Johnderson Nogueira de Carvalho Propagação em áreas urbanas na faixa de UHF Aplicação ao planejamento de sistemas de TV digital. Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da PUC-Rio. Orientador: Luiz Alencar Reis da Silva Mello Rio de Janeiro, agosto de 2003.
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Johnderson Nogueira de Carvalho
Propagação em áreas urbanas na faixa de UHF Aplicação ao planejamento de sistemas de TV digital.
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da PUC-Rio.
Orientador: Luiz Alencar Reis da Silva Mello
Rio de Janeiro, agosto de 2003.
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Johnderson Nogueira de Carvalho
Propagação em áreas urbanas na faixa de UHF Aplicação ao planejamento de sistemas de TV digital.
Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da PUC-Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
Luiz Alencar Reis da Silva Mello Orientador
PUC-RJ
Marco Antonio Grivet Mattoso Moraes PUC-RJ
Erasmus Couto Brasil de Miranda UCL / UCP
Rio de Janeiro, 01 de agosto de 2003.
3
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador.
Johnderson Nogueira de Carvalho Graduou-se em Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas Eletrônicos pela UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro) em 1995. Trabalhou por dois anos com automação industrial utilizando CLPs e Supervisórios à distância.
Ficha Catalográfica
Carvalho, Johnderson Nogueira de
Estudo de efeitos de propagação em regiões urbanas na faixa de UHF. Comparação de resultados de medidas com métodos de previsão destes efeitos. Estudo de padrões de TV digital. Realização de estudo de caso de planejamento de um sistema de TV digital.
Estudo de efeitos de propagação em regiões urbanas na faixa de UHF. Comparação de resultados de medidas com métodos de previsão destes efeitos utilizando o software NetDimension
Dissertação (Mestrado). Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Elétrica
Incluí referências bibliográficas.
1. TV Digital - Teses. 2. Efeitos de Propagação em regiões urbanas na faixa de UHF. 3. Padrões de TV digital. 4. Desempenho e Planejamento.
4
Aos meus pais pela confiança e apoio depositados.
5
Agradecimentos
Ao meu orientador Professor Luiz Alencar Reis da Silva Mello pelo estímulo e
parceria para a realização deste trabalho.
A CAPPES e à PUC-Rio, pelos auxílios concedidos, sem os quais este trabalho
não poderia ter sido realizado.
Aos meus pais, pela educação, atenção e carinho de todas as horas.
Ao meu professor Antonio Romeiro Sapienza pelo encaminhamento e
orientação na escolha do meu curso de mestrado.
Aos meus colegas da PUC-Rio por todo o apoio.
Aos professores que participaram da Comissão examinadora.
A todos os amigos e familiares que de uma forma ou de outra me estimularam
ou me ajudaram.
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Resumo
Carvalho, Johnderson Nogueira de. Propagação em áreas urbanas na faixa de UHF. Rio de Janeiro, 2003. xxxp. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Elétrica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
A previsão da perda de propagação em áreas urbanas na faixa de UHF
tem crescente importância por suas amplas aplicações em novos sistemas de
telecomunicações. Neste trabalho o problema é analisado com ênfase em
sistemas de TV digital. Dados disponíveis de testes de propagação em cerca de
600 pontos na região da Grande São Paulo foram utilizados para testar modelos
de previsão de aplicação geral propostos na literatura técnica. A partir dos
dados é proposto um ajuste destes modelos para a região em questão e realizada
uma previsão do desempenho de três sistemas atualmente propostos para
implementação da TV digital no Brasil.
Palavras-chave Propagação em regiões urbanas em UHF; TV Digital; Rádio propagação.
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Abstract
Carvalho, Johnderson Nogueira. Propagation over urban áreas in UHF. Rio de Janeiro, 2003. xxxp. MSc. Dissertation - Departamento de Engenharia Elétrica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
Methods for the prediction of propagation loss in the UHF band in urban
areas are increasingly important for its application in new telecommunication
systems. In this work, the problem is analyzed with focus on digital TV
systems. Available data from propagation measurements at 593 MHz for about
600 sites in the Great São Paulo region are used to test recommended general
purpose prediction methods. Based on this data base, a model fitting applicable
for the measurements regions is proposed. The method derived is used to
predict the performance of the three digital TV technologies currently under
consideration for adoption in Brazil.
Keywords Propagation in urban areas at UHF; Digital TV; Radio propagation.
8
Sumário
1 Introdução 1
1.1. Importância da TV Digital 1
1.2. Propagação de sinais de TV Digital em áreas Urbanas (VHF e UHF) 3
2 Mecanismos e Efeitos de Propagação em VHF e UHF 5
2.1. Mecanismos básicos 6
2.1.1. Propagação no espaço livre – visibilidade 6
2.1.2. Propagação sobre Terra Plana 8
2.1.3. Propagação por Difração 11
2.1.4. Tropodifusão 17
2.2. Efeitos da atmosfera e relevo 19
2.2.1. Refração 19
2.2.2. Efeitos de Multipercurso 21
2.2.3. Obstruções pelo Relevo 22
3 Métodos de previsão cobertura em áreas urbanas 23
3.1. Introdução 23
3.2. Método de Okumura [3] 23
3.3. Método de Hata (Okumura-Hata) [3] 25
3.4. Método de Walfish Ikegami (COST 231) [3, 8] 26
3.5. Método ITU-R P.1546 [2] 29
4 Modelo para previsão de cobertura em regiões urbanas na faixa de TV
Digital 33
4.1. Banco de dados de medidas disponível 33
4.2. Software de previsão de cobertura 34
4.3. Testes do modelo de Okumura-Hata 36
4.3.1. Okumura – Hata 37
4.3.2. Okumura – Hata com Difração Simples 39
4.3.3. Okumura – Hata com Difrações Múltiplas 41
9
4.4. Comparação dos erros 43
4.5. Ajustes do Modelo 44
5 Cálculo de cobertura de sistemas de TV Digital 51
5.1. Aspectos Gerais 51
5.2. Padrões de TV digital 53
5.2.1. Padrão ATSC (Norte-americano) [9] 55
5.2.2. Padrão DVB-T (Europeu) [9] 57
5.2.3. Padrão ISDB (japonês) [9] 60
5.3. Cobertura [13] 64
5.3.1. Tipos de Antenas [13] 64
5.3.2. Área de Cobertura [13] 66
5.4. Limiares de Cobertura 66
5.5. Previsão da cobertura para São Paulo 68
5.5.1. Okumura-Hata 68
5.5.2. Modelo ajustado com difração 70
6 Conclusões 72
7 Referências bibliográficas 74
10
Lista de figuras
Figura 2.1 – Reflexão sobre Terra Plana 8
Figura 2.2 – Reflexão em superfície rugosa (espalhamento) 9
Figura 2.3 – Determinação da diferença de fase entre raios refletidos em superfície
rugosa 9
Figura 2.4 – Difração por obstáculo tipo gume de faca 12
Figura 2.5 – Campo difratado por obstáculo gume de faca 13
Figura 2.6 – Aproximação cilíndrica para um obstáculo isolado 14
Figura 2.7 – Enlace com difração múltipla: classificação dos obstáculos 16
Figura 2.8 – Tropodifusão 18
Figura 2.9 – Cenário de multipercurso 21
Figura 3.1 – Fatores do método de Okumura: (a) atenuação adicional média para
área urbana; (b) correções para outras morfologias 24
Figura 3.2 – Fatores de correção do método de Okumura: (a) para a altura da
antena transmissora; (b) para a altura da antena receptora 25
Figura 3.3 – Parâmetros do modelo de Walfish-Ikegami 27
Figura 4.1(a) – Base de dados topográfica (vista 3D) 35
Figura 4.1(b) – Base de dados topográfica (vista 2D) e pontos de medida 35
Figura 4.2 – Diagramas horizontal e vertical da antena Slot utilizada 36
Figura 4.3 – Dados de configuração do software 36
Figura 4.4 – Okumura-Hata com altura real 38
Figura 4.5 – Okumura-Hata com altura absoluta 38
Figura 4.6 – Okumura-Hata com altura efetiva 39
Figura 4.7 – Gráfico do ambiente Metrópolis com altura real e simples difração 40
Figura 4.8 – Gráfico do ambiente Metrópolis com altura absoluta e simples
difração 40
Figura 4.9 – Gráfico do ambiente Metrópolis com altura efetiva e simples difração
41
Figura 4.10 – Gráfico do ambiente Metrópolis com altura real e múltiplas
difrações 42
11
Figura 4.11 – Gráfico do ambiente Metrópolis com altura absoluta e múltiplas
difrações 42
Figura 4.12 – Gráfico do ambiente Metrópolis com altura efetiva e múltiplas
difrações 43
Figura 4.13 – Gráfico da Perda x distância 44
Figura 4.14 – Gráfico da Perda x altura efetiva 45
Figura 4.15 – Diagrama de espalhamento para o modelo 46
Figura 4.16 – Distribuição de erros para o modelo 46
Figura 4.17 – Gráfico da Perda x distância com d > 3 Km 47
Figura 4.18 – Gráfico da Perda x altura efetiva com d > 3 Km 47
Figura 4.19 – Diagrama de espalhamento para o modelo para d > 3 km 48
Figura 4.20 – Diagrama de erros para o modelo com d > 3 km 48
Figura 4.21 – Diagrama de espalhamento para o modelo para d > 3km e simples
difração 49
Figura 4.22 – Diagrama de erros para o modelo com d > 3km e simples difração49
Figura 5.1 – Modelo OSI de camadas 53
Figura 5.2 – Modelo de referência ITU para a Televisão Digital 54
Figura 5.3 – Sistema ATSC 55
Figura 5.4 – Modulação 8-VSB 56
Figura 5.5 – Sistema DVB 57
Figura 5.6 – Diagrama funcional do DVB-T 60
Figura 5.7 – Sistema ISDB 60
Figura 5.8 – Segmentação de banda no ISDB-T 62
Figura 5.9 – Lay-out básico das medidas do Limiar da relação C/N 67
Figura 5.10 – Analise da intensidade de cobertura utilizando o modelo de OH 69
Figura 5.11 – Analise da cobertura utilizando o modelo de OH 69
Figura 5.12 – Analise de intensidade de campo com o modelo de múltiplas
difrações 70
Figura 5.13 – Analise de cobertura utilizando o modelo de múltiplas difrações 70
Figura 5.14 – Análise de intensidade de campo utilizando o modelo de simples
difração 71
Figura 5.15 – Analise de cobertura utilizando o modelo de simples difração 71
12
Lista de tabelas
Tabela 2.1 – Características de propagação por faixa de freqüência 6
Tabela 3.1 – Desvio padrão da variação da localização em 100 MHz 30
Tabela 3.2 – Desvio padrão da variação da localização em 600 MHz 30
Tabela 3.3 – Desvio padrão da variação da localização em 2000 MHz 30
Tabela 4.1 – Resumo da comparação dos erros 43
Tabela 4.2 – Resumo da comparação do erro para o novo modelo 50
Tabela 5.1 – Modos de operação COFDM do DVB 58
Tabela 5.2 – Modos de operação do ISDB-T 61
Tabela 5.3 – Codificação de áudio 63
Tabela 5.4 – Ganho da antena e perda por alimentação 64
Tabela 5.5 – Valor médio de perda devido à penetração dos edifícios 65
Tabela 5.6 – Variação da localização em macro escala 65
Tabela 5.7 – Relação portadora – ruído de limiar 67
Tabela 5.8 – Limiares da relação C/N dos padrões de TV 68
Lista de Abreviaturas
VHF – Very High Frequency
UHF – Ultra High Frequency
ITU – International Telecommunication Union
SHF – Super High Frequency
PCS – Personal Communication System
DVB – Digital Video Broadcasting
ISDB – Integrated Services Digital Broadcasting
ATSC – Advanced Television Systems Committee
CDMA – Coded Division Multiple Access
TDMA – Time Division Multiple Access
NTSC – National Television System Committee
PAL – Phase Alternating Line
SECAM – SEquencial Couleur Avec Memoire
SFN – Single Frequency Network
COFDM – Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing
ATM – Asynchronous Time Division Multiplexing
SDH – Synchronous Digital Hierarchy
PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy
OSI – Open System Interconnection
ISDN – Integrated Services Digital Network
MPEG – Motion Picture Experts Group
QAM – Quadrature Amplitude Modulation
VSB – Vestigial Side Band
DTH – Direct To Home
MMDS – Multichannel, Multipoint Distribution System
LMDS – Local Multipoint Distribution System
FEC – Forward Error Correction
QPSK – Quadrature Phase Shift Keying
14
1 Introdução
Um assunto extremamente atual e importante é o estudo de sistemas de TV
digital, sua importância e benefícios. Um dos fatores preponderantes para sua
comercialização no País reside no estudo de viabilidade em função da tecnologia a
ser adotada, custos de implantação e preço final para o mercado consumidor.
Um dos requisitos necessários para o correto dimensionamento deste
problema é a existência de métodos e ferramentas precisas para o cálculo de
cobertura e análise de desempenho dos diferentes sistemas atualmente propostos
para adoção no Brasil.
Nesta dissertação estaremos abordando o problema da previsão da perda de
propagação em regiões urbanas na faixa de freqüências da TV digital e do cálculo
da cobertura rádio elétrica resultante.
1.1. A importância da TV Digital
Muitos são os fatores que criam a necessidade e a urgência da implantação
da TV digital no País. Para entendê-los é preciso definir exatamente o que é a TV
digital, que se baseia na proposta de inserção de tecnologia digital aplicada ao
serviço de TV.
Analisando o sistema usual de TV, podemos dizer que ele é composto pelos
seguintes componentes: “estúdio”, processo de radiodifusão e sistema de
recepção.
Como estúdio entendemos a parte que envolve toda a produção dos sinais de
TV (gravação das cenas, edição, reportagens externas, armazenamento de vídeos,
entre outras). O processo de radiodifusão, comumente chamado de broadcast, que
hoje é realizado de forma analógica, trata da transmissão e efeitos do meio
propriamente dito. O sistema de recepção é o mais transparente para o usuário
final sendo composto pelo aparelho de TV propriamente dito mais a antena
receptora.
2
A parte que engloba o ambiente de estúdio já está a algum tempo sendo
gradualmente digitalizado. O que tem sido objeto dos estudos atuais é, portanto, a
digitalização da etapa de radiodifusão e as respectivas interfaces, tanto do lado do
estúdio quanto do usuário final.
A transmissão de sinais de televisão em forma digital proporciona uma
melhor qualidade de imagem e de som ao telespectador. Adicionalmente, a
imagem poderá ser mais larga que a atual (relação de aspecto maior);
eventualmente com um maior grau de resolução (alta definição) e um som estéreo
de qualidade. Existem mais outras vantagens que realmente valorizam a inserção
da TV Digital no mercado como, por exemplo, sistemas de múltiplos programas
por canal; menu contendo toda a grade de programação para seleção de
programas; interatividade. As pessoas poderão obter informações adicionais sobre
o que estiver sendo veiculado, como, por exemplo, placar dos jogos do
campeonato enquanto se assiste a uma partida de futebol ou a “ficha técnica” de
algum produto que estiver sendo exibido. A televisão poderá ser utilizada para
comprar produtos, consultar acervos bibliográficos ou enviar e receber
mensagens. Em programas de auditório, as pessoas poderão participar de suas
casas, tendo as suas imagens transmitidas a partir de uma câmera de baixo custo.
Com a possibilidade de utilização de mais canais e mais programas por canal,
poderá haver uma proliferação de ofertas atendendo a diferentes necessidades e
interesses.
A tecnologia digital abre, portanto, um leque amplo de novas possibilidades.
Deve-se observar, porém, que existem algumas restrições. As alternativas não são
todas simultaneamente realizáveis, nem auto-realizáveis, implicando na
necessidade de estabelecimento de regras e padrões que maximizem as
potencialidades do sistema.
No momento três padrões principais estão sendo considerados para adoção
no Brasil: o sistema ATSC, de origem norte-americana, o sistema europeu DVB-T
e o sistema japonês ISDB. Além, mais recentemente foi aventada a possibilidade
da criação de um padrão brasileiro, que incorporaria características de um ou mais
destes padrões, mas conteria também especificidades mais adequadas à nossa
realidade.
3
1.2. Propagação de sinais de TV Digital em áreas Urbanas em VHF e UHF
De acordo com a recomendação do ITU-R BT. 798-1 [1], as faixas de
atuação da TV Digital recomendadas estão localizadas entre 30MHz e 3GHz,
portanto, as faixas de VHF e UHF. As faixas recomendadas são as mesmas já
utilizadas atualmente na radiodifusão da TV analógica. Deve ser prevista,
portanto, a convivência entre os dois sistemas.
Os modelos empíricos de Okumura-Hata e ITU-R P.1546 [2], são os mais
utilizados para análise de propagação em regiões urbanas nessas faixas de
freqüência. Entretanto, como modelos empíricos, utilizam coeficientes ajustados
experimentalmente com base em medidas de regiões e ambientes específicos ou
genéricos. Idealmente, para permitir uma maior precisão no cálculo de cobertura
de sistemas reais, estes coeficientes devem ser ajustados com base em medidas
realizadas na região onde o sistema será implantado.
Neste trabalho são realizados testes do modelo de Okumura-Hata utilizando
o banco de medidas realizadas na região da Grande São Paulo pelo Instituto
Presbiteriano Mackenzie, numa parceria ABERT/SET/Mackenzie. Os resultados
finais foram publicados no website da ANATEL e são de domínio público. A
partir dos testes foi realizado um ajuste dos parâmetros do modelo, combinado
com efeitos adicionais de difração, que forneceu boa precisão para a região de
interesse. Os modelos propostos foram utilizados para prever a cobertura de cada
um dos sistemas atualmente propostos na região de São Paulo.
1.3. Organização do trabalho
Em seqüência a esta introdução o capítulo 2 apresenta os modelos clássicos
de propagação para a faixa de UHF. O capítulo 3 apresenta uma breve revisão dos
métodos de previsão da perda de propagação em áreas urbanas, com ênfase nos
modelos de Okumura-Hata e ITU-R P. 1546 que mais se adequam à previsão de
propagação na faixa da TV digital [2]. O capítulo 4 apresenta o banco de dados
disponível, os testes realizados e detalha todos os passos para a construção de um
modelo ajustado localmente. O capítulo 5 apresenta um breve resumo dos padrões
de TV digital utilizados hoje no mundo e os exercícios de previsão de cobertura
4
para a Grande São Paulo com base tanto no modelo de Okumura Hata como nos
modelos propostos neste trabalho. O capítulo 6 apresenta as conclusões e
sugestões para trabalhos futuros.
2 Mecanismos e Efeitos de Propagação em VHF e UHF
Consideremos inicialmente duas definições importantes para a
caracterização canal de rádio-propagação. Uma dessas definições é a de
mecanismos de propagação, que são responsáveis pela perda de média propagação
média no canal e que determinam o nível médio de sinal recebido, sendo
considerados no cálculo de enlace ou cobertura; a outra definição é a dos efeitos
de propagação, que são responsáveis por flutuações do sinal recebido (reforços e
desvanecimentos) e considerados na estimativa de desempenho e cálculo da
margem requerida pelo sistema.
A propagação se dá por diferentes mecanismos e efeitos dependentes da
faixa de freqüências utilizada e distâncias consideradas. Um resumo destas
características pode ser visualizado na tabela 2.1 [3].
Dentre os mecanismos e efeitos citados na tabela 2.1, são de interesse neste
trabalho aqueles relevantes nas faixas de UHF e VHF, que são as faixas utilizadas
para a radiodifusão da TV Digital. Verificamos que os mecanismos são
praticamente os mesmos e os efeitos da atmosfera e do terreno diferem apenas na
presença dos dutos da faixa alta de UHF e o espalhamento troposférico em VHF.
Como a maioria das medidas obtidas em nosso banco de dados foi realizada
na faixa de UHF e, pela similaridade da influência da atmosfera e do terreno nas
duas faixas, vamos discutir neste trabalho os mecanismos na faixa de UHF.
Os mecanismos importantes para a nossa análise, portanto, são a propagação
em visibilidade, a reflexão, a difração e a tropodifusão, enquanto que os efeitos a
serem considerados são os de refração, multipercurso e obstruções locais pelo
relevo e vegetação.
6
Freqüências Mecanismos de propagação Efeitos da atmosfera e do terreno
ELF 30 - 300 Hz
Onda “guiada” entre a ionosfera e a superfície da Terra e refratada até grandes profundidades no solo e no mar
Atenuação em 100 Hz entre 0,003 e 0,03 dB/km sobre o solo e de 0,3 dB/km sobre a água do mar
VLF 3 - 30 kHz
Onda “guiada” entre a camada D da ionosfera e a superfície da Terra e refratada no solo e no mar
Baixas atenuações sobre o solo e no mar
LF 30 - 300 kHz
Onda “guiada” entre a camada D da ionosfera e a superfície da Terra até 100 kHz, onda ionosférica tornando-se distinta acima desta freqüência.
