Universidade da Beira Interior
Planeamento de uma Rede
sem Fios IEEE 802.16e no
Concelho da Covilhã
Rui Marcos
Dany Santos
Covilhã, 5 de novembro de 2015
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)
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
Fixo
Fixo e
Mobilidade
pedestre
Mobilidade
Mobilidade
Raio típico da célula
[km]
2-5
7-10;
distância
máxima:50
2-5
Distâncias de cobertura versus
Ritmos de Transmissão
Planeamento

Modelos de Propagação
• 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
Área total - 550 Km2
Raio da célula [km]
Número de células
2
53
3
24
4
14
5
9
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
L  32,4  30g 10g logdkm  g chuvadB / km  dkm
 g nevoeiro db / km  dkm  g neve dB / km  dkm  20 logfGHz  
Relação portadora-ruído (Friis)
N0dBW   204  10 log10 brf Hz  
Pr dBW   PedBW   GedBi   Gr dBi   LdB 
N  N0  Nf
C
 Pr dBw   NdBw 
N
60
50
•Nf – Factor de
ruído
•brf – largura de
banda de
radiofrequência
40
30
C/N [dB]
Nf = 3 dB
brf = 5 MHz
Ge+Gr = 25 dBi
20
10
0
-10
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
-20
-30
-40
Distância [km]
Gama 2
Gama 3
Gama 4
5,5
6
6,5
Modelo SUI - Modelo SUI
 Tipos de terreno
o A → terreno montanhoso com densidade moderada-elevada
de árvores
o 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 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
d
L  A  10g log
 d0

  X f  X h  s

 4 .d 0 
A  20 log

  
Comparação modelos Friis / SUI
80
70
60
50
C/N [dB]
40
30
20
10
0
c
-10
-20
-30
-40
1
2
3
4
5
6
Distância [km]
Tipo A
Tipo B
Tipo C
Gama 2
Gama 3
Gama 4
Relação portadora-interferência
(omnidireccional)
25
C / I [dB]
20
15
10
5
0
3
4
7
Factor de Reutilização
Gama 2
Gama 3
Gama 4
9
Relação portadora-interferência
(sectorial – 180º)
30
C / I [dB]
25
20
15
10
5
0
3
4
7
Factor de Reutilização
Gama = 2
Gama = 3
Gama = 4
9
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 portadorainterferência
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