Alejandro Macarrón e José Fabián Plaza

Apresentamos neste artigo as principais características do sistema celular sem fio LMDS (Local Multipoint Distribution System), que está se configurando como uma autêntica alternativa ou um grande complemento aos sistemas de cabeamento com fibra ótica e cabo coaxial. Destinado a substituir, futuramente a atual "infraestrutura nacional de informações". Conforme apresentamos neste artigo, o LMDS poderia constituir a espinha dorsal de uma parte essencial (o acesso) na já tópica infraestrutura nacional de informações. Devido ao meio de transmissão utilizado pelo LMDS (o ar), tomamos a liberdade de criar um neologismo ad-hoc para descrever o benefício que trazer esta tecnologia: as informações via ar.

A necessidade de una regulamentação adequada que garantisse a disponibilidade de serviços interativos, a canalização das bandas de frequências para estes fins, evitando ações incontroladas com o único objetivo da TV, e as grandes possibilidades de I+D nos sistemas de gestão de rede, interatividade, telefonia e serviços de banda larga, são razões suficientes para tentar esclarecer, toda esta tecnologia.

Em que consiste o LMDS

O LMDS (Local Multipoint Distribution System) é um sistema de comunicação de ponto a multiponto que utiliza ondas radioelétricas a altas frequências, em torno de 28 ou 40 GHz1, nas bandas já existentes de frequência de aproximadamente 2 GHz com atenuação mínima (conhecidas como "janelas espectrais") ante os agentes atmosféricos. Dada a banda larga disponível, o LMDS pode ser o suporte de uma grande variedade de serviços simultâneos: televisão multicanal (difusão, PPV, vídeo on demand), telefonia, dados, serviços interativos multimídia (tele-educação, telemedicina, acesso à Internet em banda larga, etc.).

O território a cobrir se divide em células de vários quilômetros de raio (3-9 Km na banda de 28 GHz, 1-3 Km na banda de 40 GHz). O assinante recebe o sinal por três vias: do emissor principal da célula, se existe visibilidade direta entre este e o receptor; de um repetidor, em zonas de sombra; por um raio refletido em uma superfície plana (paredes de edifícios, refletores / repetidores passivos, etc.). A antena receptora pode ser de dimensões muito reduzidas - antenas planas de 16 x 16 cm- com capacidade de emissão em banda larga - sinal de TV ou dados a alta velocidade - ou estreita -telefonia ou dados de baixa velocidade.

Fatores chaves de viabilidade técnica do sistema LMDS

Até poucos anos, acreditava-se que as frequências tão altas utilizadas em LMDS não permitiriam oferecer de forma viável um serviço em grande escala (de massa). A razão principal que se alegava era a diminuição do sinal devido a chuva, e às altas potências de emissões necessárias atingir um certo alcance do sinal, o que tornaria inviável economicamente a utilização destas frequências como apoio a um serviço para a população em geral, dada a dificuldade / custo para emitir e receber o sinal com a qualidade adequada. Sem dúvida, o LMDS conseguiu superar estas dificuldades, principalmente na banda de 28 GHz, como provam, há anos, os sistemas em operação comercial existentes, dentre os quais se destacam os da CellularVision na cidade de Nova York e em 40 GHz, Philips (em pilotos experimentais). As principais chaves técnicas do sistema são três: o teorema de Shannon da equivalência entre a banda larga e potência, a recepção de haces muito finas com polarização estável, e a reutilização de frequências.

Por sua maior maturidade tecnológica, e suas superiores características técnicas, nos referiremos em general neste artigo ao LMDS na frequência de 28 GHz.

Pelo teorema de Shannon da equivalência exponencial entre potência e banda larga, duplicando-se a largura da banda utilizada, somente é necessário emitir a raiz quadrada da potência para ter a mesma relação sinal / ruído na recepção. Em baixas frequências, o espectro é um recurso particularmente escasso que foi sendo saturado a medida que têm surgido novos serviços de telecomunicação, e pelo qual tínhamos de recorrer a emissões de alta potência para compensar a limitação da banda larga. É similar ao que acontece com uma casa com muito ruído de fundo: Falamos mais alto para aumentar a relação sinal / ruído e então entendemos. Problema é quando a casa está "saturada" e todo mundo tem de falara alto ao mesmo tempo, até que chega o momento em que não conseguimos entender os interlocutores. No LMDS se utiliza a tática contrária: como a banda larga espectral é um recurso menos escasso (se dispõe de 1 , 2 ou 3 GHz), se utilizam sistemas de modulação em banda larga para transmitir o sinal (por exemplo, modulação FM). Isto permite utilizar potências muito mais baixas que em sistemas como a TV convencional ou o MMDS (Multipoint Multichannel Distribution System, que dispõe de "somente" 200 MHz de banda larga), que utilizam modulação AM.

Assim por exemplo, em Nova York se transmite 49 canais analógicos de TV, aos quais se adicionou recentemente, para demonstração, 175 canais digitais utilizando polarização oposta, transmitidos todos eles de forma simultânea. Para ele, se utilizam potências de transmissão tão baixas (20-30 watts) no transmissor principal e de aproximadamente 100 mw nos repetidores. Por sua parte, os canais telefônicos necessitam menos de 1 mw, frente aos centos de miliwatts ou os vários watts que irradia um telefone móvel convencional. Alem disso, a qualidade do sinal recebido é excelente, muito superior ao da TV convencional durante pelo menos 99,9% do tempo de transmissão (os sistemas se desenvolvem para que menos de 0,1% do tempo a qualidade da imagen seja de "convencional" a "inferior"), frente aos 99,7% de tempo garantido pelos sistemas de TV satélite em DBS, que já oferecem melhor qualidade que a TV aberta.

Esta economia de potência na transmissão e recepção permite utilizar equipamentos menores e mais baratos, e ainda transforma o LMDS em um sistema "verde", já que sua contribuição à crescente poluição electromagnética é mínima, e ainda minimiza o possível efeito pernicioso para a saúde dos habitantes vizinhos aos transmissores: operadores do sistema no centro transmissor, vizinhos de edifícios com repetidores, e pessoas em suas residências e empresas que utilizem serviços bidirecionais com LMDS. As outras duas caracterísitcas do sistema são a recepção sinais muito baixos e com polarização estável, e a reutilização de frequências. Emitindo um sinal com polarização muito estável, e captando somente o sinal maior potência recibido pela antena (detectação de sinais muito estreitos, com discriminação de polarização), se excluem as contribuições secundarias de sinal procedentes de múltiplas reflexões, o que suprime interferências e imagens "fantasma". Alem disso proporciona mais segurança em relação a chuva. Por último, utilizando simultaneamente polarização oposta e desenvolvimento das frequências centrais por canal, tanto para difusão em células adjacentes como para canais de retorno de banda larga na própria célula, se consegue duplicar o efetivo do sistema de banda larga, o que em LMDS em 28 GHz não é necessário alternar frequências entre células adjacentes, algo imprescindível em outros sistemas celulares, com o consequente economia deste recurso natural escasso e de crescente valor.
LMDS: Depois das Informações via cabo, as informações via ar

Principais vantagens do sistema LMDS comparados ao cabo e ao MMDS

O sistema LMDS permite oferecer, com grande confiabilidade e qualidade de sinal, praticamente os mesmos serviços que as redes de fibra óptica e cabo coaxial. É através desse que se pode denominar a esta tecnologia como "vias aéreas da informação (ou sistema de informações via ar)".

Como no LMDS não é necessário cabear, as grandes vantagens potenciais do sistema saltam a vista:

* Pode-se oferecer o serviço e gerar receitas muito antes em toda a área de cobertura (de 6 a 18 meses, frente a 5-7 anos para completar uma rede de cabo).
* Pode-se oferecer o serviço de forma economicamente viável, se não a 100% da população , mas a grande parte da mesma (principalmente aquela que está dispersa) que em nenhum caso se pode oferecer serviço via cabo de forma rentável (é de se decidir, que ou não lhes chegariam através da rede terrestre de informações atual ou o custo adicional necessário seria pago pelos órgãos do Poder Público, ou então seriam pagos pela parte da população que já assina serviços via cabo ).
* Por último, não menos importante, o operador com LMDS teria custos reduzidos para manter e operar a planta, já que não há uma rede a ser mantida (somente uns poucos repetidores por célula).

Outra possibilidade menos radical que a de substituir o cabo por LMDS, e possivelmente a mais adequada para a Espanha, consistiria em utilizar esta tecnologia desde o princípio, enquanto se vai cabeando, de forma que se daria serviço muito antes à população e se geraria recursos que permitiriam auto financiar a construção da rede de cabo. À medida que se fosse completando a mesma, poder-se ir substituindo a conexão de LMDS pela rede de cabo.

Por último, comparando o LMDS com o MMDS, sendo que com esse último tem um maior alcance e o mesmo não sofre com a interferência da chuva , mesmo tendo uma largura de banda menor (somente 200 MHz frente a 1 GHz do LMDS), a necessidade de visibilidade direta entre emissor e receptor com MMDS (o que no LMDS não é em muitos casos necessário por causa das reflexões de sinal de microondas em obstáculos naturais), e a dificuldade no MMDS para reutilizar frequências entre células adjacentes - que é possível com o LMDS - tornam o LMDS tecnologia muito mais atrativa para a provisão de serviços de telecomunicações interativos e de banda larga.

Questões em aberto na Espanha e possíveis soluções

Na Espanha, a Lei de Telecomunicações por Cabo contempla a possibilidade de utilização de sistemas radioelétricos (o "Cabo sem Fio"), de forma transitória ou permanente, nas áreas onde não é rentável cabear devido ao "nível de dispersão da população, a topografía do terreno, etc.". Sem qualquer obstáculo, os elaboradores de Regulamento Técnico conhecidos são muito restritivos com relação a esta tecnologia: "pode-se utilizar sistemas de distribução multicanal ponto multiponto por microondas nas seguintes circunstâncias: transitoriamente, durante um prazo máximo de sete anos desde a adjudicação da concessão, em municípios cuja população não supere os 3.000 habitantes; permanentemente, nos municípios cuja população não supere os mil habitantes".

