Departamento de Eléctrica y Electrónica EL ESTÁNDAR 802.22 WALC 2011 Guayaquil – Ecuador Danilo Corral De Witt drcorral@espe.edu.ec dancowi@yahoo.com Departamento de Eléctrica y Electrónica

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 En el cuadro de Atribución de Bandas de Frecuencia (CONATEL) se puede observar las bandas de TV a las que hace referencia el estándar Idea es identificar los canales que son ocupados por los operadores de TV en el Ecuador, a fin de conocer en que regiones el espectro es sub utilizado para poder palicar el concepto de flexibilidad de uso del espectro Canañ

Rango de Bandas ICM Ord Banda MHz Asignación 1 902 - 928 ICM 2 País Nº de canal F menor MHz F intermedia MHz F mayor MHz Canal MHz AB en MHz Ecuador 2 54 57 60 6 18 3 63 66 4 69 72   5 76 79 82 12 85 88 7 174 177 180 42 8 183 186 9 189 192 10 195 198 11 201 204 207 210 13 213 216 21 512 515 518 96 22 521 524 23 527 530 24 533 536 25 539 542 26 545 548 27 551 554 28 557 560 29 563 566 30 569 572 31 575 578 32 581 584 33 587 590 34 593 596 35 599 602 36 605 608 38 614 617 620 39 623 626 40 629 632 41 635 638 641 644 43 647 650 44 653 656 45 659 662 46 665 668 47 671 674 48 677 680 49 683 686 240 Ord Banda MHz Asignación 1 902 - 928 ICM 2 2400 - 2483.5 3 5150 – 5250 INI 4 5250 – 5350 5 5470 – 5725 6 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.

CAPACIDAD DEL SERVICIO 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 CPE 4W 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 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 Una aplicación típica puede ser la cobertura de un área rural que rodea a una población como se ilustra en la Figura, dentro de un radio de 10 a 30 Km desde la estación base (BS), dependiendo de la PIRE y de la altura de la antena.   La MAC puede permitir el acceso de terminales localizados a distancias de hasta 100 Km con una apropiada modulación del tráfico en la trama cuando están presentes las condiciones de propagación de la señal de RF. Con la PHY implementada en este estándar, los sistemas WRAN pueden cubrir un radio de hasta 30 Km sin una planificación en especial Potencia Isotrópica Radiada Equivalente

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 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.

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: