Introdução
A tecnologia de Rádio Enlace representa uma importante área da Engenharia de Telecomunicações, já que continuam sendo responsáveis por grande parte do atendimento a serviços de voz e dados, principalmente em situações em que são a melhor alternativa em termos de viabilidade técnica.
A fibra óptica é outro tipo de enlace cada vez mais comum para comunicação entre dois pontos, e possuem vantagens em relação aos enlaces rádio devido à alta capacidade de transmissão, entretanto não são viáveis a todas as situações de relevo e demografia.
Os Rádio Enlace também apresentam benefícios significativos quanto ao tempo de instalação de curto prazo e custos de implementação menores, já que possuem infraestrutura mais simples.
Neste artigo, serão apresentados conceitos relevantes referentes à implementação de projetos de Rádio Enlace como a infraestrutura básica, configurações, modelos de instalação e utilização do espectro de frequências para transmissão.
O que é um Rádio Enlace?
Um Rádio Enlace, no geral, pode ser definido como sendo sistemas de comunicações entre pontos fixos situados sobre a superfície terrestre, comumente chamados de estações, que proporcionam uma capacidade transmissão de informações.
O Rádio Enlace é um meio de transmissão que utiliza ondas eletromagnéticas para comunicação entre de antenas transmissoras e receptoras.
O espectro de frequência é composto desde as baixas até as altas frequências, o que permite diferentes classificações para as ondas eletromagnéticas.
As chamadas ondas de rádio possuem frequências menores, alcançando longas distâncias, e por isso são muito utilizadas em comunicações militares, especialmente entre navios e submarinos, e transmissão de rádio AM e FM.
Já as microondas, usadas na maior parte dos Rádio Enlace em Telecomunicações, possuem altas frequências e são amplamente utilizadas nas redes de transmissão de voz e dados.
Rádio X Fibra
Como já foi mencionado, as fibras ópticas são tecnologias cada vez mais presentes nos Rádio Enlace em redes de Telecomunicações.
Em nosso blog, temos diversos outros artigos relacionados tanto com rádio como com fibra óptica, cobrindo vários assuntos.
Um destes artigos é um comparativo completo entre as tecnologias de rádio e fibras para enlaces de Telecomunicações que pode ser encontrado neste outro artigo de nosso Blog: “Soluções para Interligações em Redes de Telecomunicações”.
Apesar da comparação inevitável, outra tendência para o setor é a combinação das tecnologias de fibra e rádio, que dará às operadoras e ISPs melhor relação custo-benefício, contribuindo para a oferta serviços mais rápida ao mercado que querem atender.
Estação de Telecomunicações e Configurações de Enlaces
Para a ANATEL, estação é o conjunto operacional de equipamentos, aparelhos, dispositivos e demais meios, necessários à realização de determinada telecomunicação, assim como seus acessórios e as instalações que os abrigam e complementam, concentrados em locais específicos ou em um terminal portátil.
Logo, um Rádio Enlace é composto por duas ou mais estações e, quanto a disposição dessas, podem ser classificados em dois tipos.
Na configuração ponto a ponto, o sistema atende apenas uma estação diretamente, e na ponto multiponto, um mesmo ponto de origem pode atender diversas estações ou usuários finais em endereços físicos distintos ao longo da sua área cobertura.
Rádio Enlace de Microondas
As microondas são ondas eletromagnéticas cujas frequências estão no intervalo de 0.3GHz a 300GHz, podendo começar em 1Ghz de acordo com alguns padrões internacionais.
Em um enlace de microondas a informação se transmite através de ondas muito curtas e para comunicação é usado um par de frequências: uma para transmissão e outra para recepção.
Onde os Rádio Enlace de Microondas são Utilizados
A possibilidade de implementar um enlace operando em microondas impactou grandemente o setor de Telecomunicações quando ainda não haviam outras tecnologias para redes de transporte, e ainda hoje é crucial para várias formas de comunicação.
São usados pelas grandes emissoras na TV digital, nos backbones de telefonia móvel, nas redes de acesso de provedores de internet, em links entre satélites e bases terrenas, entre outras modalidades.
Rádio Enlace: A Importância da Visada
Por causa das altas frequências utilizadas, para um melhor funcionamento do sistema de microondas é necessário que os pontos entre o enlace estejam em visada direta, tendo uma altura livre adequada para a propagação durante toda época do ano, levando em conta as variações das condições atmosféricas da região.
Também, para evitar perdas por reflexão ou atenuação, não deve haver obstáculos dentro do primeiro raio da Zona Fresnel, modelo para cálculos de propagação que define uma região (elipsóide) dentro da qual a maior parte da energia do sinal está contida.
Se houver impossibilidade de visada direta entre duas estações são utilizadas estações intermediárias, as repetidoras, para transmissão do sinal.
Infraestrutura de Rádio Enlace
Um Rádio Enlace ponto-a-ponto então, pode ser composto por estações terminais (transmissoras e receptoras) e repetidoras.
