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Concepção e Planeamento de Redes sem Fios IEEE 802.16

Vitor CarvalhoIT / DEM, Universidade da Beira Interior

Covilhã, Portugal

Covilhã, 7 de Novembro de 2005

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Resumo

ObjectivosWimaxPlaneamento celular• Relação portadora-ruído• Relação portadora-interferência

Ligação ponto-a-pontoConclusões

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Objectivos

Planear uma rede macro-celular de banda larga sem fios ponto-multiponto que abrange toda a região da Beira InteriorProjectar uma rede sem fios ponto-a-ponto para interligar os Hospitais de Castelo Branco, Covilhã e Guarda, com recurso a um repetidor na Serra Gardunha

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Wimax – Abordagem Orientada ao Serviço

O WiMax irá permitir a interoperabilidade entre equipamentos de fabricantes diferentesAbrange o segmento móvel tendo um enorme potencial pois proporciona banda larga em movimentoNuma abordagem orientada ao serviço, de forma a satisfazer as necessidades dos bombeiros, da polícia e das ambulâncias, pretende-se, por exemplo, que o centro de controlo tenha acesso a imagens em tempo real de um incêndioRede metropolitana pode permitir aos alunos acederem em qualquer lugar a conteúdos leccionados na universidade

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Área de Estudo (Beira Interior)

66

Planeamento Macro-celular

Região da Beira Interior com uma área de 64x90=5760km2

O número de macro-celulas necessárias para cobrir a área de estudo são 35 e 62 células, aproximadamente, para raios de cobertura de R=8 e R=6km, respectiva-mente

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Relação portadora-ruídoCom:

• f = 3.5 GHz

• Ge+Gr = 25dBi

• Pe = 0dBW

• Largura de banda = 5MHz

• Factor de ruído = 3dB

Modulações de ordem altaModulações de ordem baixa

-50-37.5

-25-12.5

012.5

2537.5

50

3 4 5 6 7 8d [km]

C/N

[dB

]

γ=2γ=3γ=4

88

Relação portadora-ruído (cont.)

C/N (mínimo) γ=2 Áreas rurais

γ=3 Zonas urbanas

Modulações de ordem baixa (6-8 dB)

d=1-10 km Até d=4 km

Modulações de ordem alta (16-18 dB)

d=1-10 km Impossível

Em espaços livres (áreas rurais) a cobertura não é uma limitaçãoEm zonas urbanas, para grandes distâncias, éimpossível a cobertura e então é necessário usar células de 3-4 km

99

Relação portadora-interferênciaSem Sectorização Com Sectorização

0

5

10

15

20

25

k = 3 k = 4 k = 7 k = 9 k = 12 k = 19

C/I

[dB

]

omni., gama=2omni, gama=3sect., gama=2sect., gama=3

1010

Ligação Ponto-a-Ponto com Repetidor

O projecto das ligações ponto-a-ponto assemelha-se ao dimensiona-mento de feixes Hertzianos digitais

Existe desobstrução total do elipsóide de Fresnel entre a Covilhã e a Gardunha e a Gardunha e Castelo Branco

Covilhã-Gardunha-Castelo Branco

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 6 12 18 24 30 36 42 48d [km]

h [m

]

1111

Projecto da Ligação Ponto-a-Ponto PTP

Com desvanecimento, o C/Nmin, em dB, é dado pela expressão seguinte, onde mu (dB) é a margem de desvanecimento uniforme

A probabilidade P de a potência recebida p ser igual ou inferior a p0, no mês mais desfavorável, pode ser estimada por uma expressão do tipo, onde F é o factor de ocorrência do desvanecimento profundo (modelo de Morita)

( )mFppP =≤ 0 P

Fm =⇔

[ ]dBuentodesvanecimc

mNC

NC

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

min_min_

1212

Hipóteses

γ = 2 Lb = 20 MHz (para a ligação ponto-a-ponto)γchuva = 0.015 dB/kmPe = 0 dBWGe+Gr = 2x23.8=47.6 dBi Nf = 3 dBGuias de onda de 10m a alimentar as antenas (com atenuação específica Ae=Ar=0.051 dBm)

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Relação Portadora-Ruído com desvanecimento

Comparação da relação portadora-ruído com o limiar de qualidade, (C/N)min com desvanecimento , tendo em conta a margem da ligação relativa à cláusula 1 e 2 e o modelo de Morita

Cláusula 1 (ber=10-6)Cláusula 2 (ber=10-3)

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Conclusões - Cobertura

O número de células necessárias para cobrir a região da Beira Interior é de 62 e 35 células, para distâncias de cobertura de 6 km e 8 km, respectivamenteNo modelo de Friis modificado, só é possível ultrapassar o limiar mínimo de C/N para modulações de ordem baixa e para γ =2 e γ =3 com distâncias até 4 km. Para modulações de ordem elevada, o limiar de C/N só é atingido para γ =2

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Conclusões - Reutilização

Sem sectorização os valores do factor de reutilização são demasiado elevadosUtilizou-se a sectorização para ultrapassar esta dificuldade aumentar a capacidade do sistema Com sectorização consegue-se reduzir o factor de reutilização para valores aceitáveis (k>4)Sugere-se a sobreposição para superar problemas de coberturas em grandes áreas de densidade populacional

1616

Conclusões - PTP

Cláusula 1 • Antenas com ganhos de emissão/recepção de 24 dB só

permitem ligações de qualidade para distâncias até 35 km; logo, a ligação da Serra da Gardunha até á cidade da Guarda não está assegurada

• Para as antenas com ganhos de 32,5 dB qualquer das ligações pode ser efectuada

Cláusula 2• Antenas com ganhos de 24 dB permitem ligações para

distâncias até 24,5 km; na ligação da Serra Gardunha até Castelo Branco existe uma diferença de 4 dB relativamente à possível realização

• Com antenas de 32,5 dB, todas as ligações são possíveis, excepto a ligação entre a Serra da Gardunha e a cidade da Guarda

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Trabalho Futuro (MobileMAN)

Desenvolver arquitecturas de rede para interoperabilidade e IP móvel entre redes Wi-Fi e WimaxAspectos de segurança em IEEE 802.16Consideração de serviços multimédiaAplicações para plataformas móveisEm termos de demonstração, o MobileMAN vai-se concentrar essencialmente na versão fixa/portátil da normaNo entanto, existem contactos exploratórios com representantes da protecção civil, forças de segurança e emergência médica, com o objectivo de se poderem concretizar projectos de demonstração mais abrangentes

1818

Agradecimentos

MobileMAN (Mobile IP for Broadband Wireless Metropolitan Area Networks), um projecto interno do Instituto de Telecomunicações -Laboratório Associado

1919

FIM

2020

Questões