Projeto: CIDADE DIGITAL
PUC-Campinas
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMPINAS
MESTRADO PROFISSIONAL EM GESTÃO DE REDES DE
TELECOMUNICAÇÕES
PROJETO TÉCNICO
CIDADE DIGITAL:
ANÁLISE TÉCNICA PARA IMPLANTAÇÃO DO PROGRAMA
NACIONAL DE BANDA LARGA NA CIDADE DE PEABIRU-PR
Alan Menk Santos
Edson Taira Procopio
Huederson Botura
Marciano Penaforte da Cruz
Uriel Miranda
RA: 11552387
RA: 11553294
RA: 11553468
RA: 11553310
RA: 11554342
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ÍNDICE
1
Introdução..................................................................................................................................... 6
2
Programa Brasileiro de Banda Larga .......................................................................................... 7
3
Plano Estadual de Banda Larga .................................................................................................. 9
4
Definição da Cidade para Implantação do PNBL ...................................................................... 12
5
Tecnologias para implantação ................................................................................................... 17
5.1
5.1.1
Transmissão de dados ponto a ponto ........................................................................... 17
5.1.2
Perdas no Enlace Digital ................................................................................................ 26
5.1.3
Disponibilidade do Enlace .............................................................................................. 27
5.1.4
Frequências Disponíveis no Brasil para Enlace de Rádio ............................................ 27
5.1.5
Vantagens em Utilizar um Enlace Rádio Digital ............................................................ 28
5.1.6
Tecnologia Wi-Fi ............................................................................................................ 28
5.1.7
Exemplos Comerciais .................................................................................................... 35
5.2
6
Transmissão por Rádio Frequência................................................................................... 17
Fiber-To-The-Home (FTTH) ............................................................................................... 41
5.2.1
Introdução à FTTH ......................................................................................................... 41
5.2.2
Topologia de rede FTTH ................................................................................................ 42
5.2.3
Visão geral de Donwnstream e Upstream em uma rede G-PON ................................. 44
5.2.4
Estrutura dos quadros GTC em uma rede G-PON. ...................................................... 47
5.2.5
Dimensionamento de redes G-PON .............................................................................. 49
Sugestões para Implementação ................................................................................................ 51
6.1
Utilizando Transmissão Sem Fio ....................................................................................... 51
6.2
Utilizando Fibra Óptica ....................................................................................................... 56
7
Conclusão................................................................................................................................... 69
8
Referências ................................................................................................................................ 69
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Estrutura de rede de fibra óptica da COPEL Telecom .................................................... 10
Figura 2 – Presença da COPEL Telecom no estado do Paraná ...................................................... 11
Figura 3 – Distribuição da rede IP da COPEL Telecom .................................................................... 11
Figura 4 – Localização da cidade de Peabiru ................................................................................... 13
Figura 5 – Distribuição geográfica da cidade de Peabiru ................................................................. 15
Figura 6 - Distribuição geográfica da cidade de Peabiru .................................................................. 16
Figura 7 – Imagem do único prédio da cidade .................................................................................. 16
Figura 8 – Centro de distribuição de fibra ......................................................................................... 17
Figura 9 - Enlace rádio digital ponto a ponto ..................................................................................... 18
Figura 10 - Espectro de frequência ................................................................................................... 19
Figura 11 - Diagrama em blocos de um enlace rádio digital ............................................................. 19
Figura 12 - Modulação ASK .............................................................................................................. 23
Figura 13 - Modulação FSK .............................................................................................................. 23
Figura 14 - Modulação PSK .............................................................................................................. 24
Figura 15 - Constelação 4-QAM ........................................................................................................ 25
Figura 16 - Sinal transmitido e banda requerida para transmitir os dados ....................................... 31
Figura 17 - Modelo de transmissão utilizando FHSS. ....................................................................... 32
Figura 18 - Espectro de uma subportadora ....................................................................................... 33
Figura 19 - Espectro contendo 5 subportadoras ............................................................................... 33
Figura 20 – Relação entre distância e altura das antenas ................................................................ 35
Figura 21 - Antena Setorial Modelo: EMC WF-20 ............................................................................. 36
Figura 22 - Diagrama de irradiação da Antena Setorial EMC WF-20 ............................................... 37
Figura 23 - Antena Aquário Grid Station ........................................................................................... 38
Figura 24 – Diagrama de radiação da Antena Aquário Grid Station ................................................ 39
Figura 25 - Antena parabólica focal point .......................................................................................... 40
Figura 26 – Diagrama de irradiação da Antena parabólica focal point ............................................. 40
Figura 27 - Rede PON ...................................................................................................................... 43
Figura 28 - Topologia de rede FTTH ................................................................................................. 44
Figura 29 - Estação OLT .................................................................................................................... 45
Figura 30 - Estação OLT .................................................................................................................... 46
Figura 31 - Estação OLT .................................................................................................................... 47
Figura 32 - Quadro GTC Payload detalhamento os GEM. ............................................................... 48
Figura 33 – Encapsulamento GEM .................................................................................................... 49
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Figura 34 – ONT localizada a 12 km da OLT .................................................................................... 50
Figura 35 – Cidade de Peabiru divida em 4 regiões ......................................................................... 52
Figura 36 - Mapa da cidade com o diagrama de irradiação das antenas......................................... 53
Figura 37 - Provedor de Internet via rádio ......................................................................................... 54
Figura 38 - Link completo de um provedor de Internet. .................................................................... 55
Figura 39 - Ponto de acesso à rede metropolitana ........................................................................... 56
Figura 40 - Local de instalação da OLT ............................................................................................ 57
Figura 41 - Divisão da cidade em regiões ......................................................................................... 58
Figura 42 - Regiões 1 e 2................................................................................................................... 59
Figura 43 - Regiões 3 e 8................................................................................................................... 60
Figura 44 - Regiões 9 e 17 ................................................................................................................ 61
Figura 45 - Regiões 6, 7, 12, 13 e 15 ................................................................................................ 62
Figura 46 - Regiões 4 e 5................................................................................................................... 63
Figura 47 - Regiões 10 e 11 .............................................................................................................. 64
Figura 48 - Regiões 14 e 18 .............................................................................................................. 65
Figura 49 - Regiões 19 e 20 .............................................................................................................. 66
Figura 50 - Regiões 16 e 21 .............................................................................................................. 67 Página 4 de 74
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Canalização PDH ............................................................................................................ 20
Tabela 2 - Canalização SDH ............................................................................................................ 21
Tabela 3 – Frequências regulamentadas .......................................................................................... 27
Tabela 4 - Comparativo das variações do padrão 802.11 ................................................................ 29
Tabela 5 - Caracteristicas elétricas da Antena Setorial EMC WF-20 ............................................... 36
Tabela 6 – Características elétricas da Antena Aquário Grid Station ............................................... 38
Tabela 7 – Características elétricas da Antena parabólica focal point ............................................. 40
Tabela 8 - Tabela de perda de inserção típica de divisores ópticos. ................................................ 50
Tabela 9 - Balanço de potência ......................................................................................................... 60
Tabela 10 - Balanço de potência ....................................................................................................... 61
Tabela 11 – Balanço de potência ...................................................................................................... 62
Tabela 12 -Balanço de potência ........................................................................................................ 63
Tabela 13 – Balanço de potência ...................................................................................................... 64
Tabela 14 - Balanço de potência ....................................................................................................... 65
Tabela 15 - Balanço de potência ....................................................................................................... 66
Tabela 16 - Balanço de potência ....................................................................................................... 67
Tabela 17 - Balanço de potência ....................................................................................................... 68
Tabela 18 - Relação para criar rede de acesso ................................................................................ 68
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Introdução
Atualmente são muito comuns discussões abordando política e tecnicamente
questões relacionadas à chamada inclusão digital. Para que esta inclusão possa de fato
acontecer são indispensáveis três pontos básicos: acesso a computadores, acesso a rede
e domínio dessas ferramentas por parte dos usuários, que compreenderiam a sociedade
com um todo. Entretanto, não seria suficiente disponibilizar computadores com acesso à
Internet sem instruir devidamente as parcelas da sociedade que ainda não estão
acostumadas ao uso dessas tecnologias.
Dentro desse contexto, o Brasil vem desenvolvendo ações sociais com o intuito de
incluir digitalmente toda a sociedade brasileira. Como exemplo, no final de 2005, o
governo federal lançou o programa “Computador para Todos”, um projeto que registrou o
financiamento de mais de 19 mil computadores. [1] Outro plano lançado recentemente que
vem de encontro com essa vertente é o Programa Nacional de Banda Larga (PNBL), que
prevê a triplicação do acesso à Internet no país até 2014, atendendo assim mais de 27
milhões de domicílios no país. A intenção inicial do projeto é fazer um teste piloto em 100
municípios brasileiros, sendo dentre esses, 17 capitais.
Dados apresentados em 2008 pela Pesquisa Nacional de Amostra de Domicílios
(PNAD), pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), pelo Comitê Gestor da
Internet (CGI) e pelo Sistema de Coleta de Informações (SiCi) da Agencia Nacional de
Telecomunicações (Anatel) demonstram um alto grau de concentração da Internet banda
larga nas regiões mais ricas do Brasil.
O acesso à banda larga é disponibilizado irregularmente nas diversas regiões do
país. Em alguns estados como Roraima e Amapá praticamente não há acesso à chamada
banda larga, enquanto o estado de São Paulo possui 3,8 milhões de domicílios com
acesso à mesma. Nos estados do Nordeste o percentual do número de residências com
acesso a banda larga não chega a 15%. [2] Além disso, o número de domicílios que
contam com banda larga ainda é extremamente baixo, sendo que 54% possuem um
acesso menor ou igual a 1 Mbps. A disponibilidade da banda larga, na era digital,
determina a inserção do cidadão na sociedade, que oferece recursos de emprego, cultura,
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educação e participação democrática. Sendo assim, a massificação da banda larga deve
ser vista como um instrumento de efetivação de direitos dos cidadãos da era digital. [3]
Neste documento serão apresentadas possíveis soluções de caráter técnico para
disponibilizar banda larga na cidade de Peabiru, no Paraná, de acordo com as exigências
do PNBL.
2
Programa Brasileiro de Banda Larga
O PNBL, ou Programa Brasileiro de Banda Larga, teve início em 15 de setembro de
2009, em uma reunião com o presidente da República e os principais ministérios que
possuíam programas voltados à inclusão digital. Nesta reunião ficou determinado que as
entidades presentes formulassem um programa que condensasse as iniciativas em curso
e as propostas apresentadas, com o propósito de ampliar substancialmente o número de
usuários com acesso à Internet em banda larga em todas as regiões do Brasil e,
consequentemente, o uso e a apropriação dos diferentes conteúdos e serviços digitais
existentes no país. A ampliação do acesso em banda larga apresenta crescimento
econômico, de forma proporcional, em países de renda baixa e média, de acordo com
estudo feito pelo Banco Mundial, além de abrir novos postos de trabalho para
implementação.
Para os trabalhos, os órgãos e entes presentes na reunião foram convidados a
indicar técnicos com disponibilidade para se dedicar em tempo integral à elaboração do
programa. As propostas foram trabalhadas até ser definida uma proposta final e
apresentada ao presidente da República em reunião realizada em 8 de abril de 2009 e, em
13 de maio de 2010, foi publicado no Diário Oficial da União o Decreto nº 7.175, que
instituiu o Programa Nacional de Banda Larga.
O PNBL se estrutura em três pilares: redução de preço, aumento de cobertura e
aumento de velocidade. Com esses três pilares, busca-se ampliar o número de cidadãos,
localizados em área urbana ou rural, que dispõem de acesso a infraestrutura capaz de
prestar o serviço e possibilitar a utilização de aplicações, conteúdos e serviços avançados,
que demandam maior capacidade de transmissão de dados.
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Para haver sustentação dos três pilares, na primeira fase do Programa constam
quatro grupos de ação:
 Regulação e normas de infraestrutura
As ações de regulação visam o aumento da competitividade no setor, a expansão da
oferta do serviço, o incentivo do empreendedorismo e de ações inovadoras, a diminuição
dos preços ao usuário final e ao aumento da disponibilidade de infraestrutura de banda
larga.
As normas de infraestrutura objetivam ampliar a disponibilidade de redes de
telecomunicações para a oferta de banda larga. As normas a serem debatidas e
aprovadas pretendem determinar a instalação de redes de telecomunicações no momento
da realização de grandes obras de infraestrutura (rodovias, ferrovias, redes de
transmissão de energia elétrica, entre outras), bem como garantir o compartilhamento de
infraestrutura entre as prestadoras de serviços de telecomunicações e entre estas e
empresas de outros setores.
 Incentivos aos serviços de telecomunicações
Os incentivos fiscais ao serviço têm o propósito de reduzir substancialmente o preço
do acesso em banda larga e permitir que mais cidadãos possam pagar pelo serviço.
Para alcançar a redução do preço, propõe-se conferir incentivos fiscais aos
pequenos e microprestadores de serviços de telecomunicações, promover a desoneração
fiscal dos modems, na medida em que são essenciais para o acesso em banda larga,
incentivar a oferta de planos de serviço a preço reduzido, além de possibilitar que
prestadores de serviços de telecomunicações e lan houses tenham financiamento para
desenvolver suas atividades.
 Política produtiva e tecnológica
A política produtiva e tecnológica inserida no Programa Brasil Conectado tem o
objetivo de desenvolver a indústria nacional de equipamentos de telecomunicações que
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produza tecnologia no País. Entre as ações previstas estão o financiamento para
aquisição de equipamentos de telecomunicações com tecnologia nacional a juros
subsidiados, o desconto integral do IPI (Imposto sobre Produto Industrializado) para esses
equipamentos e o descontingenciamento do FUNTTEL (Fundo para o Desenvolvimento
Tecnológico das Telecomunicações).
 Rede Nacional
A instituição de uma Rede Nacional que fará uso das fibras ópticas sob domínio da
União visa melhorar a infraestrutura para banda larga no Brasil e disseminar a oferta do
serviço.
A Rede Nacional terá como foco prioritário constituir uma rede corporativa federal
nas capitais, atender a pontos de governo e de interesse público e ofertar capacidade em
localidades sem prestadores de serviço de comunicação, com preço elevado ou baixa
atratividade econômica, bem como em áreas de baixa renda nas regiões metropolitanas. A
Rede será operada pela Telebrás e pretende atingir 4.278 municípios até 2014.[3]
No dia 4 de abril, a presidente Dilma Rousseff alterou o PNBL, exigindo conexões de
1Mbps (megabit por segundo), ao invés de 600 Kbps (kilobits por segundo) que havia sido
definido no início do programa, pelo preço de 35 reais.[4]
3
Plano Estadual de Banda Larga
O Plano Estadual de Banda Larga (PEBL) é muito parecido com o PNBL, porém não
abrage exigências em escala nacional, e sim estadual.
O objetivo é fomentar e difundir o acesso de bens e serviços das tecnologias de
informação e comunicação, que também é objetivo do PNBL, porém com duas diferenças
marcantes:
 Ao invés de exigir uma banda de 1Mbps, a velocidade mínima de acesso é 256
Kbps, com garantia de 10 por cento da velocidade nominal;
 Ao invés de um custo mensal definido de 35 reais, o benefício terá um custo igual,
ou inferior, de 230 reais. [5]
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A Copel Telecomunicações assumiu o compromisso com o Governo do Estado,
conforme o Decreto Estadual nº 7990 de 10 de agosto de 2010 de:
I - expandir, em três anos, a sua rede de transmissão de alta capacidade (backbone)
e sua rede de Internet (backbone IP) a todas as cidades do Estado;
II - implantar redes de distribuição primárias de alta capacidade (backhaul) para
prestação de serviços de acesso à Internet e de serviços de redes privativas, de
distribuição de Internet, às empresas e instituições públicas que aderirem a esse Plano;
III - providenciar para que sua rede de Internet (backbone IP) esteja conectada em
alta capacidade com os pontos nacionais de troca de tráfego e com as redes nacionais e
internacionais de Internet (backbones IP nacionais e internacionais), para garantir alta
qualidade e alta disponibilidade do serviço de acesso à Internet. [6]
A Copel Telecom possui uma estrutura de rede de fibras ópticas, distribuídas em
6500 km de backbone e em 11500 km nas redes de acesso para as cidades onde a
COPEL atua, demonstrado na figura abaixo:
Figura 1 – Estrutura de rede de fibra óptica da COPEL Telecom
A Copel Telecom está presente com um backbone de fibras ópticas em 253
municípios em todas as regiões do estado do Paraná, inclusive em ilhas de seu litoral,
sendo complementado por via satélite para todo o estado.
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Figura 2 – Presença da Copel Telecom no estado do Paraná
Suportada pela rede de fibras, a Copel Telecom possui uma grande Rede IP, que
possibilita também acesso à Internet, com switches e roteadores operando em Gigabit
Ethernet, com MPLS que garante qualidade e segurança para todos os serviços,
apresentado na figura abaixo:
Figura 3 – Distribuição da rede IP da Copel Telecom
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Definição da Cidade para Implantação do PNBL
Neste documento serão apresentadas propostas técnicas de soluções para a
implantação de banda larga para a população da cidade de Peabiru, do estado do Paraná.
Foram três motivos que levaram a decidir essa cidade:
 1º motivo – As características da cidade favorecem a implantação de um projeto,
pois é uma cidade que possui um pequeno número de habitantes, apresenta áreas
urbanas e rurais, e locais que existem moradores sem acesso à Internet banda larga.
 2º motivo – A cidade é uma das cidades que receberam acesso ao backbone de
fibra pela COPEL Telecom, que faz parte da COPEL (Companhia Paranaense de Energia)
e que assumiu um compromisso com o Plano Estadual de Banda Larga (PEBL), conforme
o Decreto Estadual nº 7990 de 10 de agosto de 2010.
 3º motivo – Existe um vereador, cujo nome não divulgaremos no projeto, com
interesse na implantação do PEBL na cidade. Ele pode disponibilizar informações
importantes sobre a cidade, que servirão de base de estudo de aplicação de tecnologias, e
caso seja interessante a proposta, pode ser levar a proposta para uma real
implementação.
Peabiru, como qualquer município no estado, tem a fibra como recurso de rede de
comunicação, porém atualmente apenas pessoas jurídicas podem adquirir o serviço. O
município conta com switch e o backbone encontra-se em Cianorte, em torno de 70km da
cidade, e a taxa de transmissão é de 100 Mbps. Não existe custo de implantação, nem no
conversor de fibra, apenas é exigido um valor de mensalidade, que deve ser dentro do
valor determinado pelo PEBL.
A cidade de Peabiru fica no interior do estado do Paraná. Possui uma área de
469,495 km² representando 0,1773 % do estado, 0,0627 % da região e 0,0042 % de todo
o território brasileiro. A cidade é totalmente plana, com apenas um prédio de 12 andares,
sem nenhum obstáculo natural com visada total para todo o município. Localiza-se a uma
latitude 23°58'48" sul e a uma longitude 51°49'04" oeste, estando a uma altitude de 495
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metros acima do nível do mar, no terceiro planalto paranaense. Sua população é estimada
em 2010 era de 13.622 habitantes. [7]
Peabiru – Noroeste do
Estado do Paraná
Figura 4 – Localização da cidade de Peabiru
 Índice de Desenvolvimento Humano Municipal (IDH-M): 0,689
IDH-Renda: 0,628
IDH-Longevidade: 0,651
IDH-Educação: 0,789
 Dados do Município
População: 13.622
Base Territorial: 469 km²
PIB per capita a preços correntes: 10.239,98
 Educação
Matrícula - Ensino fundamental – 2009: 2.001
Matrícula - Ensino médio – 2009: 573
Docentes - Ensino fundamental – 2009: 114
Docentes - Ensino médio – 2009: 56
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 Saúde
Estabelecimentos de Saúde SUS: 3
Nascidos vivos - registrados - lugar do registro: 123
 Finanças Públicas
Receitas orçamentárias realizadas – Correntes: R$ 15.727.029,76
Despesas orçamentárias realizadas – Correntes: R$ 13.382.425,42
Valor do Fundo de Participação dos Municípios – FPM: R$ 6.502.037,77
 Empresas
Número de unidades locais: 330
 Residências
Total de homens: 6.733 pessoas
Total de mulheres 6.889 pessoas
Total da população urbana 11.009 pessoas
Total da população rural 2.613 pessoas
Total de domicílios particulares 4.582 domicílios
Total de domicílios particulares ocupados 4.356 domicílios
Total de domicílios particulares não-ocupados fechados 2 domicílios
Total de domicílios particulares não-ocupados de uso ocasional 47 domicílios
Total de domicílios particulares não-ocupados vagos 177 domicílios
Total de domicílios coletivos 5 domicílios
Total de domicílios coletivos com morador 5 domicílios
 Mapa de Pobreza e Desigualdade - Municípios Brasileiros 2003
Incidência da Pobreza 45,23 %
Limite inferior da Incidência de Pobreza 33,45 %
Limite superior da Incidência de Pobreza 57,01 %
Incidência da Pobreza Subjetiva 25,63 %
Limite inferior da Incidência da Pobreza Subjetiva 21,44 %
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Limite superior Incidência da Pobreza Subjetiva 29,82 %
Índice de Gini 0,40
Limite inferior do Índice de Gini 0,37
Limite superior do Índice de Gini 0,42
 Estatísticas do Cadastro Central de Empresas 2008
Número de unidades locais 330 Unidades
Pessoal ocupado total 1.545 Pessoas
Pessoal ocupado assalariado 1.127 Pessoas
Salários e outras remunerações 11.746 Mil Reais
Salário médio mensal 2,0 Salários mínimos
Número de empresas atuantes 327 Unidades
Figura 5 – Distribuição geográfica da cidade de Peabiru
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Figura 6 - Distribuição geográfica da cidade de Peabiru
Figura 7 – Imagem do único prédio da cidade
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Figura 8 – Centro de distribuição de fibra
5
Tecnologias para implantação
Neste documento serão feitas abordagens técnicas de implementação do serviço de
Internet banda larga através de comunicação sem fio por rádio frequência, e através de
transmissão por de fibra óptica.
5.1
Transmissão por Rádio Frequência
Neste tópico será descrito, o funcionamento da transmissão por rádio frequência.
5.1.1 Transmissão de dados ponto a ponto
Um enlace de rádio frequência ponto-a-ponto tem a finalidade de transportar dados
entre dois pontos fixos utilizando o ar como meio de transmissão.
O objetivo do enlace de rádio frequência é interligar a transmissão e a recepção, com
o intuito de garantir que o sinal gerado na transmissão chegue até a recepção dentro de
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uma taxa de erros aceitável, mesmo sendo esse sinal, apenas uma parte da potência
irradiada pela antena transmissora.
A Figura 9 demonstra uma comunicação de rádio frequência ponto a ponto entre
duas antenas com visada direta.
Figura 9 - Enlace rádio digital ponto a ponto [8]
Para acontecer uma comunicação entre dois pontos são necessários no mínimo três
componentes: transmissor, receptor e meio de transmissão:
 Transmissor: equipamento que produz ondas eletromagnéticas, pela qual
transporta as informações que se desejam transmitir.
 Receptor: equipamento que receberá as ondas eletromagnéticas e o transformará
em sinais elétricos para ser interpretado e enviado ao usuário.
 Meio de transmissão: onde de propagará a informação transmitida. Em
comunicação de rádio frequência o meio utilizado é o espaço livre (ar).
As frequências utilizadas na transmissão de enlaces de rádio digital variam de vários
quilohertz (kHz) para bem mais que 100 gigahertz (GHz).
As bandas de frequências mais conhecidas na radiodifusão pública são: [9]
 Ondas longas, com frequência variando de 155 kHz a 280 kHz;
 Ondas médias, com frequência variando de 522 kHz a 1622 kHz;
 Onda curta, com frequência variando de 3 megahertz (MHz) a 30 MHz;
 Alta banda de frequência FM (Frequency Modulation), com frequência variando de
88 MHz a 108 MHz;
 Ultra banda de televisão de alta frequência, com frequência variando de 470 MHz
a 890 MHz;
 Banda de televisão por satélite, com frequência variando de 11,6 GHz a 12,4 GHz.
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Figura 10 - Espectro de frequência [10]
Na Figura 10 é mostrado o espectro de frequência da frequência de 300 kHz a 300
GHz.
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos de um enlace rádio digital.
Figura 11 - Diagrama em blocos de um enlace rádio digital [8]
A Figura 11 apresenta o caminho que a informação a ser transmitida deve percorrer
saindo do transmissor e chegando até o receptor.
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A informação, que pode ser voz, dados ou imagens, chega pelos canais em modo
digital e é transportada normalmente pelo padrão de transmissão PDH (Plesiochronous
Digital Hierarchy) ou SDH (Synchronous Digital Hierarchy).
A tecnologia PDH é utilizada para o transporte de grandes quantidades de dados
sobre equipamentos de transporte digital.
O sistema PDH permite que a taxa de transmissão fique normalmente em um
patamar, porém, pode ter uma pequena variação em torno da taxa nominal.
O sistema PDH europeu, que é utilizado no Brasil, permite a construções de anéis
PDH bidirecionais, que proporciona grande confiabilidade por não perder a comunicação
entre os equipamentos, mesmo que um venha a falhar. [11]
A taxa de transferência de dados para o canal PDH básico é de 2048 kilobits por
segundo (kbps) ou 2 megabits por segundo (Mbps), conhecidas como linha E1. Na
aplicação de voz uma linha E1 é dividida em 30 canais de voz e 2 canais de sinalização e
sincronismo, na qual cada canal da linha E1 possui 64 kbps.
 Canalização PDH
Taxa de Bits
Hierarquia Digital
Estrutura típica
Notação Usual
Valor Exato
E0
64 Kbps
64 kbit/s
E1
2 Mbps
2 048 kbit/s
E2
8 Mbps
8 448 kbit/s
4 E1
E3
34 Mbps
34 368 kbit/s
16 E1
E4
140 Mbps
139 264 Kbit/s
64 E1 ou 4E3
1 canal de voz
30 canais
de 64 kbit/s
Tabela 1 – Canalização PDH [12]
O sistema SDH é um protocolo de comunicação de dados baseado em níveis
hierárquicos utilizados para transportar dados em uma taxa de transmissão elevada, que
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pode chegar até 10 gigabits por segundo (Gbps). Nas linhas utilizando sistema SDH é
possível transportar praticamente todo tipo de informação como voz, vídeo, dados ATM.
O SDH utiliza multiplexação síncrona direta, isso significa que os sinais individuais
podem ser multiplexados diretamente em um sinal SDH de taxa superior sem a
necessidade de estágios de multiplexação intermediários.
 Canalização SDH
Taxa de Bits
Notação Usual
Valor Exato
Estrutura típica
de tributários
STM1
155 Mbps
155 520 kbit/s
63 E1 ou 3 E3
STM4
622 Mbps
622 080 kbit/s
4 STM1
STM16
2,5 Gbps
2 488 320 kbit/s
16 STM1 ou 4
STM4
STM64
10 Gbps
9 953 280 kbit/s
64 STM1, 16
STM4
ou 4 STM16
Hierarquia Digital
Tabela 2 - Canalização SDH [12]
A informação oriunda dos canais (PDH ou SDH) passa pelo multiplexador, que tem a
função de pegar vários canais e agrupá-los em um único canal a ser transmitido. Essa
técnica de multiplexação permite aumentar a taxa de transmissão de um canal. Por
exemplo, um multiplexador que possui 4 canais E1 na entrada com taxas de 2048 kbps
cada, ao sair do multiplexador possuirá 8448 kbps, com isso é possível transportar mais
informações em um mesmo canal.
A informação, após ser multiplexada, é passada pelo codificador de canal que possui
a finalidade de melhorar a confiabilidade da informação a ser transmitida, através dessa
codificação o receptor terá a possibilidade de detectar e corrigir erros ocorridos no
processo de transmissão. Nessa etapa é possível utilizar de dois métodos para codificar a
informação:
 Código de linha: são os códigos referentes ao formato do sinal digital. São
utilizados na transmissão para eliminar uma longa sequência de zeros e uns, reduzindo
assim a probabilidade de erro.
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 Códigos para detecção e correção de erros, como FEC (Foward Error Correct).
O processo de correção antecipada de erros consiste na utilização de símbolos
redundantes à informação original. Mesmo aumentando a banda de frequência, os
símbolos redundantes tornam o sinal menos susceptível a erros provindos de ruídos.
Outro tipo de codificação FEC é o chamado Reed-Solomon, que adiciona símbolos
redundantes a feixes discretos ou blocos de bits. Esse código utiliza 188 bytes de cada
conjunto de 204 bytes para transmitir a informação original, o restante é utilizado para
paridade. Esse código é muito utilizado na correção de erros de reprodução de CDs e
DVDs. [13]
Após passar pelo codificador de canal a informação é modulada transformando
assim o sinal digital em um sinal analógico. Essa etapa de modulação é necessária, pois o
sinal em banda base ocupa uma faixa de frequências, que se fossem transmitidas sem
modulação, seria possível a transmissão de sinais de apenas um sinal contendo essa
frequência, pois uma segunda fonte na tentativa de transmissão na mesma frequência de
banda base causaria uma interpolação de dados das bandas de mesma frequência, não
sendo possível recuperar o sinal no receptor. Com isso é utilizada a técnica de modulação
para transportar a frequência de banda base em uma frequência mais alta, ocupando
assim o espectro magnético.
Os principais tipos de modulação são:
 Amplitude Shift Keying (ASK): técnica de modulação mais simples entre as
utilizadas em sinais digitais consiste em alterar a amplitude da onda portadora em função
da informação a ser transmitida.
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Figura 12 - Modulação ASK [14]
Na Figura 12 é possível ver a portadora, utilizando uma frequência alta, e a
informação a ser transmitida o que é o sinal modulador. Neste exemplo, a modulação ASK
irá transmitir o sinal modulado, utilizando a metodologia de que quando o sinal modulador
for “1” é transmitido à portadora, quando o sinal for “0” não transmite nada.
 Frequency Shift Keying (FSK): é a técnica de modulação que consiste em alterar a
frequência da onda portadora em função da informação a ser transmitida.
Figura 13 - Modulação FSK [14]
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Na figura 13 podemos ver que estamos utilizando apenas dois símbolos: “0” e “1”
portanto utilizaremos duas frequências. Quando a informação a ser transmitida for “0” o
sinal modulado irá transmitir a frequência y e quando o sinal a ser transmitida for “1” o
sinal modulado irá transmitir a frequência x.
A frequência y será, por exemplo, a frequência da portadora menos uma frequência
de referência.
A frequência x será, portanto a frequência da portadora mais uma frequência de
referência.
 Phase Shifth Keying (PSK): é a técnica que consiste em alterar a fase da onda
portadora em função da informação a ser transmitida.
Figura 14 - Modulação PSK [14]
Na Figura 14 podemos ver que estamos enviando dois tipos de símbolos: “0” e “1”
portanto teremos apenas duas fases, podemos utilizar, por exemplo, 0º e 180º. No
exemplo da figura acima quando enviamos o símbolo “1” modulamos o sinal na fase de 0º
e quando enviamos o símbolo “0” modulamos o sinal com a fase de 180º.
 Quadrature Amplitude Modulation (QAM): é a técnica de modulação que modifica
simultaneamente duas características da onda portadora. Nessa técnica são modificas a
amplitude e a fase da onda, portanto ela faz uso da modulação PSK e ASK.
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Figura 15 - Constelação 4-QAM [15]
Na Figura 15 podemos ver a constelação referente a quatro símbolos. Cada símbolo
é representado por 00, 01, 10 e 11, e apresentam pelo menos uma característica diferente
um do outro. O símbolo 00 e 10 apresentam a mesma amplitude, porém apresentam fases
diferentes.
Após o sinal ser modulado ele é amplificado e transmitido, utilizando o ar como meio
de transmissão.
Para transmitir o sinal utiliza-se uma antena. Na transmissão ela tem a função de
transformar sinais elétricos em ondas eletromagnéticas, essas ondas irão propagar pelo
ar, sendo sujeitos a atenuação e ruído, até encontrar a outra antena que irá receber as
ondas eletromagnéticas e as transformará em sinais elétricos.
A antena possui algumas características importantes como:
 Diretividade: capacidade da antena de concentrar a energia irradiada em uma
determinada região. A utilização de uma antena com alta diretividade possui o mesmo
efeito de um aumento de potência no transmissor, pois a quantidade de energia que o
receptor irá receber será maior.
 Ganho: aumento da eficiência da antena, também pode ser expressa pela
capacidade de direcionar ou concentrar energia de radiofrequência em uma determinada
direção ou padrão. [16]
No receptor ocorre o processo reverso do transmissor até a informação chegar aos
canais.
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5.1.2 Perdas no Enlace Digital
O principal objetivo no projeto de um enlace digital é garantir que o sinal transmitido
chegue até o receptor com um nível de sinal aceitável, ao ponto que o mesmo possa ser
regenerado no receptor com taxa de erro aceitável. Portanto a potência do transmissor e o
ganho da antena devem ser dimensionados com o intuito de compensar as perdas que o
sinal tem ao ser transportado do transmissor até o receptor.
Nessas perdas podemos citar as perdas nos conectores, cabos e propagação. Com
relação a perdas de propagação, podemos citar perda no espaço livre e desvanecimento.
Perdas no espaço livre estão relacionadas com a distância da antena do transmissor
e do receptor e com a frequência utilizada no link.
A expressão básica da perda em espaço livre é:
Perda no espaço livre (L) = 32,5 + 20 log d + 20 log f [dB]
[1]
Na expressão acima “d” é a distância da antena do transmissor até a antena do
receptor medidas em km e “f” representa a frequência utilizada no link de comunicação
utilizando a unidade de medida MHz.
Se tivermos como exemplo um link com distância entre antenas de 3 km e
utilizarmos a frequência de 5,8 GHz teremos uma perda no espaço livre de:
Perda no espaço livre (L) = 32,5 + 20 log (3) + 20 log (5800) [dB] = 117,31 dB
Essa perda refere-se a menor perda que o link de transmissão terá na transmissão
do sinal.
As perdas por desvanecimento referem-se a reflexões no solo e na atmosfera que
acabam provocando alterações na sua amplitude e no caminho percorrido, ocasionando
variações no valor da potencia do sinal recebido.
O desvanecimento também pode ser provocado por obstáculos na linha de visada
das antenas, ou mesmo por ocorrência de chuva.
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5.1.3 Disponibilidade do Enlace
Normalmente, compensar todas as perdas de um link de comunicação pode se
tornar caro devido à probabilidade de utilização de margens grandes para compensar os
diversos tipos de perdas que um link pode ter, portanto é utilizado especificar uma
margem que garanta ao link uma alta disponibilidade para o enlace.
Nesse contexto é admissível que o link fique indisponível durante período específico
de tempo, por exemplo, um enlace que tenha indisponibilidade anual de 99,991 % ficará
durante o ano 47,30 minutos fora de funcionamento.
5.1.4 Frequências Disponíveis no Brasil para Enlace de Rádio
No Brasil existem diversas frequências nas quais é possível realizar um link de rádio.
Essas frequências são apresentadas na Tabela 3.
Frequência
(GHz)
0,4
1,5
Faixa
(MHz)
413,05423,05
440-450
1473,751452
1503,251517
2025-2110
Taxa
(Mbps)
Regulamentação
2, 4, 2x2, 8,
4x2
Norma 07/97 04/06/1997
2
Res. 198 16/12/1999
2200-2290
21x2, 34 e
51
Res. 240 29/11/2000
4
3800-4200
140 e 155
Res. 103 26/02/1999
5
4400-5000
140 e 155
Res. 104 25/02/1999
2
Tabela 3 – Frequências regulamentadas [17]
Na tabela acima é apresentada, também, as regulamentações de cada frequência.
Com as frequências mais baixas é possível fazer links com distâncias maiores,
porém essas frequências já são muito ocupadas no espectro. E as frequências acima de 8
GHZ são mais susceptíveis a atenuações por chuva devido ao seu comprimento de onda.
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As frequências utilizadas sem a necessidade de autorização são: [17]
 902,0 MHz a 907,5 MHz;
 915,0 MHz a 28,0 MHz;
 2.400 MHz a 2.483,5 MHz;
 5.725 MHz a 5.850 MHz.
5.1.5 Vantagens em Utilizar um Enlace Rádio Digital
 Acesso a regiões distantes e de difícil acesso;
 Tecnologia relativamente barata para comunicações a grande distância;
 Não necessita o uso de cabos, portanto é essencial em regiões onde a utilização
de cabos não é permitida, como exemplo cidades histórica;
 Estabelecimento rápido na implantação de links.
5.1.6 Tecnologia Wi-Fi
O Wi-Fi é uma marca registrada da Wi-Fi Alliance baseada no padrão IEEE
(Institute of Eletrical and Eletronics Engineers) 802.11 e foi inventada em 1996. O Wi-Fi é
a tecnologia de transmissão de dados sem fio mais popular atualmente.
O padrão Wi-Fi opera em frequências que não necessitam de licença para
operação, o que torna esse padrão mais atrativo. Entretanto no Brasil, para uso comercial
é necessária a licença perante a ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações). [18]
O padrão 802.11 possui algumas variações indicadas pela letra que sucede esse
código, onde as principais são: [19] [20]
 802.11a: opera na frequência de 5.0 GHz, não regulamentada e permite taxa de
transferência de aproximadamente 54 Mbps;
 802.11b: opera na frequência de 2.4 GHz, não regulamentada e permite taxa de
transferência de aproximadamente 11 Mbps;
 802.11g: opera na frequência de 2.4 GHz e permite taxa de transferência de
aproximadamente 54 Mbps;
 802.11n: opera na frequência de 2,4 e/ou 5 GHz e permite taxa de transferência
disponíveis de 65 Mbps a 600 Mbps.
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A Tabela 4 apresenta um comparativo das variações do padrão 802.11.
Padrão
802.11a
802.11b
802.11g
802.11n
Frequência
5.0 GHz
2.4 GHz
2.4 GHz
2.4 GHz
ou
5 GHz
Taxa de
Transmissão
54 Mbps
11 Mbps
54 Mbps
65 Mbps
A
600 Mbps
Utilização
Aplicações
específicas /
estabelecidas
A mais utilizada
atualmente
Substituição da
802.11b
Sucessor do
802.11g
Custo
Reltivamente
cara
Muito cara
Reativamente
barata
Tabela 4 - Comparativo das variações do padrão 802.11
A frequência de 2.4 GHz é susceptível a interferências causadas por alguns
aparelhos eletrônicos como telefones sem fio, fornos microondas, etc, enquanto que a
frequência de 5.0 GHz é mais estável.
O 802.11a permite um total de 8 canais simultâneos, contra apenas 3 canais do
802.11b, isso permite que mais pontos de acesso utilizados no mesmo ambiente, sem que
ocorra perda de desempenho.
Se por um lado o frequência de 5.0 GHz é mais estável, essa mesma frequência tem
uma desvantagem sobre a 2.4 GHz que é o alcance. Por trabalhar em uma frequência
mais alta a frequência de 5.0 GHz possui dificuldades em trabalhar em ambientes in-door
ou que possua obstáculos e seu custo também é mais elevado.
O padrão 802.11n utiliza melhorias nos algoritmos de transmissão e faz uso do
MIMO (multiple-input multiple-output), com isso permite que a placa utilize fluxos de
transmissão, utilizando vários conjuntos de transmissores, receptores e antenas, fazendo
a transmissão dos dados paralelamente. É possível fazer a transmissão do MIMO
utilizando dois emissores e dois receptores (2x2), dois emissores e três receptores (2x3),
três emissores e três receptores (3x3) ou quatro emissores e quatro receptores (4x4). [21]
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O padrão 802.11n possibilita uma maior taxa de transmissão e maior alcance. A
velocidade nominal de 54Mbps (802.11a) subiu para 300Mbps. Essa alta de transmissão
foi possível graças a algumas melhorias se comparada com os padrões anteriores como
redução do guard inicial (intervalo entre as transmissão) de 800ns para 400ns, aumento
do numero de subcarriers para a transmissão de dados para 48 para 52, melhoria no
algoritmo de transmissão de erros.
O MIMO é o grande responsável pelo aumento da taxa de transmissão do padrão
802.11n, com ele é possível utilizar dois ou quatro fluxos nos pontos de acesso, o que
resulta no dobro ou quádruplo da taxa de transmissão.
O MIMO fez uso de uma técnica que antes era considerada improdutiva, que é o uso
de múltiplos percursos. A princípio, o multipercurso causa interferência e atenua o sinal
recebido, pois os sinais se cancelam. Em contra partida o MIMO faz a transmissão por
diversas antenas e como cada sinal percorre um caminho diferente, refletindo em vários
obstáculos durante o percurso até chegar ao receptor, esses mesmos sinais que saíram
no mesmo tempo do transmissor acabam chegando em tempos diferentes no receptor,
com isso o ponto de acesso utiliza de um conjunto de algoritmo sofisticado para calcular
essas reflexões tirando assim proveito desse fenômeno.
O grande problema dessa tecnologia é o uso de um grande poder de
processamento, com isso é preciso utilizar controladores mais complexos, aumento o
custo do projeto. Como requer o aumento de processamento automaticamente estamos
aumentando o consumo de energia elétrica. [22]
A primeira versão do padrão 802.11 trabalhava no intervalo de frequências de 2,4
GHz e 2,4835 GHz, podendo utilizar taxas de transmissão de 1 Mbps ou 2 Mbps, onde é
possível utilizar técnicas de transmissão Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Essas técnicas permitem transmissões
utilizando vários canais dentro de uma mesma frequência. A DSSS cria vários
seguimentos dos dados transmitidos e os envia simultaneamente aos canais. Já a FHSS
utiliza um sistema de salto de frequências, onde os dados transmitidos utilizam uma
determinada frequência em um período de tempo determinado, e em seguida utilizam
outra frequência, com isso torna a transmissão menos suscetível a interferência,
entretanto a taxa de transmissão de dados diminui. [23]
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A técnica de transmissão DSSS consiste em gerar um padrão redundante de bits
para cada bit transmitido. Esse padrão de bits recebe o nome de chip (ou código de chip).
Esse código permite que o receptor ao captar o sinal transmitido consiga filtrar sinais que
não utilizam esse padrão reduzindo assim ruídos e interferências.
As duas funções principais desse código são:
 Identificar os dados no receptor para que o mesmo saiba que esses dados
pertencem a um determinado transmissor. Para que isso seja possível o transmissor gera
um código de chip que apenas os receptores que conhecem esse código são capazes de
decifrar os dados;
 O código de chip distribui os dados de transmissão através por toda largura de
banda disponível. Quanto maior o código de chip maior a largura de banda requerida e
maior a probabilidade de recuperação dos dados originais. [24]
Na Figura 16 é possível visualizar o sinal transmitido e a banda requerida para a
transmissão utilizando DSSS.
Figura 16 - Sinal transmitido e banda requerida para transmitir os dados [25]
A tecnologia de transmissão FHSS, também conhecida como espalhamento por
saltos em frequências, utiliza uma portadora de banda estreita alterando a frequência
desses canais conforme um padrão conhecido pelo transmissor e receptor.
Na banda de 2,4 GHz, por exemplo, a banda é dividida em 75 subcanais, cada um
deles contendo uma largura de banda de 1 MHz. Para cada salto realizado existe uma
sobrecarga ao fluxo de dados, com isso as transmissões utilizando a tecnologia de
transmissão FHSS são relativamente lentas.
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Na Figura 17 podemos visualizar um dado sendo transmitido através da tecnologia
FHSS, no tempo T0 a frequência utilizada é fx, no tempo T1 a frequência utilizada é fz, no
tempo T2 a frequência utilizada é fz, no tempo T3 a frequência utilizada é fk e no tempo T4
a frequência utilizada é fm. As frequências utilizadas e os tempos de transição de uma
frequência para outra é pré-determinada entre o transmissor e receptor.
Figura 17 - Modelo de transmissão utilizando FHSS. [26]
O padrão 802.11a foi disponibilizado no final do ano de 1999, sua grande vantagem
comparado com a versão anterior (802.11b ou 802.11 “original”) é a possibilidade de
transmitir dados a uma taxa maior podendo chegar até a 54 Mbps. Utilizando a frequência
de 5.0 GHz a transmissão é menos suscetível a interferência, pois essa frequência é
menos utilizada se comparada com a 2,4 GHz. A técnica de transmissão utilizada nesse
padrão é o Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), que divide em vários
pequenos conjuntos de dados a informação e as transmite simultaneamente em diferentes
frequências.
A técnica OFDM consiste em transmitir os dados paralelamente em diversas
subportadoras com modulação QAM ou PSK. No sistema OFDM o espaçamento entre
cada subportadora é devidamente escolhido com o intuito de cruzar seus pontos com o
zero da frequência das demais subportadoras conforme Figura 18.
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Figura 18 - Espectro de uma subportadora
Figura 19 - Espectro contendo 5 subportadoras [27]
Na Figura 19, podemos visualizar o espectro referente a uma portadora e o espectro
referente a cinco subportadoras que coincidem o cruzamento delas no zero para que não
ocorra interpolação.
A principal vantagem do uso de OFDM em relação às técnicas que utilizam apenas
uma portadora é que com OFDM é possível obter a mesma taxa de transferência, graças
ao paralelismo das subportadoras de taxas baixas, oferecendo maior resistência a
condições ruins do meio. [28]
Atualmente a vantagem de construir uma rede sem fios é imensa, podemos citar
entre outras coisas, custos menores de montagem, se comparados com a montagem de
uma rede convencional cabeada.
A tecnologia Wi-Fi também está sofrendo um grande aquecimento devido ao
mercado de aparelhos portáteis com acesso a essa tecnologia, como notebook, netbook,
celulares e PDAs.
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Um dos principais temas de desvantagem da tecnologia Wi-Fi se diz respeito à
segurança, pois o sinal transmitido de uma rede Wi-Fi não se restringe um espaço físico
pré-determinado como a sala de um escritório, ou certo andar de um prédio. Para resolver
esse problema foram criadas diversas formas de encriptação, filtros e chaves de
segurança pública e privada.
Para resolver o problema de segurança, vários protocolos foram utilizados, onde
podemos citar o protocolo Wired Equivalent Privacy (WEP), que existe desde o padrão
802.11b e consiste de um mecanismo de autenticação que trabalha de forma aberta ou
restrita utilizando chaves.
O WEP trabalhando de forma aberta aceita que qualquer
dispositivo que solicite uma conexão para entrar na rede exigindo apenas uma
autorização. Trabalhando na forma restrita o WEP solicita a cada dispositivo que entra na
rede uma chave pré-estabelecida, composta por uma combinação de caracteres, com uma
senha. Essa chave pode conter 64 bits, 128 bits ou 256 bits, quanto maior a chave mais
seguro o sistema.
O protocolo WEP possui graves falhas de segurança, como ele trabalha com vetores
de inicialização é muito fácil que a senha seja quebrada por pessoas com um pouco de
conhecimento. Por exemplo, uma rede que trabalha com uma chave de 64 bits, possui 24
bits no vetor de inicialização, enquanto os outros 40 formam uma chave. [29]
O sucessor do protocolo WEP foi o protocolo Wired Protected Access (WPA),
disponibilizado em 2003. O protocolo WPA também baseia na autenticação e cifragem de
dados na rede, entretanto de uma maneira mais segura e confiável. A base desse
protocolo está em um protocolo chamado Temporal Key Integrity Protocol (TKIP), que
ficou conhecido como WEP2. É utilizada uma chave de 128 bits que combina informações
dos dispositivos da rede com o endereço MAC (Media Access Control) de cada estação.
Essa chave de 128 bits é trocada periodicamente, aumentando assim a segurança na
transmissão dos dados. [30]
Outro protocolo existente é o Advanced Encryption Standard (AES), que é um
protocolo muito mais seguro e eficiente, entretanto exige bastante processamento. Seu
uso é recomendado em aplicações que deseja um alto grau de segurança. [22]
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Os pontos de acesso onde são possíveis realizar a conexão com Internet Wi-Fi
recebe o nome de hostpot, muito utilizado em aeroportos, restaurantes, bibliotecas,
universidades, shopping, etc. [31]
Um hostpot consiste de um ou mais pontos de acesso wireless (rede sem fio)
instalados. Esses pontos de acesso são tipicamente ligados em uma conexão de alta
velocidade à Internet. [32]
5.1.7 Exemplos Comerciais
 Torre
Uma torre é utilizada caso não exista visada até o ponto de distribuição e/ou inverso.
Ela deve ser maior que as barreiras existentes no local, diminuindo o impacto na
transmissão por conta da presença desses obstáculos na zona de Fresnel.
Na tabela abaixo são relacionadas às distâncias entre duas antenas com
possibilidade de comunicação e a altura da torre com a antena instalada.
Distância
Altura
1,6 km
3,6 m
4,8 km
8,1 m
8 km
10,5 m
12 km
14,4 m
16 km
17 m
24 km
25 m
32 km
34,5 m
Figura 20 – Relação entre distância e altura das antenas [33]
 Antena Distribuição
Existem antenas que trabalham em uma determinada cobertura, chamadas antenas
setoriais. Quando deseja ter uma cobertura de 360º e deseja utilizar antenas setoriais de
90º são necessários, portanto 4 antenas(360º/90º)
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A antena da Figura 21 trata-se de uma antena setorial modelo EMC WF-20, cujo
equipamento pode ser utilizado ponto-a-ponto ou ponto-multiponto, com um alcance de 10
km e possui 14 canais com banda de 22 MHz.
Figura 21 - Antena Setorial Modelo: EMC WF-20
Atributo
Valor
Freqüência Polarização
2400 - 2500 MHz
Ganho
20 dBi
Onda horizontal
90°
Onda vertical
10°
Impedância
50 ohm
R.O.E.
< 1.3:1 (medio)
Relaçao Frente/Atrás
> 21 db
Potência Max entrada
100 watt continuo.
Tabela 5 - Caracteristicas elétricas da Antena Setorial EMC WF-20
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Figura 22 - Diagrama de irradiação da Antena Setorial EMC WF-20 [34]
 Antena Ponto Cliente
A antena Grid Station Aquário, da Figura 23, apresenta as seguintes características:
 Maior ganho e menor VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) da categoria,
onde não há perda através de cabo;
 Garantia de imunidade contra infiltrações de água;
 Chipset com dissipador de calor;
 Possibilidade de usar mais 80 metros de cabo UTP;
 Conector RJ 45 fêmea com leds Power e WLAN;
 Ajuste de potência com possibilidade de usar até 300 mW;
 Homologada pela Anatel;
 Alta relação frente/costa;
 Antena de alto ganho e ângulo de abertura pequeno;
 Fácil instalação, pois já vem pré-montada e rápida configuração;
 Roteador com opções; bridge, e ISP;
 Firewall para bloqueio de sites, controlado por IP / MAC / Interface;
 Acesso remoto;
 Criptografia WEP, WPA e WPA2;
 Compatível com os equipamentos Wi-Fi em 2.4 Ghz;
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Figura 23 - Antena Aquário Grid Station
Atributo
Freqüência:
Valor
2.4000 - 2.4835 GHz
Ganho:
20 dBi
Relação F/B:
>22 dB +- 2 dB
VSWR
< 1.5:1
Conector:
RJ 45 Femea
Cabo
Patch de 1m
Polarização:
Linear vertical ou horizontal
Rejeição de Polarização:
35 dB + - 5 dB
ӨE:
12º +- 1°
ӨH:
11º +- 1°
Alimentação:
POE (Power Over Ethernet )
Potência de TX:
+25dBm = 300mW
Tecnologia:
802.11 b/g
Chipset:
RTL8186 com dissipador de calor
Diâmetro de Mastro:
31 a 51 mm
Sobrevivência a Ventos:
100 km/h
Ventos operacionais:
50 km/h
Peso:
1.950g
Dimensões:
450 x 600 x 450mm
Material:
Aço carbono, alumínio anodizado,
latão cromado, polipropileno, ABS, PVC.
Tabela 6 – Características elétricas da Antena Aquário Grid Station
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Figura 24 – Diagrama de radiação da Antena Aquário Grid Station [35]
 Equipamento de rádio Mikrotik Órion
O sistema Órion N2 MIMO, com taxa de 450 Mbps, opera numa frequência de 2.4
GHz e possui 2 módulos independentes, onde o Mikrotik Star Trak 2000 fica na base e
através de uma linha Gbit se conecta aos transmissores na torre permitindo até 450 Mbps
de banda passante com 802.11n. Ele é compatível com equipamentos antigos em 802.11b
e/ou 802.11g. Atua em transmissão em sistema MIMO de 150Mbps por antena, não
gerando gargalos durante as transmissões. É um excelente sistema para serviço de
Intranet de Alta Velocidade. [36]
 Antena Ponto-a-Ponto para Empresas
Um exemplo comercial que atende a transmissão ponto-a-ponto entre empresas
pode ser representado pela Figura 25. Esse modelo consiste em uma antena parabólica
com 25 dBi de ganho, ideal para para links ponto-a-ponto, devido ao seu espectro focado.
Opera no padrão 802.11a, tem alto rendimento para longas distâncias e possui dupla
polarização: horizontal e vertical, compatível com qualquer rádio que opere de 5.725 GHz
a 5.875 GHz.
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Figura 25 - Antena parabólica focal point
Frequência VSWR <1.5:1
5.725 - 5.875GHz
Ganho:
25dBi ±1dB
Relação Frente/Costas:
39dB ±2dB
Rejeição de Polarização:
40dB ±5dB
Potência Máxima
10 W
Sobrevivência a Ventos:
110 km/h
Ventos operacionais:
60 km/h
Diâmetro:
400 mm
Tabela 7 – Características elétricas da Antena parabólica focal point
Figura 26 – Diagrama de irradiação da Antena parabólica focal point [37]
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5.2
Fiber-To-The-Home (FTTH)
Neste tópico será descrito o funcionamento da transmissão por fibra óptica.
5.2.1 Introdução à FTTH
A fibra óptica pode ser considerada uma tecnologia recente se comparada a outras
formas de telecomunicações como transmissões sem fio ou transmissões via cabos
metálicos. Entretanto, desde os primeiros estudos que se preocuparam em ponderar sobre
a viabilidade de se trocar informações através de pulsos ópticos, a fibra já demonstrava ter
um grande potencial como meio de transmissão. Obviamente que, ao longo dos anos,
muitas melhorias foram acrescentadas às comunicações ópticas e novas ferramentas
foram utilizadas para vencer os efeitos limitantes de transmissão que foram
cronologicamente aparecendo. Devido ao surgimento e evolução das muitas tecnologias
que viabilizam as comunicações por fibra óptica, esse guia de onda passou a ser
largamente empregado e proporcionou o crescimento em termos de taxa, banda e
distância de transmissão das redes de telecomunicações, de forma que estas pudessem
tomar as dimensões conhecidas atualmente. [38]
As primeiras redes de telecomunicações por fibra óptica foram concebidas para
compor os backbones ópticos interligando pontos distantes com alta taxa bruta de
transmissão. Pontos esses que poderiam estar inclusive separados por oceanos,
caracterizando
transmissões
intercontinentais
via
cabos
ópticos
submarinos.
Posteriormente, os benefícios proporcionados pela alta capacidade sistêmica da fibra
foram estendidos também às redes metropolitanas. Empregando ROADM essas redes
puderam ficar mais versáteis adaptando-se mais rapidamente às mudanças de perfil de
tráfego típicas de redes metropolitanas. A fibra estava então sendo levada cada vez mais
próxima do usuário final e essa tendência acaba por se concretizar com a presença da
fibra óptica também nas redes de acesso. [39]
O aumento da demanda por banda é consequência da natureza do ser humano, que
é de fato o usuário final e estão sempre interessados em mais conectividade, novas
possibilidades de compartilhamento de informações e taxas de transmissões mais altas.
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Para atender a essas necessidades é que foi pensada a tecnologia Fiber-to-theHome (FTTH). Com ela, cada usuário final pode ter ao seu alcance altas taxas de
transmissão de dados (mais que 10Mbps dedicados), vídeo sob demanda, além do já
tradicional serviço de voz. FTTH é largamente empregada em grandes centros urbanos ao
redor do globo, levando a fibra óptica até o usuário final e tende a ser a solução para
substituir a tecnologia ADSL nas redes de acesso, esta última que já se encontra nos
limiares de suas limitações técnicas. [40]
No âmbito nacional, estudos apontam que as receitas das concessionárias de
telefonia fixa com serviços de voz vêm caindo, ao contrário do que acontece com os
serviços de banda larga [41]. Essas mudanças no perfil dos consumidores fazem com que
as concessionárias voltem suas atenções para a oferta de serviços do tipo Triple Play, que
procuram fazer um pacote de serviços compreendendo serviços de voz, dados e TV. Uma
das opções das concessionárias para oferecer esse serviço de forma mais eficiente, ou
seja, banda larga mais compatível com as taxas praticadas em outros países [42], é a
implementação da tecnologia FTTH.
5.2.2 Topologia de rede FTTH
O principal desafio para a criação de redes FTTH atualmente está relacionado aos
custos de implantação dessa tecnologia. Levar a fibra óptica até o usuário final implica na
necessidade de instalação de redes ópticas de acesso, distribuição dos sinais ópticos e
em fornecer a seus usuários, equipamentos que realizem as conversões opto-elétricas de
dados. Uma das tecnologias predominantes para alcançar custos praticáveis são as redes
PONs (Passive Optical Network) [43]. As redes PONs são redes ópticas passivas, ou seja,
entre uma central e o usuário final não são necessários dispositivos que consomem
energia elétrica. A Figura 27 ilustra uma rede PON.
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Figura 27 - Rede PON
O usuário final pode ser, por exemplo, uma pessoa em sua residência ou
funcionários em uma empresa. A rede óptica que interliga esses usuários é passiva e,
portanto, não há necessidade de eletrônica ou mesmo alimentação elétrica nos nós da
rede. Esses nós são compostos basicamente por spliters ópticos (divisores de potência
óptica), que dividem os sinais ópticos para os ramos de um nó. A central tem por função
receber dados de uma rede metropolitana e repassá-los a cada um dos usuários e
também receber dados dos usuários e repassá-los à rede metropolitana. O estágio atual
para redes PONs são as redes GPONs (Gigabit Capable Optical Network) [44] que são
capazes de trabalhar com taxas da ordem de Gbps nos ramos da rede que saem da
central. A Figura 28 mostra uma rede FTTH baseada em redes de acesso GPON.
Em uma das estações da rede DWDM metropolitana é colocado um equipamento
chamado OLT (Optical Line Termination). Esse equipamento possui conexão com a rede
metropolitana, derivando desta uma banda de transmissão. O OLT pode ter varias
derivações, sendo que em cada uma dessas derivações pode-se trabalhar com taxas de
Gbps. No caso da Figura 28 foi ilustrada uma dessas derivações que culmina em uma
rede GPON. A partir da OLT as fibras ópticas de distribuição levam os sinais ópticos até o
usuário final. Em cada nó da rede de acesso são colocados spliters que podem ser
construídos em várias configurações, dividindo o sinal para quantos ramos forem
necessários. Na residência do usuário final é colocado um equipamento chamado ONT
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(Optical Network Terminal) que faz as conversões opto-elétricas. Em redes GPON,
espera-se que a distância máxima entre o OLT e um ONT de um usuário seja de 20 km,
pois a atenuação das fibras de distribuição e as perdas de inserção dos spliters ópticos
acabam limitando a rede a essa distância.
Figura 28 - Topologia de rede FTTH
5.2.3 Visão geral de Donwnstream e Upstream em uma rede G-PON
Uma estação chamada OLT pode ter vários módulos também chamados OLT, como
mostra a Figura 29. Cada um desses módulos trabalha com taxa de transmissão de
descida (downstream) de 2,48 Gbps e taxa de transmissão de subida (upstream) de 1,24
Gbps. Essa taxa pode ser compartilhada com até 128 ONTs, ou seja, cada módulo OLT
pode atender até 128 usuários em um raio de 20 km e irão compartilhar as taxas
mencionadas de downstream e upstream.
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Estação OOOOOOOO
OLT
c
L L L L cL L L L
TTTTTTTT
c
20 km
Rede Rede GPON GPON
Rede GPON
Figura 29 - Estação OLT
Na rede de distribuição o tráfego é bidirecional em uma mesma fibra. Utiliza-se
1490nm para downstream e 1310nm para upstream. No sentido de downstream os dados
são transmitidos ao mesmo tempo para todos os usuários. Dessa forma, cada um dos
ONTs recebe todos os dados transmitidos pela OLT, entretanto eles têm mecanismos que
descartam a parcela desses dados que não são endereçados a ele. A Figura 30 mostra
como ocorre o downstream em uma rede GPON.
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Figura 30 - Estação OLT
Na direção de downstream a multiplexação TDM de dados é centralizada pela OLT,
e a alocação de slot de tempo para cada usuário é variável. Os dados são organizados em
quadros chamados GEM (G-PON encapsulation method), cada um desses quadros
possuem identificadores denominados Port-ID que funcionam como chaves para identificar
o ONT a que pertence cada quadro. O Port-ID de cada ONT é designado previamente por
um processo de auto-descobrimento da rede G-PON. Por meio do Port-ID, cada ONT filtra
os dados recebidos apenas repassando para o usuário os quadros que de fato o
pertencem. Na direção de upstream, utiliza-se 1310nm e a funcionalidade de
multiplexação de dados é distribuída entre cada um dos ONTs. Para que não haja colisão,
na estrutura do GEM também existem ponteiros que definem as janelas de tempo em que
cada ONT deverá fazer o upstream. Dessa forma o controle de acesso ao meio fica a
cargo da OLT no sentido de downstream, ou seja, o slot de transmissão para cada ONT é
informado previamente pelo último quadro GEM enviado pelo OLT. A alocação de slot de
transmissão pode variar de acordo com a demanda de tráfego de cada ONT em cada
instante. Se um usuário não necessita em um determinado momento enviar uma grande
quantidade de dados ao OLT, outro usuário pode utilizar o slot de tempo ocioso para
enviar mais informações. A Figura 31 mostra como ocorre o upstream em uma rede G-
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PON. A próxima seção desse trabalho irá detalhar como a estrutura dos quadros trocados
entre OLTs e ONTs.
Figura 31 - Estação OLT
5.2.4 Estrutura dos quadros GTC em uma rede G-PON.
Uma característica fundamental para o protocolo pensado para redes de acesso GPON é a versatilidade. O tráfego em uma rede G-PON requer a possibilidade de
montagem de quadros de diferentes tamanhos trabalhando a taxas de gigabits por
segundo para atender a demanda variável, característica dessas redes de acesso. A
norma G.984.3 do ITU-T trata do GTC (G-PON Transmission Convergence layer), que é
equivalente à camada dois do modelo de referência OSI. O GTC é responsável pelo
processo de controle de fluxo de dados na camada física, questões relacionadas a
endereçamento e à estrutura dos quadros trocados entre OLTs e ONTs. A Figura 32
apresenta a estrutura do quadro GTC de downstream e upstream. Dentre outras
funcionalidades, o cabeçalho do quadro GTC de downstream possui um campo chamado
BWmap que guarda as informações de alocação de slot de tempo de transmissão
upstream de cada ONU. É nesse campo que existem bytes reservados para informar a
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cada ONU quando deve ser iniciada sua transmissão no sentido de upstream e quando
deve acabar para que outro ONU possa transmitir.
Figura 32 - Quadro GTC Payload detalhamento os GEM. [45]
A parte de payload do quadro GTC é preenchida com os GEM, conforme mostra a
Figura 33. O método de encapsulamento GEM pode, se necessário, segmentar os pacotes
de informações de camadas superiores caso o tamanho desses ultrapasse o tamanho
máximo de um quadro GEM. Dentro do GEM está presente o Port-ID que permite entregar
os dados respectivos a cada usuário conforme a descrição apresentada na seção anterior
desse capítulo.
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Figura 33 – Encapsulamento GEM
5.2.5 Dimensionamento de redes G-PON
Em uma rede óptica passiva de no máximo 20 km, o fator que deve ser considerado
para seu dimensionamento é a atenuação do sinal. Essa atenuação se deve também à
propagação do sinal na fibra, mas principalmente às perdas em cada divisor de potência
óptica. Para taxas de 2,5 Gbps e distância de 20 km, questões relacionadas a dispersões
na fibra não são consideráveis, assim como questões relacionadas à degradação da
relação sinal ruído, uma vez que essas redes ópticas de acesso não possuem
amplificadores ópticos.
Para realizar os cálculos de dimensionamento de uma rede G-PON utiliza-se as
características de atenuação na fibra no sentido de upstream, cujo comprimento de onda
da portadora óptica é 1310nm. Nesse comprimento de onda, o coeficiente de atenuação
da fibra é em torno de 0,4 dB/km e é maior que o coeficiente em 1490nm. Por isso, o
balanço de potência calculado para upstream certamente funcionará para downstream. O
valor das perdas por atenuação nas fibras deve ser considerado no projeto de uma rede
G-PON, entretanto, as perdas nos spliters são proporcionalmente mais limitantes ao
alcance dessas redes. O valor de perda de inserção de cada spliter óptico varia de acordo
com a quantidade de ramificações que o spliter é capaz de criar. A tabela abaixo lista os
modelos de spliters utilizados em redes G-PON e a respectiva perda de inserção de cada
um deles:
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Divisor Óptico (spliter)
Perda de
Inserção em dB
1:2
4,5
1:4
7,5
1:8
10,5
1:16
13,5
1:32
14,5
1:64
19,5
Tabela 8 - Tabela de perda de inserção típica de divisores ópticos.
Para exemplificar o dimensionamento de um enlace entre uma OLT e uma ONT, será
utilizada a Figura 34. Nela supõe-se uma ONT localizada a 12 km da OLT. A potência de
transmissão típica de uma ONT é de 0 dBm e a sensibilidade de uma OLT é de -28 dBm.
Sensibilidade óptica
do Rx: - 28dBm
Perda por Km de fibra:
0,4 dB (1310nm)
Potência óptica do
Tx: + 0dBm
12K
Tx
Rx
ONT
1:8
OL
Perda por
fusão: 0 1 dB
Perda por
conector: 0 5 dB
Conector
Perda no
splitter 1:8 :
Fusão
Figura 34 – ONT localizada a 12 km da OLT
Nesse trecho de fibra, o sinal óptico destinado a ONT em questão passa apenas por
um spliter de 1:8. A perda em cada conector será de 0,5 dB. Também serão consideradas
as perdas causadas por alguma fusão que a fibra tenha sofrido.
0
í
10,5 0,4
12
17,5
0,5
4
0,1
2
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Da potência de saída da ONT de 0 dBm, foram subtraídas as perdas do divisor, da
atenuação na fibra dos conectores e dos pontos de fusão na fibra. Com o nível de
potência recebida em torno de 17,5 dBm pode-se considerar esse enlace de uma rede GPON pode ser provisionado.
6
6.1
Sugestões para Implementação
Utilizando Transmissão Sem Fio
Na cidade atualmente existe aproximadamente 4356 residências, durante a
implantação do projeto estamos estimando uma adesão de 15% das residências com
interesse em Internet banda larga. O projeto irá prever a possibilidade de levar Internet a
todos os munícipes, entretanto o projeto de implantação será baseado em uma estimativa
de clientes, reduzindo o custo de implantação do sistema, com o aumento de clientes e a
necessidade de maior capacidade serão apresentadas as possíveis melhorias.
O rádio Mikrotik Órion N2 (já apresentado) possibilita uma vazão de 150 Mbps por
antena, como os clientes não utilizam sua banda total todo o período do dia é possível,
após traçar o perfil dos usuários, agregar mais usuários por antena. Entretanto o projeto
inicial irá desconsiderar o perfil dos usuários e irá considerar que eles utilizarão toda a
banda contratada durante 24 horas por dia.
Com o valor estimado de interesse dos clientes teremos uma taxa requerida de 900
Mbps, esse valor é encontrado multiplicando o número de residências pelo valor estimado
de clientes e pela taxa de conexão exigida pelo PNBL, onde obtivemos a seguinte conta:
4356 residências x 0,15 (valor estimado de clientes) x 1 Mbps (taxa de conexão PNBL) =
653,4 Mbps.
Como cada antena possuirá uma vazão de 150 Mpbs serão utilizadas quatro antenas
para disponibilizar Internet à cidade. A conta utilizada para encontrar o número de antenas
é realizada dividindo a taxa total requerida pela quantidade de vazão fornecida pelas
antenas.
Com isso dividimos a cidade em 4 região chamadas de A, B, C e D, conforme Figura
35.
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Figura 35 – Cidade de Peabiru divida em 4 regiões
Para cada região será instalada inicialmente uma antena setorial de 90º modelo EMC
WF-20 atendendo a demanda prevista. A Figura 36 mostra o mapa da cidade com o
diagrama de irradiação horizontal das antenas no ponto onde serão instaladas.
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Figura 36 - Mapa da cidade com o diagrama de irradiação das antenas
A Figura 37 mostra o esquema de ligação do provedor de Internet a ser montado
para atender aos clientes residências.
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Figura 37 - Provedor de Internet via rádio
Na figura acima podemos visualizar que o sinal chegará pela operadora Copel
Telecomunicações através de fibra óptica, o sinal será convertido em sinal elétrico pelo
conversor de mídia, em seguida o sinal irá para o servidor de gerência de clientes que terá
a função de controlar o limite de acesso, taxa de transmissão, regras de bloqueio entre
outras funcionalidades, em seguida o sinal passa pelo servidor NAT que será útil para
mascarar endereços IP’s dentro da rede criada pelo provedor de Internet, como a
quantidade de clientes na rede é maior que o número de endereços IP’s que a operadora
de telecomunicações disponibilizará para o provedor esse servidor é essencial. Após o
sinal passar pelo servidor NAT e ter o seu endereço IP passará pelo switch que o
encaminhará para o rádio Mikrotic Órion N2, que enviarão sinal pelas antenas setoriais
com intuito de transmitir o sinal para os clientes. O cliente por sua vez terá uma antena
direcional que captará esse sinal, passará pelo rádio e chegará até o seu computador.
Quando for necessária a instalação dedicada de antenas, para uma empresa ou para
criação de uma repetidora o cenário passará a ser como mostrado na Figura 38.
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Figura 38 - Link completo de um provedor de Internet.
Na Figura 39 além do funcionamento explicado na Figura 38 foi acrescentado um link
repetidor utilizando duas antenas direcionais (uma transmissora e outra receptora), em
seguida o sinal passa pelo rádio 5.8 GHz que recebe o sinal retransmitido e passa para o
rádio de 2.4 GHz que será enviado à antena setorial e daí para os clientes.
No link de canal dedicado a clientes que requerem uma maior taxa, o sinal sai do
switch e vai para o rádio de 5.8 GHz que o envia para a antena. O sinal chega do outro
lado, e na outra antena o sinal vai direto para o rádio do cliente e esse por sua vez para o
computador ou rede interna dele.
Com o aumento da demanda do número de clientes e vazão é possível trocar as
antenas setoriais de 90º que possuem uma vazão de 150 Mbps, por antenas setoriais de
menor curvatura, com isso aumentamos o número de antenas e como cada antena
continuará a oferecer 150 Mbps à vazão total irá aumentar. Por exemplo, podemos
substituir duas antenas setoriais de 90º que possuem uma vazão de 150 Mbps cada,
totalizando 300 Mbps, abrangendo duas regiões, por 3 antenas setoriais de 60º. Com isso
cada antena continuará fornecendo 150 Mbps, entretanto a quantidade de vazão total será
de 450 Mbps que poderá ser dividas pelas duas regiões. Ou ainda podemos trocar as
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duas antenas setoriais de 90º por 4 antenas de 45º cada, tendo assim 600 Mbps de vazão
total.
6.2
Utilizando Fibra Óptica
O primeiro passo para a criação da rede de acesso G-PON com a finalidade de
disponibilizar a tecnologia FTTH para a cidade em questão é definir o ponto de instalação
da OLT. A Figura 39 mostra o local que atualmente recebe a terminação de um enlace de
fibra óptica oriundo de uma rede óptica metropolitana.
Figura 39 - Ponto de acesso à rede metropolitana
O alcance de uma rede G-PON abrange uma área circular de até 20 km de raio.
Assim é conveniente que o local de instalação da OLT seja um ponto central para a
cidade. Para encontrar um ponto aproximadamente no centro geográfico da cidade, foi
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traçado no mapa da Figura 40 um circulo de raio de 1 km através do qual buscou-se
conter a maior parte da área da cidade. O centro desse circulo mostra o lugar escolhido
para a instalação da OLT que fica distante do ponto de acesso à fibra óptica da rede
metropolitana. A Figura 40 mostra também a extensão de fibra que será necessária para
levar a conexão com essa rede metropolitana até o local da instalação da OLT.
Local de
instalação
da OLT
Extensão da
rede
metropolitana
Figura 40 - Local de instalação da OLT
Tendo como ponto central a estação da OLT, a rede de acesso foi pensada para
atender a todos os quarteirões da cidade. Para tal, a mesma foi dividida em regiões
compostas uma média de seis quarteirões. Cada quarteirão, por sua vez, tem uma média
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de vinte terrenos, entretanto, é notável que de região para região da cidade a quantidade
de terrenos com construções varia. Para as regiões menor ocupação de terrenos, Uma
OLT foi compartilhada entre duas regiões. Para regiões de maior ocupação de terrenos,
ou seja, regiões com mais construções e, portanto, mais clientes possíveis uma única OLT
foi utilizada por região.
1
3
22
8
5
6
4
7
9
13
10
11
12
17
15
14
18
16
19
20
21
Figura 41 - Divisão da cidade em regiões
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Com a cidade dividida em regiões o cálculo para a rede G-PON foi feito partindo das
OLTs. Para cada OLT utilizada designou-se uma ou duas regiões a serem atendidas. A
seguir, serão apresentados os cálculos balanço de potência individual por OLT utilizada.
 OLT para regiões 1 e 2.
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 1 e 2,
conforme mostra a Figura 42. Nela temos a fibra óptica que deve ser passada entre a OLT
e as regiões em questão.
1
Usuário mais
Usuário
mais
distante
Divisor
1:64
distante
2
Divisor
1:2
Figura 42 - Regiões 1 e 2
Nos divisores de 1:64 serão conectados às fibras ópticas para levar os sinais até o
usuário final. A partir desse ponto a fibra que chega a cada usuário não passa por mais
nenhum divisor óptico. Para verificar se é possível atender à sensibilidade das ONTs de
cada usuário, foi escolhido o local das regiões em questão em que um usuário estaria o
mais distante possível da OLT. Para esse local foi feito o balanço de potência e
preenchida a tabela abaixo:
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Comprimento da fibra até o usuário mais distante
1,7 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 1,7 = 0,68 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,68
Potência recebida na OLT
-24,68 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 9 - Balanço de potência
Como o cálculo de balanço de potência mostrou-se funcional para o usuário mais
distante, pode-se considerar que funcionará também para os usuários mais próximos da
OLT nas regiões 1 e 2.
Seguindo a mesma metodologia empregada no dimensionamento para as regiões 1
e 2, serão apresentados a seguir o dimensionamento para as outras regiões.
 OLT para regiões 3 e 8
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 3 e 8,
conforme mostra a Figura 43. Nela temos a fibra óptica que deve ser passada entre a OLT
e as regiões em questão.
Usuário mais
distante
Divisor
1:64
3
8
Divisor
1:2
Figura 43 - Regiões 3 e 8
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Comprimento da fibra até o usuário mais distante
1,2 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 1,2 = 0,48 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,48
Potência recebida na OLT
-24,48 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 10 - Balanço de potência
 OLT para regiões 9 e 17
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 9 e 17,
conforme mostra a Figura 44. Nela temos a fibra óptica que deve ser passada entre a OLT
e as regiões em questão.
Usuário mais
distante
Divisor
1:2
9
Divisor
1:64
17
Figura 44 - Regiões 9 e 17
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Comprimento da fibra até o usuário mais distante
2,0 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 1,0 = 0,80 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,80
Potência recebida na OLT
-24,80 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 11 – Balanço de potência
 OLT para regiões 6, 7, 12, 13 e 15.
As regiões da Figura 45 foram consideradas mais povoadas e com possibilidade de
mais usuários. Por isso, cada uma das regiões recebeu uma OLT. Em cada uma dessas
regiões poderão ser atendidos 128 usuários. A Figura 45 também mostra a fibras que
deverão ser passadas para atender à essas regiões em questão.
Divisor
1:64
Usuário mais
distante
6
7
13
12
15
Divisor
1:2
Figura 45 - Regiões 6, 7, 12, 13 e 15
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Comprimento da fibra até o usuário mais distante
0,9 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 0,9 = 0,36 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,36
Potência recebida na OLT
-24,36 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 12 -Balanço de potência
 OLT para regiões 4 e 5.
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 4 e 5,
conforme mostra a Figura 46. Nela temos a fibra óptica que deve ser passada entre a OLT
e as regiões em questão.
Divisor
1:64
5
4
Usuário mais
distante
Divisor
1:2
Figura 46 - Regiões 4 e 5
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Comprimento da fibra até o usuário mais distante
1,1 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 1,1 = 0,44 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,44
Potência recebida na OLT
-24,44 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 13 – Balanço de potência
 OLT para regiões 10 e11
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 10 e
11, conforme mostra a Figura 47. Nela temos a fibra óptica que deve ser passada entre a
OLT e as regiões em questão.
Usuário mais
distante
Divisor
1:2
10
11
Divisor
1:64
Figura 47 - Regiões 10 e 11
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Comprimento da fibra até o usuário mais distante
0,8 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 0,8 = 0,32 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,32
Potência recebida na OLT
-24,48 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 14 - Balanço de potência
 OLT para regiões 14 e 18
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 14 e
18, conforme mostra a Figura 48. Para a região 14 que tem área reduzida em relação às
outras áreas e também é menos povoada, apenas uma derivação, capaz de atender a 32
usuários, foi derivada. A região 18 foi priorizada recebendo três dos ramos do divisor de
1:4 mostrado na Figura 48.
14
Divisor
1:4
18
Divisor
1:32
Usuário mais
distante
Figura 48 - Regiões 14 e 18
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PUC-Campinas
Comprimento da fibra até o usuário mais distante
1,2 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 1,2 = 0,48 dB
Divisores ópticos utilizados
1:4 e 1:32
Perda dos divisores
7,5 + 14,5 = 22 dB
Perda total
22,48
Potência recebida na OLT
-22,48 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 15 - Balanço de potência
 OLT para regiões 19 e 20
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 19 e
20, conforme mostra a Figura 49. Nela temos a fibra óptica que deve ser passada entre a
OLT e as regiões em questão.
Divisor
1:2
19
20
Divisor
1:64
Usuário mais
distante
Figura 49 - Regiões 19 e 20
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Projeto: CIDADE DIGITAL
PUC-Campinas
Comprimento da fibra até o usuário mais distante
1,6 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 1,6 = 0,64 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,64
Potência recebida na OLT
-24,64 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 16 - Balanço de potência
 OLT para regiões 16 e 21
Partindo da estação OLT, uma placa OLT foi utilizada para atender as regiões 16 e
21, conforme mostra a Figura 50. Nela temos a fibra óptica que deve ser passada entre a
OLT e as regiões em questão.
Divisor
1:2
16
Divisor
1:64
21
Usuário mais
distante
Figura 50 - Regiões 16 e 21
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Projeto: CIDADE DIGITAL
PUC-Campinas
Comprimento da fibra até o usuário mais distante
2 km
Perda na fibra (upsream)
0,4 x 2,0 = 0,80 dB
Divisores ópticos utilizados
1:2 e 1:64
Perda dos divisores
4,5 + 19,5 = 24 dB
Perda total
24,80
Potência recebida na OLT
-24,80 dBm
Sensibilidade na OLT
-28 dBm
Tabela 17 - Balanço de potência
Considerações sobre a proposta de implementação com FTTH.
Para todas as regiões a potência de recepção nas respectivas OLTs ficou sempre
acima da sensibilidade, portanto a rede de fibras de acesso para cada região foi
considerada satisfatória. A infra-estrutura da rede proposta nesse trabalho é capaz de
atender a até 1664 usuários com taxa de transmissão de até 30 Mb/s. A tabela abaixo
mostra a relação do que será necessário para criar a rede de acesso:
Descrição
Quantidade
Placas OLT
13 unidades
Spliter 1:2
12 unidades
Spliter 1:4
1 unidade
Spliter 1:32
4 unidades
Spliter 1:64
38 unidades
Fibra para rede de acesso*
30 km
*até o último spliter, sem considerar os enlaces entre os últimos spliters e os usuários
Tabela 18 - Relação para criar rede de acesso
Em um primeiro momento, a operadora de internet da região pode ter um menor
número de clientes, por isso a instalação das fibras até a casa do usuário não precisa ser
feita de imediato. A operadora poderá esperar até que o cliente solicite o serviço para
passar a fibra do último spliter até a residência na qual o acesso a rede for solicitado.
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Para melhorias futuras na rede de acesso a fim de que esta possa atender a mais
usuários, será necessário um maior número de OLT e a passagem de mais ramos de fibra
que se originariam nessas novas OLT. Dessa forma é possível melhorar a capacidade da
rede sem alterar a rede proposta nesse trabalho.
7
Conclusão
Neste projeto foram apresentadas duas tecnologias distintas para disponibilizar
serviço de internet banda larga na cidade de Peabiru, onde foram demonstradas que
podem atender as exigências apresentadas no Plano Nacional de Banda Larga.
As tecnologias apresentam diferenças que são determinantes para implementação, de
acordo com interesse de aplicação.
Em Peabiru, para atender as exigências do PNBL, a transmissão por rádio frequência
pode ser mais viável, por apresentar mais praticidade na implementação, além das
condições físicas da cidade serem muito favoráveis. O custo de implementação é muito
relevante,
pois
é
um
município
com
poucos
moradores
e
indústrias,
que
consequentemente gera menos recurso financeiro.
Por outro lado, mesmo a implementação de fibras ópticas exigirem mais recursos de
infraestrutura, podem ser vantajosas em carácter de desempenho, estabilidade e impactos
com fenômenos externos. Além disso, com a crescente utilização dos serviços de
telecomunicações, a fibra é o recurso mais indicado para rede de multiserviços.
Para concluir o estudo e poder definir qual melhor tecnologia a ser implementada na
cidade, será necessário fazer o estudo dos custos de cada uma e fazer a relação do
desempenho com as necessidades dos usuários, levando em conta o crescimento da
utilização dos serviços.
8
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