APLICATIVO PARA SIMULAÇÃO DE SISTEMAS DE … · Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à...
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DIEGO SCARAMUSSA APLICATIVO PARA SIMULAÇÃO DE SISTEMAS DE CATV/MATV COMO RECURSO DIDÁTICO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica ORIENTADOR: Prof. Dr. JOSÉ CARLOS SARTORI São Carlos 2009
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DIEGO SCARAMUSSA
APLICATIVO PARA SIMULAÇÃO DE SISTEMAS DE CATV/MATV COMO
RECURSO DIDÁTICO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola de Engenharia de São
Carlos, da Universidade de São Paulo
Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica
ORIENTADOR: Prof. Dr. JOSÉ CARLOS SARTORI
São Carlos 2009
1
Sumário SUMÁRIO ........................................................................................................................................... 1
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................... 3
LISTA DE TABELAS ......................................................................................................................... 3
RESUMO ............................................................................................................................................. 4
ABSTRACT ......................................................................................................................................... 5
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 6 1.1 Objetivos ................................................................................................................................... 7
2 CONCEITOS GERAIS SOBRE SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE TV ..................................................................... 8 2.1 História ..................................................................................................................................... 8 2.2 História da CATV ....................................................................................................................... 8 2.3 Evolução da CATV ..................................................................................................................... 9 2.4 MATV ........................................................................................................................................ 9 2.5 Sistema a Cabo ....................................................................................................................... 10 2.6 Tecnologias de Transmissão para sinais de TV ....................................................................... 10
2.6.1 Sistema por Cabo Coaxial .............................................................................................................. 11 2.6.2 TV a Cabo (NET Cabo) ................................................................................................................... 12 2.6.3 Headend (NET Cabo) ..................................................................................................................... 15 2.6.4 TV a Cabo DTVA ............................................................................................................................ 15
2.7 Distribuição de Sinais .............................................................................................................. 16 3 COMPONENTES DO SISTEMA CATV/DTVA ........................................................................................... 17
3.1 Antena .................................................................................................................................... 18 3.2 Misturadores ........................................................................................................................... 18 3.3 Amplificadores ........................................................................................................................ 19 3.4 Atenuador ............................................................................................................................... 19 3.5 Cabo Coaxial ........................................................................................................................... 20 3.6 Conversores............................................................................................................................. 21 3.7 Distribuidores .......................................................................................................................... 21 3.8 Moduladores ........................................................................................................................... 22 3.9 Misturador de Faixas VHF/UHF .............................................................................................. 23 3.10 Tomadas ............................................................................................................................. 23 3.11 Outros Elementos ............................................................................................................... 24
4 TOPOLOGIAS DE SISTEMAS ................................................................................................................. 25 4.1 Projeto Residencial Ponto a Ponto (Estrela)............................................................................ 27 4.2 Projeto Condomínio com Blocos (Estrela Hierárquica) ........................................................... 27 4.3 Projeto Linha Pública de Acesso (Mista) ................................................................................. 27 4.4 Aplicações de Topologias ........................................................................................................ 28
4.4.1 Sistema Antena Coletiva Residencial ............................................................................................ 28 4.4.2 Sistema Antena Coletiva Predial (MATV) ...................................................................................... 29 4.4.3 Sistema CATV/DTVA ...................................................................................................................... 30
4.5 Desenvolvimento de Projeto ................................................................................................... 31 4.5.1 Cálculo do Projeto ......................................................................................................................... 31 4.5.2 Atenuação ..................................................................................................................................... 33
5 MATV: O SOFTWARE E SUAS FUNCIONALIDADES ................................................................................... 33 5.1 Funcionalidades do Software .................................................................................................. 34
5.1.1 Como adicionar elementos ao circuito ......................................................................................... 34 5.1.2 Como visualizar dados sobre o elemento ..................................................................................... 35 5.1.3 Como conectar os elementos ....................................................................................................... 36 5.1.4 Como mover e apagar elementos ................................................................................................. 38 5.1.5 Como efetuar os cálculos do circuito ............................................................................................ 39 5.1.6 Outras opções ............................................................................................................................... 39
5.2 Utilização do Software em Projeto Real ................................................................................. 40 6 CONCLUSÕES ................................................................................................................................... 42
6.1 Melhoria do Software ............................................................................................................. 43 7 ANEXO 1 ........................................................................................................................................ 43
2
7.1 Linguagem de Programação ................................................................................................... 43 7.2 Programação Procedural ........................................................................................................ 44 7.3 Conceitos Essenciais ................................................................................................................ 44
8 ANEXO II ........................................................................................................................................ 45 8.1 Comentários sobre o Código ................................................................................................... 46
9 REFERÊNCIAS ................................................................................................................................... 48
3
Lista de Figuras FIGURA 1: ED PARSONS EM UMA REUNIÃO DE PESQUISADORES. ................................................................................ 8 FIGURA 2: REPRESENTAÇÃO DE UM SISTEMA POR CABO COAXIAL ............................................................................ 11 FIGURA 3: REPRESENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE TV A CABO ................................................................................... 12 FIGURA 4: ALOCAÇÃO DO ESPECTRO DE FREQUÊNCIAS............................................................................................ 14 FIGURA 5: REPRESENTAÇÃO DE UM SISTEMA POR HEADEND ................................................................................... 15 FIGURA 6: REPRESENTAÇÃO GERAL DE UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO, ANTENAS COLETIVAS E CATV ............................. 17 FIGURA 7: ILUSTRAÇÃO DE UM CONJUNTO DE ANTENAS VHF/UHF ......................................................................... 18 FIGURA 8: EXEMPLOS DE MISTURADORES ........................................................................................................... 18 FIGURA 9: EXEMPLOS DE AMPLIFICADORES .......................................................................................................... 19 FIGURA 10: EXEMPLOS DE ATENUADORES FIXOS .................................................................................................. 20 FIGURA 11: MODELO DE CABO COAXIAL ............................................................................................................. 20 FIGURA 12: EXEMPLOS DE CONVERSORES UHF – VHF .......................................................................................... 21 FIGURA 13: EXEMPLO DE DISTRIBUIDORES DE 2 E 4 SAÍDAS .................................................................................... 21 FIGURA 14: EXEMPLOS DE MODULADORES VHF .................................................................................................. 22 FIGURA 15: EXEMPLOS DE MISTURADORES DE FAIXAS VHF-UHF ............................................................................ 23 FIGURA 16: EXEMPLO DE TOMADA BLINDADA...................................................................................................... 23 FIGURA 17: EXEMPLOS DE CONECTORES ............................................................................................................. 24 FIGURA 18: REPRESENTAÇÃO DE TOPOLOGIA BÁSICA - ESTRELA .............................................................................. 25 FIGURA 19: REPRESENTAÇÃO DE TOPOLOGIA BÁSICA – ESTRELA HIERÁRQUICA .......................................................... 26 FIGURA 20: REPRESENTAÇÃO DE TOPOLOGIA BÁSICA - MISTA ................................................................................. 27 FIGURA 21: EXEMPLO DE SISTEMA RESIDENCIAL ................................................................................................... 29 FIGURA 22: EXEMPLO DE SISTEMA DE ANTENA COLETIVA PREDIAL (MATV) .............................................................. 30 FIGURA 23: EXEMPLO DE INSTALAÇÃO DOMÉSTICA PARA VHF E UHF ...................................................................... 31 FIGURA 24: ÍCONE DE SELEÇÃO - ANTENA ........................................................................................................... 34 FIGURA 25: TELA DE INSERÇÃO DE DADOS - ANTENA ............................................................................................. 34 FIGURA 26: ÍCONE DE APRESENTAÇÃO - ANTENA .................................................................................................. 35 FIGURA 27: ÍCONE TOMADA - DIFERENCIAÇÃO ENTRE TOMADA REGULAR E TERMINAL. ................................................ 35 FIGURA 28: MENU DE OPÇÕES – OPÇÃO TOMADA TERMINAL ................................................................................ 35 FIGURA 29: MENU DE OPÇÕES – OPÇÃO SELECIONAR ........................................................................................... 36 FIGURA 30: ÍCONE SELECIONADO NA ÁREA DE PROJETO ......................................................................................... 36 FIGURA 31: CAIXA DE INFORMAÇÕES DE ELEMENTO .............................................................................................. 36 FIGURA 32: CABO DE CONEXÃO DOS ELEMENTOS ................................................................................................. 37 FIGURA 33: TELA DE INSERÇÃO DE DADOS - CABO ................................................................................................ 37 FIGURA 34: EXEMPLO DE ELEMENTOS CONECTADOS - ANTENA/AMPLIFICADOR ......................................................... 38 FIGURA 35: MENU DE OPÇÕES - OPÇÃO DESCONECTAR ........................................................................................ 38 FIGURA 36: MENU DE OPÇÕES - FUNÇÃO REMOVER ............................................................................................. 38 FIGURA 37: CAIXA DE RESPOSTAS - ELEMENTO CONVERSOR ................................................................................... 39 FIGURA 38: PROJETO DESENVOLVIDO NO APLICATIVO ........................................................................................... 41 FIGURA 39: CÁLCULO DO SINAL DE SAÍDA NA TOMADA TERMINAL ........................................................................... 42
Lista de Tabelas TABELA 1: ARQUITETURAS CELULARES DA REDE HFC ............................................................................................. 13 TABELA 2: ATENUAÇÃO POR NÚMERO DE SAÍDAS EM DISTRIBUIDORES ..................................................................... 22 TABELA 3: EXEMPLOS DE RESTRIÇÕES DO PROGRAMA ............................................................................................ 35
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Resumo
O crescente desenvolvimento tecnológico somado às novas necessidades do mundo
globalizado acaba gerando um interesse cada vez maior por parte dos alunos nas áreas
relacionadas à programação, informática, TI, utilização de softwares, etc. Dentro deste contexto,
o desenvolvimento de softwares pode ser facilmente utilizado como uma ferramenta para atrair
a atenção e despertar o interesse para os estudos do material clássico de uma forma atual e
motivante.
O software desenvolvido busca facilitar a criação de projetos relativos à distribuição de
sinais CATV/MATV. É possível realizar uma simulação por completo, inserir todos os
elementos necessários para o estudo, medir seus impactos e efeitos tanto de uma maneira
individual quanto geral, no âmbito do projeto como um todo. Durante essa fase de testes e
construção, pode-se alterar de diversas maneiras a estrutura final do projeto removendo e/ou
alterando as conexões entre os elementos presentes, sempre com auxílio de uma interação
gráfica atrativa e de fácil manipulação para o usuário.
Em um primeiro momento, utilizou-se o conhecimento acadêmico aprendido durante as
disciplinas cursadas tanto na área de programação, como na área de telecomunicações.
Posteriormente, as habilidades desenvolvidas durante o período de estágio, foram também
utilizadas no desenvolvimento do programa.
5
Abstract The increasing technological development added to the new needs of the globalized
world, generates an increasing interest by students in areas related to programming, computers,
IT, software usage, among other things. Based on this context, the development of software can
be easily used as a tool to attract attention and arouse the interest to the study of classic material
in a contemporaneous and motivating way.
The developed software tries to facilitate the creation of projects related to the
distribution of signals CATV/MATV. It is possible to carry through a complete simulation, to
insert all the necessary elements for the study, in such a way to measure its impacts and effects
not only in a general but also in an individual way, in the scope of the project as a whole.
During this phase of tests and construction, the final structure can be modified in diverse ways,
removing and/or modifying the connections between the elements, always with aid of an
attractive graphical interaction and easy manipulation for the user.
At first, it was used the knowledge learned during the academic disciplines studied in
the field of programming and in the area of telecommunications. Later, the skills developed
during the training period, were also used in developing the program.
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1 Introdução
As práticas atuais de projeto e otimização de sistemas de distribuição de TV feitas
manualmente, com o uso de calculadora, lápis e papel, são, geralmente, limitadas à adequação
de formatos já conhecidos às necessidades do projeto e excessivamente demoradas devido à
quantidade de cálculos relacionados. Esta prática limita o surgimento de melhores formatos para
a distribuição destes sistemas e também é este o fator que por vezes, afasta o interesse dos
estudantes por disciplinas que estejam relacionadas a esta área.
Como uma alternativa para este fato, foi concretizada a união da tecnologia com o
conhecimento clássico e pertinente de sistemas CATV/MATV. Não só os alunos poderão agora
desfrutar deste conhecimento com mais facilidade, como inúmeros problemas de maior grau de
dificuldade e que exigiriam um enorme tempo para serem solucionados poderão agora ser
facilmente simulados e resolvidos.
Dentro de um ambiente computacional, a interação entre pares, permeada pela
linguagem (humana e da máquina), potencializa o desempenho intelectual porque força os
indivíduos a reconhecer e coordenar perspectivas conflitantes, construindo um novo
conhecimento a partir de seu nível de competência que está sendo desenvolvido dentro e sob a
influência de um determinado contexto histórico-cultural [1][2].
Outra característica importante demonstrada neste trabalho é o tempo de projeto de
elaboração e, posteriormente, cálculo de todos os elementos que fazem parte de um sistema de
distribuição, que atenda a determinados requisitos. Uma vez a ferramenta estando pronta, é
possível realizar rápidas alterações que atendam a novas necessidades com esforço total
diminuto comparado às técnicas normais de projeto.
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1.1 Objetivos
O objetivo deste trabalho é desenvolver um aplicativo que ajudará a entender e demonstrar o
uso de técnicas evolucionárias aplicadas a projetos de sistemas de CATV/MATV/DTVA,
reproduzindo inicialmente projetos descritos nas referências e posteriormente desenvolvendo
exemplos e variações sobre os métodos descritos a fim de gerar a solução ideal para cada
problema que tenha que ser solucionado, buscando sempre o sistema mais eficaz e barato.
Levando em conta o tempo para a conclusão do trabalho, foram necessárias as seguintes etapas:
• Desenvolvimento de Programação (C++) para criar um ambiente agradável e de fácil
utilização pelo usuário.
• Estudo, entendimento e aprofundamento dos conceitos relacionados a CATV/MATV para
que o software realizasse as operações necessárias à nossa realidade de materiais e
tecnologia.
• Integração entre os problemas encontrados no dia a dia e o Software.
• Realização de Exemplos que validassem a funcionalidade do sistema.
A motivação para este trabalho partiu da utilização de softwares durante o aprendizado
de disciplinas relacionadas à engenharia, especialmente na área de telecomunicações com o
Prof°. Dr. José Carlos Sartori. Na busca por encontrar alguma ferramenta que execute operação
similar no mercado, nada foi encontrado. Fator este, que veio a sedimentar a idéia da criação de
tal ferramenta. Os desafios enfrentados no período de estágio vieram também a fomentar este
trabalho, sendo ele inclusive incentivado por superiores diretos devido ao conhecimento que
poderia ser agregado pela realização do mesmo, sem mencionar a ajuda que este aplicativo
poderá proporcionar às gerações vindouras que tenham interesse em trabalhar com engenharia
elétrica nesta área.
8
2 Conceitos Gerais sobre Sistemas de Distribuição de TV
2.1 História
O sistema de transmissão público (aberto) surgiu utilizando ondas eletromagnéticas. O
sistema CATV (Community Antenna Television) surgiu em 1948 nos EUA.
Com a crescente evolução do capitalismo e disputa pela expansão de mercado
consumidor, era necessário padronizar sistemas mais baratos para que a maioria da população
pudesse desfrutar de tal serviço.
2.2 História da CATV
O nome deriva de Community Antenna Television, ou Antenas Comunitárias (coletivas)
de TV e passou também a ser utilizado para Cable Television ou TV a Cabo, com a evolução da
metodologia de distribuição. A história do CATV remonta de 1948 quando Ed Parsons[3]
decidiu resolver o problema de recepção fraca do sinal de TV em sua casa em Astoria, Oregon –
EUA. Devido a obstáculos naturais, o sinal não chegava em sua residência (área rural), Parsons,
então, resolveu colocar uma antena no alto de uma colina (onde o sinal era melhor), e amplificar
para retransmitir através de linhas de transmissão abertas para sua casa.
Figura 1: Ed Parsons em uma reunião de pesquisadores.
Logo a comunidade aderiu, Parsons instalou outras antenas administrando a distribuição
do sinal em um sistema comunitário muito parecido com um condomínio. Nesta época, o
equipamento era bastante instável e só havia três canais abertos de televisão, os canais 2, 4 e 6.
Existiam várias antenas coletivas em uma só localidade, devido à dificuldade de amplificação
(valvulados e monocanais) e transmissão (fios em pares abertos).
9
No Brasil, o primeiro sistema que se tem notícia foi feito em Petrópolis, em 1969, para
atender a uma comunidade de trabalhadores de uma fábrica no bairro da Cascatinha.
2.3 Evolução da CATV
No princípio, o sistema CATV não apresentava muita confiabilidade e os padrões de
qualidade eram discutíveis. Há registros de que os amplificadores eram instalados a cada 300
metros. Posteriormente, com o desenvolvimento e menor atenuação dos cabos, esta distância
elevou-se para 1500 metros. Devido à rede ser exclusivamente de cabos e estes terem uma
acentuada atenuação, havia a necessidade de um grande número de amplificadores de linha.
Como consequência o nível de ruído também era aumentado, devido à elevada figura de ruído
dos amplificadores, degenerando a qualidade da imagem no usuário final.
