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 Marcos

Dany Santos

Covilhã, 21 de abril de 2023

Universidade da Beira InteriorUniversidade da Beira Interior

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 Amato Lusitano (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 802.16e

Espectro 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]

2-57-10; 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

Atenuação Potência recebida Relação portadora-ruído Relação portadora-interferência

• Com sectorização• Sem sectorização

Ferramentas GIS para análise de visibilidade

Área de Cobertura e Reutilização Área de Cobertura e Reutilização na Rede Ponto-Multipontona Rede Ponto-Multiponto

Cálculo do número de célulasCálculo do número de células

Raio da célula [km] Número de células

2 53

3 24

4 14

5 9

Área total - 550 Km2

Atenuação, Atenuação, LL - Modelo de Friis - Modelo de Friis modificadomodificado

, expoente de propagação =2 → espaço livre =3 → zona urbana sem sombra

=4 → zona urbana com sombra d, distância de propagação, toma valores entre 2 e 6 km

chuva assume o valor de 0,015 dB/km para uma intensidade de

precipitação de 25 mm/h

nevoeiro assume o valor de 0,01 dB/km para uma frequência até 5 GHz

neve considera-se desprezável para frequências abaixo dos 30 GHz

f, frequência, 3,5 GHz

kmkmdBchuvakm ddL /log10304,32

GHzkmkmdBnevekmkmdbnevoeiro fdd log20//

Relação portadora-ruído (Friis)Relação portadora-ruído (Friis)

Nf = 3 dB

brf = 5 MHz

Ge+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

•Nf – Factor de ruído

•brf – largura de banda de radiofrequência

dBdBirdBiedBWedBWr LGGPP HzrfdBW blogN 100 10204

NfNN 0

dBwdBwr NPN

C

Modelo SUI - Modelo SUIModelo SUI - Modelo 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 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

sXXd

dAL hf

0

log10

0.4log20

dA

Comparação modelos Friis / SUIComparação modelos Friis / SUI

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6

Distância [km]

C/N

[d

B]

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

c

0

5

10

15

20

25

3 4 7 9

Factor de Reutilização

C /

I [dB

]

Gama 2 Gama 3 Gama 4

Relação portadora-interferênciaRelação portadora-interferência(omnidireccional)(omnidireccional)

0

5

10

15

20

25

30

3 4 7 9

Factor de Reutilização

C /

I [dB

]

Gama = 2 Gama = 3 Gama = 4

Relação portadora-interferênciaRelação portadora-interferência(sectorial – 180º)(sectorial – 180º)

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

•SPOT•OFFSETA/B•AZIMUTH1/2•VERT1/2

•RADIUS1/2

Reutilização de FrequênciasReutilização de Frequências

Ligação à rede fixaLigação à rede fixa

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

Colocação das BSsColocação das BSs

Análise da visibilidade a partir da Análise da visibilidade a partir da BS1BS1

Análise da visibilidade a partir da Análise da visibilidade a partir da BS2BS2

Análise da visibilidade a partir da Análise da visibilidade a partir da BS3BS3

Análise da visibilidade a partir Análise da visibilidade a partir das 3 BSsdas 3 BSs

Conclusões - CoberturaConclusões - 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 =2 e =3 com distâncias até 4 km.

Para modulações de ordem elevada, o limiar de C/N só é atingido para =2

No modelo SUI para as distâncias envolvidas, não existe qualquer limitação na cobertura para qualquer ordem de modulação

Conclusões - ReutilizaçãoConclusões - 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 Conclusões – 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 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 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 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

AgradecimentosAgradecimentos

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

FIMFIM

Obrigado pela vossa atenção