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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: Prof. Francisco Adell Péricas, Mestre – Orientador, FURB
______________________________________________________ Membro: Prof. Nome do professor, Titulação – FURB
______________________________________________________ Membro: 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
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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
34
receptor. Isto ajuda a eliminar interferências de outros sinais, evitando os sinais parasitas.
2.3.5 Segurança
A segurança sem dúvida é um fator muito relevante para determinar a eficácia de uma
tecnologia, tendo ainda uma maior importância quando se refere as tecnologias wireless
devido a transmissão de dados no espaço livre (ar).
Diversos protocolos de segurança já foram desenvolvidos tentando dificultar cada vez
mais o acesso de usuários indesejáveis.
O WiMAX oferece uma grande segurança pois suporta as melhores tecnologias
disponíveis na atualidade. Existe uma mútua autentificação entra dispositivo e usuário,
protocolos de fácil gerência, uma forte criptografia, controle e gerência através de mensagens
de proteção e protocolos de segurança otimizados.
A tecnologia de segurança utilizada no sistema WiMAX muda de equipamento para
equipamento, porém as mais utilizadas são o WEP128 (Wired Equivalent Privacy) &
AES128 (Advanced Encypition Standard).
O WEP utiliza dois tipos de encriptação, 64 e 128 bits. A WEP encripta os dados
transmitidos numa rede sem fio, protegendo-a, outrora vulnerável, comunicação entre o
cliente e ponto de acesso. Em combinação com medidas de segurança tradicionais como
proteção de palavras passe, autenticação, a WEP se torna muito eficaz. (US ROBOTICS
2005).
35
3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO
Nesse capítulo será abordado a utilização prática do sistema WiMAX através da
implantação de um projeto .
3.1 REQUISITOS PRINCIPAIS DO PROBLEMA A SER TRABALHADO
O sistema escolhido para o estudo e implementação da tecnologia WiMAX foi um
sistema de monitoramento na cidade de Itajaí, utilizando-se de câmeras espalhadas pela
cidade através de trinta pontos distribuídos em locais estratégicos, e também fazendo uso de
câmeras para vigilância em semáforos e lombadas eletrônicas.
Existem três meios de fazer a conexão dos equipamentos espalhados pela cidade:
a) Tecnologia a Cabo (Via TV a Cabo);
b) Tecnologia InterLAN (Via Frame Relay)
c) Tecnologia Sem fio
Devido às longas distâncias a serem cobertas, se torna praticamente inviável a
utilização de uma estrutura cabeada, pois existem pontos a uma distância de até 20 km da
estação base, tornando assim o sistema altamente trabalhoso e com um preço muito elevado.
Outro fator muito importante é que além do custo de instalação o sistema cabeado é um
serviço cobrado mensalmente.
Uma das vantagens do sistema WiMAX sobre os outros dois, é que só ele possui uma
rede própria, ou seja, os dados trafegam em uma rede específica não existindo
compartilhamento com mais nenhum cliente.
A vantagem das tecnologias de rede própria frente às tecnologias de custo mensal é
36
que na rede própria não existe um custo mensal e sim, somente um custo de implementação,
enquanto nas outras tecnologias todo mês deverá ser pago um valor pelos serviços oferecidos
pelas carriers (prestadoras de serviços).
A tecnologia Wireless se destaca entre as outras por ser uma tecnologia “limpa”, pois
usa o ar como meio de propagação e comunicação, com isso reduz custos de implementações
muito elevados.
As redes que dispõem da tecnologia WiMAX são destinadas a áreas metropolitanas,
como a cidade de Itajaí.
Será utilizada a freqüência de 5.4GHz homologada pela ANATEL como freqüência
livre, ou seja, não haverá necessidade de pedido a ANATEL para o uso do espectro.
O projeto irá utilizar-se da concepção de idéia estrutural ponto-multiponto propiciada
pela tecnologia WiMAX, no qual consiste em uma antena de grande porte posicionada
estrategicamente e outras pequenas antenas posicionadas nos locais de uso.
Todos os equipamentos usados nesse projeto não poderão levar o nome “WiMAX”,
pois não existe até este exato momento uma padronização de equipamentos, porém os grandes
fornecedores estão trabalhando em conjunto através de um fórum que procura facilitar a
distribuição de redes sem fio de banda larga baseado no padrão 802.16 ajudando a afirmar a
compatibilidade e interoperabilidade de acesso dos equipamentos. Como este projeto foi
elaborado no decorrer do ano de 2005, ainda não tinha-se homologada a tecnologia WiMAX,
portanto o projeto será denominado “Pré-WiMAX”.
3.2 PROJETO
A seguir será exposto de forma detalhada o projeto WiMAX de Itajaí. Ele é dividido
37
em três partes:
a) Estação de Rádio Base (Base Station);
b) Pontos de Usuário (Subscriber Unit);
c) Rádio ponto-a-ponto;
3.2.1 Estação de Rádio Base.
O sistema possui um site principal, que será instalado em cima do morro da Cruz. De
lá o sinal será irradiado para todos os pontos pré-estabelecidos de Itajaí com um raio máximo
de 20 Km. A unidade instalada compartilha com outras antenas existentes, pertencentes de
empresas como Rádio Objetiva, TV Record, Embratel entre outras empresas que já têm
estrutura. Abaixo segue uma foto ilustrativa do site principal.
38
Fonte: Projeto WiMAX Itajaí
Figura 9 - Site principal do sistema.
O site principal é composto por seis rádios com equipamentos IDU (Indoor Unit) e
ODU (Outdoor Unit). A utilização desses dois equipamentos é necessária devido à alta
freqüência utilizada pelo sistema. Quanto maior a freqüência utilizada, mais propicio a perdas
estará o sistema. A IDU é responsável pela parte de configuração do site, cabe a ela transmitir
a freqüência itermediária para a ODU, que fica localizado na parte de fora, juntamente com a
antena. Para que não ocorra uma perda durante esse caminho, a IDU transmite uma freqüência
intermediária na ordem dos MHz fazendo com que não existam perdas no sistema, ou que elas
se tornem desprezíveis. Quando essa freqüência chega a ODU, ela é convertida em uma
freqüência maior e irradiada para todas as SU’s (subscriber unit).
Todos os seis módulos de rádio são supridos com a tecnologia OFDM de 54 Mbps,
sendo que quatro módulos estarão sempre em uso, enquanto que os outros dois estarão
39
operando em modo stand-by para em caso de falha de algum rádio em uso. Os seis rádios
operam na freqüência de 5,45 GHz até 5,725 GHz e possuem interfaces 10/100 Base T.
A cobertura do sistema é feita através do uso de quatro antenas (MIMO) com cobertura
de 90º cada, e mais duas antenas com cobertura de 120º cada, todas operando na freqüência de
5,45 GHz até 5,725 GHz utilizando também a tecnologia OFDM. Estas antenas trabalham
com redundância dos setores mais utilizados e as duas com cobertura de 120º operam em
stand-by para no caso de falha de alguma antena. As antenas deverão ser posicionadas de
forma estratégica conforme mostrado na figura 10.
O ganho de cada antena 90º é de aproximadamente 16 dBi, em um setor de 90º
horizontal e 6º vertical, enquanto que para cada antena 120º, o ganho é aproximadamente 15
dBi, com um setor de 120º horizontal e 6º vertical.
40
Fonte: Google Earth
Figura 10 - Imagem de satélite da área de cobertura das antenas.
A cobertura do sistema WiMAX segue além da limitação da cidade de Itajaí, podendo
alcançar sem problemas as cidades de Navegantes, Piçarras e Balneário Camboriú.
Facilitando muito o atendimento para aqueles usuários de última milha que se encontram em
áreas de difícil acesso.
O ponto de concentração das antenas é o morro da Cruz que pode ser facilmente
identificado na figura acima.
O site principal utiliza-se de uma modulação adaptativa OFDM (BPSK, QPSK,
16QAM, 64QAM), ajustando automaticamente a modulação dependendo da distância entre o
site principal e o ponto do usuário, permitindo um link robusto e confiável. Possui um sistema
eficiente de análise de espectro e seleção automática de canais chamado ACCS (Automatic
41
Clear Channel Selection).
