AVALIAÇÃO DA TECNOLOGIA WI MAX

UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES BACHARELADO AVALIAÇÃO DA TECNOLOGIA WI MAX STEPHANO RADOVANSKI GALVÃO BLUMENAU 2006

STEPHANO RADOVANSKI GALVÃO AVALIAÇÃO DA TECNOLOGIA WI MAX Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade Regional de Blumenau para obtenção de créditos na disciplina Trabalho de conclusão de curso do curso de Engenharia de Telecomunicações Bacharelado. Francisco Adell Péricas, Mestre - Orientador BLUMENAU 2006

AVALIAÇÃO DA TECNOLOGIA WIMAX Por STEPHANO RADOVANSKI GALVÃO Trabalho aprovado para obtenção dos créditos na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso, pela banca examinadora formada por: Presidente: Membro: Membro: Prof. Francisco Adell Péricas, Mestre Orientador, FURB Prof. Nome do professor, Titulação FURB Prof. Nome do professor, Titulação FURB Blumenau,3 de Julho de 2006

Dedico este trabalho a todas as pessoas que direta ou indiretamente me ajudaram na sua execução, em especial, minha família e amigos.

AGRADECIMENTOS A Deus. À minha família, que está sempre do meu lado, em todos os momentos da minha vida. Aos meus amigos, todos foram muito importantes na realização desta monografia, em especial, Bruno Marchi Trisotto, Dalvo Aragão Junior e Eduardo Dalpiaz. Ao meu orientador, Francisco Péricas, por todo apoio e colaboração na execução deste trabalho.

O gênio é composto de 2% de inteligência e de 98% de perseverante aplicação. Ludwing Van Beethoven.

RESUMO Há algum tempo cresce uma tendência no setor tecnológico, que pode ser resumido em uma palavra wireless. O WiMax é a mais nova aposta do setor, pois consegue concentrar vantagens que nenhuma outra tecnologia sem fio dispõe. O padrão 802.16 Interface Aérea para Sistemas de Acesso Wireless sem fio em Banda Larga, também conhecida como IEEE Wireless MAN, chegou para facilitar e muito o acesso wireless. Entre as vantagens desse sistema está o longo alcance do sinal, facilitando a comunicação em áreas de difícil acesso para a passagem de cabos, baixo custo de instalação, menor limitação física em relação à infra-estrutura cabeada e ainda mantendo um elevado throughput, alta velocidade de transmissão e incluindo aspectos de QoS para serviços que exigem baixa latência como voz e vídeo. Por ser um padrão, suportado por toda a indústria, acabará incentivando o desenvolvimento de dispositivos com custos cada vez menores, ajudando a disseminar a banda larga sem fio junto a usuários residenciais e corporativos. No presente trabalho de conclusão de curso foi elaborada um estudo sobre a utilização do sistema WiMAX na cidade de Itajaí, aonde através de medições foi possível a verificação de alguns aspectos desta tecnologia. Palavras-chave: Wireless. Mobilidade. MAN.

ABSTRACT For some time a growing tendency in the technology sector can be summed up by a word: wireless. WiMax is the new bet in the sector, because it concentrates advantages no other technology has. The 802.16 standard also known as World Interoperability for Microwave Access has arrived to make wireless access easier. Among the advantages are long signal reach, making communication where cable connections are hard to make easier, low implementation cost, less physical limitation compared to cabled infrastructure while maintaining high throughput, high transmission speed and QoS, for latency sensitive services like voice and video. Because it is an industry standard, it will stimulate the development of lower cost devices, spreading wireless broadband between residential and corporate users. In this work was developed a study about WiMAX system in Itajai City, where through of measurements got a verification if some aspects about this technology. Keys-word: Wireless. Mobility. MAN.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Exemplo de um access point utilizado na conexão Wi-fi...20 Figura 2 Padrões Wireless IEEE e ETSI...26 Figura 3 - Demonstração de um sistema Multipercurso...28 Figura 4 - Comparação entre CDMA e OFDM...29 Figura 5 Modulação OFDM...30 Figura 6 Portadora Modulação OFDM...31 Figura 8 - Transmissão e Recepção de dados Antena SISO...33 Figura 9 - Site principal do sistema...38 Figura 10 - Imagem de satélite da área de cobertura das antenas...40 Figura 11 Unidade Remota...42 Figura 12 Link ponto-multiponto...45 Figura 14 FA4858...47 Figura 15 Instalação da câmera IP Speed Done na Igreja Matriz...50 Figura 16 Exemplo de zoom total....51 Figura 17 Exemplo de zoom médio...52 Figura 18 Exemplo de Zoom Ângular...53

