FM e o segundo canal

Sistema analógico “novo-velho” ou “velho-novo” :) enquanto muitos tagarelam sobre o rádio digital. Haverá tempo para isso, afinal há tempo para tudo, como escreveu Shlomo, o sábio do velho testamento. 

Por ora, são necessários receptores com a faixa ampliada e um pouco mais do que isso:   Novos receptores devem adotar tecnologias que resultem melhor desempenho em seletividade, não heteródino, processamento digital – DSP, por ai adiante e, enfim, sabemos que é possível melhorar muito.  

Reflexão:  Que tal aproveitar a evolução dos receptores e ampliar o uso da capacidade de modulação para inserir informações que possam “encaminhar” dispositivos receptores para uma possível conectividade  e, assim,  desenvolver serviços que fortaleçam novos modelos de negócio?

Tenho repetido que a Anatel deva publicar um documento com referências de  desempenho mínimo para os receptores de FM. Algo inspirado na Recommendation ITU-R BS.704 Characteristics of FM sound broadcasting reference receivers for planning purposes.  Naturalmente, que não seja destinado à certificação, pois esse não é o caso. Entretanto, que oriente o desempenho para, inclusive, servir nas disputas técnicas e jurídicas de violação das relações de proteção. Se atualmente há norma técnica, ela é principalmente baseada no desempenho dos receptores. Se houve evolução técnica dos transmissores e também dos receptores e , de fato,  isso ocorreu, se deve prosseguir utilizando tais conquistas, pois o caminho é sempre para frente, com alguns zigue-e-zagues, mas para frente, como diria minha avó.

Uma questão tem se repetido como entrave: como tratar o tal segundo canal adjacente no regulamento técnico?

Responder esta questão é fundamental para maximizar a atribuição do espectro e dos planos de canais. O primeiro embate sobre o segundo adjacente –  e aquele que predomina, é quanto ao seu impacto no receptor. Nos estudos de viabilidade técnica, contornos de proteção e manchas de cobertura (e de interferência) se estabelecem no normativo ANATEL, que dita o proceder e determina a expectativa de convivência entre estações reais e daquelas reivindicadas.

Vamos lá, retiremos de vez por todas a exigência de uma relação de proteção para a recepção do canal em segundo adjacente.  Os receptores que não tenham capacidade de funcionar adequadamente com canais em segundo adjacente, com diferenças elevadas na intensidade do sinal recebido,  estão tecnicamente ultrapassados ou são produtos de baixa qualidade técnica. 

Nos últimos ensaios  desenvolvidos no CPQD, para avaliar a seletividade, e em especial para o segundo adjacente, confirmou-se que desde a década de 1990 existem receptores capazes de conviver com diferença de intensidade na recepção maior do que 40 dB. 

Tá bom, eu sei,  tem muito receptor ruim espalhado por ai. Acredito que são esses receptores que devam ser expurgados e não mais adaptar as normas técnicas para que se mantenham em uso. Como diria o André Cintra; “ é o que eu penso” e nesse caso seriam estas as minhas palavras. 

Ecoa aquela exclamação que vem junto ao vento do norte: “estaremos prejudicando os ouvintes !”.   Ao meu entender, os objetos tecnológicos nos impulsionam a progredir e exigir melhor qualidade e variedade de funcionalidades, Isso pode ser muito bom para os negócios.  Por que cargas d’água continuaremos a agir diferente com o rádio, e suas normas técnicas,  que tanto queremos fortalecer?

O caso da seletividade do receptor não é o ponto técnico mais árduo a se trabalhar. Acredito que a questão principal concernente ao segundo canal adjacente seja a aproximação física das estações de transmissão. 

Fui informal até esse momento no texto. A partir de agora tenho que escrever mais focado no público técnico. Vou tentar suavizar porque muitos stakeholders são de áreas não-técnicas e isso me faz lembrar da importância de defender a técnica. 