O sistema também é dotado da tecnologia NLOS para uma melhor cobertura do sinal,
possibilitando assim links robustos sem a necessidade de visada direta. Como esse sistema
está implantado em uma área urbana, existem diversos pontos onde não se consegue trabalhar
com visada direta entre transmissor e receptor. Ainda há o sistema ATPC (Automatic
Transmit Power Control) possibilitando uma melhor otimização de transmissão para um
melhor controle a interferências.
A Estação Rádio Base possui a possibilidade de criação de VLANs baseadas no padrão
IEEE 802.1q, possuindo uma maior facilidade de gerenciamento e configuração podendo ser
executados via SNMP e Telnet. Também suporta pacotes VOIP, uma tecnologia que reduz a
zero o custo de ligação entre pontos interligados por uma rede.
A segurança do sistema é garantida através de autentificação e protocolos WEP128 &
AES para criptografia de dados. Existe internamente um hardware responsável pela criação
das criptografias.
O acesso ao gerenciamento é dado em multi-níveis de acesso via senha. O sistema
disponibiliza configuração de gerenciamento através de acesso remoto via Ethernet e
Wireless, somente para IP´s de estações autorizadas.
A BS (Base Station) possui um NoBreak de 1,5 KVA gerenciável via rede, com tempo
de autonomia típica em meia carga igual a 24 min e em carga total de 6.7 min.
Um Rack de 19” pode acomodar o rádio da BS, o switch gerenciável de 24 portas e
também o NoBreak se faz necessário.
42
3.2.2 Pontos de Usuário
O sinal irradiado pelo site principal será distribuído para os trinta pontos determinados
e espalhados pela cidade de Itajaí. Esses pontos são chamados de unidades remotas. Essas
unidades estão instaladas nos locais de uso, como por exemplo: semáforos, lombadas
eletrônicas, câmeras de vigilância, etc. Todas as unidades remotas espalhadas pela cidade
estão direcionadas para o Morro da Cruz onde está localizado o site principal, criando um link
entre ambos.
Fonte: ALVARION
Figura 11 – Unidade Remota
A figura 11 ilustra o equipamento utilizado em cada um dos pontos dos usuários. O
equipamento possui uma unidade externa composta de uma antena integrada com o rádio para
a captação do sinal e uma unidade interna que é alimentada com energia AC. Entre a unidade
externa e interna existe um cabo STP CAT 5 de 20 m e também possui uma porta Ethernet
padrão 10/100 Mbps na unidade interna. A unidade externa é feita com material impermeável
e proteção contra descargas elétricas.
Cada ponto será composto por um rádio com tecnologia OFDM adaptativa (BPSK,
QPSK, 16QAM, 64QAM). Este rádio utiliza a tecnologia OFDM de uma forma adaptativa, ou
43
seja, ajusta automaticamente a modulação para transmissão, permitindo assim um link robusto
e confiável. Opera na faixa de freqüência de 5.47 GHz até 5.725 GHz. Tais freqüências são de
uso público conforme resolução da ANATEL de número 365, na data de maio de 2004, seção
X.
A capacidade de transmissão de dados desse sistema é de 6 Mbps, sendo a taxa de
transmissão líquida (throughput) de no mínimo 2.5 Mbps, suportando um número de 500
hosts conectados simultaneamente.
A potência inicial ou de saída pode variar de -10dBm até 21 dBm, automaticamente
ajustado via ATPC, enquanto a potência máxima de entrada é de aproximadamente 16nW. O
ganho da antena é de aproximadamente 21 dBi, num ângulo de 10.5º Horizontal/Vertical. O
sistema informa o nível de sinal-ruído em relação à estação rádio-base através de LED´s,
facilitando assim o alinhamento das antenas.
Possui tecnologia NLOS, muito eficiente nesse sistema, pois, nem todos os 30 pontos
estão instalados em locais com visada para a estação base, e também o ATPC para minimizar
as perdas na transmissão, tornando o link mais robusto.
O canal tem uma largura que varia entre 10 e 20 Mhz, e uma interface 10/100 Base
T/TX.