LISTA DE TABELAS Tabela 1 Bandas de freqüências usadas por tecnologias sem fio e serviços especiais....24 Tabela 2 Aumento da mobilidade em sistemas WiMAX......25

LISTA DE SIGLAS AAS Adaptive Antenna Systems AC Corrente Alternada ACCS Automatic Clear Channel Selection ANATEL Agência Nacional das Telecomunicações ATPC Automatic Transmit Power Control BER Bit Error Rate Test BPSK Biphase or Binary Shift Keying BS Base Station CDMA Code Division Multiple Access CPE Customer Premises Equipament DSL Digital Subscriber Line DSSS Direct Sequence Spreat Spectrum ERB Estação Rádio Base ETSI European Telecommunications Standards Institute FDM Frequency Dvision Multiplexed FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum GPS Global Positioning System IDU Indoor Unit IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers KVA Medida de potência LAN Local Area Network LED Light Emitting Diode LOS Line-of-Site

MAN Metropolian Area Network MIMO Multiple Imput and Multiple Output NLOS Non-Line-of-Site OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplexing Adaptive OPU Outdoor Unit PDA Personal Digital Assistant QAM Quadrature Amplitude Modulation QoS Quality of Services QPSK Quadrature Phase Shift Keying SISO Single-Imput, Out-Imput SMNP Simple Network Management Protocol SU subscriber unit TFTP Trivial File Transfer Protocol TSPC Tunnel Server Protocol Client UHF Ultra Hight Frequency UPS Uninterruptible Power Supply UTP Unshielded Twisted pair VHF Very Hight Frequency VLAN Virtual Local Network VOIP Voice over IP WAN Wide Area Network WPAN Wireless Personal Area Network

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO...15 1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO...16 1.1.1 Objetivo Geral...16 1.1.2 Objetivos Específicos...16 Objetivos com relação à fundamentação teórica...16 Objetivos com relação à parte prática...17 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...18 2.1 COMUNICAÇÃO WIRELESS...18 2.1.1 BLUETOOTH...18 2.1.2 WI-FI...19 2.2 WIMAX...21 2.3 INTRODUÇÃO AO WIMAX....21 2.3.1 Padrão IEEE 802.16...22 2.3.2 Rede metropolitana...25 2.3.3 Modulação OFDM...27 2.3.4 Antenas...32 2.3.4.1 SISO...32 2.3.4.2 MIMO...33 2.3.5 Segurança...34 3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO...35 3.1 REQUISITOS PRINCIPAIS DO PROBLEMA A SER TRABALHADO...35 3.2 PROJETO...36 3.2.1 Estação de Rádio Base....37 3.2.2 Pontos de Usuário...42 3.2.3 Rádio ponto-a-ponto...45 3.3 SERVIÇOS...47 3.3.1 Voz sobre IP...47 3.3.2 Transmissão de Imagens em Tempo Real...48 3.3.3 Internet e Dados....48 3.4 CUSTOS...48 3.5 RESULTADOS E DISCUSSÃO...49

