Redes de Acesso em Banda Larga. Tecnologias de acesso em banda larga. MMDS : Sistema de Distribuição Multiponto Multicanal

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1 Redes de Acesso em Banda Larga 4 WMAN Tecnologias de acesso em banda larga MMDS : Sistema de Distribuição Multiponto Multicanal MDS : Sistema de Distribuição de ídeo por Microondas LMDS/LMCS : Serviços de Distribuição Multiponto Local/ Serviços de Comunicação Multiponto Local Celulares e de Rádio Acesso 2

2 MMDS MMDS - Sistema de Distribuição Multiponto Multicanal Faixa de operação : 2,5 Gz Banda disponível : 200 Mz Amplamente utilizado nos EUA, América Latina, Europa Oriental e Ásia Sistemas analógicos oferecendo T a baixo custo. Sistemas digitais: serviços full-duplex e internet a alta velocidade Celulares e de Rádio Acesso 3 MMDS antagens Tecnologia amplamente testada Mais econômico e mais rápido de instalar que os cabos Cobertura : 40 a 50 km Desvantagens Requer linha de visada Usuário pode ter que usar a PSTN para se comunicar com a base Banda alocada menor do que a para o LMDS Celulares e de Rádio Acesso 4

3 MDS MDS : Sistema de distribuição de vídeo por microondas Freqüência : 40 Gz Opera em vários países da Europa Serviço : Sistemas analógicos de distribuição de T Atualmente estão sendo desenvolvidos sistemas digitais (Internet em alta velocidade, multimídia, acesso remoto a LAN s, vídeo interativo, vídeo sob demanda, vídeoconferência e telefonia) Celulares e de Rádio Acesso 5 MDS antagens Desvantagens Disponibilidade de espectro Alta capacidade Capaz de suportar multimídia no futuro Raio de célula limitado (4-5 km) Falta de caminho de retorno (usuário - base) Grande influência da chuva na propagação Alto custo do equipamento Celulares e de Rádio Acesso 6

4 LMDS/LMCS Sistema de comunicação ponto multiponto Serviços : Dados, voz, internet, vídeo, serviços de multimídia interativa (telemedicina, teleducação,...) Faixa: 26 a 31 Gz Banda disponível : 1 Gz a 3 Gz Capacidade de prover velocidades maiores de 1 Gbps Celulares e de Rádio Acesso 7 antagens do LMDS Menor custo inicial Menor custo de implantação Facilidade e velocidade de implantação Retorno rápido do investimento Arquitetura escalonável Celulares e de Rádio Acesso 8

5 Faixas de freqüência - U.S.A. Celulares e de Rádio Acesso 9 Faixas de freqüência no Brasil A: to Gz B: to Gz C: to Gz D: to Gz E: to Gz F: to Gz G: to Gz : to Gz I: to Gz J: to Gz K: to Gz L: to Gz Celulares e de Rádio Acesso 10

6 Aplicações Enlaces ponto a ponto Enlaces ponto multiponto Broadcast (T) Protocolo de transporte ATM (Modo de Transmissão Assíncrono) IP (Protocolo da Internet) Celulares e de Rádio Acesso 11 Alguns fornecedores de solução LMDS Celulares e de Rádio Acesso 12

7 Arquitetura da rede LMDS Base rooftop Base greenfield Enlaces de microondas ponto-multiponto para usuários Casas Sistemas e aplicações diversos Fibra e satélite Enlaces de microondas ponto-a-ponto para backbone (pode ser em fibra também) Edifícios residenciais Edifícios comerciais Estação Central Fonte: Celulares e de Rádio Acesso 13 Arquitetura da rede LMDS Rede em Fibra (usualmente) Estação Central Nó (base) de Subsistema Equipamento do assinante Aplicações do assinante Centro de operação de rede Software de gerência de rede Sistema LMDS Celulares e de Rádio Acesso 14

8 Conceito LMDS Ponto a ponto com alta taxa de bits Distribuição de dados por RF Central de Distribuição Redes de dados Usuários Telefone Público PSTN Rede Internet Sistema LMDS Ponto Multiponto Fibra ótica Celulares e de Rádio Acesso 15 Arquitetura da rede LMDS Centro de operação de rede (NOC) - Possui os equipamentos de gerência de rede Infra-estrutura de fibra SONET / SD PD ATM IP Conexão com a rede pública de telefonia Celulares e de Rádio Acesso 16

9 Arquitetura da rede LMDS Estação Central Conversão da parte cabeada com a rádio Equipamento de interface de rede para terminação em fibra Funções de modulação e demodulação Nó de subsistema Equipamentos de TX e RX de microondas Pode ter capacidade de comutação Celulares e de Rádio Acesso 17 Arquitetura da rede LMDS Software de gerência de rede Alarmes Comandos em equipamentos Equipamento do usuário Transmissão e recepção Modulação e demodulação Celulares e de Rádio Acesso 18

10 Diagrama de bloco de um sistema LMDS Antena do ub Interface da rede Interface de RF Outras Redes MUX da radio base Modem da Radio Base Equipamento de RF Antena do usuário Modem do equipamento do usuário Equipamento de RF do usuário Interface do usuário Interface de RF Celulares e de Rádio Acesso 19 LMDS no site (base) Celulares e de Rádio Acesso 20

11 LMDS no usuário Conjunto antena / transceptor Celulares e de Rádio Acesso 21 Propagação em um sistema LMDS Forte causa de atenuação Usuários Prestadora de serviços Forte causa de atenuação Celulares e de Rádio Acesso 22

12 Propagação Desvanecimento por multipercurso não é problema: mecanismo principal é visada direta (LOS) antenas localizadas em sites elevados antenas altamente diretivas antenas de usuário são fixas Celulares e de Rádio Acesso 23 Propagação Regiões de sombras sinais não penetram vegetação, relevo e construções: criam-se sombras pode-se usar sobreposição de células (overlapping) antenas em locais altos usualmente resolvem problema de sombra por vegetação assinantes sem visada: recepção por reflexão ou uso de repetidores Celulares e de Rádio Acesso 24

13 Raio de célula dependência com disponibilidade Influência da disponibilidade requerida no tamanho de célula (valores máximos típicos) 99,9% : 10 km de raio 99,99% : 5 km de raio 99,999% : 2,5 km de raio alores duas a cinco vezes menores em regiões tropicais e equatoriais Celulares e de Rádio Acesso 25 Planejamento de rede Aspectos a se considerar: Projeto de célula (cell design) seleção de tamanho estimado das células conforme disponibilidade desejada sobreposição de células robustez; considerar questões de tráfego penetração do sistema atendimento a todos os usuários, com qualidade de serviço número de células dependente do tamanho definido para as células capacidade de tráfego tráfego demandado na região pode afetar o tamanho de célula link budget distância máxima (estimada) para que usuário tenha serviço com qualidade nominal custo de capital por célula (capital cost) para estimar o capital requerido pelo sistema Celulares e de Rádio Acesso 26

14 Planejamento de rede Aspectos a se considerar: Esquema de reuso de freqüência base usualmente configurada para múltiplos setores configuração típica: 4 setores, com feixe de 90 0 isolamento entre setores adjacentes inversão de polarização Esquema de modulação tradeoffs envolvidos apresentados adiante Celulares e de Rádio Acesso 27 Plano de células de um sistema LMDS Setor Uma célula LMDS Todas as freqüências são completamente reutilizadas em cada setor - Polarização vertical - Polarização horizontal Um hub com antena em 4 setores Celulares e de Rádio Acesso 28

15 Formas de acesso Uplink - TDMA, FDMA e CDMA Downlink - TDM TDM Estação Base FDMA 1 assinante 1 assinante 2 assinante 3 TDMA Celulares e de Rádio Acesso 29 FDMA FDMA X TDMA Banda dedicada a cada usuário Suporta tráfegos que exigem um mínimo de recursos sempre TDMA Diminui custos - vários usuários com baixas taxas de dados dividem o mesmo canal Tráfego com taxas variáveis (transmissão em rajadas) Celulares e de Rádio Acesso 30

16 Modulação Sistemas FDMA Modulação Mz utilizado por feixe de 2 Mbps BPSK DQPSK QPSK 8PSK 4QAM 16QAM 64QAM 2,8 Mz 1,4 Mz 1,4 Mz 0,8 Mz 1,4 Mz 0,6 Mz 0,4 Mz Celulares e de Rádio Acesso 31 Eficiência espectral da Modulação BPSK - 2 Mbps/2,8 Mz = 0,71 bps/z DQPSK - 2 Mbps/1,4 Mz = 1,42 bps/z QPSK - 2 Mbps/1,4 Mz = 1,42 bps/z 8PSK - 2 Mbps/0,8 Mz = 2,5 bps/z 4 QAM - 2 Mbps/1,4 Mz = 1,42 bps/z 16 QAM - 2 Mbps/0,6 Mz = 3,33 bps/z 64 QAM - 2 Mbps/0,4 Mz = 5 bps/z Celulares e de Rádio Acesso 32

17 Raio de célula dependência com modulação Influência da modulação no tamanho de célula (valores máximos típicos 99,9% de disponibilidade climas temperados) QPSK e 4-QAM 16-QAM 64-QAM : 10 km de raio : 5 km de raio : 2,5 km de raio Celulares e de Rádio Acesso 33 Modulação adaptativa Solução de implementada por alguns fabricantes de equipamentos Equipamentos convencionais: modulação única (tradeoff de projeto) Exemplo: apenas QPSK Exemplo: apenas 16QAM ou 64QAM Modulação adaptativa: taxa X distância Celulares e de Rádio Acesso 34

18 Capacidade Capacidade do sistema : Número de células x capacidade da célula Capacidade da célula : Número de setores por célula x capacidade do setor Capacidade do setor : depende da eficiência espectral da modulação usada Celulares e de Rádio Acesso 35 Capacidade (exemplo com 250 Mz de banda) FDMA 50 canais de 5 Mz por setor : Um cliente poderia ser um edifício com seus vários escritórios, compartilhando o mesmo canal de 5 Mz TDMA Tem a capacidade de taxa de dados reduzida a 80% com relação ao FDMA Não usa a modulação 64 QAM 80 canais de 64 kbps em 5 Mz de banda Celulares e de Rádio Acesso 36

19 Exemplos de cálculo de capacidade Banda = 1000 Mz Fator de reuso de freqüência = 2 Banda por setor = 1000/2 = 500 Mz Banda por direção = 500/2 = 250 Mz Celulares e de Rádio Acesso 37 Exemplos de cálculo de capacidade Exemplo 1 canais FDMA com 5 Mz Modulação 4 QAM Capacidade do canal = 5Mz x 1,42 = 7,1 Mbps Número de canais por setor = 250 / 5 = 50 Capacidade do setor = 7,1 x 50 = 355 Mbps Celulares e de Rádio Acesso 38

20 Exemplos de cálculo de capacidade Exemplo 2 canais FDMA com 5 Mz Modulação 16 QAM Capacidade do canal = 5 Mz x 3,33 = 16,65 Mbps Número de canais por setor = 250 / 5 = 50 Capacidade do setor = 16,65 x 50 = 832,5 Mbps Celulares e de Rádio Acesso 39 Exemplos de cálculo de capacidade Exemplo 3 canais FDMA com 5 Mz Modulação 64 QAM Capacidade do canal = 5 Mz x 5 = 25 Mbps Número de canais por setor = 250 / 5 = 50 Capacidade do setor = 25 x 50 = 1250 Mbps Celulares e de Rádio Acesso 40

21 Capacidade TDMA TDMA Mz por setor Necessidade : muitos usuários com baixas taxas Solução : Dividir os 250 Mz em 50 canais TDMA de 5 Mz cada Capacidade do canal TDMA : 80 conexões Capacidade do setor : 80 x 50 = 4000 conexões Celulares e de Rádio Acesso 41 LMDS - Software Ferramenta computacional para cálculos de: área de cobertura enlace entre usuários e base segundo parâmetros de PTx, diagramas de irradiação, sensibilidade, polarização, rádio-clima e terreno (obstruções) Celulares e de Rádio Acesso 42

22 LMDS - Software Bases (mapas) digitais de alta resolução Celulares e de Rádio Acesso 43 Software de projeto - telas Parâmetros de base e usuário Celulares e de Rádio Acesso 44

23 Software de projeto - telas Antenas - base e usuário Celulares e de Rádio Acesso 45 Software de projeto - telas Parâmetros de atenuação por chuva Definição de modelo de predição e taxa de precipitação Celulares e de Rádio Acesso 46

24 Software de projeto - telas Exemplo de cobertura de 1 setor em região urbana (RJ, zona sul) Mapa building heigths 1 m de resolução Celulares e de Rádio Acesso 47 Software de projeto - telas Enlaces com usuários Celulares e de Rádio Acesso 48

25 Software de projeto - telas Perfil e Análise de enlace Analisar qualidade do atendimento ao cliente Celulares e de Rádio Acesso 49