Deve-se ressaltar que estes processos ocorreram na década de 50, quando os
equipamentos ainda eram valvulados e, portanto, bastante ruidosos. Alguns anos mais tarde,
tornaram-se disponíveis os amplificadores transistorizados os quais introduziram diversas
mudanças em termos de controles, ruído e distorção. Nos anos 70, houve um progresso
significativo na CATV pois, os amplificadores que até então tinham capacidade para operar até
10 canais, passaram a trabalhar com 30 canais e a faixa de frequência atingiu 300MHz. A
grande mudança só aconteceu a partir dos anos 90, com o advento da fibra óptica e sua
aplicação nas redes de distribuição.
A baixa atenuação (0,3dB/km)[4] reduziu a quantidade de amplificadores e delimitou-os
à rede de distribuição por coaxial. Vem daí o termo HFC ou hibrid fiber coaxial que define uma
rede mista composta por fibras ópticas e cabos coaxiais.
2.4 MATV
MATV (Master Antenna Television) é o meio pelo qual muitos apartamentos, casas,
hotéis e outras distribuições com multi-unidades distribuem sinais de TV e de FM para todos os
seus receptores. Para diminuir as perdas e conseguir um padrão bom de qualidade, estes
sistemas precisam ser cuidadosamente planejados com o uso de diversos equipamentos e
técnicas [5].
Um sistema MATV é basicamente um sistema composto por amplificadores e uma rede
de cabos especialmente designados para distribuir os sinais (FM e TV) a partir de um ponto de
recepção central a cada um dos usuários. Seria muito complexo instalar uma antena para cada
apartamento no topo de um prédio. Um sistema tradicional de MATV pode ser dividido em
duas partes, o Headend e o Sistema de Distribuição. Detalhes sobre estas partes integrantes do
sistema serão fornecidos a seguir.
10
2.5 Sistema a Cabo
Um sistema a cabo é tipicamente uma rede local limitada, na qual os sinais de televisão
são gerados localmente e/ou captados no ar normalmente encontrado na comunidade em
edifícios, escolas, residências, comércios.
A indústria de TV a cabo foi criada pela necessidade de melhorar a recepção de TV em
áreas remotas, onde a captação era feita em torres ou edifícios altos e redistribuída por um cabo
para aqueles usuários que possuíam dificuldade de recepção direta pelo ar dos sinais. A
disponibilidade de uma grande variedade de programação com canais locais, nacionais e
internacionais, tornou a TV a cabo uma opção muito atrativa para as residências urbanas.
2.6 Tecnologias de Transmissão para sinais de TV
Existem diversas maneiras de se transmitir os sinais de TV para os usuários finais[6]:
• Radiodifusão da TV aberta: A distribuição dos sinais de TV é feita diretamente pelas
emissoras empregando radiofrequência nas faixas de VHF e UHF.
• TV a Cabo: A distribuição de sinais é feita por intermédio de linhas físicas (cabos coaxiais e
fibras ópticas).
• MMDS(Serviço de Distribuição de Sinais Multiponto Multicanais): A distribuição de sinais
utiliza radiofrequências na faixa de microondas (2500 a 2680MHz).
• DTH (Direct to Home): A distribuição de sinais é feita através de satélites. Os sistemas
podem ser digitais ou analógicos e as bandas usadas nos satélites são as bandas C e Ku.
• MATV: Sistema de distribuição em comunidades de sinais abertos de TV oriundos de
transmissão em VHF, UHF ou satélite.
Como o projeto foi desenvolvido baseando-se nos sistemas de CATV/MATV, uma
explicação mais detalhada de seu funcionamento será agora fornecida, preterindo um
aprofundamento conceitual dos outros sistemas de distribuição.
11
2.6.1 Sistema por Cabo Coaxial
Figura 2: Representação de um Sistema por Cabo Coaxial
O cabo é o sistema de distribuição mais utilizado no Brasil. Seu custo de instalação por
domicílio atingido é mais alto que o de outros sistemas, mas uma rede de cabo pode ser
utilizada posteriormente para a prestação de diversos outros serviços, como comunicação de
dados, acesso à Internet, telefonia, etc. No início, as redes de distribuição de sinais de TV paga
foram projetadas para atender, principalmente, residências, mas a rede física passa tanto por
estas, como pelo mercado corporativo, abrindo a possibilidade de estender os serviços ao
mesmo, especialmente voz, comunicação de dados e acesso à Internet em banda larga. A
maioria das redes de cabo segue a arquitetura HFC (Hybrid Fiber/Coaxial), que combina cabos
ópticos e cabos coaxiais. Os cabos ópticos mais caros e de maior capacidade transportam o sinal
do headend até os hubs secundários. Nos hubs, os sinais ópticos são convertidos em sinais
elétricos e levados pelos cabos coaxiais até os assinantes, em rede aérea ou subterrânea,
tornando sua implantação lenta, especialmente nos grandes centros urbanos.
No headend ficam localizadas as antenas que recebem os sinais das geradoras,
provenientes de satélites, ou do ar, no caso das TVs abertas. Para receber os sinais em casa, o
assinante precisa ter um televisor pronto para receber sinais do cabo (cable-ready) ou utilizar
um conversor (converter), que recebe os sinais e os converte para uma frequência compatível
com o aparelho de televisão. Se os canais forem codificados, será necessário usar um
decodidicador (decoder), em vez do conversor.
12
2.6.2 TV a Cabo (NET Cabo)
Figura 3: Representação de um Sistema de TV a Cabo
As redes de TV a Cabo são constituídas por uma estrutura híbrida baseada na utilização
de cabos coaxiais e cabos ópticos. O espectro de frequência que as operadoras utilizam dentro
dos cabos coaxiais pode ir de 5MHz a 870MHZ, porém as redes mais antigas estão limitadas a
uma faixa menor, até 550MHz.
Devido aos sinais de alta frequência, as perdas nos cabos coaxiais são muito grandes, e
isso obriga que a rede seja constituída com muitos amplificadores, que servem para regenerar
estes sinais. O problema é que a cada amplificador que esse sinal atravessa, suas características
originais são distorcidas, principalmente pelo ruído dos amplificadores e pelas distorções por
não linearidade destes, impedindo que este processo seja contínuo. Portanto, a quantidade de
amplificadores é limitada. Tendo em vista que o sinal parte de um ponto central, denominado
Headend ou Cabeçal, para atender uma grande cidade como São Paulo, por exemplo, as
operadoras teriam que construir inúmeras estruturas de Headend para poder levá-lo a todas as
residências.
Em função das características dos cabos coaxiais, este meio foi considerado como opção
para sinais e canais de Televisão a Cabo fechados (CATV), um dos serviços que pode ser
transportado em uma rede de faixa larga. As redes de CATV mais simples transmitem os canais
analógicos de 2 a 76 (redes de 500MHz) e as mais comuns do canal 2 ao 117 (redes de
750MHz), podendo ainda alcançar frequências de 860 MHZ e 1GHz para sinais digitais. Porém,
13
habitualmente, este tipo de sinal, bem como os de antenas coletivas, é transportado em cabos
coaxiais.
Na tabela a seguir ( tabela 1) está ilustrada uma comparação entre arquiteturas celulares
da rede HFC, o qual especifica a quantidade média necessária de amplificadores em cascata
para atender a quantidade de domicílios, dependendo da arquitetura adotada. Através da
quantidade de amplificadores em cascata, é possível determinar o valor do parâmetro de
qualidade da relação portadora-ruído no final da cascata, onde poderá variar de 53dB a 45dB,
dependendo da arquitetura adotada.
Tabela 1: Arquiteturas Celulares da rede HFC Super Padrão Mini Micro Pico
Banda Passante (MHz) 54 a 450 54 a 550 54 a 1.000 54 a 1.000 54 a 1.000
Faixa de Retorno (MHz) 5 a 42 5 a 42 5 a 42 5 a 42 5 a 42
Cascata de Amplificadores 10 a 15 4 a 8 1 a 2 0 0
Relação Portadora-Ruído (dB) 45 a 47 48 a 50 50 a 51 50 a 53 50 a 53
Quanto maior for a dimensão das células, maior será a penetração da rede de fibras
ópticas na direção do assinante. Como cada célula transmite e recebe os sinais para um número
menor de assinantes, maior será a largura de banda disponível para o usuário e menor será o
nível de ruído na entrada dos transmissores ópticos de retorno. A redução do tamanho das
células proporciona a instalação de um número menor de amplificadores em sequência e, desta
forma, aumenta a confiabilidade e o desempenho do sistema.
No projeto da rede HFC, as células são divididas de acordo com a penetração dos
serviços que necessitam de alocação de banda no canal de retorno, ou seja, os serviços
interativos, como telemetria, acesso de dados em banda larga, telefonia, vídeo sob demanda,
entre outros. Considerando o número de domicílios atendidos, as células são classificadas da
seguinte forma:
• Super Célula: 7.000 a 9.000 domicílios
• Célula Padrão: 1.500 a 2.500 domicílios
• Mini Célula: 500 a 650 domicílios
• Micro Célula: 100 a 150 domicílios
• Pico Célula: até 50 domicílios
O espectro de frequência para comunicação nas redes HFC bidirecionais é separado em
dois sentidos: Forward ou Downstream (sentido direto ou banda de descida) e Reverse ou
Upstream (sentido reverso ou banda de retorno). Os canais no sentido direto são transmitidos do
headend para os assinantes e o sentido reverso dos assinantes para o headend.
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A banda de descida, também conhecida como Canal Direto, é destinada ao transporte
dos sinais analógicos e digitais, portanto, é responsável pela transmissão dos canais de vídeo,
tráfego de dados e voz no sentido do provedor de acesso aos assinantes. As faixas de
frequências, tipicamente utilizadas pelas redes HFC no Brasil, estão compreendidas entre
54MHz e 550 ou 750MHz. Existem redes mais modernas, nas quais a faixa poderá ser
expandida até 860MHz[7].
A banda de retorno, também conhecida como Canal Reverso, é destinada ao transporte
dos sinais digitais dos assinantes até o headend. A partir de sua implantação, foi possível
disponibilizar serviços interativos de acesso em banda larga à Internet, telefonia e televisão
interativas, através da rede coaxial. As faixas de frequências, tipicamente utilizadas pelas redes
HFC no Brasil (figura 4), estão compreendidas entre 5MHz e 30 ou 42MHz. Existem redes nas
quais a faixa poderá ser expandida até 65MHz.
A banda de retorno, de forma análoga à banda de descida, é compartilhada com os
usuários, porém, nesse caso, poderá ser somente entre os usuários de uma mesma célula. A
banda de guarda dos equipamentos ativos está entre 42 e 54MHz (Filtro Duplexador dos
amplificadores).
Figura 4: Alocação do espectro de frequências
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2.6.3 Headend (NET Cabo)
Figura 5: Representação de um Sistema por Headend
O Headend é onde toda a programação é recebida ou gerada para ser posteriormente
transmitida pelo sistema de distribuição a todos os assinantes do sistema. No início dos
sistemas, todos os sinais chegavam no Headend no formato analógico, atualmente existem
provedores que disponibilizam na forma analógica enquanto outros na forma digital fazendo uso
de codificação. Por estas diferenças, existe a necessidade de concentrar todos os sinais em um
só ponto, na intenção de fazer com que as desigualdades entre eles sejam solucionadas,
permitindo que todos os assinantes recebam em sua casa todos os sinais da mesma forma.
Um Headend além de ter todos os equipamentos de processamento, também possui
equipamentos de medida, de instrumentação tais como analisadores de espectro, analisadores de
vídeo, medidores de sinal e outros. Os sinais são inseridos na rede em duas situações: Na rede
coaxial (figura 5), onde logo após o combinador é colocado um amplificador troncal que
oferecerá o nível de sinal de RF na saída do Headend necessário para a rede ou, na rede HFC.
Nesta situação o tronco é constituído por fibra óptica e na saída do headend há um transmissor
óptico. Este equipamento, realiza as tarefas de converter o sinal elétrico em óptico e inserí-lo
devidamente modulado na fibra.
2.6.4 TV a Cabo DTVA
Foi criada pela necessidade de melhorar a recepção de TV em áreas remotas. DTVA ou
DISTV é o Sistema de Distribuição via cabo em comunidades que sofrem com a falta de sinais
abertos de TV oriundos da transmissão em VHF, UHF ou satélite.
As operadoras de TV a cabo estão obrigadas a transmitir, desde o início da operação do
serviço, os canais correspondentes às geradoras locais de televisão, em VHF e UHF, não lhes
sendo permitida a alteração da programação captada. Deverão ser observadas as quantidades e
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as respectivas destinações dos canais disponibilizados pela operadora na sua área de prestação
de serviço.
São três os planos possíveis de canalização de serviços:
• Plano de Frequências Padrão: baseado na canalização de televisão (canais 2-6 e 7-13) a qual
acrescentam canais com decréscimos de 6MHz abaixo do canal 7 (175,25 MHz).
• Plano de Frequência com Portadoras Harmonicamente Relacionadas: baseado em
frequências portadoras de vídeo que são múltiplos inteiros de 6MHz e que começa em
54MHz.
• Plano de Frequências com Portadoras Incrementalmente Relacionadas: baseado em
frequências portadoras de vídeo a partir de 55,25MHz com incrementos de 6MHz por canal.
Para qualquer canal do sistema de cabo, o limite inferior deve estar 1,25MHz abaixo da
frequência da portadora de vídeo e o limite superior deve estar 4,75MHZ acima desta portadora.
Os sinais de televisão deverão ter a portadora de vídeo modulada em amplitude e a portadora de
áudio modulada em frequência, conforme normas nacionais.
2.7 Distribuição de Sinais
A distribuição de sinais é uma etapa de grande relevância nos sistemas de
CATV/DTVA, visto que existem diversos componentes e partes que provocam perdas e até
interrompem o sinal que por ele trafega. Considerando que a maioria dos elementos da
distribuição trabalham segundo um processo de interdependência, é oportuno descrever as
funções individuais, tanto dos elementos da rede externa quanto dos da rede interna ou ponto do
assinante. A rede coaxial é dividida em três partes:
• Cabo Troncal: A partir da geração do sinal na central, uma rede que opera via cabo passa a
ter seus sinais transportados por este meio. Em princípio são cabos chamados troncais, que
interligam de forma direta os diversos amplificadores que existem no percurso e transportam
os sinais que serão distribuídos pela rede subtroncal dos assinantes. Neste trecho não há
elementos passivos, a não ser o cabo coaxial. Estes cabos têm na sua composição o condutor
central feito de alumínio revestido de cobre enquanto o condutor exerno é um tubo de
aluminio, o revestimento externo é feito de PVC.
• Cabo Subtroncal: São cabos que utilizam as saídas secundárias dos amplificadores troncais e
os line extender e, entre eles, estão instalados os componentes passivos, tais como TAP’s e
acopladores direcionais. Os materiais usados na sua fabricação são semelhantes àqueles
utilizados nos cabos troncais.
17
• Cabo Drop: Pode se considerar o cabo drop como aquele que interliga as redes subtroncais
com os assinantes. Para os cabos drop são utilizados os cabos RG11 e RG06. O cabo RG59
quase não é utilizado por problemas de performance.
3 Componentes do Sistema CATV/DTVA
A recepção de sinais TV em prédios de apartamentos ou residências é feita através de
antenas coletivas colocadas no topo do edifício ou da casa como representado na figura a seguir
( figura 6 ). Este sistema pode ser também utilizado para distribuição de sinais de outros
sistemas como CATV (TV a cabo) ou de um circuito interno de TV do prédio.
Figura 6: Representação Geral de um Sistema de Distribuição, Antenas Coletivas e CATV
O sinal de TV é distribuído aos apartamentos utilizando-se uma ou mais prumadas
(linhas de descida de sinal), da qual se extrai uma fração do sinal para fornecer ao usuário.
Apresenta-se a seguir os componentes principais deste sistema.
18
3.1 Antena
Figura 7: Ilustração de um Conjunto de Antenas VHF/UHF
As antenas, normalmente, utilizadas em sistemas de antena coletiva são monocanal ou
multibanda. As antenas monocanal de VHF são projetadas para recepção de um único canal de
TV. Assim para se receber um conjunto de sete canais de VHF são necessárias 7 antenas, uma
para cada canal. Isso é feito para aperfeiçoar a recepção de cada canal. Já as antenas multibanda
recebem todos os canais transmitidos numa mesma direção, não sendo possível ajustar um canal
de forma independente dos demais.
3.2 Misturadores
Figura 8: Exemplos de Misturadores
São utilizados para misturar e equalizar sinais de TV provenientes de diversas antenas
ou de outros sistemas como CATV (TV a cabo) ou de um circuito interno de TV do prédio. Este
equipamento possui várias entradas, cada qual com um filtro passa canal e um atenuador
variável para ajustar o nível do sinal do canal na saída. Assim, é possível obter um conjunto de
canais, todos com o mesmo nível de saída.
19
3.3 Amplificadores
Figura 9: Exemplos de Amplificadores
Um amplificador é um dispositivo eletrônico que recebe um sinal na entrada e aumenta
a intensidade desse sinal de tal forma que o sinal possa ser transmitido a uma distância maior.
Ele pode ser colocado em qualquer ponto de um sistema de distribuição.