4 CONCLUSÕES...54 4.1 EXTENSÕES...55 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...56

15 1 INTRODUÇÃO Atualmente na área das telecomunicações há cada vez mais a necessidade de se obter meios e maneiras eficientes de comunicação entre dois ou mais equipamentos. Desta forma, com o passar do tempo, muitas foram as soluções desenvolvidas para agilizar esse processo. Muitos meios de comunicações já foram desenvolvidos, e o mais utilizado deles é a transmissão de dados via cabo, sejam eles, cabos de rede (UTP) ou fibra ótica. Porém o uso de uma estrutura cabeada está dissipando-se cada vez mais devido a grande mão de obra necessária e também as grandes distâncias a serem cobertas. Devido a essa imensa necessidade de expansão que surgiu a idéia de desenvolver uma tecnologia que independa da utilização de cabeamento. A solução encontrada foi a transmissão de dados sem fio ou Wireless. As novas tecnologias de comunicação de dados sem fio têm desenhado um novo padrão para as comunicações em redes, tanto para aplicações individuais como as corporativas. É cada vez maior a convergência entre as novas tecnologias sem fio e os padrões de comunicação móvel em banda larga, favorecendo a interconexão dos mais diferentes tipos de dispositivos. As tecnologias Wireless se resumem da seguinte forma: uma rede de antenas irradia um sinal e os equipamentos, com essa tecnologia dentro da área de ação das antenas, conseguem se conectar à internet sem fio com uma taxa de banda larga que varia de acordo com a capacidade da tecnologia utilizada. Graças a essa característica, derivou-se uma espécie de movimento social formando comunidades de usuários nas quais cada um com sua antena, tenta cobrir totalmente um setor de alguma comunidade ou bairro. Porém precisa-se de muitas antenas para cobrir

16 uma área não muito grande, já que o maior alcance já conseguido com tecnologias Wireless foi de 100m com o Wi-Fi. Então surgiu uma nova proposta: a tecnologia WiMAX propõe velocidades de até 75 Mbps e o mais importante, um aumento no raio de cobertura da antena de 100m para 50Km, diminuindo custos de infra-estrutura de banda larga para aqueles usuários aonde a estrutura cabeada não permite acesso, esses usuários são chamados de última milha. 1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO Os objetivos da pesquisa estão divididos em geral e específicos, sendo que os específicos ainda se dividem em subgrupos em relação à fundamentação teórica e à prática. 1.1.1 Objetivo Geral Estudo e apresentação de dados, gráficos e prós e contras da tecnologia WiMax. 1.1.2 Objetivos Específicos Objetivos com relação à fundamentação teórica a) Estudar de forma aprofundada essa tecnologia; b) Verificar as vantagens e desvantagens em relação às outras tecnologias já existentes.

17 Objetivos com relação à parte prática a) Identificar certas características em que a teoria se difere da prática; b) Expor alguns dados e gráficos sobre a utilização dessa tecnologia; c) Mostrar as possibilidades para uso prático.

18 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 COMUNICAÇÃO WIRELESS A indústria de eletrônicos tem a algum tempo desejado um substituto para os cabos. Daí surgiu a comunicação sem fios ou Wireless. Os avanços da comunicação nos últimos anos possibilitaram o surgimento de várias tecnologias, que desde então, procuram atender a real necessidade de seus usuários, com a melhor qualidade possível. No decorrer da evolução dessa tecnologia, diversas alternativas foram desenvolvidas com o intuito de eliminar os fios. Atualmente existem sistemas de transmissão de informações por ondas de rádios, ondas de microondas, ondas de UHF (Ultra Hight Frequency), VHF (Very Hight Frequency). O uso da tecnologia Wireless proporciona a criação de inúmeras possibilidades, sendo algumas delas apenas imagináveis no presente momento, entretanto outras já se fazem presente no cotidiano das pessoas há algum tempo. O nosso simples controle remoto para TV, DVD, entre outros, utiliza conexão por raio infravermelho, com um alcance de 5 metros. Porém, para existir conexão, o sinal da fonte tem de ser emitido ao receptor em linha reta, não podendo haver desalinhamento, nem obstáculos, criando uma dificuldade de locomoção, além de baixa velocidade. 2.1.1 BLUETOOTH O Bluetooth é uma tecnologia de baixo custo para comunicação sem fio entre dispositivos móveis. É utilizada principalmente para comunicação entre pequenos

