e J, M e N da Figura 18. Entretanto, quando as variações da intensidade de campo elétrico foram suficientes para reduzir a MER a um valor inferior a 15 dB, o receptor não será capaz demodular o sinal transmitido, conforme mostram nos pontos C e D, E e F, G e H, K e L, O e P, Q e R e S, T e U da Figura 18. Comprovando a existência de micro áreas dentro da área de cobertura sem recepção do sinal. Este efeito nem sempre é solucionável com o aumento da altura da antena de recepção. Com isso, é importante o correto apontamento do sinal transmitido, concentrando na área desejada mais densamente povoada, a fim de que elimine ou minimize ao máximo estas áreas de micro sombras. Pois, nas cidades consideradas de pequeno porte, são economicamente inviáveis os empregos de

gap-fillers, ou seja, de retransmissores de baixa potência

destinados às coberturas de áreas com ausência de sinal dentro do contorno protegido obrigatório.

Fig. 18. Resultados das medidas práticas de MER. IV. CONCLUSÕES

Foi proposto neste trabalho a utilização da recomendação ITU-R P.1546 de forma eficiente para realizar a predição do sinal de TV digital, buscando atender principalmente aos municípios de pequeno porte. O algoritmo para a realização da predição deve ser utilizado em conjunto com software para minimizarem os possíveis erros que possam ocorrer durante os cálculos.

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elétrico simulados e medidos na prática foram na média 10,3 dB, que pode considerar os resultado coerentes, comprovando a eficácia do método. Estas variações entre ambos os resultados são aceitáveis uma vez que o canal de comunicação possui diversas variáveis que podem interferir nas condições de propagação. O campo elétrico é uma grandeza utilizada para determinar as dimensões da área de cobertura, que por sua vez irá influenciar diretamente no valor da MER, grandeza esta que apontará se o receptor será capaz de demodular ou não o sinal transmitido. Através dos valores práticos constatou-se que valores de MER abaixo de 15 dB o receptor fixo HD (High Definition) do TV Explorer que simula uma recepção de televisão residencial não foi capaz de demodular o sinal.

É possível minimizar a diferença entre os valores práticos e simulados a partir da utilização da recomendação ITU-R P.1812 em conjunto com a ITU-R P.1546 e também com a utilização das versões mais recentes publicadas da recomendação ITU-R P.1546-5. Um estudo dos impactos entre as versão mais recente com a indicada nas resoluções da ANATEL, assim como também o estudo da influência das variações dos parâmetros de transmissão tais como, intervalo de guarda, código corretores de erros e modulações na área de cobertura ficam propostos para os trabalhos futuros.

Este trabalho não deve ser utilizado como fonte única de consulta, pois, nas resoluções da ANATEL constam mais informações não menos importantes para o projeto de um sistema de transmissão de TV digital.

REFERÊNCIAS

[1] INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION -

RADIOCOMMUNICATION. P.1546-1: Method for point-to-area predictions for terrestrial services in the frequency range 30MHz to 3000MHz. 1 ed. Method For Point-to-area Predictions For Terrestrial Services In The Frequency Range 30MHz To 3000MHz. 1 Ed. Geneva: Electronic Publication: Electronic Publication, 2003. 53 p. Disponível em: <http://www.itu.int/rec/R-REC-P.1546-1-200304-S/en>. Acesso em: 24 mar. 2014>. Acesso em: 24 mar. 2014.

[2] AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES. RESOLUÇÃO N°398: Regulamento técnico para emissoras de radiodifusão. Brasília, 2005. Disponível em:

<http://legislacao.anatel.gov.br/resolucoes/2005/288-resolucao-398>. Acesso em: 24 mar. 2014.

[3] FORUM DTV (Org.). Cidades com cobertura. 2014. Disponível em: <www.dtv.org.br>. Acesso em: 10 jun. 2014.

[4] TELECO (Org.). Cobertura da Televisão Digital no Brasil em Números. 2014. Disponível em: <www.teleco.com.br>. Acesso em: 10 jun. 2014.

[5] SET (Org.). Cobertura da TV Digital no Brasil. 2014. Disponível em: <www.set.com.br>. Acesso em: 10 jun. 2014.

[6] IBGE (Comp.). Censo Demográfico 2010. 2014. Disponível em: <www.ibge.gov.br>. Acesso em: 10 jun. 2014.

[7] EPTV SUL DE MINAS (Comp.). Cobertura. 2014. Disponível em: <www.viaeptv.com>. Acesso em: 10 jun. 2014.

<http://legislacao.anatel.gov.br/resolucoes/2012/146-resolucao-583 >. Acesso em: 24 mar. 2014.

<http://legislacao.anatel.gov.br/resolucoes/2008/180-resolucao-498 >. Acesso em: 24 mar. 2014.

[10] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15604. Rio de Janeiro, 2007. Disponível em: <

http://www.abntcolecao.com.br/normavw.aspx?ID=1316>. Acesso em: 24 mar. 2014.

[11] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15601. Rio de Janeiro, 2007. Disponível em:

<http://www.abntcolecao.com.br/normavw.aspx?ID=1606>. Acesso em: 24 mar. 2014.

[13] AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES. Sistema de Informações Geográficas. [S.l.], Brasília, 2014. Disponível em: <http://sistemas.anatel.gov.br/siganatel>

[15] WALTER FISCHER. MER and Coverage in broadcast network planning. München (Germany): Rohde & Schwarz, 2013.

Anderson Fagiani Fraga: Possui os títulos: Técnico em Eletrônica (ETE “FMC”), e de Engenheiro Elétrico com modalidade em Eletrônica e ênfase em Telecomunicações “Engenharia de Telecomunicações”. Já atuou como projetista líder de equipamentos de telecomunicações em diversas empresas nacionais e internacionais tais como Motorola, JWSat, MCM e Rede Globo. Iniciou a sua carreira acadêmica ministrando aulas de radiofrequência e microondas no Inatel onde atua até hoje. Atualmente também faz parte do grupo do Inatel de Educação Continuada e Treinamentos - Inatel Competence

Center “ICC” na área de Televisão Digital, ministrando treinamentos técnicos,

consultorias para engenheiros de televisão do Brasil e de toda América Latina. Possui vários artigos relacionados à TV Digital e Radiofrequência, publicados em congressos nacionais e internacionais. É revisor de artigos técnicos do

Journal of the International Measurement Conferation (IMEKO) – Alemanha.

Suas principais áreas de atuação são: TV Digital, Radiofrequência, Microondas, Propagação, Eletromagnetismo e Comunicação Digital.

Estevan Marcelo Lopes nasceu em Londrina, PR, em 12 de agosto de 1969. Possui graduação em Engenharia Elétrica pelo Inatel (1993), mestrado em Engenharia pelo Inatel (2002) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas, Unicamp (2013). Atualmente é professor adjunto do Inatel, atuando nos cursos de graduação, pós-graduação lato sensu. Coordena o curso de Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicação do INATEL. É professor da Universidade Vale do Sapucaí – UNIVAS, onde atua nos cursos de Sistemas de Informação e Administração de Empresas. Já publicou artigos em congressos nacionais e internacionais. Possui pedido de patente na área de Engenharia de Telecomunicações. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Telecomunicações, atuando principalmente nas comunicações sem fio. As pesquisas incluem aspectos gerais sobre Transmissão Digital, Processamento Digital de Sinais e Canais com Desvanecimento.