Universidade da Beira InteriorUniversidade da Beira Interior

Planeamento de uma Rede Planeamento de uma Rede sem Fios IEEE 802.16e no sem Fios IEEE 802.16e no

Concelho da CovilhãConcelho da Covilhã

Rui MarcosDany Santos

Covilhã, 7 de Novembro de 2005

Resumo

ObjectivoPlaneamento CelularAnálise de VisibilidadeLigação ponto-a-pontoConclusões e trabalho futuro

Objectivo

Projectar uma rede móvel Ponto-Multiponto que abrange todo o concelho da Covilhã, estudando particularmente a área urbana da cidade em pormenor

Desenvolver uma rede sem fios WiMax para interligar Ponto-a-Ponto os Hospitais Pêro da Covilhã, Sousa Martins (Guarda) e AmatoLusitano (Castelo Branco)

WiMaxWiMax

WiMax é uma organização sem fins lucrativos cujo principal objectivo é promover e certificar a compatibi-lidade e a interoperabilidade de equipamentos para redes sem fios de banda larga da norma IEEE 802.16

Norma 802.16 802.16a-REVd 802.16eEspectro de Frequência

[GHz] 10-66 2-11 2-6

Ritmo de transmissãomáximo [Mbps] 32-174 75 Até 15

Mobilidade FixoFixo e

Mobilidadepedestre

Mobilidade

Raio típico da célula[km] 2-5

7-10; distância

máxima:502-5

Distâncias de cobertura versus Distâncias de cobertura versus Ritmos de TransmissãoRitmos de Transmissão

PlaneamentoPlaneamento

Modelos de Propagação• Modelo de Friis modificado• Modelo SUI

AtenuaçãoPotência recebidaRelação portadora-ruídoRelação portadora-interferência

• Com sectorização• Sem sectorização

Ferramentas GIS para análise de visibilidade

ÁÁrearea de de CoberturaCobertura e e ReutilizaReutilizaççãoãonana RedeRede PontoPonto--MultipontoMultiponto

CCáálculo do nlculo do núúmero de cmero de céélulaslulasRaio da célula [km] Número de células

2 533 24

4 14

5 9

Área total - 550 Km2

AtenuaAtenuaçção, ão, LL -- Modelo de Modelo de FriisFriismodificadomodificado

γ, expoente de propagaçãoο γ =2 → espaço livreο γ =3 → zona urbana sem sombraο γ =4 → zona urbana com sombra

d, distância de propagação, toma valores entre 2 e 6 kmγchuva assume o valor de 0,015 dB/km para uma intensidade de precipitação de 25 mm/hγnevoeiro assume o valor de 0,01 dB/km para uma frequência até 5 GHzγneve considera-se desprezável para frequências abaixo dos 30 GHzf, frequência, 3,5 GHz

[ ]( ) [ ] [ ]kmkmdBchuvakm ddL ×+++= /log10304,32 γγγ

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]( )GHzkmkmdBnevekmkmdbnevoeiro fdd log20// +×+×+ γγ

RelaRelaçção portadoraão portadora--ruruíído (Friis)do (Friis)

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]dBdBirdBiedBWedBWr LGGPP −++= [ ] [ ]( )HzrfdBW blogN 100 10204 +−=

Nf = 3 dBbrf = 5 MHzGe+Gr = 25 dBi

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

Distância [km]

C/N

[dB]

Gama 2 Gama 3 Gama 4

NfNN += 0

[ ] [ ]dBwdBwr NPNC

−=

•Nf – Factor de ruído

•brf – largura de banda de radiofrequência

Modelo SUI Modelo SUI -- Modelo SUIModelo SUI

Tipos de terrenoo A → terreno montanhoso com densidade moderada-elevada

de árvoreso B → terreno liso com densidade moderada-elevada de

árvores ou terreno montanhoso com densidade reduzida de árvores

o C → terreno liso com densidade reduzida de árvoresd, distância de propagação, toma valores entre 2 e 6 kmd0 = 100mXf → Factor de correcção da frequência da antena Xh → Factor de correcção do receptor da antena s → Factor de perda de desvanecimento das árvores e estruturasf → Frequência, 3,5 GHz

sXXddAL hf +++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

0

log10γ ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=λπ 0.4

log20d

A

ComparaComparaçção modelos Friis / SUIão modelos Friis / SUI

-40

-30-20

-10

0

1020

30

40

5060

70

80

1 2 3 4 5 6

Distância [km]