19 equipamentos de uso pessoal, como PDAs, telefones celulares, computadores portáteis e também para a comunicação com periféricos como, scanners, impressoras e qualquer dispositivo dotado de um chip Bluetooth. Com o Bluetooth, o sinal se propaga omnidirecionalmente não necessitando alinhamento para a comunicação, facilitando a locomoção. Opera utilizando a rádio freqüência de 2,4 GHz, com um alcance de aproximadamente 10 metros na sua primeira versão. Segundo Michael Miller (2001), o Bluetooth suporta tanto serviços síncronos para tráfego de voz como assíncrono para transmissão de dados. Em um enlace assíncrono, o usuário consegue uma taxa máxima de 723.2 Kbps unidirecional. No sentido contrário a taxa máxima é de 57.6 Kbps. No Bluetooth os serviços síncronos são proprietários. Para esse tipo de serviço, o enlace é full-duplex ou bidirecional, com uma taxa máxima de 64 Kbps em ambas as direções. O Bluetooth se aplica à Wireless Personal Area Network (WPANs), realizando interoperabilidade entre dispositivos próximos. 2.1.2 WI-FI Devido à necessidade de expansão, foi desenvolvida uma tecnologia chamada Wi-fi, com o objetivo de criar redes wireless de alta velocidade transferindo dados por ondas de rádio através de freqüências não licenciadas. Por serem freqüências abertas e não necessitarem de qualquer espécie de licença ou autorização do regulador das comunicações do Brasil para operar (ANATEL), tornaram-se muito atrativas. Porém para uso comercial se faz necessário a aprovação da Anatel. O seu funcionamento é de certa forma simples: uma rede de antenas irradia o sinal e os equipamentos com essa tecnologia que se encontram na área de cobertura do sinal ou no raio

20 das antenas de Wi-fi podem se conectar, sem fio, a uma taxa nominal de transferência de banda larga de no máximo 54 Mbps. O Wi-Fi se utiliza de banda larga para conexão de usuários wireless. É um caminho fácil e rápido para um ponto de acesso (access point). Esses pontos de acesso onde à tecnologia Wi-fi se faz disponível são denominados de Hotspot. Geralmente são locais públicos como cafés, aeroportos, hotéis, aonde se pode conectar a internet utilizando um notebook ou PDA (PÉRICAS, 2003). Fonte: http://www.reseaudirect.com/catalog/images/wrt54g.jpg Figura 1 Exemplo de um access point utilizado na conexão Wi-fi. De acordo com Prado (2004), o Wi-fi ou 802.11b opera na freqüência em torno de 2,4GHz, suporta velocidades acima de 11Mbs e utiliza modulação DSSS (Direct Sequence Spreat Spectrum) com alcance de até 100 metros. Porém mais dois padrões vieram para incrementar o 802.11b, foram eles o 802.11a e o 802.11g respectivamente. O padrão IEEE 802.11a opera na freqüência de 5,8GHz, uma taxa de transmissão de 54Mbps e modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). A modulação

21 OFDM é mais eficiente do que a DSSS, pois apresenta uma maior imunidade contra os efeitos causados pelas reflexões chamados multi-caminhos. O último padrão, o IEEE 802.11g opera na freqüência de 2,4GHz, assim como o 802.11b, porém com uma velocidade maior, de 54Mbps, e com uma modulação muito mais eficiente, a OFDM, que é a mesma modulação presente na tecnologia WiMAX. 2.2 WIMAX 2.3 INTRODUÇÃO AO WIMAX. Muitas operadoras e provedores de serviço irão presenciar uma revolução na indústria de acesso banda larga sem fio. Esta nova tecnologia é uma interessante opção de acesso banda larga em redes metropolitanas (MAN), em especial nas regiões onde é difícil chegar com a rede cabeada. A tecnologia denominada WiMAX irá gerar novas oportunidades de negócios para as operadoras, provedores de serviços de Internet e fabricantes de equipamentos. Esta tecnologia é pioneira na chamada 4G Proprietária, porém a grande vantagem do WiMAX (IEEE 802.16) é a existência de um padrão especificadamente próprio. É denominado padrão porque implica em interoperabilidade e consequentemente custo decrescente, pois todos os desenvolvedores irão partir de um ponto em comum, conseguindo assim, um melhor desenvolvimento da tecnologia. O padrão IEEE 802.16 é um padrão a ser suportado por toda indústria e acabará incentivando o desenvolvimento de equipamentos com custos cada vez menores. O padrão WiMAX tem como principal objetivo estabelecer a parte final da infra-