A razão de aumento no sinal de saída é conhecida como ganho e é expressa em decibéis
ou decibel milivolts (dBmV). A perda de potência de sinal é diretamente proporcional à
frequência do sinal (uma frequência maior produz mais perdas e vice-versa). Para compensar
essa diferença, o ganho deve ser maior em frequências altas e menor em frequências baixas. A
taxa em que a potência aumenta em relação à frequência é chamada de compensaçao ou tilt. Em
certas aplicações como VCR (Video Cassette Recorder) ou CCTV(Closed Circuit Television), é
preciso adicionar sinal de banda base no sinal de CATV/MATV para que ele seja visto em todos
os aparelhos de TV, isso é obtido por meio de um modulador RF, que converte o sinal de banda
base em um sinal de radiofrequência e o transmite na rede CATV/MATV. O amplificador pode
saturar os televisores nos canais de baixa frequência em seções curtas de cabo. Portanto, o uso
de atenuadores também é necessário.
3.4 Atenuador
20
Figura 10: Exemplos de Atenuadores Fixos
São utilizados para adequar os níveis de sinais às necessidades do sistema de
distribuição de CATV ou antena coletiva. Podem ser de atenuação fixa ou variável.
3.5 Cabo Coaxial
Figura 11: Modelo de Cabo Coaxial
Consiste de um núcleo condutor sólido ou fios trançados rodeado por um material
dielétrico (isolante) e envolvido com uma blindagem contínua de poliester-alumínio e tranças de
cobre estanhado. O conjunto todo é protegido por PVC ou por uma jaqueta de material
retardante ao fogo para cabos.
Para levar os sinais recebidos pelas antenas até os usuários, o meio de transmissão
utilizado nas instalações de CATV e antena coletiva é o cabo coaxial de 75 ohms. Não se deve
empregar linhas de fita, que embora mais baratas, são linhas de transmissão abertas com
impedância de 300 Ohms e não são compatíveis com os demais equipamentos.
A atenuação que o cabo coaxial introduz no sinal que por ele passa é proporcional ao
comprimento do cabo e à frequência do sinal. Isso quer dizer, por exemplo, que os canais de
UHF sofrem maior atenuação que os canais de VHF. Daí a vantagem de se converter os canais
de UHF para distribuí-los em VHF, onde as perdas são menores. A atenuação dos cabos
coaxiais dependem basicamente de 3 parâmetros: o diâmetro do cabo, o material dielétrico que
separa o condutor central e o condutor externo. Quanto maior o diâmetro, menor a atenuação e
quanto menor a constante dielétrica do material, menor a atenuação. Os cabos de 75 ohms para
distribuição de sinais de TV com as menores atenuações no mercado hoje são os cabos do tipo
"celular", como o RGC-59, o RGC-06 e o RGC-11.
21
3.6 Conversores
Figura 12: Exemplos de Conversores UHF – VHF
São empregados para converter a freqüência de um canal, normalmente na faixa de
UHF, para um outro canal, normalmente em VHF.
3.7 Distribuidores
Figura 13: Exemplo de Distribuidores de 2 e 4 Saídas
A presença de um distribuidor (também chamado de divisor) ocorre na rede em função
da alimentação das rotas divergentes, com a finalidade de maximizar a estrutura do sistema. Os
distribuidores podem ter duas, três ou mais saídas balanceadas ou desbalanceadas com perdas
por inserção variáveis. A presença de um fusível interno denominado jumper fuse detecta, em
caso de ruptura, a rede que pode estar comprometida ou em curto.
Toda divisão provoca uma redução dos sinais e, o divisor ao ser inserido, provoca uma
perda que reduz os níveis dos sinais de acordo com o número de saídas. Se aplicarmos, tomando
22
como exemplo um distribuidor 1x2, suas saídas serão atenuadas de 3.5dB, sendo que destes
0,5dB são causados pela perda de inserção e 3dB pela divisão do sinal em duas saídas. Vide
tabela abaixo ( tabela 2 ) para maiores informações sobre atenuações. Outra característica
importante deste elemento é a isolação entre as suas saídas.
Tabela 2: Atenuação por Número de Saídas em Distribuidores
Número de Saídas Atenuação (dB)
2 3.5
3 5.5
4 6.5
3.8 Moduladores
Figura 14: Exemplos de Moduladores VHF
Utilizado para modular uma portadora de RF por meio de sinais de áudio e vídeo
provenientes de receptores, câmeras, videocassetes, etc. Os moduladores normalmente usados
em sistemas de antena coletiva não filtram a banda lateral inferior do canal de TV. Portanto, eles
não podem ser empregados em sistemas que operam com canais adjacentes, como os sistemas
de CATV. Para esta aplicação utilizam-se moduladores com modulação do tipo AM VSB
(vestigial sideband).
23
3.9 Misturador de Faixas VHF/UHF
Figura 15: Exemplos de Misturadores de Faixas VHF-UHF
Estes misturadores [8] têm como função unir em um único cabo sinais de antenas de
VHF (canais 2 a 13) e UHF (canais 14 a 83).
Características Gerais:
• Conexão tipo 'F' fêmea;
• Excelente resposta em freqüência;
• Alta isolação entrebandas;
3.10 Tomadas
Figura 16: Exemplo de Tomada Blindada
24
Utilizada na distribuição dos sinais nas prumadas. É composta de um acoplador
direcional que retira uma parcela do sinal que passa pela tomada. A figura mostra os principais
parâmetros envolvidos. A característica que nomeia uma tomada define-se por quanto de sinal
ela acopla da linha principal.
• AT: acoplamento, que é uma medida da atenuação da linha (atenuação de tomada).
• AP: atenuação de passagem.
3.11 Outros Elementos
Os dez elementos acima citados são considerados fundamentais para a representação
clara e suficiente de um sistema de distribuição. Porém, existem outros integrantes que fazem
parte de um projeto real, não que eles possuam menor importância, mas para o objetivo do
trabalho sua relevância era inferior:
• Conectores: São peças mecânicas de precisão que têm como principal função realizar
emendas e conexões em cabos coaxiais, mantendo inalterada a impedância característica do
meio de transmissão. Dessa maneira,eventuais falhas como o surgimento de imagens
fantasmas são descartadas. Conexões mal executadas são a fonte mais comum de problemas
em uma TV a cabo. Os problemas geralmente ocorrem por crimpagem incorreta, danos na
malha ao se fixar o conector, limpeza e erros de cortes e dimensão ao se montar as
conexões. Observação: crimpagem é o procedimento usado para conectar o condutor
externo do conector à malha do cabo coaxial, operação esta, feita normalmente,
empregando-se uma ferramenta adequada do tipo de um alicate.
Figura 17: Exemplos de Conectores
25
• Acoplador Direcional: Também chamado de Single TAP, serve para subtrair uma pequena
parte do sinal do ramal principal, para destiná-la aos ramais secundários. A perda de um
acoplador direcional é menor do que em um distribuidor, visto que apenas uma parte do
sinal passa para a tomada.
• Equalizadores: A função do equalizador é fornecer uma rampa oposta ao tilt (já mencionado
quando o assunto tratado foi amplificador), e desta forma, atenuar mais as baixas
frequências e diminuir eventuais distorções.
• Filtros de AC: Em muitos casos, é necessário utilizar filtros de AC que permitam a
passagem de sinal na faixa de RF, mas não deixam o sinal de AC (corrente alternada de
60Hz ou 120Hz) estar presente na saída, quando aplicado à sua entrada. Normalmente seu
uso é feito na casa de assinantes para impedir que o televisor não “contamine” a distribuição
da rede externa com corrente elétrica.
4 Topologias de Sistemas
Há três topologias básicas nos sistemas de distribuição de CATV/MATV, na prática a
combinação dentre elas é utilizada:
• Residencial (estrela);
Figura 18: Representação de Topologia Básica - Estrela
26
• Condomínio com Blocos (estrela hierárquica);
Figura 19: Representação de Topologia Básica – Estrela Hierárquica
• Linha Pública de Acesso (mista)
27
Figura 20: Representação de Topologia Básica - Mista
4.1 Projeto Residencial Ponto a Ponto (Estrela)
O sistema residencial utiliza uma ligação das tomadas de possíveis áreas de trabalho em
cada sala com uma sala central de telecomunicações (AT). Este AT é conectado a um cabo
tronco do headend. Num sistema pequeno, o AT pode ser o próprio headend. Um sistema ponto
a ponto inclui um amplificador no headend para aumentar o sinal e uma rede de distribuidores
para distribuir o sinal para cabos provenientes de cada área de trabalho. Um projeto ponto a
ponto é usado normalmente em instalações muito pequenas. No cabeamento secundário de
telecomunicações, este tipo de projeto é chamado de topologia estrela.
4.2 Projeto Condomínio com Blocos (Estrela Hierárquica)
Um projeto deste usa vários cabos-troncos para distribuir o sinal a diferentes áreas
geográficas, tais como um campus ou um grande edifício. Em um sistema de campus, um cabo-
tronco alimentará um edifício, com cabos-ramais alimentando cada pavimento do edifício.
