WORKSHOP
“Broadband Fixed Wireless Access”
Bruxelas, 14/03/2001
2
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ...3
2. AGENDA E PARTICIPANTES ...3
3. DESENVOLVIMENTOS...3
EM RELAÇÃO À EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE FWA ...3
EM RELAÇÃO À IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMAS DE FWA NA EUROPA...4
EM RELAÇÃO À IMPLEMENTAÇÃO COMERCIAL DOS SISTEMAS FWA ...5
EM RELAÇÃO A ALGUNS ASPECTOS GENÉRICOS DA TECNOLOGIA DE FWA...6
TDD vs FDD...7
OFDM vs SC...8
EM RELAÇÃO A SISTEMAS DE FWA ABAIXO DE 11 GHZ...9
ADAMAS ...9
EM RELAÇÃO A SISTEMAS DE FWA ACIMA DE 20 GHZ...10
EMBRACE ...10
EM RELAÇÃO AOS DESENVOLVIMENTOS NO ÂMBITO DO EP BRAN...11
HIPERLAN 2...11
HIPERLINK ...11
HIPERMAN...11
HIPERACCESS ...11
EM RELAÇÃO AO HIPERMAN E HIPERACCESS ...11
Características do HIPERMAN...12
Características do HIPERACCESS...12
HIPERMAN vs HIPERACCESS...13
EM RELAÇÃO À GESTÃO DE ESPECTRO...13
3,5 GHz ...13 10,5 GHz ...13 24,5 - 26,5 GHz...14 27,5 - 29,5 GHz...14 32 GHz ...14 40,5 - 43,5 GHz...14 OUTROS ...14 4. CONCLUSÕES ...15
3
1. INTRODUÇÃO
A Workshop “Broadband Fixed Wireless Access” organizada pela Comissão Europeia decorreu em Bruxelas no dia 14 de Março de 2001.
2. AGENDA E PARTICIPANTES
Da agenda, que se anexa, constaram apresentações onde se destacaram aspectos tecnológicos e comerciais dos sistemas e serviços suportados na tecnologia de Acesso Fixo via Rádio de Banda Larga. Foram, em particular, tecidas algumas considerações, que os órgãos reguladores deverão/poderão ter em linha de conta, na escolha das faixas de frequências a licenciar e dos critérios/forma de atribuição das frequências, a ser afectadas à utilização destas tecnologias.
A lista de participantes, que se anexa, abarcou representantes de diversos organismos governamentais, operadores e fabricantes.
3. DESENVOLVIMENTOS
Das várias apresentações importa realçar vários aspectos.
Em relação à evolução dos sistemas de FWA
A evolução do posicionamento dos sistemas de comunicações wireless, no mercado, foi sistematizada da forma seguinte:
- inicialmente, como forma complementar de acesso às redes fixas; - actualmente, como uma solução concorrencial ao ADSL e Cabo;
- de futuro, como solução para fornecimento de serviços de televisão e interactivos (Sistemas Wireless Multimedia de Banda Larga).
4 Em concreto, a evolução do FWA de banda larga foi resumida do modo seguinte:
Anos Características Aplicações
1995-1999 - Transmissão digital unidireccional - Tecnologia de televisão (DVB-T) - FDD - Difusão de televisão 1999-2001 - Transmissão digital bidireccional - Portador única - Wireless IP - FDMA/FDD - Internet de alta velocidade - LAN-to-LAN 2002-… - Transmissão digital bidireccional - Múltiplas portadoras (OFDM) - Modulação adaptável TDMA/TDD - FEC dinâmica - QoS a pedido - VOD - TV interactiva - Linhas alugadas - VPNs - Serviços agregados (voz, vídeo dados de alta velocidade)
Em relação à implementação de sistemas de FWA na Europa
Em anexo (“EU status”), apresenta-se um ponto de situação relativo à utilização de frequências para sistemas FWA na Europa.
Foram destacadas algumas dificuldades no desenvolvimento destas soluções:
- na Alemanha o regulador equaciona retirar o espectro atribuído para sistemas wireless de banda larga, aos operadores que estão atrasados na sua implementação;
- em Espanha os operadores estão em discussão com o Governo por causa das taxas de utilização do espectro;
- no Reino Unido os resultados do leilão (38,16 M£) defraudaram as expectativas (1 B£) e apenas menos de metade das licenças disponíveis foram atribuídas (16/42);
5 - na Finlândia os operadores estão a repensar o modelo de negócio.