22 estrutura de conexão, a chamada última milha, disponibilizando a conectividade para uso doméstico, empresarial entre outros. 2.3.1 Padrão IEEE 802.16 Os padrões são importantes para a indústria wireless porque permitem economia de escala, podendo diminuir os custos dos equipamentos, garantindo a interoperabilidade e reduzindo os riscos de investimento para as operadoras. Sem a padronização, os fabricantes de equipamentos têm de desenvolver hardware e software, o que não se torna tão viável. Eles também especificam os critérios mínimos de desempenho para os equipamentos permitindo uma plataforma básica comum de acesso wireless banda larga para os fabricantes utilizarem como um alicerce para inovações, permitindo assim que os fabricantes de solução possam focar seus esforços em um único padrão, reduzindo preços e melhorando o desempenho de produtos. Segundo Prado (2004), o padrão IEEE 802.16 Interface Aérea para sistemas de Acesso Wireless sem Fio em Banda Larga também é conhecido como a interface aérea do IEEE Wireless MAN ou WiMAX. Esta tecnologia é projetada para acesso banda larga em redes metropolitanas (MAN), trazendo um desempenho comparável com as soluções cabeadas já existentes, como a digital subscriber line (DSL) ou T1/E1. O padrão 802.16 possui duas ramificações distintas, o nomádico (fixo) e o móvel, 802.16d e 802.16e respectivamente. O 802.16d é o padrão de acesso sem fio banda larga fixa. A última versão do IEEE 802.16, o 802.16 2004 (ou 802.16d) foi ratificado em julho de 2004. O 802.16d foi um padrão largamente diversificado, que incluía diversos padrões anteriores, disponibilizando cobertura Line-of-Site (LOS) e Non-Line-of-Site (NLOS) em freqüências que variam de 2 6 GHz. Duas técnicas de modulação são suportadas no padrão

23 802.16d: OFDM com 256 portadoras e OFDMA com 2048 portadoras. O primeiro está baseado na modulação OFDM, sendo essa, a modulação padrão para o sistema, já permitindo um menor consumo de energia e menores customer premises equipament (CPEs) como também inova na incorporação do conceito de antena Multiple Input and Multiple Output (MIMO). Em dezembro de 2002, iniciou-se um grupo de pesquisas com o intuito de desenvolver um novo padrão visando melhorar a combinação móvel e fixa em freqüências abaixo de 6 GHz. Foi desenvolvido o padrão 802.16e ratificado em dezembro de 2005. Este novo padrão introduz suporte ao SOFDMA (uma variação do OFDMA) que reserva um variável número de portadoras. Além disso o 802.16e oferece suporte para MIMO (Multiple Imput Multiple Output) e AAS (Adaptive Antenna Systems). Foi melhorada a capacidade de economizar energia em equipamentos móveis e também com a segurança, que é um fator importantíssimo a qualquer sistema sem fio. Além disso, o throughtput foi melhorado sensivelmente e as capacidades de transmissão sem visada direta entre as antenas também melhorou. De acordo com o WiMax Fórum (2006) o 802.16e é o padrão de Acesso de Banda Larga Móvel, assegurando conectividade a uma velocidade de movimento de até 100km/h. As bandas de freqüência licenciadas para o uso desse padrão são 3,5 GHz e 10,5 GHz e não licenciadas 2,4 GHz e 5,8 GHz. A distribuição das freqüências está caracterizada na tabela 1.

24! " ##$ " %& ' ( )%&* ' )+,! *-./ 0#00#$ " %& ' ( )%&* 1)& &* )%& ' & 2/2 /&** & 1 3$ 1)& /&* )%& *&4 3535 " %& ' ( )%&* ' )+,! *- 6 / '& 6 7& 1 & 33 $5$ 5 / '&6 7&1 " 8&' 9*- : 9 " &; '%& << &!&* &! 0$=3 " %& ' && 1)& &!&* )%&! <&1&8 '& 53 Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwimax/pagina_5.asp Tabela 1 - Bandas de freqüências usadas por tecnologias sem fio e serviços especiais. Segundo Prado (2004), a grande diferença entra o sistema fixo e o móvel é que o primeiro somente funciona de forma portátil, ele não comuta, não possui hand-off entre estações Rádio Base (ERBs) de alta velocidade, enquanto o modelo móvel comuta e possui hand-off entre ERBs de alta velocidade. A tabela 2 representa a progressão da mobilidade do sistema WiMAX.

25 Fonte: Revista Saber Eletrônica (2006) Tabela 2 Aumento da mobilidade em sistemas WiMAX Os dois padrões refletem toda a demanda por produtos desencadeados otimizando o padrão móvel e fixo. A diferença chave entre os dois padrões esta na modulação, o 802.16d utiliza o OFDM enquanto o padrão móvel utiliza o OFDMA. Entre as vantagens dos sistemas baseados no 802.16 estão a capacidade de oferecer serviços com rapidez, mesmo em áreas de difícil acesso para passagem de cabos, com baixo custo de instalação e menor limitação física em relação a infra-estrutura cabeada. 2.3.2 Rede metropolitana Com a chegada do WiMAX um novo termo já se faz presente, assim como as mais conhecidas WAN, LAN, a MAN e Wi-Fi. A figura 2 representa a distribuição de cada padrão de acesso sem fio, organizados em duas colunas; do lado esquerdo o padrão IEEE e do direito o padrão ETSI (European Telecommunications Standards Institute) equivalente.

26 Fonte: http://www.abusar.org/tecnologia_wimax.html Figura 2 Padrões Wireless IEEE e ETSI Segundo Marks (2002) uma MAN (Metropolian Area Network) é qualquer rede que atue dentro de uma área metropolitana, seja ela, uma rede cabeada ou wireless. O grande empecilho no desenvolvimento de uma rede wireless em um ambiente urbano é a falta de visada direta, em decorrência da arquitetura de uma área urbana. Entretanto o padrão 802.16 nasceu para impulsionar o universo wireless acabando com certas dificuldades. Dificilmente consegue-se trabalhar com visada direta em uma aérea urbana, o que acaba acarretando em perda do sinal e consequentemente uma perda de QoS. O sistema utilizado no WiMAX é o W-OFDM, que ao contrário do FHSS ou DSSS, não transmite uma, mas diversas portadoras ao mesmo tempo, bastando que somente algumas dessas portadoras cheguem ao receptor para que a informação seja recuperada, tornando possível a recepção de um sinal sem necessariamente ter a visada direta. O 802.16 basicamente é formado por uma estação radiobase (ERB), montada em locais com uma certa altura, geralmente edifícios ou torres, com a função de tornar possível a comunicação do tipo ponto-multiponto, ficando as estações dos assinantes localizadas nas empresas ou residências. Segundo a Intel (2006) esse padrão estabelece um raio de cobertura padrão de 48 km,

27 podendo haver alterações devido a efeitos climáticos, reflexões, etc. As células típicas são de 6,4 a 9,6 Km. Dentro desse raio típico, o throughput e o desempenho quanto à visada direta são ótimos. A tecnologia permite conectar WLANs e hotspots à internet através de backbones sem fio. Como o raio de cobertura é muito extenso se torna possível à implementação de hotspots em locais onde as estruturas cabeadas tradicionais estão indisponíveis. 2.3.3 Modulação OFDM O WiMAX é uma tecnologia que opera em freqüências licenciadas e não licenciadas. As não licenciadas são de grande agrado para as empresas, pois não se faz necessária regulamentação perante o órgão fiscalizador responsável. As bandas brasileiras licenciadas são as de 3,5 GHz e 10,5 GHz, e nos Estados Unidos na faixa de 2,5 e 2,7 GHz, sendo dois terços dessa banda consumida pela Nextel e a Sprint. No Brasil, a Embratel ocupa a faixa de 3,5GHz e a Brasil Telecom detêm as faixas de 3,5GHz e 10,5 GHz. Como o WiMAX necessita de alta taxa de dados a longas distâncias, fez-se necessário o desenvolvimento de uma modulação específica, pois as portadoras são colocadas perto por motivos de eficiência do uso do espectro causando interferência e acarretando perda do sinal. Para transmitir altas taxas de dados, símbolos com pouca duração devem ser usados. A duração do símbolo é o inverso da taxa banda básica, então com o aumento do R (distância) o T (Período) diminui. Em um ambiente multi-percurso, uma duração curta de símbolos aumenta a probabilidade de interferência inter-símbolo. Por exemplo, queremos enviar 1000bits/segundo, sendo a duração de cada bit igual a 0,001 segundos. Qualquer atraso maior que 0,001 segundos irá provocar uma sobreposição no bit seguinte. Enviando 1000 bits em 1000 caminhos paralelos, cada bit poderá ter 1 segundo

28 para a transmissão e 0,001 segundos de atraso podendo somente existir uma sobreposição de 0,001 segundos na transmissão dos intervalos do bit recebido, eliminando assim qualquer forma de interferência Segundo Alvarion (2005) as tecnologias que utilizam modulação DSSS ou similares estão muito susceptíveis a atenuação em multipercurso ou Multipath Enviroment devido à duração dos símbolos. Devido à alta duração de símbolos e a transmissão feita de forma paralela, o sinal modulado OFDM torna-se muito mais robusto contra esse tipo de fading ou perda. Quando um sinal é refletido, diferentes freqüências são refletidas por diferentes caminhos. O multipath ocorre quando existe um obstáculo entre a estação base e o receptor. O sinal quando transmitido sofre reflexões, difrações, porém o OFDM consegue reagrupar o sinal fazendo com que o sinal recebido seja o mesmo sinal transmitido. A figura 3 representa esse fenômeno. Fonte: ALVARION Figura 3 - Demonstração de um sistema Multipercurso. O WiMAX utiliza a modulação OFDM (Multiplicação na divisão de freqüências ortogonal), pois com ela é possível a locomoção em alta velocidade sem a ocorrência de perda do sinal, e também sem visada direta. Segundo Wikipedia (2006), o OFDM é uma técnica de modulação aonde múltiplas portadoras de baixa taxa são combinadas para transmitir numa forma paralela resultando em altas taxas de transmissão, permitindo a sobreposição entre

29 bandas de diferentes portadoras sem interferência, oferecendo uma alta taxa de transmissão de dados com uma duração maior de símbolos. A figura 4 mostra a esquerda o Code Division Multiple Access (CDMA), uma tecnologia móvel utilizada no sistema de telefonia móvel e o OFDM (direita). Ambas estão com a margem de fading localizado próximo ao centro da banda. O CDMA tenta espalhar o espectro, separando o sinal perdido e depois equalizando o sinal inteiro, fazendo com que a taxa Bit Error Rate Test (BER), que é a razão do número incorreto de bits recebidos pelo número de bits transmitidos, aumente, e conseqüentemente torne o sistema lento em função da retransmissão do sinal. Já o OFDM é muito mais resistente a freqüências seletivas de fading quando comparado com o CDMA (DSSS), pois possui uma ótima codificação de canal e interligações em multipercurso fazendo com que o BER não aumente (SRTELECOM, 2004). Fonte: SRTELECOM Figura 4 - Comparação entre CDMA e OFDM. Quando usada a modulação FDM, não existe relacionamento entre as freqüências no espectro, desta forma as portadoras FDM são colocadas uma junto da outra. Em um sistema OFDM cada portadora é uma senóide com freqüência igual a um múltiplo de uma freqüência base senóide fundamental, permitindo a ortogonalidade

30 (portadoras ortogonais). Os dados são multiplexados em múltiplos canais usados para modular cada portadora. As técnicas de modulação podem variar muito, podem ser moduladas, por exemplo, Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 16 Quadrature Amplitude Modulation (QAM) ou 64 QAM. A escolha da modulação será feita de acordo com a distância da estação, pois ela influencia na intensidade sinal-ruído. Para assinantes próximos é usado o QAM-64. No caso de assinantes situados a uma distância média, é usado o QAM-16. Para assinantes distantes o QPSK. Finalmente as portadoras são adicionadas para gerar um sinal a ser transmitido. A eficiência do espectro é importante para um sistema devido ao limite espectral que pode ser usado e também o custo de uma licença para um novo espectro. A modulação OFMD permite um re-uso da freqüência. Fonte: INTEL Figura 5 Modulação OFDM Na figura 5 está representado como os sub-canais podem ser escolhidos dependendo da amplitude do sinal recebido. Os sub-canais nos quais os usuários estão com uma determinada taxa de fading estão sendo evitados fazendo com que o sinal de melhor qualidade fique concentrado nos canais em melhores condições. O sinal no topo indica o sinal recebido, enquanto a parte circulada da figura indica qual sub-portadora será escolhida para cada sinal. A área em azul representa um terceiro usuário que poderá utilizar o mesmo canal dos outros dois usuários.

31 Com o OFDM, o cliente poderá escolher o sub-canal baseado na localização geográfica conseguindo eliminar altas taxas de fading. OFDM tipicamente necessita uma freqüência de re-uso de 1 para 3, isto significa que o espectro utilizável deverá ser dividido em três células, ou formações celulares. Por exemplo, um sinal de 5 MHz, será dividido em três células de 1,75 MHz cada, as células adjacentes utilizarão diferentes freqüências para evitar interferência e assim o OFDM consegue manter a freqüência de re-uso igual a da primeira divisão, mesmo existindo interferência na borda da célula que está usando um sub-sinal da portadora. A modulação OFDMA é uma derivação do OFDM. A grande diferença entra as duas é que as portadoras são divididas em grupos, ou seja, a informação é dividida em grupos e são transmitidas em posições diferentes. Na figura 7 está caracterizado a modulação OFDMA, onde as portadoras estão divididas em grupos, facilitando a recuperação da informação no caso de interferência em uma determinada freqüência, pois, somente uma portadora é perdida, enquanto as outras permanecem intactas. A figura 6 e 7, representam as diferenças entre as portadoras das duas modulações segundo Revista Saber Eletrônica, (2006). Fonte: Revista Saber Eletrônica Figura 6 Portadora Modulação OFDM

32 Fonte: Revista Saber Eletrônica Figura 7 Portadora Modulação OFDMA 2.3.4 Antenas. A tecnologia WiMAX utiliza-se de uma antena para que ocorra a transmissão dos dados e também a recepção dos mesmos. Os padrões de irradiação, ganho e a potência de cada antena, são determinados de acordo com a área a se coberta e a distância entre o acesso remoto (usuário) e a antena transmissora. Existem dois tipos básicos de antenas, o SISO e o MIMO. 2.3.4.1 SISO O sistema de antenas SISO (Single-Input, Single-Output) é usado quando se deseja fazer uma simples conexão entre a antena receptora e a antena transmissora. Essa configuração utiliza uma antena de cada lado, podendo-se transmitir e receber o sinal mutuamente. As transmissões de TV e rádio utilizam esse sistema para comunicação. A figura

33 abaixo representa uma transmissão/recepção de dados utilizando uma antena de configuração SISO. Fonte: http://www.intel.com/portugues/update/contents/wi09041.htm Figura 8 - Transmissão e Recepção de dados Antena SISO 2.3.4.2 MIMO As antenas MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) são utilizadas em larga escala quando se diz respeito ao WiMAX. Segundo El Zooghby (2005) este tipo de antena se caracteriza pelo fato de conseguir transmitir e receber sinais de diferentes antenas em ambos os lados da comunicação ou seja as antenas basicamente tem de pensar, e conseguir encontrar a melhor forma de transmitir ou receber o sinal. O uso do MIMO também realça o throughtput aumentando o número de caminhos possíveis para o sinal. Cada antena poderá transmitir diferentes dados que poderão ser depois decodificados no receptor. Devido à necessidade de antenas que consigam trabalhar com múltiplos sinais foi desenvolvido um tipo de antena denominada Antenas Inteligentes (Smart Antenna) ou ainda AAS (Adaptive Antenna Systems) A AAS é uma ótima parte do padrão IEEE 802.16. Estações base equipadas com AAS podem criar feixes que podem ser dirigidos focando a transmissão do sinal conseguindo um grande sinal em escala. Quando está recebendo ela pode focalizar somente na direção do