Certa vez ouvi que A. Senna foi o piloto que mais se aproximou de atingir o limite operacional dos carros que dirigiu (pilotava muito!). Ele – e outros bons pilotos –, pela habilidade, experiência e compreensão dos fenômenos automobilísticos e competitivos, sempre indicou pontos de melhorias técnicas. No final das contas, acredito que a técnica sempre deva estar à frente dos pilotos, mesmo daqueles melhores como foi o caso,  incorporando evoluções tecnológicas e lhes dando ferramentas para fazer o show. Assim vejo todo trabalho técnico e de regulamentos, da ANATEL e dos tantos colaboradores que sustentam a radiodifusão. É fundamental estar à frente dos pilotos.

Vamos começar com o desenho, representando o fenômeno que denomino acoplamento de transmissores:

O sinal do transmissor 2 (TX 2) acaba por entrar na linha coaxial do transmissor 1 (TX 1) e realimenta na entrada do amplificador de potência (PA). Este sinal reverso (Fr) se apresenta simultaneamente ao sinal direto (Fd) na entrada do amplificador. 

Esse fenômeno estimula uma condição não-linear e potencializa o surgimento de outras componentes de frequência, ou seja, intermodulação:

> (2 x “Fr” - “Fd” ) 
> (2 x “Fd”  - Fr)  
> E pode haver outras componentes de intermodulação

Sendo assim:

a. A proximidade de estações de transmissão potencializa que o sinal de um transmissor adentre outro e esse é efeito é recíproco.

b. O sinal de outro transmissor chegando ao amplificador de potência pode gerar intermodulação. 

c. A intermodulação degrada a qualidade do sinal transmitido, rouba energia de radiofrequência do sinal principal.

d. Componentes espectrais resultantes podem coincidir com a frequência de outros canais FM, em uso na região e prejudicando a recepção deles.

e. Componentes espectrais resultantes podem coincidir com a frequência de outros sistemas, prejudicando seu funcionamento, tal como potencialmente  é o caso dos sistemas aeronáuticos: de comunicação (COM)  e auxílio ao pouso (ILS). É justamente nesta hipótese que a ANATEL define inviabilidade para determinados canais em regiões próximas de aeródromos.  

Na Figura 1 não foi representado a presença de filtro entre o PA e a antena. É assim que se procede na grande maioria dos transmissores de FM.  Não sei como a ANATEL ainda admite isso. Minha contrariedade se embasa na evolução dos sistemas de comunicação sem fio que, cada vez mais, estão aptos a receber sinais de baixa intensidade. Sem o filtro, limites “ortodoxos” de emissão fora de faixa passam a não mais atender as necessidades atuais, em faixa fora de atribuição para a radiodifusão. 

Exatamente a ausência de um dispositivo, tal como um filtro passa-faixa, que reduza ou elimine o sinal “Fr”, potencializa a ocorrência de intermodulação.  Até aqui, tenho considerado o efeito  “Fr” como provocador de intermodulação à saída do transmissor. Porém, isso pode ser mais sério, chegando mesmo a bloquear a transmissão principal.

Antes de ocorrer um bloqueio, o radiodifusor poderá não perceber que a intermodulação esteja ocorrendo. Em geral, as reclamações e investigações com avaliação de espectro eletromagnético é que darão esse diagnóstico.

No regulamento técnico mais recente, a ANATEL requer que as estações que operem em segundo adjacente, em uma mesma área de atendimento, estejam afastadas de no máximo de 1 km, conceito de colocalizarão. Ao meu entender, esse não deveria ser o caminho. Neste caso específico,  embora, a ANATEL recomende  o uso de um filtro, não há uma obrigatoriedade de que seja utilizado. 

Isso me faz questionar se, na hipótese da obrigatoriedade de adoção de filtro passa-faixa instalado na saída do transmissores de rádio FM,  seria necessário manter inviabilidade para canais que, da análise combinatória de frequências e intermodulação, resultem produtos que coincidam com frequências utilizadas nos sistemas aeronáuticos da região. 

Esse ponto é sensível, pois afeta outros sistemas com grande complexidade e a atitude “ o seguro morreu de velho” se transforma em “ o seguro morreu de tédio”.  Estudam-se diferentes tipos de interferência, alguns têm gênese em produtos de intermodulação nos transmissores e outros nos receptores. No caso, com o impedimento de uso da frequência se quer resolver qualquer deles que seja. Mas incito a avaliação e debate desta questão, os receptores aeronáuticos que se quer proteger empregam filtros de entrada. 

Para os receptores -  ponto comentado lá no início deste texto -, a menor distância de afastamento entre os transmissores, com relação mútua de segundo adjacente,  favorece o atendimento normativo quando se aplica uma relação de proteção.  Porém, sem o requisito de uma relação de proteção de segundo adjacente que estivesse focada nos receptores, não faz sentido manter a exigência de afastamento máximo.
Para  operação dos transmissores, quanto mais próximos estiverem, maior será o problema. Não conhecemos os transmissores ao ponto de afirmar qual seria o limite de bloqueio e de intermodulação a ser determinado. Não há exigência técnica normativa em vigor que defina qual é esse limite, ou sequer um desempenho mínimo. Talvez exista fora do Brasil.

Nos anos 1990 a FCC definia o limite de 115 dBuV/m como campo elétrico de bloqueio de um transmissor sobre  outro. Com essa noção, é possível  exercitar um afastamento mínimo entre as estações, para o qual se aplicaria  uma regra simples, definindo o contorno de bloqueio de uma estação sobre outra pelo limite de campo do sinal recebido na antena do transmissor da estação vítima, estabelecido em 115 dBµV/m. 

O acoplamento de emissoras  pode ocorrer até para canais que não sejam adjacentes e para apontar soluções técnicas de convivência, existem diferentes caminhos a seguir.  A obrigatoriedade de uso de filtros, com uma rejeição mínima definida no segundo adjacente é, sem dúvida, um destes caminhos. Isso implicaria em elevar o custo de uma estação de transmissão.  

Radiodifusão não é para amadores e exige muito capital em CAPEX e OPEX. 

No caminho de estabelecer uma relação da de distância entre as estações versus a  potência relativa das mesmas, que se insere em ações coordenação das estações e que, de certa forma, já é praticada, a adoção de um limite, por exemplo 115 dBµV/m seria uma solução.

Nesse caso, como mero exercício de estimativa de qual seria tal afastamento, utilizo a equação: 

Observe que nesta forma de cálculo não levo em consideração a frequência. Talvez, com a faixa ampliada, seria favorável considerar também o canal. A distância é dependente da potência e, portanto, o  contorno de bloqueio neste exercício é definido levando em conata a classe da emissora interferente, conforme Tabela:

No caso da relação entre duas emissoras com classes de potência diferentes, a distância a ser atendida é aquela determinada pela emissora de maior classe.

Porém, se não for possível atender o afastamento mínimo, p.e. no caso em que seja muito difícil mudar torres e instalações,  a alternativa técnica é utilizar filtro no transmissor vítima (aquele que é interferido), cuja atenuação incida na frequência do sinal interferente. Se ambos transmissões podem ser vítimas, filtro no dois. Ou seja, o afastamento  ou o filtro são requeridos para reduzir a intensidade do sinal que chega ao transmissor vítima e tais soluções podem ser empregadas de forma complementar. 

Por que não admitir soluções técnicas para esse caso?

O raciocínio que se apresenta aqui é oposto ao que está sendo colocado pela ANATEL. Minha sugestão define uma distância mínima entre as estações transmissoras, que pode ser flexibilizada com uso de filtro e que está focada nos efeitos de intermodulação e/ou bloqueio dos transmissores. A agência define uma distância máxima, focada em seu efeito nos receptores. Vejam só como os entendimentos podem ser diferentes.

Finalmente, coloco aqui uma referência de texto técnico bem detalhado da questão, que foi desenvolvido por Panya Hantula, Rangsan Tongta:

A Balanced RF Power Amplifier using the Improvement 3-dB Quadrature Hybrid Couplers for Mitigation of the Reverse Intermodulation in FM Broadcasting Systems

Obrigado pela leitura. 

Por: Marcus Manhães - [email protected]