O TVWS, sigla em inglês para TV White Space, ou espaços livres de TV, é uma forma de conexão sem fio que aproveita canais de televisão que ficam sem uso numa determinada região. Esta página explica de onde vêm esses canais livres, por que eles interessam a quem quer conectar lugares distantes e cobertos por vegetação. Também conta o que o TECER aprendeu ao testá-los.
De onde vêm os espaços livres?
O espectro eletromagnético é o conjunto de frequências por onde viajam os sinais sem fio. Cada país divide o espectro em faixas e define o uso de cada uma: rádio, televisão, telefonia celular, wifi e outros serviços.
Uma parte do espectro é reservada à televisão aberta e dividida em canais. Nenhuma cidade usa todos os canais ao mesmo tempo: as emissoras locais ocupam alguns canais. Os demais ficam vazios. Como os canais vazios variam de um lugar para outro, um canal livre em uma região pode estar em uso na região vizinha. Esses canais vazios são os espaços livres, ou white spaces.
O TVWS transmite dados por esses canais, com uma condição: não interferir nas emissoras que estão no ar. Para isso, os equipamentos consultam bases de dados que indicam quais canais estão livres em cada local, ou observam o espectro antes de transmitir. Esse mecanismo é chamado de gestão dinâmica de espectro. As regras para o uso dessas faixas variam de país para país.
Por que essas frequências atravessam melhor a vegetação?
Os canais de TV usados pelo TVWS ficam abaixo de 1 GHz. Os equipamentos testados no TECER operam entre 470 e 698 MHz. O wifi usa 2,4 GHz e 5 GHz.
A diferença fica mais clara quando se olha para o tamanho da onda. Uma onda de 470 MHz tem cerca de 64 cm de comprimento, mais ou menos a largura de uma porta. Uma onda de wifi em 2,4 GHz tem cerca de 12 cm (o tamanho de um celular). Em 5 GHz, tem cerca de 6 cm. Ondas maiores são menos absorvidas por folhas e galhos e contornam obstáculos com mais facilidade, um fenômeno chamado difração.
Por isso, o TVWS pode funcionar em condições NLOS, sem visada direta, quando há árvores ou relevo entre as antenas. Isso não significa que a vegetação deixe de importar: o sinal ainda perde força ao atravessá-la. O alcance real depende da potência, das antenas, da altura de instalação e do terreno.
O preço dessas vantagens é a capacidade. Um canal de TV é relativamente estreito. Por ele passa menos dado por segundo do que por um canal de wifi moderno. O TVWS é adequado para conectar um ponto distante que depois distribui a conexão localmente. É menos adequado para atender muitas pessoas diretamente.
Como é uma rede de TVWS?
Uma rede de TVWS tem dois tipos de equipamento:
- A estação base, um rádio ligado a uma ou mais antenas, instalado num ponto alto e central, de onde o sinal parte.
- As CPEs, sigla em inglês para customer premises equipment, equipamento nas instalações do cliente: rádios menores, com antena, que recebem o sinal onde a conexão será usada.
Na arquitetura testada pelo TECER, o TVWS funciona como backhaul: conecta a cidade a um ponto da comunidade, de onde ela pode ser distribuída por wifi ou por uma rede mesh.
Existe um padrão técnico?
Sim. O padrão IEEE 802.22, publicado em 2011, foi a primeira definição de uma interface de rádio baseada em rádio cognitivo, um rádio capaz de observar o espectro e escolher onde transmitir, para uso oportunista das faixas de TV sem interferir na radiodifusão. Ele foi pensado para oferecer banda larga em áreas de baixa densidade populacional. Nem todos os equipamentos comerciais seguem esse padrão; muitos usam soluções próprias de cada fabricante.
O que o TECER aprendeu?
O TVWS foi a tecnologia central da Fase 1 do projeto. Os testes mostraram que:
- em Mosqueiro, o alcance ficou muito abaixo do esperado, em torno de 400 metros;
- no laboratório da UFPA/LASSE, parte do problema foi atribuída à perda de sinal nos cabos e à oxidação nas conexões, não à tecnologia em si;
- em Tururi, três de cinco pontos se conectaram através da floresta, sem visada direta.
A análise das causas do alcance reduzido está em Por que um enlace de rádio alcança menos do que o previsto.
Fontes
- IEEE 802.22 Working Group. Página oficial do grupo de trabalho (hoje inativo). grouper.ieee.org/groups/802/22
- IEEE 802.22, visão geral do padrão (Wikipedia, em inglês).
- Rádio usado no projeto: Carlson Wireless RuralConnect.