Em relação aos investimentos necessários
Foi referido que enquanto as infra-estruturas com cablagens implicam: - grandes investimentos;
- investimentos antecipados face à angariação de clientes, não possibilitando um crescimento gradual da infra-estrutura de rede, a acompanhar o aumento do número de clientes;
- custos com capacidade de rede não utilizada, as infra-estruturas de FWA:
- requerem investimentos inferiores, sendo a maior fatia a respeitante aos equipamentos terminais de cliente;
- permitem um investimento faseado, a acompanhar o crescimento do número de clientes;
- não implicam custos com capacidade de rede instalada e ainda não utilizada, permitindo mesmo a re-utilização de determinados equipamentos.
Em relação à implementação comercial dos sistemas FWA
O segmento de mercado residencial foi considerado o menos viável para as soluções wireless ponto-multiponto, devido à assimetria e aos volumes de tráfego gerados, por comparação com o segmento empresarial. As grandes empresas optam, geralmente, por soluções ponto-a-ponto em fibra óptica. Por conseguinte, os segmentos SoHo e PMEs serão os mais adequados a
este tipo de tecnologia.
Foi salientado que a disponibilidade de acesso de banda larga tem impacto no perfil de consumo, aumentando significativamente o volume médio de utilização. A banda larga pode, assim, potenciar o consumo de serviços, graças a um melhor desempenho, que garante mais qualidade e rapidez de
6 acesso.
Acesso dial up Acesso banda larga
Tempo on-line (por dia) 84 min 134 min
Foi realçado que um consumidor pode, no máximo, necessitar de 5 Mb/s para sua utilização pessoal. E isto assumindo que ele esteja simultaneamente a visualizar televisão digital de écran largo (4 Mb/s), a falar (8 Kb/s) e a ouvir áudio estéreo, com qualidade de CD (128 Kb/s). Isto é importante quando se fala na “explosão de largura de banda”.
Em relação a alguns aspectos genéricos da tecnologia de FWA
Em relação às faixas de frequências utilizadas foram sistematizadas duas classes de sistemas:
< 20 GHz > 20 GHz
Tecnologia de custo inferior Células maiores
Menos espectro disponível. Dificuldades em garantir mais de 2 Mb/s por utilizador
Falta de standards consolidados Necessidade de sistemas mais
eficientes
Dificuldade em obter terminais bidireccionais de baixo custo - tecnologia ainda não está madura
Células de tamanho inferior (devido à atenuação) – maior vocação para serviços do tipo vídeo a pedido
Número limitado de operadores e no mínimo 1 GHz por operador Espectro harmonizado na
Europa: 40,5 GHz – 43,5 GHz Até 155 Mb/s por utilizador
7 Em termos mais objectivos (de frequências utilizadas, modulação, raios de cobertura e outros) foi apresentada a seguintes comparação:
< 11 GHz > 11 GHz
Frequências 2-11 GHz 11-66 GHz Principais ambientais PLOS ou NLOS Só LOS Modulação OFDM / SC Single Carrier Raio de cobertura 4-30 km 2-4 km
Débito DLC utilizável por sector
> 10 Mb/s 2-155 Mb/s Canais 3, 3.5, 5, 7, 10 e 20 MHz 25, 28 MHz
TDD vs FDD
No que respeita às características de utilização do espectro dos sistemas TDD e FDD foi efectuada a seguinte sistematização:
TDD FDD
Overhead requerido para
separação duplex
Tempo de guarda Frequência de guarda Alocação de frequências 1 banda larga 2 bandas estreitas Flexibilidade de partilha
entre o up/down links
Sim Não Propagação selectiva de
frequências
Mais crítica devido à largura de banda dupla
Menos crítica Sincronização do
receptor
Dupla do FDD
Duplexer Desnecessário Necessário
Em particular foram destacadas algumas vantagens do TDD:
- Flexibilidade, evitando elevados custos de mudança de equipamentos; - Capacidade flexível para tráfego assimétrico;
8 - Adaptação instantânea aos padrões de tráfego:
o re-alocação dinâmica de capacidade dos up/down links num determinado espaço de tempo;
o capacidade flexível para suportar tráfego de burst.
