danilo corral de witt [email protected] [email protected] departamento de eléctrica y...

Danilo Corral De [email protected]@yahoo.com

Departamento de Eléctrica y Electrónica

EL ESTÁNDAR 802.22

WALC 2011

Guayaquil – Ecuador

AGENDA

• Introducción• IEEE-802.22• La capa Física (PHY)• La capa de Control de Acceso al Medio (MAC)• Medidas de Gestión del Espectro• Antenas• 802.22 en otros Países• Propuesta de Prueba Piloto• Conclusiones

INTRODUCCIÓN

• Actualmente existe gran demanda de las comunicaciones inalámbricas.

• Bandas ICM son ampliamente utilizadas.• Esto produce el uso, ocupación y saturación del espectro

radioeléctrico en esas bandas.• Es necesario:

– Buscar alternativas que optimicen el uso del espectro radioeléctrico

– Identificar nuevas bandas para estos servicios

IEEE 802.22

• Primeros trabajos de WRAN datan de Noviembre de 2004– Basado en las radios cognitivas– Operación de usuarios sin licencia en las bandas libres

de TV (54 MHz a 862 MHz).– Aplicadas en zonas rurales

• El 16 de junio de 2011, la IEEE aprueba el estándar 802.22• Hace referencia a las WRAN, MAC, PHY, radio cognitiva y

administración.• Se busca una coexistencia entre ambos servicios sin causar

interferencias a los usuarios licenciados o titulares.

BANDAS DE TV EN ECUADOR

País Nº de canal F menor MHz

F intermediaMHz

F mayorMHz

CanalMHz AB en MHz

Ecuador 2 54 57 60 618Ecuador 3 60 63 66 6

Ecuador 4 66 69 72 6

Ecuador 5 76 79 82 6 12Ecuador 6 82 85 88 6

Ecuador 7 174 177 180 6

42

Ecuador 8 180 183 186 6Ecuador 9 186 189 192 6Ecuador 10 192 195 198 6Ecuador 11 198 201 204 6Ecuador 12 204 207 210 6Ecuador 13 210 213 216 6

Ecuador 21 512 515 518 6

96

Ecuador 22 518 521 524 6Ecuador 23 524 527 530 6Ecuador 24 530 533 536 6Ecuador 25 536 539 542 6Ecuador 26 542 545 548 6Ecuador 27 548 551 554 6Ecuador 28 554 557 560 6Ecuador 29 560 563 566 6Ecuador 30 566 569 572 6Ecuador 31 572 575 578 6Ecuador 32 578 581 584 6Ecuador 33 584 587 590 6Ecuador 34 590 593 596 6Ecuador 35 596 599 602 6Ecuador 36 602 605 608 6

Ecuador 38 614 617 620 6

72

Ecuador 39 620 623 626 6Ecuador 40 626 629 632 6Ecuador 41 632 635 638 6Ecuador 42 638 641 644 6Ecuador 43 644 647 650 6Ecuador 44 650 653 656 6Ecuador 45 656 659 662 6Ecuador 46 662 665 668 6Ecuador 47 668 671 674 6Ecuador 48 674 677 680 6Ecuador 49 680 683 686 6

240

Ord Banda MHz Asignación1 902 - 928 ICM2 2400 - 2483.5 ICM3 5150 – 5250 INI4 5250 – 5350 INI5 5470 – 5725 INI6 5725 - 5850 ICM, INI

Rango de Bandas ICM

RADIO COGNITIVA• Equipos que poseen la capacidad de analizar un amplio rango de

frecuencias del espectro radioeléctrico.• Identifican los canales libres en las bandas de TV de UHF y VHF.• Pueden cambiar los parámetros de Tx y/o Rx, para comunicarse

de manera eficiente y evitar interferencias con usuarios licenciados.

• Supervisión activa de varios factores:– Espectro radioeléctrico– La información de posición– Comportamiento de usuario– Estado de red

TOPOLOGÍA• 802.22 especifica una interfaz inalámbrica Punto a multi punto• BS gestiona su celda y todos los CPE asociados.• BS administra la percepción del espectro de los CPE.• Según lo que la BS reciba de los CPE, modifica sus parámetros

y los de los CPE de forma dinámica.

ORD PARÁMETRO ESPECIFICACIÓN

1 Rango de frecuencias 54 MHz a 862 MHz

2 AB del canal 6, 7, 8 MHz

3 Tasa de datos 4,54 a 22,69 Mbps

4 Eficiencia Espectral 0,76 a 3,78 bits/(s*Hz)

5 Modulación QPSK, 16-QAM, 64-QAM

6 PIRE (Tx)4 W máximo para CPE4W máximo para BS

Depende de la regulación local

7 Acceso Múltiple OFDMA

8 Modos de prefijo cíclico 1/4, 1/8, 1/16, 1/32

9 Dúplex TDD (Time division duplex)

10 CPE soportada por BS 512

CAPACIDAD DEL SERVICIO

Con 12 usuarios simultáneos la velocidad de datos mínima por CPE en total es 1,5 Mbps en downlink y 384 Kbps en uplink

COBERTURA

• BS puede alcanzar a CPE localizados hasta a 100 Km con una velocidad de 22 Mbps.