Estas estações podem ter seus equipamentos dispostos no alto dos prédios, postes e, mais frequentemente, em torres metálicas.
Estações Terminais de Rádio Enlace
As estações terminais são aquelas situadas nos extremos da rota, responsáveis por transmitir o sinal e/ou recebê-lo.
Estas estações terminais são compostas basicamente por equipamentos de rádio, sistemas irradiantes e fontes de alimentação, ligados por cabos e conectores, como exemplificado nas figuras 5, 6 e 7.
Tecnologias de Equipamentos Rádio
Os equipamentos de rádio são responsáveis pelo tratamento do sinal, através de funções de processamento, modulação e multiplexação, para prepará-los para a transmissão ou recepção.
Em seu início, a única tecnologia disponível de radiocomunicação era a analógica onde a informação era transmitido com uma portadora única e ininterrupta que ‘imprimia’ continuamente sinais eletromagnéticos ocupando maior uma maior faixa no espectro.
No Brasil, por exemplo, o primeiro enlace analógico foi implementado em 1957 para telefonia fixa e logo em seguida, vieram os primeiros da modalidade de alta capacidade, já operando em microondas, nas faixas de frequência de 4, 6, 8 e 11GHz, com capacidade de 1800 canais em sua maioria.
Com as crescentes pressões e exigências associadas a qualidade de sinal e a necessidade de otimização do espectro de frequência, começou-se a implementação das tecnologias de rádios digitais, colocando os anteriores em desuso com o tempo.
Atualmente diversas tecnologias de rádio encontram-se em uso, sendo as mais comuns:
Rádio Enlaces Digitais
Equipamentos rádio que permitem taxas desde 2 Mbit/s chegando em 400 Mbit/s, para Rádio Enlaces em configurações ponto a ponto e em faixas de frequência que dependem de obtenção de licença para uso.
Podem alcançar grandes distâncias e possuem excelente imunidade a interferências, embora o seu custo possa dificultar o uso em serviços de pequeno porte.
Rádios Spread Spectrum
São implantados com o uso da tecnologia Spread Spectrum, que permite um melhor uso do espectro de frequências, e normalmente operam em faixas que não necessitam de licença para uso.
Podem operar nas configurações ponto a ponto ou ponto multiponto (mais comum), com taxas de bits que variam de 64 kbit/s a 150 Mbit/s.
Alcançam distâncias médias, possuem custo acessível, e por isso são muito utilizados por pequenos provedores, embora possam sofrer problemas de interferência devido ao uso da faixa de frequências livres.
Antenas de Rádio Enlace
Já os sistemas irradiantes são as antenas que têm como objetivo transmitir e receber os sinais eletromagnéticos gerados pelos equipamentos de rádio comunicação.
As antenas possuem uma série parâmetros para caracterizar o seu comportamento que são importantes para a escolha adequada do modelo para sistemas de Rádio Enlace.
Alguns deles são:
Diretividade
Capacidade de concentrar a energia numa determinada direção. Antenas para enlaces microondas devem ser altamente diretivas.
Ganho
Densidade de fluxo de potência gerada por uma antena em relação a densidade de fluxo de potência gerada por um radiador isotrópico (que irradia igualmente em todas as direções) com a mesma potência de entrada.
Polarização
Definida em função da orientação do vetor campo elétrico na direção de máxima radiação.
Relação frente-costa
É a relação de ganho entre o lóbulo principal onde se tem a maior concentração de energia eletromagnética, e o lóbulo de costas (oposto ao lóbulo principal).
Ângulos de meia potência
São definidos pelos pontos no diagrama onde a potência radiada equivale à metade da radiada na direção principal. Estes ângulos definem a abertura da antena no plano horizontal e no plano vertical.
Cada antena também é projetada para uma determinada faixa de frequências, de modo que fora de sua banda de frequência de operação, a antena atenua o sinal acentuadamente ou o rejeita completamente.
Estações Repetidoras
As estações repetidoras se localizam no meio da rota com a função de regenerar o sinal em caso de obstrução do percurso ou quando não há visada direta entre duas antenas desejadas.
Os repetidores amplificam e redirecionam o sinal através de técnicas que os permitem classificar de duas formas:
Ativos
Nestes o sinal é recebido na frequência da portadora e é reduzido a uma frequência intermédia (IF) para amplificar e retransmiti-lo na frequência de saída.
São usados transceptores, dispositivos que possuem um transmissor e um receptor que compartilham parte de um mesmo circuito.
Passivos
Comportam-se como espelhos que refletem o sinal e podem ser divididos em passivo padrão, que é uma tela refletora, e passivos back-to-back, consistindo de duas antenas, conectadas através de guias de onda, voltadas de costas uma para a outra.
Tipos de Instalações para Estruturas de Rádio Enlace
Existem três tipos de instalações possíveis para uma estação de rádio: indoor (ou interna), outdoor (ou externa) e split (mista).
Indoor
Na indoor os equipamentos rádio ficam no interior de um cômodo e a antena fica do lado externo.
Outdoor
No tipo outdoor os equipamentos ficam acondicionados em um housing (ou gabinete) externo e ligam-se aos equipamentos auxiliares internos via cabos de banda base.
Split
No tipo split os equipamentos rádio são divididos em unidades externas (ODU) e unidades internas (IDU).
A parte externa é composta basicamente pela unidade de radiofreqüência (a RFU) e a parte interna é composta pelo modulador/demodulador (modem), banda base e multiplex (se houver estágio de multiplexação).
A interligação entre as duas partes é feita através de um multicabo operando em freqüência intermediária (FI).
Administração das Faixas de Frequências pela ANATEL
Como já foi mencionado, radiofrequência é a faixa do espectro eletromagnético de 3 kHz a 300 GHz e é um recurso limitado, constituindo-se em bem público e administrado pela Anatel.
As atribuições das faixas são definidas em tratados e acordos internacionais, aprovados na União Internacional de Telecomunicações – UIT (em inglês International Telecommunication Union – ITU).
E, anualmente, é emitido o Plano de Atribuição, Destinação e Distribuição de Faixas de Frequências no Brasil, o qual contém o detalhamento do uso das faixas de radiofrequências associadas aos diversos serviços e atividades de telecomunicações.
Canalização de Frequências
Em cada um dos serviços, as faixas de frequências correspondentes ainda são subdivididas em canais ou subfaixas para uso pelas diversas prestadoras.
Por definição, um canal de radiofrequência é a parte do espectro a ser utilizado por uma emissão, definida por dois limites especificados.
Para o projeto de implantação de um enlace rádio digital usando frequências licenciadas é necessário consultar a base de dados da ANATEL (SITAR) para verificar se existe disponível, na região onde será implantado o enlace, a subfaixa de frequências desejada.
Para mais informações sobre Rádio Enlace em frequências licenciadas leia neste outro artigo de nosso Blog: “Escolha de Frequência em Enlaces Rádio Com Frequências Licenciadas”.
A ANATEL fiscaliza a aquisição de canais de frequências e assegura que outra operadora não use o mesmo canal na mesma localidade, para que não ocorram interferências.
Alguns dos principais causadores de interferência nas telecomunicações são as estações de radiodifusão clandestinas, não cadastradas ou funcionando fora dos limites de emissão impostos pela legislação, que estão sujeitas a multas como apresentado neste outro artigo de nosso Blog: “Enlaces Rádio e Situações de Multas Previstas na Legislação”.
Projetos de Rádio Enlace
No planejamento de um Rádio Enlace o objetivo é garantir que o sinal digital original que transporta a informação possa ser regenerado na outra ponta com uma taxa de erros mínima.
Para que isto ocorra, modelos de propagação são usados para cálculos de parâmetros que possam interferir na transmissão do sinal, como perdas no espaço livre, atenuação e desvanecimento, que influenciam diretamente a escolha da potência de transmissão dos equipamentos de rádio e modelos das antenas de modo a compensar as perdas.
O projeto de um enlace requer conhecimento de redes, protocolos de dados, tráfego de dados, propagação de RF, tecnologias de transmissão, técnicas de medidas, metodologias de otimização entre muitos outros tópicos.
Rádio Enlace: Longa Vida Útil
Todos os projetos de Rádio Enlace são pensados para que a rede tenha vida útil de pelo menos algumas décadas.
Os custos de um planejamento falho pode ser altíssimo para operadoras uma vez que a localização dos equipamentos, geralmente em torres, é de difícil acesso e mandar uma equipe para manutenção em campo pode sair muito caro.
Também, todas as estações de telecomunicações devem ser cadastradas no SITAR da ANATEL e, em serviços específicos, devem ser licenciadas.
Ajustes em Campo Custam Tempo e Dinheiro
Nesse processo é preciso fornecer informações sobre características técnicas das estações e por isso, caso seja necessária alguma mudança no projeto original, também deverá ser feita a atualização no cadastro o que significa um gasto de tempo e, às vezes, de dinheiro.
Por isso se torna cada vez mais valioso o uso de softwares capazes de suportar os provedores de serviços no planejamento contínuo de suas redes de transmissão, permitindo maior rapidez e precisão nos cálculos, otimizando investimentos em ampliações e evoluções.
Este artigo não tem como objetivo esgotar a exposição deste tema, nem tampouco de avançar em todos os seus detalhes. Seu objetivo é trazer uma abordagem introdutória, que posteriormente ser complementados por novos artigos com maior aprofundamento.
Autor deste Artigo: Engenheira Larissa Perestrêlo.
Edição e Revisão: Paulo Florêncio, Diretor Comercial da Target Solutions
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