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Planejamento de Cobertura – As opções existentes para a TV digital terrestre

SFN – Single Frequency Network

A digitalização da televisão terrestre traz novidades e desafios no planejamento de cobertura ainda em grande parte desconhecido pelas emissoras. A tecnologia digital oferece uma qualidade de imagem perfeita, sempre quando uma determinada relação sinal ruído for garantida ao receptor. Todavia lá onde esta relação não for suficiente o decodificador irá falhar totalmente na recuperação da imagem. A televisão digital terrestre apresenta, portanto, uma área de cobertura com limites muito claros e abruptos em sua abrangência, efeito conhecido na literatura como cliff effect. Novos serviços como a recepção móvel e portátil trazem novos parâmetros ao planejamento da cobertura. A recepção móvel amplia em muito as exigências sobre o planejamento para alcançar uma qualidade de serviço comparável à da telefonia celular. Reforçar sinais, ampliar a área de cobertura e garantir uma qualidade de serviço dentro da área de cobertura podem ser obtidas por repetidores ou via redes de frequência única.

Na TV digital terrestre os padrões que fazem uso da modulação multi portadoras (são eles DVB-T e ISDB-T) permitem configuração de uma rede de transmissão em Frequência única (SFN – Single Frequency Network). Esta tecnologia permite a reutilização do mesmo canal de transmissão em regiões onde o não emprego desta tecnologia acarretaria em interferências. Todavia a reutilização sem a ocorrência de interferência exige que o conteúdo transmitido seja idêntico bit a bit. Além da concordância exata dos bits desta transmissão a rede SFN exige ainda que o conteúdo transmitido por cada uma das estações ocorra no exato mesmo momento.

A vantagem deste método é permitir o reuso de Frequências dando um melhor aproveitamento ao espectro radioelétrico. Além desta vantagem uma transmissão em SFN configura uma rede com diversidade espacial, dando ao receptor direito de escolha pelo melhor sinal. Esta diversidade espacial representa uma redundância ao receptor. A desvantagem deste método é tornar mais complexa a alocação de Frequência se considerada uma área de cobertura maior que a da abrangência de uma só estação transmissora. Em função da concordância do conteúdo transmitido pelo canal em rede SFN pode-se imaginar uma emissora em nível nacional sendo transmitida no mesmo canal. Este método porem elimina a possibilidade da regionalização de conteúdos.

A tecnologia SFN não se deve confundir com as repetidoras (gap filler). Apesar da similaridade de suas funções existem diferenças intrínsecas a cada uma. Ambos os métodos se aproveitam de uma característica da modulação multi portadora. O parâmetro “intervalo de guarda” desta modulação, ou seja, um tempo reservado entre uma portadora e outra, torna a transmissão imune a atrasos por propagação de multi percurso, ecos, reflexões e até efeito doppler (mobilidade).

Uma repetidora capta o sinal transmitido do ar e o amplifica para reforçar sua intensidade. A dificuldade das estações repetidoras está na sua instalação. O local de ativação deve ser cuidadosamente escolhido e todo o sistema deve ser especificado com base na intensidade do sinal a ser repetido e do ganho do repetidor. Os equipamentos de repetição requerem um isolamento via de regra entre 10 a 15dB superior ao ganho do repetidor. Este valor alto é difícil de ser obtido. No equacionamento energético do projeto de uma repetidora os valores da relação frente-costa das antenas, do ganho das antenas, da atenuação dos cabos de interconexão, da distância vertical e horizontal entre antenas receptora (doadora) e transmissora (de serviço) deve ser considerado. É por esta razão que o termo “gap filler” é empregado, pois o repetidor atua com melhor desempenho em locais (túneis, áreas de sombra atrás de morros ou montanhas) nos quais a antena doadora provenha um serviço para o qual ela não concorre com o sinal que o gerou.

Outra limitação da repetidora se dá em função do sinal não ser modulado pela estação. Deste fato as portadoras já apresentam deslocamentos temporais e o intervalo de guarda não será “zerado” e sim tenderá apenas a aumentar ainda mais quanto maior for a distância do ponto de repetição. Desta forma empregar o repetidor como meio de aumentar a área de transmissão apresenta limites especificados pelo parâmetro intervalo de guarda. Para um intervalo de guarda de “1/16”, por exemplo, dois sinais deixam de se interferir num raio de apenas 42km de coexistência. Após essa distância o intervalo de guarda torna-se insuficiente e o deslocamento entre as portadoras das duas fontes acaba gerando interferências. É por esta razão que repetidoras costumam atuar em áreas restritas e bem delineadas.

A configuração de uma rede SFN exige que cada estação transmissora receba o mesmo sinal em banda base para uma modulação e amplificação. Não obstante disto o sinal em banda base deve conter as informações necessárias para permitir o sincronismo da transmissão. O feixe de transporte dos dados de um canal recebe uma sinalização de tempo. Esta sinalização ocorre na estação central e se dá por vias do preenchimento das tabelas MIP (Mega Initialization Paket) no caso DVB-T e IIP (ISDB-T Information Paket) no caso ISDB-T. São necessários equipamentos para multiplexar a informação de tempo no feixe de dados, conhecidos como SFN-Adapter. A informação inserida é uma base de tempo com referência GPS que servirá como parâmetro de referência e ajuste da rede.

Cada estação transmissora deverá ter equipamentos compatíveis com a configuração SFN. Os transmissores deverão identificar a informação de tempo escrita no feixe de dados e com referência a uma base de tempo GPS própria, aguardar o momento exato de transmissão da informação (isto exige que um transmissor tenha memória volátil para armazenar os dados até sua efetiva transmissão). O tempo exato de transmissão é dado quando transcorrer o tempo de geração do conteúdo e o intervalo de tempo configurado de espera. Esse tempo de espera serve para cumprir com o processamento do sinal e permitir sua distribuição entre todos os transmissores da rede, via link de fibra óptica, microondas ou até satélite. Este tempo não pode ser superior a um segundo, tempo suficiente para uma distribuição de um sinal (veja figura a seguir).

Desta forma cada estação SFN irá transmitir o mesmo conteúdo bit a bit ao mesmo tempo. Com isto o sinal no ar estará menos propício à interferência. A grande vantagem desta configuração é dada pelo parâmetro ganho SFN (SFN gain). Este ganho vem a ser importante justamente no limite de alcance de cada estação, onde o sinal é mais fraco. Os sinais provenientes de cada estação acabam somando-se e o resultado é uma maior intensidade de sinal nesta região. Por outro lado, por culpa do mesmo efeito descrito no caso do repetidor há limites deste mecanismo apresentar apenas benefícios. A complexidade aumenta quando mais de duas estações transmitem seus sinais sobre a mesma área, pois para o receptor o tempo de chegada da mesma portadora de cada uma das estações é diferente e, em algun casos, pode não cumprir com o prazo previsto no intervalo de guarda (veja ilustração a seguir).

Neste caso a configuração SFN gera um ruído (SFN noise) que depende da intensidade do sinal interferente, mas pode alcançar valores altos. Esta interferência pode ser reduzida ou até eliminada através de dois parâmetros:

1. Intervalo de guarda: um aumento do intervalo representa uma redução da taxa útil de bits a ser transmitida. É muito eficaz na configuração, pois pode até eliminar o ruído inteiramente;

2. Atraso na transmissão: cada transmissor compatível com SFN tem este parâmetro de ajuste adicional. Ele introduz um atraso ou até antecipa a emissão do conteúdo alterando a relação dos tempos de chegada numa dada área. Este método permite diminuir a influência do ruído e deslocar a área de influência do ruido de região. Neste último caso o radiodifusor pode configurar a rede de forma que o ruído maior ocorra numa região sem interesse de recepção.

A KATHREIN MOBILCOM BRASIL foi a integradora de primeira rede SFN em operação comercial na América do Sul inaugurada no ano de 2006. Para um operador de TV por assinatura via UHF a KATHREIN desenhou uma rede com 5 estações, cada qual com 16 Frequências em sincronismo gerando uma grande área de cobertura com boa intensidade de sinal. Um dos mapas de estudo com o ganho gerado por duas estações SFN pode ser visto na figura acima.


Eng. Raul I. Faller
Gerente Vendas Internacionais
Kathrein Mobilcom Brasil