Desvanecimento em distâncias curtas devido à interferência entre a onda ionosférica e a de superfície
MF 300 - 3000 kHz
Onda de superfície a curta distância e em freqüências mais baixas e onda ionosférica a longa distância
Atenuação da onda de superfície reduz sua cobertura a 100 km; onda ionosférica forte à noite.
HF 3 – 30 MHz
Onda ionosférica acima da distância mínima; onda de superfície a distâncias curtas.
Comunicação muito dependente do comportamento da ionosfera; onda de superfície bastante atenuada.
VHF 30 - 300 MHz
Propagação em visibilidade; difração; tropodifusão (ondas espaciais).
Efeitos de refração; difração pelo relevo; espalhamento troposférico.
UHF 300 - 3000 MHz
Propagação em visibilidade; difração; reflexão e tropodifusão.
Efeitos de refração; multipercursos e dutos (faixa alta); difração e obstrução pelo relevo e vegetação.
SHF (3 - 30 GHz)
Propagação em visibilidade Desvanecimento por multipercursos; atenuação por chuvas (acima de 10 GHz); obstrução pelo terreno.
EHF 30 - 300 GHz
Propagação em visibilidade Desvanecimento por multipercursos; atenuação por chuvas; absorção por gases; obstrução por edificações.
Tabela 2.1 – Características de propagação por faixa de freqüência
2.1. Mecanismos básicos
Serão descritos a seguir alguns mecanismos importantes para a compreensão
da rádio-propagação, especialmente em radiodifusão de TV.
2.1.1. Propagação no espaço livre – visibilidade
O caso mais simples de propagação, no qual transmissor e receptor estão
imersos em um espaço livre de obstruções em qualquer direção e o campo elétrico
é calculado em um ponto qualquer de observação. O mecanismo de propagação
determinante é o de propagação em visibilidade. Embora a propagação em espaço
livre seja uma situação bastante particular, o seu entendimento e cálculo são úteis
para que se desenvolvam expressões mais complexas e que possam melhor definir
a propagação em diferentes ambientes e para diferentes sistemas. Também, sua
7
expressão pode servir como uma base de comparação com expressões mais
complexas.
A perda (atenuação) de propagação é determinada pela relação entre a
potência recebida e a potência transmitida. Inicialmente, será calculada a perda de
propagação entre antenas isotrópicas (irradiação uniforme em todas as direções) e,
posteriormente, será inserido o ganho das antenas.
A densidade de potência calculada a uma distancia d (em campo distante)
do transmissor isotrópico é dada pela expressão (2.1), onde o ganho GT é igual à
unidade. A potência recebida é calculada da forma já mostrada no
desenvolvimento da expressão 2.2). Aqui, no cálculo da área efetiva de recepção,
o ganho GR é também igual à unidade. Então:
2TT
d4GP
sπ
= (2.1)
[W] 120G
2E P
4G.
120EA.sP R
2
RR
22
eR
πλ
=∴π
λπ
== (2.2)
Como a perda básica de transmissão em espaço livre é definida como a
razão entre as potências recebidas e transmitida para antenas isotrópicas, vem:
2
T
R
d4PP
πλ
= (2.3)
Expressando em decibéis, temos a atenuação em espaço livre para antenas
0Lmsd = para 0Lmsd < (3.20) )h1log(18L basebsh ∆+−= para roofbase hh > (3.21)
0Lbsh = para roofbase hh ≤ (3.22) 54k a = para roofbase hh > (3.23)
basea h8.054k ∆−= para km5.0d ≥ e roofbase hh ≤ (3.24) dh6.154k basea ⋅∆−= para km5.0d < e roofbase hh ≤ (3.25)
18k d = para roofbase hh > (3.26)
roof
based h
h1518k
∆⋅−= para roofbase hh ≤ (3.27)
Para cidades de tamanho médio e centros suburbanos com densidade moderada de árvores:
−⋅+−= 1
925f7.04k f (3.28)
Para centros metropolitanos
−⋅+−= 1
925f5.14k f (3.29)
onde : ka representa o aumento da perda de propagação devido a antenas das
estações radio base localizadas abaixo do topo dos edifícios adjacentes kd e kf controlam a dependência da múltipla difração com a freqüência. Restrições do modelo: 800 MHz ≤ f ≤ 2GHz
4 m ≤ hbase ≤ 50 m; 1 m ≤ hmóvel ≤ 3 m; 20 m ≤ d ≤ 5 km
Por ser um modelo que envolve uma grande complexidade de
detalhamentos da morfologia e um grande banco de dados, não utilizaremos em
nosso estudo.