4.3 Projeto Linha Pública de Acesso (Mista)
O projeto misto de circuitos possui um cabo passando através do edifício com
derivações instaladas onde quer que sejam necessárias. Os cabos de descida correm dessas
28
derivações para as tomadas nas áreas de trabalho. Este projeto é normalmente a maneira mais
acessível economicamente para atender uma área.
4.4 Aplicações de Topologias
As mais comuns aplicações encontradas no dia a dia são:
4.4.1 Sistema Antena Coletiva Residencial
No sistema residencial, o número de componentes utilizados é menor e não se dá tanta
importância à equalização dos canais. O objetivo é ser o mais barato possível.
29
Figura 21: Exemplo de Sistema Residencial
4.4.2 Sistema Antena Coletiva Predial (MATV)
Este sistema de distribuição pode ser também utilizado para distribuição de sinais de
outros sistemas como o de um circuito interno de TV do prédio.
30
Figura 22: Exemplo de Sistema de Antena Coletiva Predial (MATV)
4.4.3 Sistema CATV/DTVA
Um sistema de distribuição de sinal via cabo divide-se em duas redes distintas, rede
externa e rede interna. A rede externa é composta por redes troncais e subtroncais e tem por
objetivo conduzir o sinal da Central Headend até as proximidades da casa do cliente através de
cabos coaxiais. A rede interna pode ser simples quando se tratar de uma casa com apenas um
ponto, ou complexa, caso de prédios, condomínios, empresas ou hotéis. Em qualquer situação
devem ser consideradas as distâncias entre os locais, mesmo os mais curtos, e os respectivos
comprimentos dos cabos, pois estes representam perdas.
31
4.5 Desenvolvimento de Projeto
Apresenta-se a seguir o projeto de um sistema de distribuição em um escritório em que o
sinal é distribuído a partir da cabeceira do sistema, que fica no topo do conjunto. O objetivo de
um projeto padrão é garantir que o sinal seja entregue aos usuários das várias salas com um
nível de potência adequado. Este nível de sinal será medido nas tomadas a serem utilizadas em
cada sala. Para efeito de cálculos, será considerado apenas o sinal no elemento Tomada
Terminal como exemplo. A unidade utilizada para caracterizar os sinais é o dB.
Figura 23: Exemplo de Instalação Doméstica para VHF e UHF
4.5.1 Cálculo do Projeto
Considerando os elementos acima ilustrados na figura 24 tem-se:
AVHF = 1mV = 0dBmV
AUHF = 10uV = -40dBmV
32
Utilizando para o cabo coaxial, uma atenuação de 0,05db/m, teremos na entrada do
misturador de VHF / UHS os seguintes dados:
AVHF = -0,1 dBmV
AUHF = -40,1 dBmV
No elemento misturador de frequências ocorrerá uma atenuação dos sinais oriundos de
ambas as antenas, para simplificar o exemplo, adotar-se-á o valor de 2dB. Assim, na saída do
misturador:
AVHF = -2,1 dBmV
AUHF = -42,1 dBmV
É evidente que os sinais estão com valores inadequados para a continuidade do projeto,
assim sendo, será incluído um amplificador no sistema. Todavia, o valor de sua amplificação
será de 20dB para que apenas um dos dois sinais fique, por ora, coerente com a distribuição.
Lembrando da atenuação que será causada pelo cabo, processo que ocorrerá por todo o
desenvolvimento da solução. Então, na saída do amplificador:
AVHF = 17,85 dBmV
AUHF = -22,15 dBmV
No distribuidor de 4 saídas que vêm a seguir, os sinais sofrerão uma atenuação de
6,5dB. Assim sendo, o sinal na entrada do distribuidor de 2 saídas será de:
AVHF = 11,2 dBmV
AUHF = -28,8 dBmV
Passando pelo distribuidor de 2 saídas, os sinais sofrerão uma perda de 3,5dB e tendo
então na entrada da tomada terminal os seguintes valores:
AVHF = 7,6 dBmV
AUHF = -32,4 dBmV
Como foi possível observar, o sistema não foi corretamente projetado. Isto porque os
sinais foram analisados para apenas uma tomada. Para correção deste problema, teria que se
alterar a topologia utilizada, incluir novos elementos no sistema, recalcular todo o projeto, entre
outras providências. Lembrando que as conversões de sinais para dB e os cálculos efetivamente
realizados, foram aqui omitidos e só se utilizou os resultados finais para efeito explicativo.
Na tentativa de minimizar este esforço dispendido no cálculo de sistemas MATV e
também otimizar o desenvolvimento de novas topologias e soluções, foi desenvolvido um
software que é tema principal desta monografia, mas antes de entrar em detalhes sobre o
mencionado aplicativo, segue adiante uma explicação que se faz necessária do que é a
atenuação e como ela funciona, visto que esta, é elemento integrante e fundamental no cálculo
dos sinais que percorrem todo o sistema.
33
4.5.2 Atenuação
É válido mencionar aqui mais claramente uma explicação precisa de atenuação, que
como será visto a seguir, é elemento fundamental no cálculo dos níveis de sinais.
A atenuação é uma medida do quanto o sinal se enfraquece à medida que vai
percorrendo o meio de transmissão e é uma das razões pela qual os modelos de cabos precisam
especificar limites nos comprimentos do cabeamento. Nenhum meio de transmissão é capaz de
transmitir sinais sem que haja perdas de energia durante o processo, as perdas de energia
significam reduções na amplitude de sinais componentes. Se todos os sinais componentes
fossem igualmente reduzidos em amplitude, o sinal resultante seria todo reduzido em amplitude,
mas não distorcido. Infelizmente, a característica dos meios de transmissão é a de provocar
perdas nos diversos sinais componentes em diferentes proporções, a proporção da perda para
cada frequência do espectro é uma característica do meio. Portanto, o meio de transmissão atua
como um filtro sobre o sinal, que sofrerá um prejuízo em cada um de seus componentes de
acordo com a curva característica do ganho daquele meio.
Um aspecto importante, é a necessidade de instrumentos de medidas apropriados para
verificação do funcionamento e ajustes em sistemas de CATV e antena coletiva. O instrumento
mais acessível para os técnicos que trabalham com sistemas de antena coletiva é o Medidor de
Intensidade de Campo. Outros equipamentos mais sofisticados como Analisadores de Espectro
ou Analisadores de Redes também podem ser empregados. O Medidor de Intensidade de Campo
é um voltímetro seletivo com um sintonizador interno que possibilita medir o nível de sinal de
cada canal [9]. As leituras do nível de sinal podem ser feitas em mostradores analógicos ou
digitais e as unidades, normalmente, empregadas são o dBmV e o dBuV.
5 MATV: O Software e suas Funcionalidades
Tema principal deste trabalho, este software utiliza recursos provenientes da moderna
tecnologia para buscar o aprimoramento de técnicas de desenvolvimento de sistemas já antigas,
34
não que estas sejam ineficientes ou ineficazes, somente é uma forma de adequação para os dias
de hoje, em que velocidade e necessidades de mudança são exigidas a todo momento.
5.1 Funcionalidades do Software
As principais funções do software desenvolvido serão abaixo descritas para que
qualquer usuário consiga utilizá-lo sem dificuldades. Com a utilização destas é possível
desenvolver senão completamente todo e qualquer projeto, grande parte deste.
5.1.1 Como adicionar elementos ao circuito
Os circuitos devem ser iniciados, obrigatoriamente, por uma antena. Para isso, basta
clicar no botão Antena no painel de elementos e, em seguida, na tela de projeto em branco.
Qualquer outro elemento pode ser adicionado de maneira similar.
Figura 24: Ícone de Seleção - Antena
Quando um elemento é adicionado, surge um painel para que sejam inseridas as
informações respectivas a ele, como canal, intensidade de sinal, atenuação, etc.
Figura 25: Tela de Inserção de Dados - Antena
Observe que alguns dos campos têm restrições específicas:
35
Tabela 3: Exemplos de Restrições do Programa ELEMENTO RESTRIÇÃO
Antena Canal e sinal não nulos
Amplificador Amplificação não nula
Atenuador Atenuação não nula
Conversor Ganho de conversão e canais não nulos
Modulador de canal Canal e sinal não nulos
Os níveis de sinal dos elementos Antena e Modulador de Canal podem ser inseridos em
mV, dBmV, µV ou dBµV. A conversão para a unidade de trabalho dBmV é feita
automaticamente.
Após inseridas as informações necessárias, o ícone correspondente ao elemento deve
aparecer na tela de projeto.
Figura 26: Ícone de Apresentação - Antena
Também é possível determinar o atributo de “Tomada terminal” a uma das tomadas
presentes no circuito, para melhor visualização esquemática.
Figura 27: Ícone Tomada - Diferenciação entre tomada regular e terminal.
Para isso, clica-se sobre o botão Tomada Terminal e, em seguida, sobre a tomada desejada.
Para torná-la novamente uma tomada comum, repete-se o procedimento.
Figura 28: Menu de Opções – Opção Tomada Terminal
5.1.2 Como visualizar dados sobre o elemento
36
Após inseridas no circuito, as informações sobre o elemento podem ser lidas
selecionando-o na tela de projeto, através da ferramenta Selecionar:
Figura 29: Menu de Opções – Opção Selecionar
A seguir, clica-se sobre o elemento desejado na tela de projetos. Seu ícone vai ser
destacado em vermelho e suas informações serão exibidas na caixa Informações, no menu à
esquerda.
Figura 30: Ícone Selecionado na Área de Projeto
Figura 31: Caixa de Informações de Elemento
5.1.3 Como conectar os elementos
37
Os elementos do circuito devem ser conectados com o elemento Cabo. Basta clicar
sobre ele para que o modo de conexões seja ativado. Feito isso, clica-se sobre o elemento de
origem da ligação e, em seguida, sobre o elemento de destino. Um painel de entrada de dados
surge para que sejam informados o comprimento do fio de ligação e a atenuação por metro
deste.
Figura 32: Cabo de Conexão dos Elementos
Figura 33: Tela de Inserção de Dados - Cabo
A atenuação total da conexão é o produto desses dois fatores, e é exibido na tela de
projeto.
38
Figura 34: Exemplo de Elementos Conectados - Antena/Amplificador
Deve se notar que há algumas restrições para as conexões:
Ø Antenas e Moduladores de Canal não podem ser destinos de uma conexão;
Ø Misturadores de frequência podem ser conectados apenas a Antenas,
Conversores e Moduladores de Canal;
Ø Conversores só podem receber conexões de Antenas ou Moduladores de canal;
Para desconectar dois elementos, seleciona-se um deles, clica-se sobre o botão Desconectar
e depois, sobre o segundo elemento.
Figura 35: Menu de Opções - Opção Desconectar
5.1.4 Como mover e apagar elementos
Pode-se apagar um elemento colocado na tela de projeto a qualquer instante, clicando-se
sobre o botão Remover.
Figura 36: Menu de Opções - Função Remover
Em seguida, clica-se sobre o elemento desejado na tela de projeto, e ele será apagado.
Suas conexões com outros elementos do circuito também serão suprimidos.
39
Para reposicionar um elemento na tela, basta clicar sobre o botão Mover, clicar sobre o
elemento que se deseja reposicionar e, em seguida, clicar sobre uma posição vazia na tela de
projetos. As conexões do elemento serão automaticamente reposicionadas.
5.1.5 Como efetuar os cálculos do circuito
Para visualizar as informações da entrada e saída de sinais nos elementos do circuito,
após todo ele ser finalizado, basta selecioná-los (com a ferramenta Selecionar) e clicar sobre o
botão Calcular. Uma nova janela surge com as informações relativas aos sinais de entrada e
saída no elemento:
Figura 37: Caixa de Respostas - Elemento Conversor
5.1.6 Outras opções
40
O menu superior do programa permite fazer algumas mudanças no modo de trabalho:
Ø Opções de Tela -> Tamanho: Permite ajustar o tamanho (número de espaços de elementos)
da tela de projeto, até um máximo de 50x50.
Ø Opções de Tela -> Redesenhar: Redesenha todos os elementos da tela de projeto.
Ø Opções de Tela -> Limpar: Apaga todas as informações do circuito atual e inicia um novo
projeto.
Ø Zoom -> In/Out: Aplica um zoom, aumentando ou diminuindo o tamanho dos ícones dos
elementos.
5.2 Utilização do Software em Projeto Real
41
Retomando o exemplo anterior, para análise comparativa no desenvolvimento da
solução, o projeto foi desenhado facilmente no aplicativo e sem a realização de nenhum cálculo
manual por parte do usuário, tem-se a seguinte estrutura:
Figura 38: Projeto Desenvolvido no Aplicativo
Os elementos foram inseridos na tela conforme a descrição no tópico anterior de
funcionalidades, para se encontrar os memos resultados que aqueles previamente calculados,
42
basta selecionar o elemento desejado, especificamente neste caso a tomada terminal, e clicar no
botão “Calcular”. Comprovando o esperado, ao realizar esta operação temos:
Figura 39: Cálculo do Sinal de Saída na Tomada Terminal
Seria possível desenvolver a mesma linha de raciocínio para encontrar os níveis de
sinais em todos os elementos integrantes do sistema, mas para efeitos exemplificativos isto seria
desnecessário. Fica claro neste momento, a facilidade com que o sistema acima foi reproduzido
e também que as mudanças necessárias para uma correta execução da solução são infinitamente
mais acessível de se aplicar. Sem mencionar a possibilidade de se testar diferentes soluções
procurando otimizar a topologia e seu funcionamento.
6 Conclusões
O objetivo principal deste trabalho foi a demonstração do uso de um software de
simulação aplicado em projeto de sistemas de distribuição de TV (CATV/MATV/DTVA). Para
atingir este objetivo foi necessária a criação de uma ferramenta computacional que permitisse a
evolução de estruturas, incorporando análise numérica das características de ganho e perda das
mesmas, o que foi possível através do uso da linguagem de programação C++. A ferramenta
43
criada possibilitou a reprodução dos sistemas descritos nas referências, que por análise
comparativa de resultados mostraram a eficácia da mesma.
6.1 Melhoria do Software
O presente trabalho se mostrou eficaz e coerente com toda a teoria que envolve a
elaboração de sistemas CATV/MATV. Porém, ele não inclui ainda todos os elementos que
podem ser abrangidos em um projeto. Como recurso didático e até visando pesquisar novas
topologias, seu atual estado é satisfatório. A inclusão de novos elementos como boosters e
filtros de linha, além da elaboração de um design mais atrativo podem ser elaborados para uma
atualização do aplicativo. O código é estruturado para a inclusão de um banco de dados, se do
interesse de futuros programadores, o que viabilizaria o emprego de equipamentos reais para a
elaboração dos projetos.
7 Anexo 1
7.1 Linguagem de Programação
Uma linguagem de programação [10] é um método padronizado para expressar
instruções para um computador. É um conjunto de regras sintáticas e semânticas usadas para
definir um programa de computador. Uma linguagem permite que um programador especifique
precisamente sobre quais dados um computador vai atuar, como estes dados serão armazenados
ou transmitidos e quais ações devem ser tomadas sob várias circunstâncias.
O conjunto de palavras (tokens), compostos de acordo com essas regras, constituem o
código fonte de um software. Esse código fonte é depois traduzido para código de máquina, que
é executado pelo processador.
Uma das principais metas das linguagens de programação é permitir que programadores
tenham uma maior produtividade, permitindo expressar suas intenções mais facilmente do que
quando comparado com a linguagem que um computador entende nativamente (código de
máquina). Assim, linguagens de programação são projetadas para adotar uma sintaxe de nível
mais alto, que pode ser mais facilmente entendida por programadores humanos. Linguagens de
programação são ferramentas importantes para que programadores e engenheiros de software
possam escrever programas mais organizados e com maior rapidez.
Linguagens de programação também tornam os programas menos dependentes de
computadores ou ambientes computacionais específicos (propriedade chamada de
portabilidade). Isto acontece porque programas escritos em linguagens de programação são
44
traduzidos para o código de máquina do computador no qual será executado em vez de ser
diretamente executado.
7.2 Programação Procedural
O termo Programação procedural (ou programação procedimental) é utilizado como
sinônimo de Programação imperativa (Paradigma de programação que especifica os passos que
um programa deve seguir para alcançar um estado desejado), mas o termo pode se referir à um
paradigma de programação baseado no conceito de chamadas de procedimento. Procedimentos,
também conhecidos como rotinas, subrotinas, métodos, ou funções (que não devem ser
confundidas com funções matemáticas, mas são similares àquelas usadas na programação
funcional) simplesmente contém um conjunto de passos computacionais a serem executados.
Um dado procedimento pode ser chamado a qualquer hora durante a execução de um programa,
inclusive por outros procedimentos ou por si mesmo.
A programação procedural é geralmente uma escolha melhor que programação
sequencial e não estruturada em muitas situações que envolvem uma complexidade média e
requerem facilidade de manutenção. Possíveis benefícios são:
• A habilidade de reutilizar o mesmo código em diferentes lugares no programa sem
copiá-lo.
• Uma forma mais fácil de organizar o fluxo do programa que uma coleção de comandos
"goto" ou "jump" (que podem transformar um programa grande e complicado no assim
chamado Código espaguete).
• A habilidade de ser fortemente modular e estruturado.
7.3 Conceitos Essenciais
Modularidade é o termo para o projeto de um sistema que é composto de várias partes que
podem ser trocadas. Desta forma o sistema pode ser dividido em vários subsistemas (incluindo
neste as diversas opções resultantes de trocas). Os sistemas podem ser processos ou produtos.
Cada parte que pode ser trocada é um módulo.