A CPE (Costumer Premises Equipment) ou equipamento do usuário tem a capacidade
de registrar-se em mais de uma BS simultaneamente, sendo possível a escolha da BS
manualmente, para fins de redundâncias. Possibilitando ainda a criação de VLAN´s, QoS e
filtros. Através do CPE também é possível fazer mudanças de velocidade de 3,6 Mbps a 54
Mbps somente fazendo upgrade do software do CPE na antena.
O QoS de um sistema aonde irá ocorrer a transmissão de dados de baixa latência é
muito importante, pois é necessário uma priorização de pacotes, diferentemente de uma
transmissão de dados, aonde a ordem de chegada dos pacotes não interfere no resultado final.
44
Assim como a BS, os pontos do usuário possuem configuração através de SNMP e
Telnet, estabelecendo VLAN´s baseadas no padrão IEEE 802.1q, upgrade de software,
upload e download via TFTP ou FTP.
A segurança do sistema é garantida através de protocolos e de criptografias exatamente
como na estação base. Porém, os pontos de usuário estão distribuídos em área de fácil acesso,
por isso eles possuem um sistema de segurança contra clonagem e roubo. Em caso de roubo
de um desses pontos, o sistema de antenas envia um alarme de gerenciamento informando que
tal antena foi retirada do local e bloqueia-a para acesso à rede. Esse sistema tem técnicas de
anticlone e firewall incorporados ao equipamento, sendo muito difícil conseguir burlar a
segurança.
Cada SU é composta por um switch 8 portas RJ-45 Ethernet de 10/100 Mbps com
identificação automática de velocidade, método half ou full duplex e tabela de MAC com
2048 posições. E também cada SU possui um Nobreak (UPS) de 1,2KVA, com o sistema
recarregador “Strong Charger”, que permite a recarga das baterias mesmo com níveis muito
baixos de energia, ou até mesmo com o Nobreak desligado.
O sistema de câmeras é fixo aos postes através de uma Caixa Bridge, composta por
aço muito resistente a qualquer tipo de intervenção climática.
O alcance máximo obtido através de medições com o GPS foi de 20 Km. A perda do
sinal devido a obstruções visuais medidos nas unidades remotas foram insignificantes, devido
a eficiência da modulação OFDM. A figura 12 representa de forma ilustrativa a antena do alto
do morro irradiando o sinal para uma SU, que neste caso é uma câmera de vigilância.
45
Fonte: Projeto WiMAX Itajaí
Figura 12 – Link ponto-multiponto
3.2.3 Rádio ponto-a-ponto.
Esse link será estabelecido através de um rádio ponto-a-ponto entre o paço da
prefeitura de Itajaí e os equipamentos alocados no Morro da Cruz. Ele tem como principal
funcionalidade estabelecer a comunicação entre a BS e a prefeitura, permitindo assim uma
configuração mais prática e rápida. Esta comunicação é feita somente via Ethernet, com
capacidade de fazer download e upload das configurações do rádio.
A figura 13 retrata o campo visual entre os dois rádios do enlace. Em primeiro plano
está o rádio localizado na prefeitura, e no quadro superior a direita, está uma foto ampliada da
BS no morro da Cruz.
46
Fonte: Projeto WiMAX Itajaí
Figura 13 – Visada direta entre prefeitura e o morro.
Este link é composto de um par de rádios ponto-a-ponto (um em cada extremidade do
sistema) utilizando tecnologia de modulação QPSK, 16, 32, 64, 128, 256 QAM, e operando
nas freqüências licenciadas de 6 a 38 GHz.
A velocidade pode ser configurada e estabelecida na faixa de 50 até 400 Mbps. Os
canais podem ser single ou dual de até 200 Mbps, sobre diferentes canais de 10 até 56 Mhz.
Possui interface 10/100 Base T/TX Ethernet para comunicação de dados e até oito canais
E1/T1 com alocação dinâmica entre as interfaces.
O sistema é composto por uma IDU e uma ODU. A parte outdoor do sistema é
responsável pela transmissão e capitação de dados através de uma antena. A IDU localizada
dentro da prefeitura é responsável por toda a parte de configuração do sistema, e também a
configuração do rádio localizado no morro. A figura 14 é uma ilustração dos equipamentos
dentro da prefeitura, que neste caso são denominados de FA4858.
47
Fonte: Projeto WiMAX de Itajaí
Figura 14 – FA4858
3.3 SERVIÇOS
Este sistema desenvolvido para a utilização das câmeras pode suportar ao mesmo
tempo uma gama de serviços adicionais. Alguns deles estão listados a seguir.
3.3.1 Voz sobre IP
A comunicação telefônica utilizando VOIP reduz a zero o custo de ligações entre
pontos interligados pela rede metropolitana sem fio através do protocolo IP. Nesse sistema
telefônico, a distância entre os pontos extremos da ligação não influência no valor da tarifa.
48
Este serviço necessita de QoS, pois exige baixa latência, e a voz é prioridade em rede de
dados, senão tal serviço pode “picotar” a voz, tornando o sistema inteligível. As redes
WiMAX possuem QoS já incorporado.
3.3.2 Transmissão de Imagens em Tempo Real
Esse serviço é fundamental para o funcionamento das câmeras de vigilância. Tal
serviço também precisa ter prioridade na rede de dados, assim como a voz, pois ambos não
podem perder nenhuma espécie de pacote durante a tansmissão
3.3.3 Internet e Dados.
Com essa rede, a utilização da internet seria feita de uma forma muito mais rápida e
barata, sem qualquer custo mensal, assim como a transmissão de qualquer tipo de dados.
3.4 CUSTOS
A instalação de todo o sistema através de um sistema de banda larga tradicional
custaria em torno de R$ 17.000,00 sendo que, existiria uma taxa mensal de aproximadamente
R$ 9.000,00, com a utilização de equipamentos alugados e velocidade 100 vezes menor do
que aquela conseguida com o WiMAX.
O custo deste sistema WiMAX é de aproximadamente R$ 380.000,00, sendo que este
valor se paga no máximo em 40 meses. Com a solução WiMAX, o valor inicial se torna maior
do que os já usuais métodos de comunicação. Porém com esse sistema não haverá qualquer
espécie de mensalidade, e os serviços integrados ao sistema são todos gratuitos.
49
3.5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos com relação ao sistema WiMAX foram de uma forma geral
muito satisfatórios. Porém a implantação mostrou que, o sistema está um pouco longe ainda
dos dados almejados em livros ou artigos.
Medições foram feitas através da utilização de um GPS, um notebook, e uma antena
receptora móvel. As medições dos valores de throughput foram realizados através da
utilização do sistema de operação LINUX viu comando FTP Os testes foram realizados na
cidade de Itajaí em locais estratégicos. Os testes eram baseados na distância da BS até o GPS,
na possibilidade de visada e por fim na taxa de dados que trafegam pelo sistema.
Verificou-se que quando se tem visada direta, a distância se torna um fator de pouca
importância: o sistema conseguiu uma velocidade de 60 Mbps com um throughput de
aproximadamente 50 Mbps, lembrando que essa taxa tem de ser dividida por todas as
unidades remotas, o que torna o sistema com uma velocidade real superior a 1Mbps para cada
unidade. O que permite a transmissão de dados, vídeo e voz simultaneamente de forma
perfeita.
As medições foram realizadas somente dentro da área da cidade de Itajaí, que são
aproximadamente 8 Km. O sinal dentro dessa área não teve nenhuma espécie de interferência
ou perda.
Como Itajaí está localizada em uma área totalmente urbana, com muitos prédios e
pontos sem visada, foi um ótimo teste para perceber a eficiência da modulação OFDM. Em
medições realizadas em pontos sem visada o sinal sofreu uma pequena perda, pois com a
modulação OFDM o sinal consegue “rebater” nos prédios e através da modulação feita de
forma ortogonal, torna-se possível uma “reagrupação” do sinal quase de forma total.
Mas por outro lado, quando foi feita à medição atrás do morro da Cruz aonde não se
50
consegue qualquer tipo de visada, o sinal recebido foi muito ruim.
Lembrando que todas as medições foram realizadas de forma fixa, ou seja, o ponto do
GPS estava parado. Quando o receptor (antena, notebook e GPS) era colocado em
movimento, o sinal tornava-se muito crítico.
Como o foco principal do projeto seria o monitoramento através de câmeras
espalhadas pela cidade, o sistema WiMAX foi a melhor opção. Em testes com as câmeras de
vigilância se viu imagens de alta qualidade e velocidade de atualização. As figuras a seguir
mostram a instalação das câmeras e também as imagens capturadas.
Fonte: Projeto WiMAX de Itajaí
Figura 15 – Instalação da câmera IP Speed Done na Igreja Matriz
A câmera IP Speed Done permite três tipos de zoom, o máximo, médio e angular. Com o
zoom máximo se consegue claramente identificar a face de uma pessoa ou a placa de um
automóvel. O zoom médio fornece uma imagem com uma maior abrangência sobre o todo.
Enquanto que o zoom ângular consegue mudar o ângulo da câmera, facilitando imagens
laterais. As imagens a seguir representam os três tipos de zoom.
51
Fonte: Projeto WiMAX Itajaí
Figura 16 – Exemplo de zoom total.
52
Fonte: Projeto WiMAX de Itajaí
Figura 17 – Exemplo de zoom médio
53
Fonte: Projeto WiMAX Itajaí
Figura 18 – Exemplo de Zoom Ângular
54
4 CONCLUSÕES
O sistema WiMAX é esperado como uma grande potência, prometendo inovações
tecnológicas de grandeza mundial. O acesso à última milha com uma velocidade 100 vezes
superior a essas disponíveis no mercado na atualidade, conseguindo conexão com os pontos
mais remotos, sem a utilização de fios utilizando apenas uma antena, que transmite um sinal a
todos que estão na área de cobertura dessa antena conseguindo conectar-se a ela. Esta é a
principal proposta do WiMAX.
Toda essa revolução um dia irá acontecer, porém ninguém consegue exatamente dizer
quando. Na teoria não existe uma tecnologia de tamanha perfeição quanto o WiMAX. Ela
promete chegar aonde nenhuma outra chegou, não importando o local e tudo isso ainda com
um elevadíssimo throughtput e mobilidade. Entretanto a teoria se difere da prática.
Através de testes e validações feitas, foi possível verificar algumas falhas de
desempenho desse sistema. A perda de sinal devido a um obstáculo, a área de cobertura e a
mobilidade não funcionam igual à teoria. A mobilidade do sistema de Itajaí já era esperado
esse resultado, pois o padrão utilizado foi o fixo (nômade) e não o padrão móvel, devido a
modulação dos rádios serem OFDM e não OFDMA.
Apesar de toda a facilidade provida pela modulação OFDM, e das tecnologias LOS e
NLOS nela incorporada, o sistema não funciona de forma igualitária em todos os pontos da
área de cobertura.
O sistema implantado em Itajaí é brilhante, porem necessita de algumas mudanças,
como por exemplo, a utilização de mais antenas para a cobertura de áreas menores, quem sabe
utilizando as antenas do sistema de telefonia móvel. Acredito que dessa forma o WiMAX
criará uma concorrência aos acessos via cabo e discado.
No Brasil, a Sansung está fazendo parceria com uma empresa chinesa que
55
disponibiliza equipamentos e projetos de rede, podendo assim criar um “elo” entre a TV
digital e o WiMAX. É só aguardar para ver!
4.1 EXTENSÕES
Como sugestões para trabalhos futuros, a fim de incrementar este trabalho, são
relacionadas as seguintes opções:
a) O estudo do padrão móvel da tecnologia WiMAX, visto que, o padrão 802.16a
ainda é pouco difundido, pois ainda necessita de algumas mudanças e melhorias.
b) Uma análise mais detalhada dos futuros equipamentos WiMAX.
56
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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EL ZOOGHBY, Ahmed. Smart antenna engineering. Boston, MA : Artech House, 2005. xv, 324 p, il. (Artech House mobile communications library).
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MARKS, Roger. IEEE Standard 802.16: A Techinal Overview of the WirelessMAN Air Interface for Broadband Wireless Access. Boulder 2004. Disponível em: <http://www.comsoc.org/ci1/Public/2002/Jun/index.html>. Acesso em: 22 Maio. 2006.
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