Faixa de frequências destinada ao MMDS: a banda de 2,5 a 2,7 GHz , que já tem apresentado certas dificuldades no que diz respeito ao uso da mesma pelos concessionários.

Em alguns países europeus tem-se optado pelo uso exclusivo da banda de 40 GHz, pensamos que é um erro, já que é uma banda claramente inferior à de 28 GHz (em 40 GHz existe uma maior dificuldade a vencer na emissão e propagação de sinal, e a tecnologia disponível está muito menos desenvolvida), questão que está sendo revisada por estes países.

O que provavelmente tem mais sentido na Espanha é designar ambas as faixas para o LMDS, e que o mercado eleja a mais adequada delas, para utilizá-la de forma imediata, e para desenvolver tecnologias e serviços do futuro. Dito isso, a postura de optar por uma faixa exclusiva para o LMDS por uma banda intrínsecamente pior (40 GHz), nos recorda os problemas nas alternativas inferiores, como já sucedeu com a aposta européia e japonesa pela TV de Alta Definição analógica, quando a tecnologia já estava em plena era digital, pelo que não seria de se estranhar que a postura atual da maioria dos países europeus foi de retificar a ação efetuada na TVAD. Esperamos que desta vez o erro não se repita, como na TVAD, um erro previsto de recursos investidos na alternativa "mala", e em todo caso, se outros países europeus quiserem equivocar-se, esperamos que na Espanha sejamos suficientemente inteligentes para tomar-lhes a dianteira neste campo, já que seu erro nos oferece uma oportunidade de liderança como país a nível europeu , em que poucas vezes gozamos desse tipo de oportunidade no campo chave das telecomunicações.

No resto do mundo se está apostando na banda de 28 GHz para o LMDS. Os Estados Unidos, faz uma forte pressão para que os operadores de satélite optem pela banda de 28 GHz (27,5 GHz a 30 GHz), e os muito menos acautelados partidários do LMDS a 28 GHz, se optou por una solução quase "salomônica": outorgar 1 GHz ao LMDS e o resto da banda para os serviços por satélite. No Canadá, optou-se por conceder 3 GHz de largura de banda (de 25,35 a 28,35 GHz) ao LMDS, deixando o resto da banda para aplicações de satélite e outros usos.

Para ambas as questões, a permissão de utilizar o cabo celular, e a designação de faixas de frequências, e considerando todos os interesses legítimos em jogo (decidir, os favoráveis ao cabo e ao satélite), o legislador na Espanha tem uma oportunidade de demonstrar amplitude de alvos permitindo o uso do LMDS desde o princípio em todo o território nacional, portanto obrigando a cabear zonas urbanas e designando as duas bandas (28 e 40 ao LMDS). Assim, as vias de informações por meio terrestre (via cabo) e aérea (via ar) coexistirão para o beneficio de todos.

Serviços em LMDS
(Local Multipoint Distribution System)

SERVIÇOS NA
ATUALIDADE

* 49 Canais analógicos de
TV,
podendo inserir
programação distinta por
célula
SERVIÇOS SIMULTÂNEOS NO FUTURO
IMEDIATO

* +100 Canais digitais de TV, e "Near Video
On Demand"

* 10.000-20.000 conversações telefônicas
por célula de 4 - 9 Km de raio

* Linhas RDSI #F3F3F3

* Linhas de dados de alta velocidade

* Videoconferência

SERVIÇO PLENAMENTE COMPARÁVEL COM O DE TV A CABO
(Utiliza 1 GHz de largura de banda para todos os serviços, inclusive mais que o previsto
para o cabo)

Conclusões
O LMDS é uma excelente
alternativa/complemento
ao cabo:
Prestação de serviço
praticamente
equivalente
Investimento mais baixo e
menores custos de
manutenção
Retorno de investimento
muito mais rápido
O LMDS é a única tecnologia
bidirecional de largura de banda
viável economicamente nas
áreas de baixa densidade
populacional

O LMDS pode ser a base das
"vias aéreas da informação (via ar)"

Soluções Possíveis (regulatórias )

Soluções Possíveis:

Autorização sem restrição para o LMDS, que decidiriam com critérios de mercado que tecnologias utilizar.

- Economia de investimento no cabeamento de áreas pouco povoadas e em
manutenção de redes (inexistentes nas zonas com serviço exclusivo de LMDS), e isso lhes permitiria gerar recursos desde o "primeiro dia", auto financiando-se parcialmente a rede de cabo
com os recursos procedentes do LMDS.

- Permitiria oferecer serviço de forma rentável a 80% da população espanhola em 2-3 anos,
acelerando a chegada das "vias terrestres de informação (cabo)".

- Permitiria oferecer serviço universal de banda larga a um custo mínimo, aguardando o desenvolvimento do cabo, ou não haverá nunca "vias terrestres de informações (via cabo)" em áreas pouco povoadas, ou chegarão a custos de enormes perdas para o operador ou de quantias subvencionadas pelo Poder Público .

- Obrigação de oferecer serviços interativos.

Solução para o espectro:

- Designar as faixas de 28 e 40 GHz

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