An overlaid Wimax cellular structure is proposed for emergency and safety services, with micro-cells covering urban hotspots over a macro-cellular structure. In the region of Beira Interior the process of cellular planning has to account for carrier-to-noise-interference ratio. Sectorisation is used in order to reduce reuse patterns and increase system capacity, while cell overlay is proposed to overcome coverage problems in large towns and cities. Geographic Information Systems tools are considered for Line-of-Sight discovery, and ~75% of LoS coverage is guaranteed in the city of Covilhã. The point-to-point component is also being incorporated in the planning tool. By comparing the 3.5GHz and the 5.8GHz bands one concludes that it is possible to use lower values of the antenna gains in the first case.

This work addresses cellular planning aspects for a WiMax (worldwide interoperability for microwave access) point-to-multipoint wireless network to be developed in the region of Beira Interior. It is concentrated in more detail in the district of Covilha, and, particularly, in the urban area of the city, in order to guarantee communications from the Health Science Faculty of University of Beira Interior (HSF/UBI)/ Hospital Pero da Covilha to all central urban area of the city. By having aspects related with the carrier-to-noise and carrier-to-interference ratios into account, one concluded that it is necessary to consider a cellular structure with sectorisation, and cell coverage distances around 3 km. Because this zone is very hilly, the optimization of the choice of the location for base stations is essential; the potentialities of the GIS (geographic information systems) tools were explored to optimise the existence of line of sight coverage in coverage. Future research directions regarding architectures for interoperability and mobile IP, security, and the impact of multimedia applications are also addressed.

Esta comunicação aborda aspectos de projecto e planeamento celular duma rede sem fios WiMax (IEEE 802.16) para interligar ponto-a-ponto a Faculdade de Ciências da Saúde da Universidade da Beira Interior (FCS/UBI) ao Hospital Amato Lusitana (Castelo Branco), uma rede ponto-multiponto para ligar a FCS/UBI/Hospital Pêro da Covilhã a toda a área urbana do centro da cidade da Covilhã e uma rede móvel celular dedicada aos serviços públicos de emergência e de segurança, abrangendo toda a região da Beira-Interior, fazendo-se a avaliação detalhada da existência de linha de vista no concelho da Covilhã. Efectuou-se o planeamento tendo em conta aspectos relacionados com a relação portadora-ruído, C/N, e a relação portadora-interferência, concluindo-se ser necessário usar sectorização e considerar sobreposição de micro-células à estrutura macro-celular (cell overlay). Utilizaram-se ferramentas GIS para auxiliar no processo de determinação das posições para as estações de base e da respectiva área com linha de vista, de forma a assegurar um expoente de propagação baixo. Dos resultados para a ligação ponto-a-ponto Covilhã-Gardunha-Castelo Branco, conclui-se que é possível assegurar comunicação com qualidade a 3.5 GHz, mas a 5.8 GHz, como a distância máxima para a qual C/N<(C/N)min é de 25 km, é necessário aumentar o ganho de pelo menos uma das antenas para assegurar a qualidade da ligação.

This work intends to develop a WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) point-to-multipoint wireless network that includes all the district of Covilhã, and particularly the urban area of the city in detail, with the objective to guarantee a point-to-multipoint connection from the Health Science Faculty of the University of Beira Interior (HSF/UBI) / Hospital Pêro da Covilhã to all urban area of the centre of the city. The cellular planning of this WiMax mobile network was done having in account aspects related with the carrier-to-noise ratio and carrier-to-interference ratio, concluding that is necessary to consider a cellular structure with coverage distances of 3 km and sectorisation is needed to create a high capacity wireless network in the urban area of Covilhã. Because this zone is very hilly, the choice of the location for base stations is essential; one used the potentialities of the GIS (Geographic Information Systems) tools to optimize the line of sight coverage and, simultaneously, reduce the propagation exponent. A new mobile IP architecture for Wi-Fi/WiMax interoperability is being conceived, developed and implemented based in Media Independent Handover.

IEEE 802.16 is yet a very recent technology and released hardware does frequently only support standards partially. The same applies to public available simulation tools, in particular for NS-2. As the latter is the de-facto standard in science and as we use it for our research in the context of the WEIRD project, we evaluate the IEEE 802.16 support for NS-2. We present several general but also specific issues, which are important in order to carry out reliable research based on these tools. In particular, we show in much detail where modules deviate significantly and even fail totally.

Recently, it has been proposed the use of WiMAX for the return channel in digital television systems using a new frequency profile bellow 1 GHz, which has been calledWiMAX-700. The profile operates from 400 MHz to 960 MHz as primary band, which includes the UHF band, and optionally from 54 MHz to 400 MHz as secondary band. This work presents some aspects of the WiMAX- 700 technology and some simulation results of models designed to determine the system capacity concerning the number of actives subscriber stations, according to specific proposed scenarios, traffic sources profiles, specifics propagation, and coverage conditions. The results presented in this work provide elements to determine the suitability of WiMAX-700 technology as the return channel for the interactive digital television applications.

Redes sem fio devem prover qualidade de serviço para aplicações de voz, video e dados. Um padrão definido para oferecer qualidade de serviço nessas redes é o documento IEEE 802.16. Com o objetivo de melhorar a qualidade de transmissão, este padrão utiliza dois principais mecanismos físicos: (i) Orthogonal Frequency Division Multiple Access como interface física e (ii) a possibilidade de ajustar a robustez da transmissão em relação as imperfeições físicas que podem comprometer a transmissão. Além disso, o padrão define um conjunto de componentes na estação base, tal como alocadores, escalonadores e controles de admissões que devem ser modelados para prover uma arquitetura que garanta qualidade de serviço. Entretanto, o padrão não define nem os algoritmos de cada componente, nem a integração entre estes componentes. Investigações objetivando prover qualidade de serviço tem sido propostas no contexto de redes IEEE 802.16. A literatura sobre redes IEEE 802.16 móveis mostra que as atuais pesquisas estão focadas em soluções específicas para cada componente, ou em soluções com integrações parciais. O foco destas soluções é prover a melhor alternativa para problemas individuais para um componente particular. Entretanto, em todos os estudos realizadas nesta tese, não encontrou-se nenhuma pesquisa endereçando propostas sobre a qualidade de serviço global considerando a diversidade dos requisitos de tráfegos das aplicações e as condições de propagação do canal de rádio frequência. Neste contexto, essa tese propõe uma nova arquitetura para garantir qualidade de serviço em uma estão base que deve ser modelada usando uma infraestrutura entre camada para adaptar-se aos requisitos dinâmicos do tráfego, bem como as condições do canal de rádio frequência. O objetivo é integrar os componentes definidos pelo padrão com os mecanismos físicos. Outro objetivo é analisar a arquitetura proposta, através de uma metodologia de avaliação que é baseada segundo a especificação do sistema de avaliação do fórum Worldwide Interoperability for Microwave Access. Assim, a análise da nova arquitetura adaptativa entre camadas é realizada e os resultados mostram a eficiência na alocação dos dados, bem como o mínimo atraso e jitter gerado nas aplicações de tempo real.

A necessidade de suportar serviços multimídia impulsiona o desenvolvimento das redes sem fio. Com isso, torna-se importante fornecer confiabilidade na transmissão de dados em um ambiente sujeito a variações espaciais, temporais e de freqüência, causadas por fenômenos físicos que, geralmente, causam erros nos dados transmitidos. Esses erros são basicamente de dois tipos: erros em rajada e erros aleatórios (Additive White Gaussian Noise - AWGN). Simular o comportamento dos canais sem fio afetados por erros é objeto de pesquisa há diversos anos. Entretanto, grande parte das pesquisas não considera a aplicação dos dois tipos de erros simultaneamente, o que pode gerar imprecisões nos resultados das simulações. Sendo assim, este trabalho propõe um injetor capaz de gerar tanto seqüências de erros em rajada quanto AWGN, além de propor um modelo de erros híbrido que considera a injeção de ambos os tipos de erros para simular o comportamento de um canal sem fio. O injetor de erros proposto é empregado em um estudo de caso referente à análise de desempenho do mecanismo de codificação de canal em redes que seguem o padrão IEEE 802.16, tanto nomádicas (fixas) quanto móveis. É avaliada a capacidade de correção dos codificadores Forward Error Correction (FEC), de emprego obrigatório de acordo com o referido padrão. Além disso, estuda-se o impacto causado pela aplicação de técnicas que consistem na adição de diversidade temporal à transmissão, em cenários cuja ocorrência dos erros é em rajada, e em cenários cujos erros são modelados de acordo com seqüências AWGN. Finalmente, realiza-se um estudo teórico sobre a vazão que pode ser atingida nos cenários nomádicos e móveis, além de uma discussão sobre os avanços tecnológicos trazidos pela multiplexação de canal baseada em Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), empregado em redes IEEE 802.16 móveis.

O padrão IEEE 802.16e é uma tecnologia emergente para redes de próxima geração com suporte à qualidade de serviço para usuários fixos e móveis. No contexto de aplicações móveis, a técnica OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) deve ser empregada para multiplexação de canais de rádio frequência, suportando a alocação simultânea do canal para múltiplos usuários. Porém, essa alocação, considerando a estrutura do quadro OFDMA, não é definida pelo padrão IEEE 802.16e. A maioria das pesquisas atuais sobre arquiteturas de escalonamento baseadas nessa técnica de multiplexação estão focadas na transmissão downlink ou consideram apenas parcialmente os aspectos decorrentes do emprego da técnica OFDMA. Sendo assim, neste trabalho é apresentada uma arquitetura de escalonamento hierárquica, com dois níveis, para transmissões uplink em redes IEEE 802.16e, baseadas em OFDMA. A arquitetura proposta aborda a divisão do subquadro uplink entre oportunidades de requisição de banda e oportunidades de transmissão de dados, no Nível 1, e a seleção das requisições de banda para atendimento, no Nível 2. A proposta considera, além da técnica de multiplexação do canal, as cinco classes de serviço previstas pelo padrão IEEE 802.16e e o mecanismo de alocação de banda definido para a tecnologia. Uma ferramenta de simulação foi desenvolvida para avaliar o desempenho da proposta, considerando os diferentes aspectos da arquitetura e comparando com trabalhos relacionados. A avaliação é realizada considerando métricas como atraso médio no atendimento de requisições, percentual de requisições descartadas e a utilização do quadro.