C/N

[dB]

Tipo A Tipo B Tipo C Gama 2 Gama 3 Gama 4

c

RelaRelaçção portadoraão portadora--interferênciainterferência(omnidireccional)(omnidireccional)

0

5

10

15

20

25

3 4 7 9

Factor de Reutilização

C /

I [dB

]

Gama 2 Gama 3 Gama 4

RelaRelaçção portadoraão portadora--interferênciainterferência(sectorial (sectorial –– 180180ºº))

0

5

10

15

20

25

30

3 4 7 9

Factor de Reutilização

C /

I [dB

]

Gama = 2 Gama = 3 Gama = 4

Planeamento celular recorrendo a Planeamento celular recorrendo a ferramentas GIS ferramentas GIS -- Concelho da CovilhãConcelho da Covilhã

•SPOT•OFFSETA/B•AZIMUTH1/2•VERT1/2 •RADIUS1/2

ReutilizaReutilizaçção de Frequênciasão de Frequências

LigaLigaçção ão àà rede fixarede fixa

Planeamento celular recorrendo a Planeamento celular recorrendo a ferramentas GIS ferramentas GIS -- Cidade da CovilhãCidade da Covilhã

ColocaColocaçção das BSsão das BSs

AnAnáálise da visibilidade a partir da lise da visibilidade a partir da BS1BS1

AnAnáálise da visibilidade a partir da lise da visibilidade a partir da BS2BS2

AnAnáálise da visibilidade a partir da lise da visibilidade a partir da BS3BS3

AnAnáálise da visibilidade a partir lise da visibilidade a partir das 3 das 3 BSsBSs

Conclusões Conclusões -- CoberturaCobertura

O número de células necessárias para a cobertura da área do concelho da Covilhã, com uma área aproximada de 550 km2, é de 24 e 14, considerando células com raio de cobertura de 3 e 4 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 =2No modelo SUI para as distâncias envolvidas, não existe qualquer limitação na cobertura para qualquer ordem de modulação

Conclusões Conclusões -- ReutilizaReutilizaççãoão

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)

Conclusões Conclusões –– Concelho da Concelho da CovilhãCovilhã

No concelho da Covilhã propõe-se um esquema de cobertura com 18 estações de base, garantindo-se 70 % de cobertura com linha de vista (LoS)Na zona das localidades, garante-se 83% de cobertura em LoSCom um factor de reutilização k=7, não existem limitações relativamente à relação portadora-interferênciaComo backhaul para ligação á rede fixa criou-se uma rede WiMax paralela com componentes ponto-a-ponto e ponto-multiponto na gama dos 5.8GHzPara a zona urbana da cidade da Covilhã, através da colocação de 3 antenas, após algumas iterações, atingimos aproximadamente 75% de cobertura com linha de vista

Trabalho FuturoTrabalho Futuro

As sugestões para trabalho futuro incluem: – Análise de visibilidade para uma área mais alargada– O dimensionamento de painéis solares para

alimentação da estações de baseO desenvolvimento de arquitecturas de rede para interoperabilidade e IP, assim como, aspectos de segurança na IEEE 802.16eO desenvolvimento de ferramentas de planeamento celular que tenham em conta aspectos de cobertura, reutilização, análise de visibilidade, capacidade e custos de implementação

AgradecimentosAgradecimentos

MobileMAN (Mobile IP for Broadband Wireless MetropolitanArea Networks), um projecto interno do Instituto de Telecomunicações -Laboratório AssociadoDepartamento de Engenharia Civil -Serviço Transfronteiriço de Informação Geográfica da UBI

FIMFIM

Obrigado pela vossa atenção