Estimação de cobertura rádio em comunicações ferroviárias

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

A estimação do nível de sinal num ambiente ferroviário deve ser efetuada com a maior precisão possível, garantindo a qualidade elevada das ligações ao longo de uma linha. Deste modo, devem utilizar-se modelos de propagação que permitam um elevado grau de precisão e, consequentemente, um erro pequeno. O modelo de propagação ITU-R 1546-5 fornece as especificações necessárias para que esses requisitos sejam cumpridos, pois permite estimar o nível de sinal tendo em conta as obstruções, os perfis de terreno e os diferentes ambientes. O objetivo deste trabalho consiste em desenvolver um software que implemente o modelo ITU-R 1546-5 e permita a aferição da sua qualidade, comparando-o com medidas de sinal rádio e medidas de sinal preditas através de um modelo com qualidade de predição comprovada, o modelo de Okumura-Hata. A aferição da qualidade do modelo é feita, recorrendo a três parâmetros de erro estatístico: - o erro médio; - a raiz do erro quadrático médio ; - o desvio padrão do erro. Quanto menor for o valor destes parâmetros, maior será a qualidade do modelo de predição. As comparações são feitas entre o modelo ITU-R 1546-5 e as medidas de sinal rádio, o modelo de Okumura-Hata e as medidas de sinal rádio, para todas as estações base das linhas de Cascais, Vendas Novas-Évora e Algarve. Os resultados finais obtidos permitem comprovar a aplicabilidade do modelo de predição ITU-R 1546-5, em ambientes rurais, com poucas obstruções ao sinal, tendo uma melhor prestação que o modelo Okumura-Hata neste tipo de ambientes.

Abstract: The estimation of the signal level in a railway environment should be done with the most possible precision, ensuring the high quality of the signal level along the railway. Therefore the propagation models that one shall use, must give a high level of accuracy and, consequently, a small error. The propagation model ITU-R 1546-5 provides the necessary specifications so that these requirements are met, because it allows the estimation of a signal level taking into account the clutter, the terrain profile and the different environments. The work’s objective is to develop a software that implements the ITU-R 1546-5 model and allow the assessment of its quality by comparing it to radio signal measures, and by comparing a model with proven prediction quality, the Okumura-Hata model, with radio signal measures, as well. The quality assessment of the ITUR model is made by using three parameters of statistical error: - the mean error, - the root mean square error - the standard deviation of t he error. The smaller the value of these parameters, the better the quality of the prediction model. The comparisons are made between the ITU-R 1546-5 model and the radio signal measures, as well as between the Okumura-Hata and the radio signal measures for all the transmitter stations of Cascais, Vendas Novas-Évora and Algarve. The final results prove the applicability of the prediction model ITU-R 1546-5, in rural environments, with few signal obstructions, having a better performance in this type of environments than the Okumura-Hata model.