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Redes WiMAX – Aspectos de Arquitetura e Planejamento

4. ASPECTOS DE PLANEJAMENTO

4.1. Minimização de interferências intra-sistêmicas e inter-sistêmicas

Sistemas de comunicações sem fio possuem dimensionamento e desempenho fortemente impactados por ruído e interferência. No projeto do sistema, deve-se focar em combater dois tipos de interferências:

▪ geradas dentro do próprio sistema, especialmente em malhas muito densas de enlaces ponto-a-ponto/multiponto, e também quando é realizado reuso de freqüências tanto em sistemas ponto-multiponto como em redes móveis ponto-área. Essa é a interferência intra-sistêmica;

▪ geradas fora do sistema, por sistemas concorrentes em faixa de freqüência. Essa é a interferência inter-sistêmica.

E ainda, para cada um dos dois tipos de interferência, a análise do projetista deve ser realizada visando mitigar interferências dentro dos canais em uso pelo seu sistema, chamada interferência cocanal, bem como interferência oriunda de faixa adjacente aos canais em uso, denominada interferência de canal adjacente. Cabe ressaltar que no projeto, ampliação ou otimização de rede, fixa ou móvel, a atenção deve estar concentrada não apenas em reduzir interferências na própria rede, como também não causar interferência em redes vizinhas.

Conforme surgem sistemas concorrentes, ou mesmo a própria rede cresce, aumenta a preocupação com interferências e, portanto, a implementação de formas de mitigação dos seus efeitos prejudiciais torna-se mais relevante.

O problema é ainda mais crítico em se tratando de faixas de freqüências não licenciadas, devido ao seu uso isento de custos, embora rígidas regras de emissão devam ser respeitadas, conforme disposto pelas agências reguladoras locais. Sistemas 802.16 rev 2004 prevêem o uso de faixas não licenciadas (license-exempt bands), de forma que interferência é tema de alta importância nesses sistemas.

Em linhas gerais, a minimização de interferência é obtida por um dos elementos descritos a seguir ou, usualmente, por uma composição de mais de um destes elementos.

•  Adequado planejamento de faixa/canal de freqüência
  A primeira decisão do operador de rede de comunicações sem fio diz respeito a faixa de espectro que usará para o provimento dos seus serviços. Para maior proteção contra interferência causada por emissões de concorrentes, a opção pela aquisição de faixa licenciada é interessante. A menos de possíveis interferências externas nas bordas da faixa adquirida, essa opção isola eficientemente a comunicação da operadora em relação a outros sinais que se propaguem na sua área de atuação.
  
  Se a opção recair no uso de faixa não licenciada, ou mesmo faixas que requerem pagamento de licença por estação/enlace, mas cujo uso é compartilhado por qualquer empresa autorizada à prestação de serviço de rádio-comunicações, a atividade de planejamento de freqüência para escolha adequada da canalização a ser empregada é fundamental e, em alguns casos, freqüente ao longo da vida útil do enlace.
  
  Nos aspectos acima expostos, não há diferença na forma de se lidar com a questão de planejamento de faixa/canal de freqüência, entre sistemas 802.16 rev 2004 e os sistemas convencionais ponto-a-ponto / ponto-multiponto.

  
  

• Adequada emissão e adequado controle de potência
  No caso de sistemas 802.16e, que são sistemas móveis, ponto-área, a questão do controle de interferência por limitação de potência é intrínseca ao projeto, uma vez que a contenção das áreas de cobertura das células é fator primordial para o adequado desempenho do sistema quanto a tráfego e cobertura. Também para esses sistemas, é usual que operadores tenham faixas de freqüências próprias, usadas apenas pelos seus sistemas, fazendo com que a interferência relevante a ser mitigada seja a intra-sistêmica, o que é resolvido por adequado emprego de reuso de freqüências, setorização e técnicas como salto em freqüências (FH – Frequency Hopping), entre outras.
  
  O descrito acima para sistemas móveis é também válido em grande parte para sistemas ponto-multiponto, já que para estes o conceito celular é aplicado. Porém, em sistemas ponto-a-ponto/multiponto operando em faixas de freqüências não-licenciadas, torna-se fundamental adequado controle de emissão. Sistemas ponto-a-ponto operando com altas margens podem estar contribuindo de forma exagerada, desnecessária, para os níveis de interferência em receptores cocanal ou de canal adjacente. A redução de potência a níveis baixos, mas que ainda permitam operação com o desempenho necessário, é boa prática na mitigação de interferência.
  
  Com o objetivo básico de otimizar o controle de cobertura conforme condições de propagação, especialmente nas situações sem visada (NLOS) sujeitas a grandes desvanecimentos, sistemas 802.16 possuem algoritmos de controle de potência. Sob o comando da rádio-base, a CPE cliente transmite apenas o necessário à manutenção da qualidade adequada aos seus requisitos de comunicação no momento. Ao impedir níveis desnecessários de potência, estes algoritmos contribuem sensivelmente para a minimização de interferência intra e inter-sistêmica.

Um dos grandes diferenciais de sistemas 802.16 está na tecnologia empregada para antenas. Esquemas inteligentes de manipulação do sinal (diversidade com combinação de sinais) e conformação de feixe, contribuem para melhoria da relação S/(N+I).
Outra forma de minimizar interferências, intra e inter-sistêmica, é o DFS (alocação dinâmica de freqüências), apresentado na Seção 4.2.

4.2. Planejamento de freqüências

O planejamento de freqüências é feito de forma diferenciada, para sistemas fixos – ponto-a-ponto ou ponto-multiponto (802.16 rev 2004) – e para sistemas móveis (ponto-área, 802.16e). Sistemas ponto-a-ponto possuem o maior diferencial, por dois motivos básicos: muitas vezes operam em faixas de freqüências compartilhadas entre operadores, ou seja, freqüência não proprietária; são sistemas fixos, onde não há o conceito de reuso de freqüência em áreas não contíguas para maximizar capacidade de tráfego.

Nos sistemas ponto-a-ponto, o plano de freqüências é feito após rigoroso estudo de interferentes na região, considerando todas as redes no entorno (em raio definido conforme a faixa de freqüências), com corretas orientações de azimute e potências transmitidas. O resultado dessa análise apresenta o conjunto de freqüências, e polarizações em cada freqüência, menos sujeitas a interferência. Um diferencial nos sistemas ponto-a-ponto 802.16 rev 2004 é que, para as faixas não licenciadas, foram implementados algoritmos de alocação dinâmica de freqüências (DFS – Dynamic Frequency Allocation). A freqüência mais limpa é escolhida, a cada ciclo de operação do DFS. A implementação do algoritmo nesse tipo de faixa de freqüências é especialmente importante, já que são faixas menores que as licenciadas – com menos canais disponíveis, portanto –, e seu uso é, em geral, livre de qualquer cobrança de taxa, até mesmo a taxa única de ativação de transmissores, o que faz com que rapidamente se torne uma faixa muito utilizada (gerando altos níveis de interferência).

Sistemas ponto-área (móveis) e também ponto-multiponto estacionários, por se utilizarem do conceito celular, adotam metodologia diferenciada de planejamento de freqüências. A técnica para planejamento de freqüências em sistemas 802.16e é muito similar à empregada nos sistemas celulares TDMA. A totalidade de freqüências disponível é distribuída por clusters, onde, dentro de um mesmo cluster, não há repetição de freqüência e evita-se canal adjacente entre setores vizinhos. A distâncias de reuso convenientes, todo o conjunto de freqüências é repetido, buscando maximizar capacidade de tráfego.
Ainda para sistemas ponto-multiponto, estacionários, outra técnica é também empregada, em conjunto com o reuso de freqüências. É a alternância de polarização, associada, eventualmente, à repetição de grupos de canais em configuração “frente-costa”. Um exemplo é apresentado na Figura 3 [9].

Figura 3 – Exemplo de alocação de freqüência; ponto-multiponto; 2 polarizações; 8 grupos de canais (#)

É esperado que, nas fases iniciais de implementação de sistemas 802.16 rev 4, a atenção dispensada ao planejamento de freqüências seja reduzida, pois poucos sistemas estarão em operação compartilhando freqüências. O esforço de planejamento e otimização é intensificado à medida em que as redes crescem em volume.