A Modularidade é uma característica geralmente desejável, especialmente em programas
grandes e complexos. Ela pode ser alcançada com a utilização de procedimentos com canais de
entrada e saída estritamente definidos, usualmente acompanhados de regras claras sobre quais
tipos de entrada e saída são permitidos ou esperados. As entradas costumam ser especificadas
sintaticamente na forma de argumentos, e as saídas entregues na forma de valores de retorno.
45
O gerenciamento de escopo é outra técnica que ajuda a manter procedimentos fortemente
modulares. Ela impede que o procedimento acesse variáveis de outros procedimentos (e vice-
versa), incluindo instâncias anteriores de si mesmo, sem autorização explícita. Isto ajuda a
impedir enganos entre variáveis com o mesmo nome sendo utilizadas em locais diferentes, e
também que os procedimentos atrapalhem a execução um do outro.
Procedimentos menos modulares, freqüentemente utilizados em programas pequenos ou
escritos rapidamente, tendem a interagir com um grande número de variáveis no ambiente de
execução, que também podem ser modificadas por outros procedimentos. O fato de que muitas
variáveis agem como pontos de contato entre as várias partes do programa é o que o torna
menos modular.
Por causa da habilidade de especificar uma interface simples, de serem auto- programação
por várias pessoas ou grupos diferentes[11].
8 Anexo II
Utilizando então, a teoria explicitada sobre linguagem de programação e sistemas de
distribuição chegou-se a conclusão de utilizar a linguagem de programação C++ para o
desenvolvimento do aplicativo, devido às suas vantagens.
A linguagem C ou C++ é uma linguagem muito fácil de entender, tendo um domínio
satisfatório da mesma, pode se realizar muitos trabalhos, partindo desde programas mais
modestos como uma calculadora, até os mais elaborados, desenvolvendo programas para
comunicação em portas paralelas e em seriais. Além disso, outro ponto a se analisar é a
linguagem ASM, que significa ASSEMBLY, que hoje em dia é largamente utilizada para a
programação de microcontroladores. Esta é uma linguagem bem antiga e até rústica, no entanto,
pode-se utilizar da linguagem C++ para programar estes microcontroladores. Então se o usuário
possui uma boa base de C, pode fazer muitas coisas, usando diferentes Compiladores (Turbo C
/DEVC++ / Builder C++ / CCS / entre outros).
O compilador escolhido para a criação do aplicativo foi o Borland C++ Builder 6. Este
ambiente de desenvolvimento possui várias características particulares como:
• Construir rapidamente aplicações nativas do Windows utilizando a linguagem C + + e
bibliotecas específicas;
• Rapidez no desenvolvimento visual de arrastar e soltar poderosas ferramentas;
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• Rápida construção de aplicações que se ligam a todos os seus dados através de múltiplas
fontes e níveis;
• Aumenta sua produtividade com timesaving IDE e ferramentas extras de auxílio;
Todas (ou pelo menos a maioria) das linguagens procedurais também são linguagens
imperativas, pois fazem referências explícitas ao estado do ambiente de execução.
Para ser considerada procedural, uma linguagem de progamação deve suportar o conceito de
procedimentos, e possuir uma sintaxe para defini-los.De maneira ideal, ela deve suportar a
especificação de tipos de argumentos, variáveis locais, chamadas recursivas e o uso de
procedimentos em módulos distintos de um programa. Ela também pode suportar a distinção
entre argumentos de entrada e de saída.
O exemplo canônico de uma linguagem de programação procedural é ALGOL. Uma
linguagem em que a única forma de procedimento é um método é geralmente considerada
orientada a objetos ao invés de procedural, e não será incluída nesta lista[12]. Isto se aplica a C#
e Java, mas não a C++.
8.1 Comentários sobre o Código
Já foi explicitada a utilização do paradigma processual, que é uma forma mais singela de
enxergar o problema, geralmente usado pra programas de pequeno porte. No entanto, nesse
paradigma também existe uma estrutura pra modelar os conceitos com os quais estamos lidando
na programação, e se chama struct[13]. É basicamente uma coleção de diversas variáveis
reunidas, que atribuem propriedades a um elemento.
Por exemplo, na construção do programa tem-se:
struct stSinal {
float intensidade;
bool ativo;
};
struct stElemento {
int x, y; //posições em mapa[x][y]
int numConexoes; //numero de conexões saindo do elemento
int numReceive; //numero de conexões entrando no elemento
int conexoes[100]; //lista dos elementos aos quais ele é conectado
int receive[100]; //lista dos elementos a ele conectados
int connPos[100]; //posição da conexão que sai; 1 up 2 right 3 down 4 left
int receivePos[100]; //posição da conexão que é recebida no outro elemento
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int tipo; //tipo do ícone utilizado
int infoNum; //número de informações
int numCanais; //número de canais que passa por ele; usado no cálculo final
float atenuacoes[100]; //atenuação do fio de cada conexão saindo
float infoValor[5]; //valor da informação
AnsiString infoText[5]; //descrição das informações
AnsiString infoGrand[5]; //abreviação da grandeza
bool ativo; //false se o elemento for deletado
struct stSinal sinaisIn[100];
struct stSinal sinaisTomada[100];
struct stSinal sinaisOut[100];
};
A estrutura stElemento modela os elementos do programa (antena, tomada e todos os
outros elementos). As principais funções do programa serão abaixo listadas. É válido ressaltar
que o código estará inteiramente disponível, comentado e mais elucidamente explicado em
anexo a este documento:
void limpaMapa();
Limpa tela e apaga todos os elementos.
void aumentaMapa(int Hor, int Ver);
Usada no botão que altera o tamanho do mapa.
void printCanal(int X, int Y);
Imprime o canal sobre o ícone da antena.
void printAten(int X1, int Y1, int X2, int Y2, int conn);
Imprime a atenuação em uma ligação entre dois elementos.
void printElem(int X, int Y);
Imprime a figura BMP do element na tela.
void printLink(int X1, int Y1, int idConn);
Imprime a conexão entre dois elementos.
void removeLink(int ID1, int ID2);
Remove a conexão entre dois elementos.
void printDestaque(int X, int Y);
Imprime a borda vermelha ao redor do elemento.
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int maxIn(int ID);
Retorna o máximo de entradas permitidas para o elemento.
int maxOut(int ID);
Retorna o máximo de conexões de saída permitidas para o elemento.
void mostrarCalc(int id);
Mostra os cálculos na janela auxiliar.
void mostrarInfo(int X, int Y);
Mostra as informações sobre o elemento no box inferior esquerdo.
void redesenharTela();
Redesenha todos os elementos e conexões, para evitar erros de carregamento de imagem.
void entraDados(int tipo, int *infoNum, float *Valor, AnsiString *Text, AnsiString
*Grand);
Função chamada sempre que um elemento é criado, para que seus valores sejam inseridos.
void calcular();
Faz o cálculo dos sinais em todos os elementos.
void moverElemento(int X, int Y);
Move um elemento de lugar.
9 Referências
[1] CARVALHO, M. S. Piaget e Vygotsky: as contribuições do interacionismo. Dois
Pontos, Belo Horizonte, n° 24, p 26 – 27, 1996.
[2] D’AMBRÖSIO, U. Educação para uma sociedade em transição. Papirus, Campinas, SP,
1999.
[3] LEROY, E. Ed Parsons Collection. The Cable Center, Denver, USA, 1974.
[4] HECHT, J. Understanding Fiber Optics. Prentice Hall, USA, 3ª ed., 1998.
[5] FRANKLIN, S. Channel Master TV Antennas System Planning Manual. 2003.
Disponível em www.starkelectronic.com/cmatv.htm, Acessado em Junho de 2009.
[6] GULATI, R. R. Color Television: Technology, Transmission and Reception. New Age
International, India, 2ª ed., 2003.
[7] ROSS, J. Instalador de TV por Assinatura. Livrotec Edições, São Paulo, SP, 2005.
[8] CUNHA, F. Misturadores de Faixa. 2004. Disponível em www.proeletronic.com.br,
Acessado em Junho de 2009.
[9] GROB, B. Basic Television, principles and servicing. Mcgraw-Hill, Georgia, 1964.
[10] ORGANICK, E. I., FORSYTHE, A. I.,PLUMMER, R. P. Programming Language
Structures. Academic Press, New York, 1978.
[11] MELO, A. A., NASCIMENTO, M. G. F., Aprenda a desenvolver sistemas profissionais
orientados a objetos com padrões de projeto. Novatec, 1ª ed., São Paulo, 2007.
49
[12] DEITEL, P. J., DEITEL H. M. C++: Como Programar. Prentice Hall, 5ª ed., São Paulo,
2006.
[13] ORTEGA, J. M., GRIMSHAW A. S. An introduction to C++ and numerical methods.
Oxford University Press, 1ª ed., Oxford, 1998.