• Rango de 33 Km cuando CPE transmite con 4 W de PIRE (Potencia Isotrópica radiada Equivalente)

• Bandas de frecuencia de TV de 54 a 862 MHz• Uso ideal para zonas rurales• Modulación: 64 QAM, 16 QAM, QPSK, según la distancia

CAPA FÍSICA (PHY)

• Modulación OFDMA con canales vinculados• WRAN presenta largos tiempos de propagación de 25 μs (50

μs en grandes áreas de terreno)• Uso de prefijo cíclico de 40 μs• Flexibilidad de modulación y codificación (QPSK, 16QAM y

64QAM)• 48 subcanales

ESTRUCTURA DE VÍNCULO DE CANALES

• El espacio libre mínimo entre canales de TV para que la WRAN pueda operar debe de ser de tres canales

• Se pueden vincular canales sucesivos o canales separados

CAPA DE CONTROL DE ACCESO AL MEDIO (MAC)

• Radios cognitivos dinámicos que responden rápidamente a los cambios del sistema.

• Definido por una estructura de supertrama y trama.• Supertrama contiene SCH (Superframe control header):

– TV Canales vinculados– Convivencia e información de la supertrama– El numero y tamaño de la trama

• La información de los períodos de silencio• ID de potencia del transmisor

– Ubicación de la información de configuración

SUPERTRAMA

MEDIDAS PARA GESTIÓN DEL ESPECTRO

• Las medidas se dividen en:– In-Band: las medidas que se realizan al canal

utilizado por la BS base para comunicarse con el CPE

– Out-of-Band: las medidas que se refieren a los otros canales.

• La BS designa cuál CPE debe sensar los canales, por cuánto tiempo, y con qué probabilidad de detección.

• Cada CPE realiza distintas medidas.• Los valores medidos se utilizan para obtener un mapa

de espectro para toda la celda.• BS realiza el análisis de todos los valores medidos por

los CPE en la celda.

ADMINISTRACIÓN DEL ESPECTRO

BASE DE DATOS DEL SERVICIO

ADMINISTRACIÓN DE CANALES

• Tipos de canal– Rechazado– En operación– Respaldo– Candidato– Protegido– No clasificado

FUNCIONES DE GESTIÓN DEL ESPECTRO

• Mantener información de disponibilidad del espectro• Clasificación y selección de Canales• Control de asociación• Administración de configuración de canal• Acceso la base de datos de servicio• Programar períodos de silencio para sondear el espectro• Cumplir IEEE 802.22 y política reguladora • Decisión de cambio de Canal de CPE en la celda• Coexistencia con otros usuarios WRAN.

SONDEO DEL CANAL

Detección rápida: Durante esta fase se emplea un algoritmo de sensor bastante rápido y eficiente. Los resultados de las medidas de los CPE y de los BS se consolidan en las BS, las cuales deciden si la fase de sensor preciso es necesaria.Detección precisa: Los algoritmos utilizados aquí pueden durar varios milisegundos por cada canal. No siempre es necesaria esta fase; se decide en la fase de detección rápida.

TABLA DE USO DEL ESPECTRO

• Otra funcionalidad del estándar 802.22 es la capacidad de crear y mantener una tabla con la clasificación de la disponibilidad de los canales, como los que están ocupados, los que están disponibles y los prohibidos.

• Esta tabla puede ser actualizada por un operador o por el mismo mecanismo de detección del estándar

ANTENAS

• Cada CPE necesita dos antenas: una direccional y otra omnidireccional

• La antena direccional es la antena principal usada por el CPE para comunicarse con la BS.

• La antena omnidireccional se usa para propósitos de observar el espectro y para realizar medidas.

802.22 EN OTROS PAÍSES

• Estados Unidos• En noviembre de 2008, el FCC norteamericano hizo un

llamado para crear la base de datos geolocalizada de los “espacios en banco” , a fin de permitir el uso de dispositivos proveyendo una lista de canales de TV en desuso– FCC 08-260 in ET Docket 04-186, 11/4/2008– 47CFR15.711: Interference Avoidance Mechanisms

El resultado: una base de datos elaborada por una empresa consultora donde se puede observar la información necesaria para el uso de dispositivos WRAN en el territorio norteamericano


• UNITED KINGDOM• UPD OFCOM Officially Proposes UK Launch of White Space

Wireless Broadband Tech.• The Communications Regulator, Ofcom UK, has today announced

that it is officially moving forward with plans for the introduction of licence exempt White Space wireless broadband technology in the UK. This uses the radio spectrum that exists between digital terrestrial TV channels to deliver internet access over a Wireless Regional Area Network (WRAN).

• In principal such a technology would have many advantages. Related services typically exist between the lower 470MHz and 790MHz frequencies, which travel further and more easily through walls. Each TV channel is given a slice of this spectrum and a small gap (the white space) is then left between the channels to limit the potential for interference.


• A number of trials are currently underway in the UK and are already showing some promising results. However the technology, which appears to work like Wi-Fi, is still very complicated to get right.

• The primary problem is that White Space routers (connectivity hardware) would first need to consult a frequency database hosted online.

• Digital TV channels often swap frequencies and failing to use the correct ones could result in interference, thus it's necessary to keep an up-to-date and locally aware database.

• Ofcom has decided to allow multiple third-party providers to develop databases, which it believes will create a competitive marketplace and incentivise operators to provide the best database service to consumers.


• Download speeds of up to 22Mbps per channel could be possible by using this technology, although that would be shared (contended) with other users. Never the less it could prove to be a lifesaver for isolate towns and villages.

• The regulator now expects to consult on a Draft Statutory Instrument for making white space devices licence exempt. The technology itself could be launched in the UK during 2013.


• SOUTH AFRICA• TV white spaces can open up low-cost high-speed internet across

Africa: All we need is the regulatory go-ahead.• “We have the skills, the entrepreneurs, a spectrum model we can

replicate, the standards, the technology and clearly we have the demand,” said South African Henk Kleynhans in the wake of a TV white spaces workshop in Johannesburg last week. “All we need is a regulatory go-ahead.”

• Unused TV white spaces could be the way to get highspeed wireless internet to millions in Africa including who have been enforcedly “offline” till now because they live outside major cities.

• APC and partners gathered


PROPUESTA DE PRUEBA PILOTO CON 802.22

• Ha surgido la idea de realizar una prueba piloto en Ecuador a fin de comprobar la operación de 802.22 y observar el comportamiento del estándar en las diferentes regiones de nuestro país.

• Existen organizaciones internacionales interesadas en esta iniciativa que nace en la organización y desarrollo de este evento.

• El Profesor Ermanno Pietrosemoli la impulsa y ha conseguido ya el apoyo de varias personas que se han comprometido a trabajar para involucrar a las principales instituciones del País.

• PASOS A SEGUIR• Identificar instituciones participantes locales o externas.• Crear una estructura organizacional jerárquica.• Conseguir permisos del ente regulador.• Realizar una prueba piloto en las diferentes regiones

para observar el comportamiento de 802.22 en nuestro medio

• Elaborar documento que recopilen los datos obtenidos• Socializar los resultados



Proyecto Relacionado:

RED ALTERNATIVA DE TELECOMUNICACIONES RURALES EN ECUADOR

En el Proyecto “Red Alternativa de Telecomunicaciones Rurales en Ecuador” (URJC – COMPAD 2010), se han identificado al menos 92 puntos de repetición de entidades públicas donde se podría ubicar BS de WRAN para dar cobertura al 38% del territorio del país, suponiendo una superposición del 80% entre áreas de cobertura y un alcance de 40 Km.

• El estándar IEEE 802.22 WRAN es el primer estándar que emplea radio cognitiva para explotar los espacios en blanco localizados en las bandas de TV.

• Es una Tecnología que promete a futuro gran avance en la provisión de soluciones de conectividad en las zonas rurales.

• En varios países se está trabajando en este sentido por el enorme potencial que promete el estándar 802.22.

CONCLUSIONES I

• Es necesario conformar grupos de trabajo e investigación orientados a realizar proyectos pilotos con el estándar 802.22 en nuestro país, a fin de aportar al desarrollo de soluciones en este sentido.

• Existe la propuesta de hacer una prueba piloto con 802.22 en Ecuador, se está buscando a las personas y entidades que decidan participar en este evento de gran trascendencia.

CONCLUSIONES II

CONCLUSIONES III

• Cada vez son mas las voces que piden a los entes reguladores de los respectivos países que se apueste por un cambio de modelo que incorpore un análisis detallado sobre el uso y la ocupación real de cada banda de frecuencias así como de los mecanismos de asignación y uso de las mismas.

• Un requerimiento por parte de usuarios fabricantes y operadores es la asignación de bandas de frecuencia abiertas a nuevas tecnologías sin la necesidad de tener un servicio asignado.

GRACIAS

Agradecimiento a:

danilo corral de witt [email protected] [email protected] departamento de eléctrica y...

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