O TDD encontra-se, no entanto, numa fase menos desenvolvida do que o FDD. Os futuros desenvolvimentos deverão passar, nomeadamente, pela seguintes áreas de investigação:
- Ganhos de capacidade quantitativos; - Estabilidade e robustez dos sistemas TDD; - Esquemas de multiplexagem em sistemas TDD; - Acesso múltiplo (uplink) em conjugação com TDD; - Comparação de interferências intra e inter sistemas; - Desempenho dos equipamentos vs custos;
- Distribuição do clock nos sistemas de TDD. OFDM vs SC
No que respeita à modulação foram realçados os aspectos mais positivos das entre o OFDM e SC:
No OFDM destacou-se:
- Maior robustez em condições adversas;
- Possibilidade de suportar degradações de desempenho devidas a multi-percurso;
- Apto a combater fortes atenuações em determinadas partes do espectro;
- Adoptado em várias normas (DVB-T, ADSL). Enquanto no SC:
- Menor overhead;
- Menor sensibilidade à instabilidade de frequências e ruído do que o OFDM;
9
Em relação a sistemas de FWA abaixo de 11 GHz
Estes sistemas foram caracterizados por:
- Segmentos de mercado iniciais: SoHo e PMEs; - Concorrentes do xDSL e dos cable modems;
- Suporte de serviços em situações que outros sistemas de FWA não suportam;
- Operações sem ser em Linha de Vista (LOS), que possibilitam: o Instalação fácil;
o Não necessidade de antenas tão directivas; o Cobertura reforçada;
- Possibilidade de serem desenvolvidos em sistemas de re-utilização de frequências com múltiplas células.
ADAMAS
Combinando as várias opções disponíveis em termos de faixas de frequências, modos de acesso, tipos de modulação, raios de cobertura e outras, têm vindo a desenvolver-se diversas normas e tecnologias (e.g. IEEE802.16.3, IEEE802.16.4 e ETSI/BRAN HIPERMAN). Em particular, foi destacado o projecto ADAMAS, cujos principais objectivos são:
- introdução de um sistema outdoor ponto-multiponto FWA de banda larga com OFDM adaptável;
- adaptabilidade nos níveis PHY e DLC: o esquemas de modulação adaptáveis;
o TDMA dinâmica – serviços assimétricos ou simétricos; - dois modos de operação:
o licenciado (10,5 GHz); o não licenciado (5,8 GHz).
Este sistema proporciona:
10 sinais multi-percurso);
- boa resistência a interferências (graças ao DCA), excepto no cenário de não licenciamento;
- uso eficiente do espectro (graças a DTDMA/TDD); - QoS (suportada nos níveis PHY e DLC);
- custo inferior (pois não há necessidade de duplexers de frequência).
Em relação a sistemas de FWA acima de 20 GHz
EMBRACE
- As normas de “comunicações” desenvolvidas pelo ETSI BRAN visam em primeiro lugar o mercado empresarial, resultando em equipamentos caros.
- As normas de “televisão” desenvolvidas pelo DVB (e posteriormente pelo ETSI) visam o mercado residencial, mas têm limitações de capacidade do canal de retorno.
- O projecto EMBRACE, que resulta da evolução das normas de comunicações e de televisão do ETSI e do DVB, visa a adopção de uma terceira opção que combina o melhor de ambas as anteriores: um sistema de baixo custo, suficientemente flexível para um mercado combinado (adequando-se bem aos segmentos PME e residencial). Esta norma baseia-se em:
o uso eficiente dos recursos radioeléctricos;
o gestão inovadora do tráfego baseado em IP; QoS baseada no campo ToS do pacote IP;
o elevada cobertura e uma disponibilidade de serviço mais precisa, assegurada pelo desenvolvimento de uma ferramenta de engenharia de tráfego, baseada em MPLS.
Foram também levantadas uma série de questões associadas aos sistemas de FWA a operar acima de 20 GHz:
11 de 1 GHz por operador);
- custo da tecnologia:
o baixos níveis de potência - possibilidades de integração (MMIC);
o imaturidade da tecnologia devido à ausência de produção maciça;
o partilha de equipamentos com outros sistemas, potencialmente reforçada pela introdução da MHP;
- asseguração de elevada cobertura, planeamento celular e uma adequada disponibilidade de serviço.
Em relação aos desenvolvimentos no âmbito do EP BRAN
Foram apresentadas diversas actividades de normalização que têm sido desenvolvidas no âmbito do EP BRAN.
HIPERLAN 2
- Móvel (indoor/outdoor) privado ou público; - 25 Mb/s, faixa dos 5 GHz.
HIPERLINK
- Ponto-a-ponto com baixo raio de cobertura; - 155 MB/s, faixa dos 17 GHz.
HIPERMAN
- Acesso fixo de rádio de banda larga (< 11 GHz). HIPERACCESS
- Acesso fixo de rádio de banda larga (> 11 GHz).
