Transcript WALC 2011 Version 3

EL ESTÁNDAR 802.22
WALC 2011
Guayaquil – Ecuador
Danilo Corral De Witt
[email protected]
[email protected]
Departamento de Eléctrica y Electrónica
AGENDA
•
•
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•
•
•
•
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 intermedia
MHz
F mayor
MHz
Canal
MHz
AB en MHz
Ecuador
Ecuador
Ecuador
2
3
4
54
60
66
57
63
69
60
66
72
6
6
6
18
Ecuador
Ecuador
5
6
76
82
79
85
82
88
6
6
12
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
7
8
9
10
11
12
13
174
180
186
192
198
204
210
177
183
189
195
201
207
213
180
186
192
198
204
210
216
6
6
6
6
6
6
6
42
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
21
22
23
24
25
26
27
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29
30
31
32
33
34
35
36
512
518
524
530
536
542
548
554
560
566
572
578
584
590
596
602
515
521
527
533
539
545
551
557
563
569
575
581
587
593
599
605
518
524
530
536
542
548
554
560
566
572
578
584
590
596
602
608
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
96
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
Ecuador
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
614
620
626
632
638
644
650
656
662
668
674
680
617
623
629
635
641
647
653
659
665
671
677
683
620
626
632
638
644
650
656
662
668
674
680
686
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
72
240
Ord
1
2
3
4
5
6
Banda MHz
902 - 928
2400 - 2483.5
5150 – 5250
5250 – 5350
5470 – 5725
5725 - 5850
Asignación
ICM
ICM
INI
INI
INI
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.
CAPACIDAD DEL SERVICIO
ORD
PARÁMETRO
1
Rango de frecuencias
2
AB del canal
3
Tasa de datos
4
Eficiencia Espectral
5
Modulación
6
PIRE (Tx)
7
Acceso Múltiple
8
Modos de prefijo cíclico
9
Dúplex
10
CPE soportada por BS
ESPECIFICACIÓN
54 MHz a 862 MHz
6, 7, 8 MHz
4,54 a 22,69 Mbps
0,76 a 3,78 bits/(s*Hz)
QPSK, 16-QAM, 64-QAM
4 W máximo para CPE
4W máximo para BS
Depende de la regulación local
OFDMA
1/4, 1/8, 1/16, 1/32
TDD (Time division duplex)
512
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
SUPERTRAMA
TRAMA
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
802.22 EN OTROS PAÍSES
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
802.22 EN OTROS PAÍSES
802.22 EN OTROS PAÍSES
• 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.
802.22 EN OTROS PAÍSES
• 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.
802.22 EN OTROS PAÍSES
• 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.
802.22 EN OTROS PAÍSES
• 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.
PROPUESTA DE PRUEBA PILOTO CON 802.22
•
•
•
•
•
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
PROPUESTA DE PRUEBA PILOTO CON 802.22
PROPUESTA DE PRUEBA PILOTO CON 802.22
Proyecto Relacionado:
RED
ALTERNATIVA
TELECOMUNICACIONES
RURALES EN ECUADOR
DE
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.
CONCLUSIONES I
• 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 II
• 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 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: