Planeamento de uma Rede sem Fios IEEE 802.16e no Concelho da Covilhã Universidade da Beira Interior Planeamento de uma Rede sem Fios IEEE 802.16e no Concelho da Covilhã Rui Marcos Dany Santos Covilhã, 23 de março de 2017

Resumo Objectivo Planeamento Celular Análise de Visibilidade Ligação ponto-a-ponto Conclusões 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 Amato Lusitano (Castelo Branco)

Espectro de Frequência Raio típico da célula [km] WiMax 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 802.16e Espectro de Frequência [GHz] 10-66 2-11 2-6 Ritmo de transmissão máximo [Mbps] 32-174 75 Até 15 Mobilidade Fixo Fixo e pedestre Raio típico da célula [km] 2-5 7-10; distância máxima:50

Distâncias de cobertura versus Ritmos de Transmissão

Planeamento Modelos de Propagação Atenuação Potência recebida Modelo de Friis modificado Modelo SUI Atenuação Potência recebida Relação portadora-ruído Relação portadora-interferência Com sectorização Sem sectorização Ferramentas GIS para análise de visibilidade

Área de Cobertura e Reutilização na Rede Ponto-Multiponto

Cálculo do número de células Raio da célula [km] Número de células 2 53 3 24 4 14 5 9 Área total - 550 Km2

Atenuação, L - Modelo de Friis modificado g, expoente de propagação g =2 → espaço livre g =3 → zona urbana sem sombra g =4 → zona urbana com sombra d, distância de propagação, toma valores entre 2 e 6 km gchuva assume o valor de 0,015 dB/km para uma intensidade de precipitação de 25 mm/h gnevoeiro assume o valor de 0,01 dB/km para uma frequência até 5 GHz gneve considera-se desprezável para frequências abaixo dos 30 GHz f, frequência, 3,5 GHz

Relação portadora-ruído (Friis) Nf = 3 dB brf = 5 MHz Ge+Gr = 25 dBi Nf – Factor de ruído brf – largura de banda de radiofrequência

Modelo SUI - Modelo SUI Tipos de terreno A → terreno montanhoso com densidade moderada-elevada de árvores B → terreno liso com densidade moderada-elevada de árvores ou terreno montanhoso com densidade reduzida de árvores C → terreno liso com densidade reduzida de árvores d, distância de propagação, toma valores entre 2 e 6 km d0 = 100m Xf → Factor de correcção da frequência da antena Xh → Factor de correcção do receptor da antena s → Factor de perda de desvanecimento das árvores e estruturas f → Frequência, 3,5 GHz

Comparação modelos Friis / SUI

Relação portadora-interferência (omnidireccional)

Relação portadora-interferência (sectorial – 180º)

Planeamento celular recorrendo a ferramentas GIS - Concelho da Covilhã SPOT OFFSETA/B AZIMUTH1/2 VERT1/2 RADIUS1/2

Reutilização de Frequências

Ligação à rede fixa

Planeamento celular recorrendo a ferramentas GIS - Cidade da Covilhã

Colocação das BSs

Análise da visibilidade a partir da BS1

Análise da visibilidade a partir da BS2

Análise da visibilidade a partir da BS3

Análise da visibilidade a partir das 3 BSs

Conclusões - Cobertura 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, respectivamente No modelo de Friis modificado, só é possível ultrapassar o limiar mínimo de C/N para modulações de ordem baixa e para g =2 e g=3 com distâncias até 4 km. Para modulações de ordem elevada, o limiar de C/N só é atingido para g =2 No modelo SUI para as distâncias envolvidas, não existe qualquer limitação na cobertura para qualquer ordem de modulação

Conclusões - Reutilização Sem sectorização os valores do factor de reutilização são demasiado elevados Utilizou-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 – Concelho da Covilhã 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 LoS Com um factor de reutilização k=7, não existem limitações relativamente à relação portadora-interferência Como backhaul para ligação á rede fixa criou-se uma rede WiMax paralela com componentes ponto-a-ponto e ponto-multiponto na gama dos 5.8GHz Para 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 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 base O desenvolvimento de arquitecturas de rede para interoperabilidade e IP, assim como, aspectos de segurança na IEEE 802.16e O desenvolvimento de ferramentas de planeamento celular que tenham em conta aspectos de cobertura, reutilização, análise de visibilidade, capacidade e custos de implementação

Agradecimentos MobileMAN (Mobile IP for Broadband Wireless Metropolitan Area Networks), um projecto interno do Instituto de Telecomunicações - Laboratório Associado Departamento de Engenharia Civil - Serviço Transfronteiriço de Informação Geográfica da UBI

FIM Obrigado pela vossa atenção