12 As normas HIPERMAN e HIPERACCESS foram explanadas com mais algum detalhe.
Características do HIPERMAN
- Acesso fixo de rádio de banda larga abaixo de 11 GHz (inicialmente 3,4 - 4,2 GHz);
- Mercado residencial, SoHo e PMEs (concorrente do xDSL e cable
modems);
- Aplicações (acesso à Internet, LAN-to-LAN, telefonia e vídeo conferência);
- Requisitos funcionais acordados (especificações dos níveis PHY e DLC serão iniciadas no Verão de 2001).
Características do HIPERACCESS
- Acesso fixo de rádio de banda larga (> 25 Mb/s); - Topologia ponto-multiponto;
- Produtos interoperáveis;
- Enfoque no mercado de grande consumo (PMEs e residenciais); - Baixo custo, boa relação custo/benefício;
- Optimizado para acesso de rádio; - Uso eficiente do espectro;
- Tráfego simétrico ou assimétrico;
- Concorrente da fibra, xDSL e cable modems; - Suporte de uma ampla gama de serviços:
o Várias classes de prioridades - QoS ou best effort; o Acesso à Internet e ligações LAN-to-LAN;
o Telefonia IP e vídeo conferência;
o Backhaul de sistemas móveis (UMTS e GPRS). - Operação a faixas de frequências acima de 20 GHz:
40,5 GHz e 43,5 GHz; 31,8 GHz e 33,4 GHz; 24,5 - 26,5 GHz;
13 27,5 –29,5 GHz; 31,0-31,3 GHz (TDD); 37,5-39,5 GHz. HIPERMAN vs HIPERACCESS Em suma: HIPERMAN - 3,4 - 4,2 GHz; - Baixo custo;
- Melhor cobertura, com possibilidade de operação sem ser em linha de vista.
HIPERACCESS
- 31,8-33,4 GHz e 40,5–43,5 GHz; - Maior débito binário;
- Maior capacidade;
- Norma a completar em 2001.
Em relação à gestão de espectro
No que respeita à gestão de espectro nas diversas faixas de frequências utilizáveis por sistemas de FWA foram tecidas várias considerações e efectuadas recomendações sobre acções que se impõe equacionar:
3,5 GHz
- Harmonização da alocação de espectro; - Alocação de largura de banda suficiente. 10,5 GHz
- Libertação e harmonização da alocação de espectro;
14 LMDS.
24,5 - 26,5 GHz
- Necessidade de harmonização das larguras de banda alocadas (112 MHz);
- Necessidade de permitir backhauling, por forma a fortalecer o desenvolvimento dos operadores de acesso wireless de banda larga; - Focagem na normalização de novas faixas de frequência.
27,5 - 29,5 GHz
- Necessidade de decisões de reserva de espectro;
- Necessidade de harmonização da alocação de espectro e de larguras de banda;
- Necessidade de permitir backhauling, por forma a fortalecer o desenvolvimento dos operadores de acesso wireless de banda larga. 32 GHz
- Finalização dos planos de frequências e standards logo que possível; - Necessidade de harmonização da alocação de espectro e de larguras
de banda;
- Necessidade de garantir recursos de espectro para backhauling. 40,5 - 43,5 GHz
- Necessidade de entender a forma como as normas irão contribuir para que os fornecedores visem uma produção maciça e de baixo custo, sem perder de vista os últimos esforços de Investigação e Desenvolvimento.
OUTROS
Em anexo inclui-se a documentação da Workshop, integrando as apresentações disponibilizadas, que se pode também extrair a partir de http://www.cordis.lu/ist/ka4/mobile/broadfixannounce.htm.
15
4. CONCLUSÕES
Das intervenções efectuadas, opiniões defendidas e aspectos abordados e discutidos importa destacar os seguintes:
- Os sistemas wireless são melhores para aplicações móveis, nas baixas frequências – isto provoca algumas divergências com os operadores de televisão que requerem frequências similares para utilização fixa; acresce que as comunicações e os dados proporcionam maiores margens de negócio do que a televisão;
- O trading de espectro ainda não autorizado começará a ter de se considerar em 2002;
- A existência de um conflito em relação à utilização dos sistemas
wireless para prestação de serviços de banda larga na Europa:
o os Governos pretendem promover o acesso rural, mas é difícil traçar planos de negócio comercialmente viáveis;
o o segmento residencial requer custos baixos, mas os operadores pretendem margens máximas;
Pelo que é fundamental uma forte vontade política, para que a
banda larga se estenda para além dos subúrbios, seja através de
soluções com ou sem fios;
- O cabo e a fibra são as melhores soluções para áreas densamente povoadas, enquanto o wireless se adequa melhor a áreas menos povoadas. Por conseguinte, há razões para encorajar a intervenção dos Governos, seja ao nível de suporte, ou mesmo de subsídio, ao
desenvolvimento de soluções wireless de banda larga em áreas rurais, por forma a:
o reduzir o excesso de oferta nas áreas urbanas já efectivamente competitivas;
o propiciar concorrência nas áreas rurais, pouco procuradas pelos intervenientes do sector;
16 o alcançar as aspirações políticas de uma sociedade de
informação;
o proporcionar um volume de tráfego acrescido tanto em sistemas
wireless como na fibra óptica, uma vez que esta acaba também
por transportar o tráfego daqueles;
Uma estratégia integrada abarcando sistemas com e sem fios, proporcionaria um maior benefício global à economia, do que soluções de curto prazo com encaixes financeiros das licenças;
- A gama de frequências mais alta (acima de 20 GHz) oferece uma ampla largura de banda para acesso rádio de banda larga – i.e. vários Mb/s por utilizador, inclusivamente no mercado do grande consumo; cada operador deve, no entanto, usufruir de 500 MHz a 1 GHz (eventualmente poderá ter de se optar por menos operadores, dispondo de mais largura de banda);
- O projecto ADAMAS proporciona:
o recepção sem ser em linha de vista;
o boa resistência a interferências, excepto no cenário de não licenciamento;
o uso eficiente do espectro; o QoS;
o custo inferior;
- O projecto EMBRACE visa a implementação de sistemas wireless (> 20 GHz) que combinam o melhor, dos desenvolvimentos recentes dos
standards de comunicações e de televisão, num sistema de baixo
custo, suficientemente flexível para um mercado abrangente; destaca-se:
o o uso eficiente dos recursos radioeléctricos;
o a possibilidade de definição de níveis de Qualidade de Serviço; o a elevada cobertura e uma disponibilidade de serviço mais
17 - O projecto HIPERACCESS:
o suporta acesso à Internet, LAN-to-LAN, telefonia IP, backhaul de UMTS;
o proporciona maior capacidade (acima de 100 Mb/s com uma portadora de 28 MHz);
o pode operar a diversas faixas de frequências, mas onde sobressaem as de 40,5-43,5 GHz e 31,8-33,4 GHz (esta com elevado potencial);
o norma interoperável para diversos mercados (PMEs, SoHo, residencial e UMTS backhaul);
- No que respeita à gestão de espectro foi realçada a necessidade de: o harmonização europeia das faixas de espectro e larguras
de banda a atribuir aos operadores, por forma a suportar um
desenvolvimento maciço da produção de equipamentos, que permita reduzir custos, graças a economias de escala;
o restringir o número de operadores licenciados em cada faixa de frequência, por forma a proporcionar, a cada um deles, uma largura de banda que sustente a viabilidade do negócio (e.g. acima de 20 GHz, um mínimo de 500 MHz a 1 GHz por operador);
o avaliar a libertação de determinadas faixas de frequência, com elevado potencial para FWA de banda larga (e.g. 32 GHz); o permitir a utilização de determinadas faixas de frequência,
nomeadamente acima de 20 GHz, para backhauling, por exemplo, das rede móveis.
18
GLOSSÁRIO
- ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line - BRAN: Broadband Radio Access Networks - CD: Compact Disk
- DLC: Data Link Control
- DVB: Digital Video Broadcasting - DVB-T: DVB Terrestrial
- ETSI: European Telecommunications Standards Institute - FDD: Frequency Division Duplex
- FDMA: Frequency Division Multiple Access - FEC: Forward Error Correction
- FWA: Fixed Wireless Access
- GPRS: General Packet Radio System
- GSM: Global System for Mobile communications - IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers - IP: Internet Protocol
- LAN: Local Area Network
- LMDS: Local Multipoint Distribution System - LOS: Line Of Sight
- OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplex - MHP: Multimedia Home Platform
- MPLS: Multi-Protocol Label Switching - NLOS: No LOS
- PLOS: Poor LOS
- PME: Pequenas e Médias Empresas - QoS: Quality of Service
- SC: Single Carrier
- SoHo: Small office / Home office - TDD: Time Division Duplex
- TDMA: Time Division Multiple Access - ToS: Type of Service
- UMTS: Universal Mobile Telecommunications System - VOD: Video On Demand
- VPN: Virtual Path Networks - xDSL: Digital Subscriber Line