29
3.5. Método ITU-R P.1546 [2]
O método recomendado pelo ITU-R para as faixas de TV digital de VHF e
UHF , através da Recomendação P-1546, fornece resultados muito semelhantes
aos do método Okumura – Hata.
Este método foi modelado através de curvas que permitem determinar a
variação da intensidade de campo com a distância para uma dada porcentagem no
tempo e freqüência para diversos valores da altura da antena transmissora h1. Para
valores que não se encontram nas curvas a intensidade de campo pode ser obtida
por interpolação.
As curvas foram levantadas para uma potência efetiva irradiada de 1 kW em
freqüências nominais de 100, 600 e 2000 MHz. Algumas curvas se referem a
ambientes terrestres e outras a ambientes marítimos. As curvas são baseadas em
levantamento de dados em regiões com variações climáticas de ambientes quentes
e gelados como, por exemplo, o mar do Norte e o Mediterrâneo. Foram levantados
dados da Europa e América do Norte.
As curvas, mostradas no anexo I, são divididas em três faixas de
freqüências: 30 a 300MHz, de 300 a 1000 MHz e de 1000 a 3000 MHz. Estas
curvas de intensidade de campo versus distância mostradas nestes gráficos são
para a freqüência de 100 MHz, 600 MHz e 1000 MHz, respectivamente. Elas
podem ser usadas para freqüências na faixa de 30 MHz até 3000 MHz . O mesmo
procedimento deve ser usado quando valores tabulados de E x d são empregados.
As curvas representam a intensidade de campo em 50% da localização com
qualquer área de aproximadamente 200 m por 200 m e para 50%, 10% e 1% do
tempo para percursos terrestres.
A distribuição da intensidade de campo como uma função da porcentagem
de localização pode ser calculada usando a informação do modelo. Valores de
desvio padrão, que são representativos para diferentes tipos de serviço, são
listados na tabela 1, 2 e 3. Os sistemas de radiodifusão digital tem bandas de, no
mínimo, 1.5 MHz e são menos sujeitos a variações da freqüência que os sistemas
analógicos.
30
Tabela 3.1 – Desvio padrão da variação da localização em 100 MHz
Tabela 3.2 – Desvio padrão da variação da localização em 600 MHz
Tabela 3.3 – Desvio padrão da variação da localização em 2000 MHz
As curvas de intensidade de campo versus distância e as tabulações são
dadas para os valores de h1 de 10, 20, 37.5, 75, 150, 300, 600 e 1 200 m. Para
qualquer valor de h1 na faixa de 10 m a 3 000 m, fora dos valores mencionados
deverá ser realizada uma interpolação ou extrapolação utilizando duas curvas
escolhidas mais próximas do valor desejado. Para h1 abaixo de 10 m, o processo
de extrapolação também pode ser aplicado.
A perda básica equivalente de transmissão para uma dada intensidade de
campo é feita da seguinte forma:
Lb = 139 – E + 20 log f dB (3.30)
onde:
Lb : Perda básica de transmissão (dB)
E : Intensidade de campo (dB(µV/m)) para 1 kW e.r.p.
Tipo de Serviço Desvio Padrão (dB)
Radiodifusão analógica 8.3 Radiodifusão digital 5.5 Sistemas móveis urbanos 5.3 Sistemas móveis suburbanos, e áreas abertas 6.7
Tipo de Serviço Desvio Padrão (dB)
Radiodifusão analógica 9.5 Radiodifusão digital 5.5 Sistemas móveis urbanos 6.2 Sistemas móveis suburbanos, e áreas abertas 7.9
Tipo de Serviço Desvio Padrão (dB)
Radiodifusão digital 5.5 Sistemas móveis urbanos 7.5 Sistemas móveis suburbanos, e áreas abertas 9.4
31
f : freqüência (MHz).
As curvas desta recomendação são bem aproximadas pela expressão abaixo: