Agradecimentos
Quero agradecer aos meus colegas de grupo pelos momentos de aprendizagem contínua e constante e pela amizade que sempre granjearam em mim ao longo do curso e no decurso deste trabalho, que, certamente se eternizará. Durante os 5 anos, as dificuldades não foram poucas os desafios foram muitos e os obstáculos, muitas vezes, pareciam intransponíveis. Quero também endereçar um agradecimento especial ao professor Arlindo Mondlane pelo apoio concedido ao longo deste trabalho e a todos os professores pela contribuição e empenho nas suas respectivas áreas de docência o que me possibilitou o acesso sem restrição ao conhecimento científico contemporáneo. Aos funcionários do Cedoc, bem como, de outras instituições que me apoiaram em todos os momentos, fornecendo-me todas as informações e documentação necessárias e/ou inerentes ao desenvolvimento da minha pesquisa. À todos os colegas e profissionais pelo auxílio e empenho em todos os momentos decisivos do meu trabalho. À todos aqueles que, directamente ou indirectamente, colaboraram para que este trabalho atingisse os objectivos propostos.

Projecto Final de Curso

I

Resumo

O WiMax é a mais recente tecnologia de banda larga que foi baseada no padrão IEEE 802.16. É uma tecnologia sem fio (wireless) que permite conexões à alta velocidade . Foi projectado para operar em altas potências e alcançar distâncias muito longas. O seu benefício primodial é oferecer serviços em regiões onde não existe infra – estrutura telefónica ou TV cabo à custo relativamente baixo, se compararmos com a fibra óptica ou o par de cobre/ ADSL, para melhorar as telecomunicações do país alcançando maior número da população. O WiMax é conhecido como o padrão 802.16d, ratificado em Julho de 2004 e teve os seus primeiros equipamentos homologados em Janeiro de 2006. O mesmo usa frequências de 10 á 66 GHz em linha de vista (LOS) e 2 à 11 GHz sem linha vista (NLOS). Neste projecto serão apresentadas as caractéristicas técnicas desta tecnológia, a sua implementação no Munícipio da Matola.

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II

Lista de Abreviaturas e Símbolos
ADSL-Asymmetric Digital Subscriber Line BE-Best effort ERB-Base Station CN-Core Network CBR-Constant Bit Rate CIR-Constant Information Rate CPE-Costumer Premise Equipment DSL-Digital Subscriber Line DSLAN-Digital Subscriber Line Access Multiplexer E1-Denominação dada para um canal de 2.048 Mb/s na hierarquia de canais de transmissão digitais padronizados pela UIT FDD- Frequency Division Duplexing ITU- International Telecommunications Union IEEE- Institute of Electrical and Electronics Engineers J/TDM-Jornal das TDM LAN-Local Area Network LMDS-Local Multipoint Distribution Services LOS- Line of Sight MAN-Metropolitan Area Network MAC-Medium Access Control NLOS- Non Line of Sight N1xE1- Sistema de Transporte Digital OFDM- Orthogonal Frequency Division Multiplexing III

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QAM –Quadrature Amplitude Modulation QPSK- Quadrature Phase Shift Keying QoS-Quality of Service RF-Rádio frequência RDIS-Rede Digital de Integração de Serviços S-OFDMA-Scalable OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex Access) TV- Television TDD-Time Division Duplex TDM- Telecomunicações de Moçambique WiMax -Worldwide interoperability for Microwave Access Wi-Fi- Wireless Fidelity XDSL- Digital Subscriber Line

Projecto Final de Curso

IV

Índice

CAPÍTULO I .....................................................................................................................1 1.1 Introdução .................................................................................................................1 1.2 Justificativa ...............................................................................................................2 1.3 Objectivo ...................................................................................................................2 1.3.1 Objectivos Específicos .......................................................................................2 1.4 Metodologia Aplicada ................................................................................................2 1.5 Resultados Esperados...............................................................................................2 CAPÍTULO II ....................................................................................................................4 2.1 Telecomunicações.....................................................................................................4 2.1.1- Redes de Telecomunicações .............................................................................4 2.1.2 - Rede de Telefone .............................................................................................5 2.1.3 – Conexão do telefone à central telefónica..........................................................6 2.1.4 – Rede de transmissão........................................................................................6 2.1.5 – Meios de Transmissão de Banda Larga............................................................6 2.1.5.1 Fibra Óptica .................................................................................................6 2.5.1.2 Cabos de cobre/ ADSL .................................................................................7 2.5.1.3 Satélite ........................................................................................................7 CAPÍTULO III ...................................................................................................................9 3.1 Introdução .................................................................................................................9 3.2 Definição do WiMax ................................................................................................10 3.3 Objectivos do WiMax ...............................................................................................11 3.4 Comparação entre o 802.11 (Wi-Fi) e o 802.16 (WiMax) ............................................12 3.1.1 Família de Padrões IEEE 802.16 ........................................................................13 3.1.2 Caracteristicas da Camada Física do IEEE 802.16 .............................................14 3.1.3 Considerações tecnologicas IEEE 802.16.........................................................15 3.1.4 Protocolos .......................................................................................................16 3.1.5 Principais caractéristicas do WiMax..................................................................17 3.1.6 Topologia e a Arquitectura...............................................................................19 3.1.7 Benifícios da adopção do WiMax Fixo..............................................................19 3.1.8 Modulação .......................................................................................................20 3.1.8.1 Modulação Adaptativa................................................................................20 3.1.8.2 OFDM .........................................................................................................20 3.1.8.3 Modulação S-OFDMA .................................................................................21 3.1.9 Qualidade de Serviço (QoS) .............................................................................21 3.10 Bandas e Coberturas das redes WiMax.............................................................21 3.10.1 Bandas........................................................................................................21 3.10.2 Coberturas ..................................................................................................22 3.11 Dimensionamento de uma rede WiMax ..............................................................22 3.11.1 Redes WiMax ..............................................................................................22 3.11.2 Prefil do Tráfego WiMax ............................................................................23 CAPÍTULO IV.................................................................................................................25
Projecto Final de Curso

V

4.1 Estado actual do WiMax em Moçambique ..............................................................25 4.2 Estado Actual da Telefonia fixa em Moçambique.....................................................25 Capítulo V .....................................................................................................................27 5.1 Local de Implementação ........................................................................................27 5.2 Situação Geográfica da zona ...................................................................................27 5.3 Análise de Interferências na Cidade da Matola.........................................................28 5.4 Topologia do Local .................................................................................................28 5.6.1 Estação de Rádio Base .....................................................................................29 5.6.2 Antenas WiMax .................................................................................................30 5.7 Dimensionamento de Usuários ................................................................................31 5.8 Dimensionamento das Estações Rádio Base ...........................................................32 5.9 Análise Económico do Projecto WiMax................................................................34 5.9.1 Custos do Investimento ..............................................................................34 5.9.2 Análise Variáveis Económicas ......................................................................34 5.9.3 Tempo de Implementação .............................................................................35 CAPÍTULO VI.................................................................................................................36 Conclusões e Recomendações .....................................................................................36 6.1 Conclusões .............................................................................................................36 Referências Biblográficas .............................................................................................42 Glossário ......................................................................................................................44

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Projecto Final de Curso

VI

Lista de Figuras
FIG1-ESQUEMA SIMPLIFICADO DA REDE DE TELEFONIA ................................................................................5 FIG.2-TOPOLOGIA DE UMA REDE WIMAX..........................................................................................................11 FIG.3-AMBIENTE DE TRANSMISSÃO DO 802.16 ................................................................................................15 FIG.4-CAMADA MAC IEEE 802.16 .......................................................................................................................17 FIG.5-TOPOLOGIA DE REDE MESH ....................................................................................................................19 FIG.6-ESTAÇÃO-BASE WIMAX.............................................................................................................................29 FIG.7-TIPOS DE ANTENAS WIMAX ......................................................................................................................31

Lista de Tabela

TABELA.1-COMPARATIVA ENTRE O WIMAX E WI-FI........................................................................................13 TABELA.2-TAXAS DE TRANSMISSÃO DE DADOS............................................................................................14 TABELA 3-DADOS GEOGRÁFIS...........................................................................................................................32 TABELA 4CO- DIMENSIONAMENTO DA ERB .....................................................................................................33 TABELA 6 - CUSTO DO EQUIPAMENTO..............................................................................................................34 TABELA7 – ANÁLISE DE VARIÁVEIS ECONÓMICAS...............................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

Projecto Final de Curso

VII

Lista de Anexos
A-EVOLUÇÃO DO PADRÃO 802.16......................................................................................................................38 B-IEEE 802.11 X IEEE 802.16 ................................................................................................................................39 C -COMPARAÇÃO ENTRE O PADRÃO 802.16 E O 802.16D ..............................................................................40 D –MAPA GEOGRÁFICO DO MUNICÍPIO DA MATOLA ......................................................................................41

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VIII

CAPÍTULO I
1.1 Introdução
Em Moçambique a maior operadora de Telecomunicações tem como propósito a expansão da sua rede fixa para que, um número elevado de telefones cheguem às localidades mais remotas. Actualmente o número de telefones no meio rural, é de aproximadamente 0.05 linhas de telefone por 100 habitantes, é por isso que é considerada como a mais baixa do Continente. Só na Cidade de Maputo o parque telefónico é constituido por cerca de 90.000 linhas o que representa 60% (por cento) do total do número de telefone instalados em todo o País. A expansão da cobertura da rede telefónica em Moçambique, para as zonas rurais do País onde ainda não existe telefone, constitui um grande desafio para a mesma. A operadora de Telecomunicação fixa em Moçambique transmissão em banda larga como: País. Sobre o ponto de vista dos custos, estes serviços são bastante onerosos, por isso, havendo a necessidade de se pensar em outras alternativas com o mesmo desempenho mas a baixo custo. Para tal, o padrão WiMax ( Worldwide interoperability for Microwave Access ) é o ideal, por que se mostra adequado no estabelecimento de ligação com a parte final da infraestrutura de conexão de banda larga (last mile) oferecendo conectividade para os usuários e oferecendo maior alcance. Entretanto, com o advento das tecnologias de banda larga sem fio especificamente o WiMax passou a abrir novas perspectivas, para o acesso aos meios de telecomunicação, as quais abrirão espaço de trabalho e maior acesso às informações. Passando a influenciar a educação e a cultura das sociedades. Neste contexto, a tecnologia em questão abre um conjunto de oportunidades de négocios para a operadora fixa devido ao seu desempenho a baixo custo e sua flexibilidade, assim como possibilitando a expansão para zonas remotas onde a fibra óptica e o ADSL ainda não foram implementados. O WiMax também oferecerá novos pacotes de serviços as residências e as corporações, bem como, em situações específicas, como no estabelecimento de redundância aos sistemas fixos e para o atendimento de conexões rápidas por exemplo: em feiras, congressos, eventos desportivo e em zonas urbanas.
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é provedora

dos meios de via ADSL

fibra óptica, satélite e par de cobre

(Asymmetric Digital Subscriber Line), que já estão implementados em algumas províncias do

1

1.2 Justificativa
O WiMax é uma tecnologia de rede sem fio que permite conexões à alta velocidade, foi projectado para trabalhar em altas potências e a distâncias de quilômetros. O benefício principal do padrão WiMax é oferecer serviços em banda larga em regiões onde não existe infra-estrutura para rede fixa ou de TV à cabo, que sem a menor dúvida são muito mais onerosos. Este benefício econômico do padrão sem fio para redes MAN proporciona a difusão dos serviços de banda larga em países em desenvolvimento, influenciando directamente na melhoria das telecomunicações do país e consequentemente no seu desenvolvimento.

1.3 Objectivo
Tornar o WiMax complemento da Rede Fixa em Moçambique principalmente em zonas onde não exista infra-estruturas por fibra óptica ou via par de cobre/ ADSL.

1.3.1 Objectivos Específicos
O objectivo deste estudo será de apresentar os conceitos sobre a rede fixa, efectuar o levantamento das principais tecnologias que se alinham com as redes WiMax, estudar os recursos para implementação nova tecnologia sem fio, chamada WiMax. Será apresentada a situação da rede fixa em Moçambique, entre outros factores. E finalmente a implementação do WiMax no Município da Matola.

1.4 Metodologia Aplicada
Consulta de material bibliográfico relacionado com a matéria; Pesquisa na internet a literatura relacionada com o tema; Consulta de material bibliográfico de algumas empresa de telecomunições relativo a Rede Fixa e o WiMax no país; Entrevista e auscultação de profissionais ligados a área.

1.5 Resultados Esperados
Beneficiar as operadoras de rede fixa de uma tecnologia (WiMax) a um custo acessível bem como aos provedores de serviços e aos usuários; 2

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Beneficiar as populações, que se encontram em zonas urbanas para conexões rápidas em feiras, congressos, eventos desportivos e etc; Adoptar esta tecnologia para expandir a cobertura dos seus serviços a aréas rurais, com oferta de poucos serviços por parte dos operador da telefonia fixa.

1.6 Estrutura do Trabalho
Este trabalho apresenta seis capítulos e está estruturado da seguinte maneira: 1. Capítulo I- Revisão de literatura sobre a rede fixa telecomunicação. 2. Capítulo II- Introdução, objectivo geral, objectivos específicos, metodologia usada e resultados esperados . 3. Capítulo III- O estudo da tecnologia WiMax, surgimento do mesmo, objectivos do WiMax, comparação do IEEE 802.16 e 802.11, etapas do padrão IEEE 802.16, caractéristicas do camada fisíca do IEEE802.16, protocolos, principais caractériscas da WiMax, topologia e arquitectura, beníficios da adopção do WiMax, Modulação usada pelo WiMax e as bandas e as coberturas do WiMax. 4. Capítulo VI- Debruçou-se do telefonia fixa em Moçambique. 5. Capítulo V – Implementação do WiMax para os Clientes residenciais, análise do local de implementação, situação geográfica, topologia adequada para o local, análise do equipamento a ser usado, dimensionamento das estações rádio base, análise do custo de investimento, período de retorno do investimento e o período de implementação do WiMax. 6. Capítulo VI – Finalmente as conclusões fazendo referência as vantagens da adopção do WiMax e as recomendações. estado actual da rede fixa em Moçambique, específicamente o estado do WiMax em Moçambique e do estado da actual da

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CAPÍTULO II
Sistemas de Telecomunicações

2.1 Telecomunicações
Telecomunicação é a transmissão, emissão ou recepção, por par de cobre, rádio eléctrica, meios ópticos ou qualquer outro processo electromagnético, de símbolos, caracteres, sinais, escritos, imagens, sons ou informações de qualquer natureza 1 . Telecomunicação, é uma forma de estender o alcance normal da comunicação (tele em grego significa “distância”) 1 ou seja, de um conjunto de meios e dispositivos que lhe vai permitir a comunicação entre si a grande distância. Existem diversos tipos de Telecomunicações como: Telefone Televisão Internet Rádio Cablagem Estruturada Satélite

2.1.1- Redes de Telecomunicações
Este é o principal aspecto que nos propomos a analisar nas suas variadas vertentes. As redes de telecomunicações a cada dia estão sendo melhoradas para poderem suportar a transmissão de informações com a introdução de novas tecnologias, tanto do lado dos equipamentos (elementos de rede), bem como dos meios de transmissão (redes de transporte) e dos sistemas de gestão de operação. Uma rede de telecomunicações pode ser constituida por várias sub-redes, em função do tipo de serviço que é provido ao assinante. Os serviços mais comuns que estão dispostos aos assinantes são:

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Telefonia Fixa Telefonia Celular Comunicação de Dados Internet

2.1.2 - Rede de Telefone
A rede telefônica descreve-se como sendo um sistema integrado de fios, de cabos, de terminais (aparelhos utilizados pelos usuários do sistema) e de uma gama de acessórios, com uma finalidade que é de interligar os assinantes à central telefónica e as várias centrais entre si. O sistema telefónico é constituido por: 1. Rede de Comutação – equipamentos necessários que permitem a conexão entre usuários, bem como entre as centrais. 2. Rede de Acesso – suporte fisíco que permite a comunicação. 3. Rede de Transmissão – equipamento que serve para conectar o equipamento terminal com o assinante ou entre centrais. 4. Infra-estrutura para Sistemas de Telecomunicações - sistemas secundários que dão apoio aos equipamentos de transmissão e comutação (sistema de energia que alimenta as componentes dos outros sistemas). Um terminal tem a função de permitir a passagem dos sinais do assinante aos circuitos de entrada e saida. É através de juntores e dos circuitos de entrada e saida, que as chamadas chegam aos dispositivos da central.

Fig1-Esquema simplificado da rede de telefonia

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2.1.3 – Conexão do telefone à central telefónica
As centrais são os equipamentos que permitem a conexão entre os diversos assinantes. A interligação que acontece entre os telefones e as centrais de comutação é realizada através da rede de acesso e a interligação entre os equipamentos comutadores é realizada pelos sistemas de transmissão. Existem todavia sistemas secundários que se designam por infra-estrutura (equipamento de apoio de comutação e transmissão). Os mesmos fazem parte de um conjunto de torres de transmissão, aterramento, sistema de frio e energia.

2.1.4 – Rede de transmissão
A rede de transporte ou rede transporte de informação (voz, dados, e sinais) é constituida por sistemas de transmissão pelo qual são feitas as interconexões entre centrais de comutação. Actualmente é cada vez mais crescente a necessidade do Homem adquirir serviços integrados e para isso é necessário que os meios de transmissão os suportem. Daí que, o uso de meios de transmissão em banda larga sejam uma solução adequada na medida em que possuem capacidade para o transporte de grandes quantidades de informação. Os sistemas de transmissão utilizam meios de transmissão de banda larga para o envio de informação podem ser físicos (par de cobre/ADSL, fibra óptica) e não fisicos (Satélites, Wi-Fi, WiMax). Os meios transporta de transmissão podem ser definidos como sendo um suporte que informação entre os terminais telefónicos (origem) e as centrais telefónicas

(destino) e vice-versa. Como suporte à transmissão temos, o telefone, linha do assinante, percurso interno nas centrais telefónicas, linhas físicas, rádio, atmosfera e vácuo.

2.1.5 – Meios de Transmissão de Banda Larga
Neste capítulo iremos abordar especificamente as características de alguns meios de transmissão de banda larga.

2.1.5.1 Fibra Óptica
As fibras ópticas são um canal formado por materiais que são suficientemente transparentes para conduzir um feixe de luz visível. São fibras constituidas por um material dieléctrico fazendo com que as mesmas tenham uma total imunidade a qualquer interferência de que venha do exterior. Devido ao seu baixo índice de perdas permite que as mesmas alcancem
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distâncias longas sem necessidade de utilizarem repetidoras. A largura da banda disponível numa fibra óptica pode suportar uma capacidade total de 75Tbps ( 75 x 1012 bits por segundo). Esta capacidade não está ainda ao alcance dos dispositivos de transmissão e recepção disponíveis para comunicações ópticas que, por este motivo, constituem actualmente o principal factor de limitação na plena utilização das capacidades deste meio de transmissão. A capacidade de transmissão está relacionada com a frequência das portadoras ou do comprimento de onda de luz. Este meio de transmissão possui uma grande desvantagem que se prende com o custo elevado de fabricação, instalação e manutenção da mesma.

2.5.1.2 Cabos de cobre/ ADSL
O ADSL é uma tecnologia de transmissão que possibilita o transporte de voz, e dados a alta velocidade atráves de uma rede convencional, analógica ou digital RDIS. O ADSL pertence a um conjunto alargado de tecnologias de transmissão digital, designadas por XDSL (Digital Subscriter Line), que utilizam a infra-estrutura telefónica já instalada para transmitir dados a alto débito. A transmissão de dados por ADSL é assegurada nas frequências dos pares de cobre não utilizadas para o transporte do sinal de voz. Com o ADSL poderá se utilizar simultâneamente os equipamentos de telefone ou fax ligados à rede telefónica e o equipamento ADSL de acesso à internet. Esta tecnologia utiliza a capacidade disponível dos pares de cobre que constituem a rede telefónica para o estabelecimento de dois canais de comunicação, sendo um canal de maior velocidade, para transmissão de dados da internet para o cliente (canal descendente ou downstream) e o outro, de menor velocidade para transmissão do cliente para a internet (canal ascendente ou upstream). A grande desvantagem desta tecnologia é o alcance distâncias muito curtas em virtude do alto índice de perdas.

2.5.1.3 Satélite
O satélite é um meio de transmissão que utiliza ondas electromagnéticas para propagar o sinal, é usado nas ligações intercontinentais das redes dos operadores de comunicações.
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Muitos países usam a tecnologia de satélite para seu tráfego doméstico, especialmente aqueles de grande extensão territorial, ou aqueles cuja integração das comunicações fosse inviável por outros meios. As frequências de operação típicas ficam em volta de 4 e 6 GHz . A largura de banda excede os 500 MHz, embora introduzam atrasos bastante elevados (da ordem dos 0.25 segundos em ligações a satélites geoestacionários) que podem chegar a ser pertubadores em aplicações interactivas. É importante referenciar que o aluguer do satélite como meio de comunicação pelas operadoras é bastante oneroso sendo a prior uma grande desvantagem para as mesmas.

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CAPÍTULO III
Estudo da Tecnologia WiMax 3.1 Introdução
Para entender o que é WiMax (world Interoperatibily for Microware Access) é importante conhecer como foi a evolução de algumas tecnologias sem fio (wireless). Inicialmente surgiram as redes de cablagem locais de computadores que se expandiram para redes regionais e internacionais através do acesso discado e posteriormente não discado ADSL por linhas telefônicas. Mais tarde, surge à tecnologia complementar chamada Bluetooth, para suprir a necessidade de interligar dois pontos de comunicação digital sem a utilização de cabos. Isto foi possível por que a tecnologia utiliza o meio aéreo sob a forma de frequência de rádio que tem como característica transmitir dados sem a utilização de cabos ou fios a uma distância de até 100 metros entre os pontos de comunicação a uma freqüência de 2,4 GHz. É de baixo custo e não precisa de licença para ser utilizada, sendo usada para interligar as redes locais e seus periféricos . O Bluetooth abriu caminho para o surgimento da tecnologia de infra-estrutura chamada Wireless mais conhecida como WI-FI (802.11), que é a tecnologia digital de comunicação sem fio a curtas distâncias com alcance de 1 km, nesta tecnologia é possível transmitir dados, voz sob IP (Internet Protocol) e imagens a uma boa velocidade de comunicação chamada banda larga que liga computadores e periféricos compatíveis. Ela opera nas frequências de 2,4 GHz a 5 GHz. O padrão WiMax é a evolução da tecnologia de comunicação sem fio Wi-Fi (802.11) que se diferencia das demais tecnologias wireless por cobrir maiores distâncias, até 50 km e disponibilizar banda larga sem fio. É a tecnologia que pode caminhar para convergência nas telecomunicações.

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3.2 Definição do WiMax WiMax é uma família de tecnologias baseadas nos padrões de tecnologias de conectivadade wireless. No final da década 90, primeiramente tinha adoptado o padrão 802.16 (10-66 GHz) e depois em Janeiro de 2003 adoptou o 802.16a (2-11 GHz) que não teve muito sucesso. Por isso foi rapidamente substituído pelo IEEE 802.16d (WiMax fixo), este foi baseado no anterior e certificado em Julho de 2004. Por um outro lado, está o IEEE 802.16e (WiMax móvel), outra variação do WiMax que segue o padrão 802.16d mas que é incompatível com o mesmo. A tecnologia WiMax pode atingir um raio de cobertura teórico de 50 quilômetros e pode atingir altas taxas de transferência de dados. Esta tecnologia é resultante dos esforços desenvolvidos pelos principais fabricantes de tecnologias Wireless, com objectivo de criarem equipamentos padronizados de forma a que equipamentos terminais de diferentes fabricantes sejam compatíveis entre si. Actualmente possue os padrões Nomâdico, ou seja, fixo IEEE 802.16d e Móvel IEEE 802.16e ainda não ratificado. O WiMax fixo é uma tecnologia de ponto–multiponto, enquanto que o móvel é uma tecnologia multiponto-multiponto, semelhante à infra-estrutura de um celular. As duas soluções foram projectadas para oferecer serviços ominipresentes de conectividade sem fio em banda larga de alta throughput, com baixo custo 2 . Esta tecnologia é uma alternativa sem fio para o acesso de banda larga de última milha (assinante) à fibra óptica e ao ADSL. O WiMax pode ser comparado aos acessos típicos ADSL, é muito superior em virtude da sua alta eficiência espectral que possibilita elevadas taxas de transferência, oferece também uma alta flexibilidade pois pode atender múltiplos clientes e ainda dar a possibilidade de implementação de redes mesh (malha).

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Fig.2-Topologia de uma rede WiMax.

3.3 Objectivos do WiMax
Os meios de transmissão de banda larga no mundo, já estão disponíveis a bastante tempo, e o seu acesso é ainda muito limitado. No final de 2002, as estatísticas mostravam que 46 milhões de assinantes no mundo inteiro tinham acesso à banda larga e, nos Estados Unidos só apenas 17 por cento da residências estavam conectadas. Tendo se concluido que o problema não estava na demanda, mas sim na maneira como o acesso é fornecido. Conexões DSL ou a cabo são limitadas pelos motivos de que os clientes: Estão fora da área onde os serviços de DSL são oferecidos; Não fazem parte de uma infra-estrutura residencial a cabo; Acham que a conexão é muito cara. Com o WiMax, essas barreiras deixam de existir por causa da sua natureza sem fio, a distribuição é mais rápida, o escalonamento é mais fácil e mais flexível, podendo atender aos clientes que estão fora da faixa de serviços por cablagem ou que não estão satisfeitos com as alternativas existentes de banda larga de estrutura por cabo.

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O WiMax foi projectado para tratar dos desafios associados aos tipos tradicionais de implementação do acesso sem fio, tais como: Backhaul utiliza antenas ponto a ponto para conectar sites agregadas de assinantes entre si e com estações base que estejam a longas distancias. Ultima milha (assinante) utiliza antenas ponto a ponto para conectar assinantes residenciais ou empresariais a estação rádio base. Acesso cobrindo grandes áreas utiliza estações rádio base, estações de assinantes e soluções Wi-Fi, tais como redes de malha, para cobrir uma área grande e oferecer acesso a clientes do WiMax fixo.

3.4 Comparação entre o 802.11 (Wi-Fi) e o 802.16 (WiMax)
É importante referir que os padrões 802.11 e o 802.16 são semelhantes em alguns aspectos, principalmente no facto de terem sido projectados para fornecer comunicações sem fio de grande largura de banda. Mas também diferem em alguns aspectos que são bastante importantes. O padrão 802.16 fornece serviços para edifícos, e edifícios não são móveis, eles não migram de uma célula para a outra com frequência. Enquanto que o 802.11 lida com mobilidade. Outra diferença notável é que o 802.16 pode usar comunicação full-duplex, algo que o 802.11 evita para manter baixo o custo dos rádios. O 802.16 se estende sobre parte de uma cidade, as distâncias envolvidas podem ser de vários quilômetros, o que significa que a potência percebida na estação-base pode variar extensamente de estação para estação, essa variação afecta o sinal a ruído que por sua vez define várias modulações 3 . Entretanto cada célula deve ter muito mais usuários que uma célula típica 802.11.

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Funcionalidade Cobertura Taxa de transmissão Escalabilidade Segurança QoS

WiMax
9.66 km

Wi-Fi
91.44 m

5 bps/Hz com no máximo 100 2.7 bps/Hz com no máximo 54 Mbps em um canal de 20 MHz Mbps em um canal de 20 MHz Canais Flexíveis de 1.5 MHz a Canais Fixos de 20 MHz 20 MHz Encriptação Multi-Nível Alocação de banda dinâmica
Tabela.1-Comparativa entre o WiMax e WI-FI

Limitada Não suporta

3.1.1 Família de Padrões IEEE 802.16
A seguir, apresenta-se a família de padrões que compõem o WiMax: IEEE 802.16: Correspondente a especificacão original, projectado para padronizar implementações LMDS (Local Multipoint Distribution System). É usado em frequências de 10 a 66 GHz. IEEE 802.16a: Projectado para atender as frequências mais baixas (2 a 11 GHz). Foi especificado com o objectivo de competir com as tecnologias que oferecem acesso à última milha, como XDSL e cable modem. Emprega antenas fixas sem linha de vista. IEEE 802.16b: Trata aspectos relativos à qualidade de serviço (QoS). IEEE 802.16c: Especificado para a Interoperabilidade, protocolos. IEEE 802.16d: Actualização do padrão 802.16 que consolida as revisões dos 802.16a e 802.16c em um único padrão, subsituindo o 802.16 como o padrão base. O seu alcance de 8 a 12 km de cobertura NLOS (Non Line of Sight) e de 30 a 50 km de cobertura LOS (Line of Sight) e fornece uma taxa de transmissão de dados até 70 Mbps por estação rádio base. É uma solução completa para a voz, dados e vídeo com qualidade de serviço e segurança intrínsecas. Este é o concorrente directo do DSL, e do cable modem provendo acesso a última milha dos usuários de banda larga onde o acesso por meio tradicional não é possível. 13

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IEEE 802.16e: O padrão Móvel tem cobertura NLOS opera na faixa de 2 a 6 GHz é destinado a dispositivos móveis, faz handover entre células com velocidades de até 100 km/hora. Este padrão não é compatível com o padrão fixo pois que, possui uma modulação diferente, o S-OFDMA (Scalable Ortogonal Frequency Division Multiplexing Acess).

3.1.2 Caracteristicas da Camada Física do IEEE 802.16
Uma rede sem fio de banda larga necessita de uma grande fracção do espectro, e onde se pode encontrar é a faixa dos 10 a 66 GHz. As ondas milimétricas têm propriedade interessante que as microondas mais longas não possuem: elas trafegam em linha recta, diferente do som, mas muito semelhante à luz 3 , por essa razão a estação rádio base pode ter várias antenas, cada uma apontando para um sector diferente do terreno que o circunda. Cada sector tem os seus próprios usuários e são independentes dos sectores adjacentes, o que se difere no caso dos rádio celular que é omnidireccional. O 802.16 emprega três esquemas de modulação diferentes, dependendo da distância a que a estação do assinante se encontra em relação à estação-base. Para assinantes próximos à estação-base é usado o QAM-64, com 6 bits/baud, para assinantes situadas a distância média é usado o QAM-16, com 4 bits/baud. Para os assinantes distantes, é usado QPSK, com 2 bits/baud. Significando com isto que, quanto mais o assinante estiver longe da estação-base menor será a taxa de transmissão de dados conforme a tabela2 abaixo.

Esquemas de modulação QAM-64 QAM-16 QPSK

Espectro de frequência (MHZ) 25 25 25

Eficiência Espectral 6 4 2

Taxa de transmissão de dados 150 100 50

Distâncias

Menores Médias Longas

Tabela.2-Taxas de Transmissão de dados

Este padrão aloca a sua largura de banda de modo mais flexível, usando dois esquemas, a FDD (Frequency Division Duplexing- duplexação por divisão de frequência) e TDD (Time Division Duplexing- duplexação por divisão de tempo) [4].
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Fig.3-Ambiente de transmissão do 802.16 A figura abaixo mostra como a estação rádio base transmite quadros períodicamente, em que cada quadro contém slots de tempo. Os primeiros slots se destinam ao tráfego downstream, e a seguir há um tempo de protecção usado pelas estações para comutar o sentido. E finalmente tem se os slots para tráfego upstream. O número de slots de tempo dedicados a cada sentido pode ser alterado de forma dinâmica, com o objectivo de fazer corresponder ao tráfego nesse sentido. O tráfego downstream é mapeado em slots de tempo pela estação rádio base. A estação rádio base tem o controle completo para esse sentido. O trafégo upstream é mais complexo e depende da qualidade de serviço exigida.

3.1.3 Considerações tecnologicas IEEE 802.16
O IEEE 802.16 é considerado padrão base, a provisão de acesso banda larga sem fio nas redes MAN é garantida inicialmente através do acesso fixo sem fio. Nesse contexto um backbone de estações rádio base é conectado a uma rede pública, cada estação rádio base tem capacidade para prover acesso à centenas de estações de assinantes fixas. As estações base devem usar a camada MAC como definida no padrão 802.16 e alocar largura de banda nos canais de uplink e downlink para assinantes de acordo com as suas necessidades, utilizando a especificação 802.16 da camada física que se adeque a faixa de frequência em uso.

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3.1.4 Protocolos
A estrutura geral é semelhante à das outras redes 802, mas tem um número maior de subcamadas. A sub camada inferior lida com a transmissão. Acima da camada de transmissão encontra-se uma subcamada de convergência para ocultar as diferentes tecnologias da camada de enlace de dados. A camada de enlace de dados consiste em três subcamadas. A inferior lida com a privacidade e segurança que é muito importante para redes públicas externas que para redes privadas internas. Ela cuida da criptografia, da descriptografia e do gerenciamento de chaves[4]. Na parte comum da subcamada MAC, estão localizados os protocolos principais, como o de gerenciamento de canais. Ela pode programar os canais downstream (da estação rádio base para o assinante) de modo muito eficiente, e também faz o gerenciamento dos canais upstream (do assinante para a estação rádio base). A subcamada Mac tem recurso incomum que é diferente do que ocorre nas outras redes 802, ela é completamente orientada as conexões, com o objectivo de fornecer garantias de qualidade de serviço para a comunicação de telefonia e de multimédia. A subcamada de convergência de serviços específicos toma o lugar da subcamada de enlace lógico nos outros protocolos 802. A sua função é definir a interface para a camada de rede. A subcamada MAC foi projectada para suportar protocolos de transporte como ATM, Ethernet e IP. A abaixo se ilustra a estrutura de protocolos do 802.16.

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Fig.4-Camada MAC IEEE 802.16

3.1.5 Principais caractéristicas do WiMax
Frequências de operação entre 2 GHz e 11 GHz Funcionamento em espectro licenciado ou não licenciado Alcances superiores a 50 quilômetros Taxas de transmissão a partir de 70 Mbps num canal de 20 MHz e em canais variáveis de 1.5 à 20 MHz Raio de 8 Km NLOS, raio de 16 Km LOS Modulação adaptativa (BPSK, QPSK, 16QAM e 64QAM) Topologia ponto à ponto, ponto-multiponto e opcionalmente o mesh Eficiência espectral acima de 5 bits/segundo/Hz Qualidade de serviço incorporado Suporte para voz, dados e vídeo É pertinente anotar que quando se fala de 802.16, está se a falar de Metropolitan Area Network (MAN) que é completamente diferente dos padrões IEEE 802.11, destinados à Local Area Network (LAN).
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Uma outra caracteristica deste padrão é a possilidade de ter acesso à rede “non lineof-sight” NLOS nas frequências mais baixa (2-10 GHZ), ou seja, mesmo existindo obstâculos entre as antenas do emissor e do receptor, a transmissão ocorre normalmente e, em altas frequências (10-66 GHz) tem se apenas acesso à rede através da linha de vista. O padrão original permite operar apenas em bandas de frequências licenciadas quanto em bandas não licenciadas. Um ponto diferencial do padrão IEEE 802.16 é que a interface aérea foi projectada para transmitir dados ou tráfego multimídia que necessitem de alto suporte de qualidade de serviço (QoS). O padrão 802.16 é completamente orientado a conexões a fim de garantir qualidade de serviço para a comunicação de telefonia de multimídia, as quais não admitem atrasos. A variação do padrão 802.16d suporta a topologia em malha (mesh) na qual além da comunicação da estação rádio base aos assinantes, há também a comunicação assinante para assinante, permitindo que o sinal seja roteado entre os diversos usuários da rede. Abaixo se ilustra a figura5 de topologia mesh.

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Fig.5-Topologia de rede mesh

3.1.6 Topologia e a Arquitectura
Na topologia e a arquitectura de rede são definidos os elementos estação rádio base (ERB) e Custemer Premises Equipment (CPE). A ERB realiza a interface entre rede sem fio e uma rede-núcleo (Core Network). O CPE permite ao usuário aceder à rede por meio estabelecimento de ligações com a ERB, em topologia ponto-multiponto. Como altenativa à topologia ponto-multiponto, o padrão especifica a topologia mesh, na qual uma CPE pode conectar a uma ou mais CPE intermediárias, até atingir a ERB. Nesse sentido, trata-se de uma rede multiponto, que representa uma estratégia interessante para expandir a área de cobertura total da rede sem necessidade de um aumento propocional do número de ERBs, o que representa uma economia significativa nos custos de implementação, já que as CPEs deverão ter custo bem inferior ao das ERBs. A estação rádio base é o local central que colecta todos os dados de e para estações terminais de uma célula. As ERB possuem antenas com feixes relativamente largos, divididos em um ou vários sectores a fim de fornecer uma cobertura de 360º. O CPE consiste basicamente de uma unidade externa com rádio e uma antena conectados a unidade interna, que pode ser um modem, que fará a interface com o usuário final.

3.1.7 Benifícios da adopção do WiMax Fixo
A adopção dessa tecnologia é motivada pelos seguintes benefícios adicionais: Escalabilidade do padrão 802.16 comporta larguras de banda com canais flexíveis e de rádio-frequência (RF) e reutilizam estes canais de frequênciais como forma de aumentar a capacidade da rede. Custo racional permite a que os provedores de serviços evitem os custos associados com a implementação de cabos, com o tempo e mão de obra Flexibilidade permite a implementação de uma solução de acesso por longas distâncias através de tipos de terrenos e diferentes países 19

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Diminuição dos custos de infra-estrutura de banda larga para conexão com o usuário final Altas taxas de transmissão de dados Oferta de conexão a internet de banda larga em regiões onde não existe infra-estrutura de cablagem para telefone ou para TV a cabo Criação de uma alternativa viável aos provedores tradicionais Total independência das redes das concessionárias de telefonia Aumento da competitividade Maior controle sobre a infra-estrutura de rede e, consequentemente, sobre a qualidade dos serviços

3.1.8 Modulação
A tecnologia WiMax usa basicamente três modos de operação: Modulação Adaptativa, OFDM ou OFDMA, sendo o modo mais utilizado o OFDM.

3.1.8.1 Modulação Adaptativa
A modulação adaptativa permite o sistema WiMax ajustar o esquema de modulação do sinal dependendo da relação sinal/ruído (S/N) na condição da ligação do rádio. Quando a ligação do rádio está com a qualidade alta, o esquema de modulação a usar é o mais alto, dando maior capacidade ao sistema. Durante o desvanecimento do sinal, o sistema WiMax pode trocar o esquema de modulação para um mais baixo para manter a qualidade de conexão e a estabilidade da ligação. Estas características permitem que o sistema supere o desvanecimento selectivo no tempo. A chave característica da modulação adaptativa está nos aumentos da faixa o qual o esquema de modulação mais alto pode ser usado, desde que o sistema possa dobrar a actual condição de desvanecimento [18].

3.1.8.2 OFDM
O OFDM permite que vários canais sobreponham grande parte de sua energia sem perder suas características individuais (ortogonalidade), ou seja, sem interferirem entre si. A técnica é especialmente popular em aplicações de sistemas sem fio, devido à sua resistência a interferência e degradação. De facto, o OFDM permite que sistemas 802.16 operem com os 20

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grandes espalhamentos temporais (delay spread) de sinal, típicos dos ambientes sem linha de vista onde se espera que tais sistemas sejam implementados. A Interferência inter-simbólica é reduzida significativamente, pois a taxa completa de transmissão (em portadora simples) é fragmentada em taxas menores, com símbolos de maior duração.

3.1.8.3 Modulação S-OFDMA
S-OFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Access), é uma técnica de múltiplo acesso que usa sub-canalização segundo os princípios do OFDM, este técnica é adoptada pelo padrão 802.16e (Móvel).

3.1.9 Qualidade de Serviço (QoS)
O WiMax possue uma caractéristica muito importante, que o diferencia dos outros padrões wireless, é do mesmo incluir mecanismos para oferecer QoS diferenciado, para suportar as necessidades de diferentes aplicações, tal como de voz e de vídeo por estas requerem latência baixa, mas toleram alguma taxa de erro. Em compensação, as aplicações genéricas de dados não toleram erros, mas a latência não é algo grave. Dessa maneira, o padrão acomoda a voz, vídeo, e outras transmissões de dados usando caractéristicas apropriadas no protocolo MAC. O padrão 802.16 possui quatro classes de serviços: 1. Serviço de taxa de bits constante (Unsolicited Grant Service ); 2. Serviço de taxa de bits variável de tempo real (Real-Time Polling Service); 3. Serviço de taxa de bits variável não de tempo real (Non-Real-Time Polling Service ); 4. Serviço de melhor esforço ( Best Effort ). Cada conexão no sentido do uplink é mapeada para um desses serviços.O serviço é associado a cada conexão no tempo de inicialização da conexão [20].

3.10 Bandas e Coberturas das redes WiMax 3.10.1 Bandas
Para uma rede WiMax, podem ser consideradas os seguintes tipos de banda:

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Simétricas – bandas com a mesma taxa de upload e download. Sempre elas ficam reservadas para a aplicação, independentemente do uso, por exemplo as aplicações que utilizam bandas simétricas: voz, video e dados. Assimétricas – bandas cuja taxa de upload difere da taxa de dowunload. Normalmente a taxa upload é inferior a de download. Exemplo de aplicação que utiliza bandas assimétricas : IP (internet protocol). As soluções com duplexação TDD que permitem bandas simétricas e assimétricas na mesma rede, de forma bastante optimizada.

3.10.2 Coberturas
A tecnologia WiMax tem uma grande predileção por cidades. Ele aproveita as contruções de uma cidade, para refletir a onda até ao destino, isto se deve a modulação OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) que optimiza as reflexões do sinal na sua transmissão. É claro que existirão limitações, na prática mostra que na maioria dos casos as reflexões se tornam uma mais valia porque auxiliam muito na cobertura do WiMax.

3.11 Dimensionamento de uma rede WiMax 3.11.1 Redes WiMax
As redes WiMax devem possuir: Uma rede IP, deve ter todas as funcionalidades e cuidados que esta rede exige Uma rede ponto-multiponto, deve atender a vários usuários com uma mesma estação rádio base O seu dimensionamento deve ser feito com base no tipo de cliente que será atendido pela rede WiMax: Residencial Este é um tipo de cliente que utilizará a Rede WiMax fazendo comparações com serviços similares de banda larga ( como a tradicional oferta ADSL das operadoras fixas). Esta tecnologia está sempre associada a tecnologias de distribuição como ADSL, cabos ou Wi-Fi. Corporativo
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A tecnologia WiMax poderá oferecer a este mercado soluções similires à aquelas de linhas privadas, Frame Relay e acessos IP (para voz ,dados, e internet). O WiMax pode ser utilizado para fazer “pontes” entre as múltiplas localidades de uma corporação dentro de uma área metropolitana, evitando ou minimizando a necessidade de circuitos de operadoras de telefonia e ou as caras redes de fibras privadas. Ele pode possibilitar circuito redundante ao circuito principal. O mercado corporativo também pode utilizar o WiMax para conectividade de backhaul em suas redes de Wi-Fi reduzindo assim seus custos de conectividade destas redes. Para o dimensionamento de Redes WiMax, os seguintes pontos devem ser considerados: i. ii. iii. iv. Quantidade de usuários para a Rede WiMax; Perfil do tráfego a ser oferecido, ou seja, CBR, CIR ou BE; Velocidades de Upload e Donwload, podendo ser ou não simétricas; Raio da área de cobertura da Rede WiMax.

3.11.2 Perfil do Tráfego WiMax
Constant Bit Rate (CBR) O objectivo de um serviço da classe CBR é suportar aplicações de tempo real tais como vídeo ou de voz. Constant Information Rate (CIR) CIR é uma taxa mínima garantida. Uma vez que a comunicação é estabelecida, a largura de banda ao longo do caminho é fixa e reservada enquanto durar a chamada. Em redes de pacotes é possível estabelecer um “tipo de reserva de largura de banda” utilizando serviços especiais de escalonamento. Best Effort (BE) O BE é um serviço de rede no qual a rede não oferece condições especiais para recuperar dados perdidos ou corrompidos. A remoção da necessidade de prover tais serviços faz com que a rede opere mais eficientemente. O sistema reserva uma percentagem de tempo do total da capacidade do link para o fluxo BE. Isto previne que os fluxos com prioridades maiores como o CBR e CIR aniquilem o fluxo BE, durante os períodos de congestão do link. Os fluxos de BE têm as seguintes propriedades:
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Para alguns fornecedores de WiMax, o fluxo de BE como os de CBR e CIR são armazenados separadamente uns dos outros; O fluxo de BE não está sujeito a controle de admissão; Fluxos activos de BE compartilham igualmente a disponibilidade da rede entre eles; Se os fluxos das classes de serviços CBR e CIR não estão utilizando a alocação de largura de banda completamente, a capacidade não utilizada da banda pode ser utilizada para os fluxos de BE 5 .

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CAPÍTULO IV Estado Actual da rede fixa em Moçambique 4.1 Estado actual do WiMax em Moçambique
O WiMax em Moçambique está sendo utilizado por um único provedor de serviços que é a Teledata de Mocambique que é hoje considerada a pioneira em África no uso desta nova tecnologia de banda larga sem fio. Ela disponibiliza deste 15 de Maio de 2006, um serviço pré-pago para acesso à internet em banda larga através da tecnologia WiMax. Este serviço é direccionado aos clientes residenciais e pequenas e medias empresas. Numa primeira fase este serviço esteve disponível nas cidades de Maputo, Matola e Beira. No inicio de 2007, expandiu o serviço para a Cidade de Nampula, zona Norte do Pais. Opera na faixa de frequência licenciada de 3.4 – 3.5 Ghz, no fornecimento de serviços de internet Wireless com custo mensal. Neste momento possui mais de 1000 clientes, que tem acesso à internet a partir deste serviço da Teledata.

4.2 Estado Actual da Telefonia fixa em Moçambique
A telefonia fixa em Mocambique tem vindo a caracterizar-se por um processo contínuo de expansão e modernização das infra-estruturas da rede ao longo de todo o país. A expansão da rede fixa nas zonas rurais e urbanas tem bons resultados económicos como também o crescimento nas áreas de comunicação e tecnologias. As populações dos diferentes distritos, bem como as empresas localizadas nas zonas sul, centro e norte do país passaram a ter o acesso a rede telefónica na sequência da instalação de diversas linhas telefónicas, beneficiando a partir de então do acesso aos serviços locais e internacionais, incluindo à rede de dados e mesmo os serviços da internet. Alguns dos distritos beneficiados pela extensão passaram a beneficiar de sistemas de comunicação satélite com antenas de pequeno diâmetro instaladas pelas telecomunicações de Mocambique (TDM), no âmbito do programa de desenvolvimento da rede de telecomunicações nas zonas rurais, prevendo-se que venham a abranger outras localidades situadas tanto no norte como no centro do país. A expansão e modernização da rede incluem linhas de rede convencionais, acessos básicos e primários de redes digitais com integração de serviços (RDIS) com recurso as modernas 25

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tecnologias de comutação digital disponibilizadas para as províncias de Gaza, Sofala, Tete, Zambézia, Nampula e Cabo-Delgado. Ainda no quadro da edificação da infra-estrutura nacional de telecomunicações, as TDM prevêem instalar até 2010 uma nova conexão digital de banda larga a partir da Macia até a zona norte, e com o seguinte percurso: Macia, Chokwé, Chicualacuala, Chimoio, Tete, CaiaBeira, Caia-Quelimane, Mocuba, Gurué, Maléma-Cuamba, Lichinga, Maléma-Nampula, Namapa-Monapo, Angoche, Monapo-Nacala, Namapa-Pemba, Mocimboa da Praia. Existem já instalados e em funcionamento uma rede de microondas que liga Maputo a Massinga passando por Xai-Xai, Inhambane e Maxixe, e ainda um Link de microondas digital de grande capacidade entre as Cidades da Beira e Chimoio. A par destes links encontram-se instalados três links de rádio em microondas digitais nas fronteiras entre Moçambique e África do Sul na zona sul, Moçambique e Zimbabwé na zona centro e Moçambique e Tanzania no Norte e que permitem ligações com algumas cidades fronteiriças desses países. As ligações entre o centro e o norte materializam-se por via satélite. As ligações sul-centro são feitas por meio de uma rede submarina de fibra óptica abrangendo uma extensão de 1000 km entre as cidades de Maputo e Beira. Este percurso beneficia de uma redundância que é feito por meio de comunicação por via satélite. Relativamente à fibra óptica, ela é uma infra-estrutura de banda larga que constitui o suporte mais moderno de transmissão de informação entre as regiões sul e centro do país e através dela se transmite, actualmente, informação televisiva, telefónica móvel e fixa, rádio e ainda a internet. A rede de fibra óptica não abrange ainda as províncias do norte do país esperando-se que essa região venha a ser coberta nos próximos anos no quadro da extensão da Rede Nacional de Telecomunicações em todo país com a perspectiva de levar as comunicações à maioria dos cidadãos do País. Pela necessidade de substituição das actuais ligações em cobre entre as centrais, foram instalados anéis ópticos em Maputo com o objectivo de tirar maior proveito da sua capacidade de transmissão, esperando-se num futuro muito breve interligue as novas centrais e desta maneira criar condições para oferecer serviços de banda larga aos utilizadores finais. Por outro lado, o governo de Mocambique prepara os instrumentos legais que conduzirão à liberalização total do sector das telecomunicações no País. Actualmente procura-se a liberalização total das comunicações fixas com a privatização.

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Capítulo V
Implementação do WiMax para Clientes Residenciais 5.1 Local de Implementação
Para se realizar a implementação da rede, há que se ter em conta dois aspectos fundamentais que devem ser avaliados: O ambiente físico em que será implementada a rede os custos envolvidos no projecto. No caso das redes com cabo, a análise do ambiente físico está relacionada com a distância máxima de alcance dos fios e com a infra-estrutura para passagem dos cabos e, no caso vertente das redes sem fio essa análise está relacionada com os obstáculos no trajecto do sinal de rádio. O local proposto para este projecto é o de implementação de rede sem fio no Município da Matola muito particularmente para as residências. O Município é caracterizado pelo parque industrial que possue, e pelo grande número de habitações de construções relativamente baixas que a mesma possue e com muito poucas árvores.

5.2 Situação Geográfica da zona
O Município da Matola fica localizado na zona sul do País, localizado a cerca de 10 Km de Maputo Capital. A sua população é estimada em 490.611 habitantes. O mesmo tem um território com 373 Km2 de superfície e subdivide-se em três Postos Administrativos, nomeadamente: Posto Administrativo da Matola Sede; Posto Administrativo da Machava; Posto Administrativo do Infulene; E e os seus 43 bairros, ver anexo D. O Município da Matola alberga o maior Parque Industrial de Moçambique que é um dos maiores da África Austral, são mais de 3.173 organizações que actuam naquele município, desde micro-empresas até grandes empresas. [7] A precipitação média mensal e a temperatura média mensal colocam Moçambique e também a região da província de Maputo nos tipos de climas tropicais a subtropicais. As temperaturas médias variam entre 19 e 26ºC e apresenta valores de precipitação média mais baixos isto na Província do Maputo.
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É um local caracterizado por edifícios não muito altos isto é, a maioria das habitações são baixas com cerca de 4 metros de altura, sem árvores muito altas e nem montanhas.

5.3 Análise de Interferências na Cidade da Matola
Pensar na infra-estrutura de uma rede que suporte usuários com uma grande área de cobertura trás logo a idéia de limitações, principalmente orçamentais. No entanto, para além do aspecto financeiro, devia se ter em conta a situação geográfica e a situação das interferências, para este caso as interferências não são um problema, devido a inexistência de árvores e montanhas. Devido ao tipo de construções da zona escolhida, seria necessário que a estação rádio base estivesse localizada num ponto alto para conseguir uma linha de vista com as construções existentes na Matola. Perante esta constatação, uma alternativa que se adeque a esta situação seria a implementação do padrão IEEE 802.16d, que opera com equipamentos que não necessitam de linha de vista, dessa maneira todas as residências poderiam captar o sinal, eliminando a necessidade e a preocupação de se construir uma torre muito alta. Para os sistemas que operem sem linha de vista, a faixa frequência aconselhavél é de 2 à 11GHz.

5.4 Topologia do Local
O padrão 802.16d possui uma vantagem por possilitar comunicação de assinante para assinante em um ambiente sem linha de vista (NLOS). No caso da Matola acha-se melhor a utilização de equipamentos NLOS devido à dificuldade de se estabelecer uma linha de vista, devido a pouca altura que os edifícios possuem na Matola. No entanto é perfeitamente possível o uso do equipamento com linha de vista (LOS) neste projecto para a área requerida, deve ter cuidado com a altura das antenas e com a escolha do local para a instalação da estação rádio base, para permitir a observação em linha de vista entre as antenas e as CPEs dos assinantes. O padrão 802.16d suporta tanto a topologia ponto – multiponto como a topologia em malha (mesh). Para uma ligação confiável e robusta, a escolha feita como sendo a melhor para o Município seria a topologia em malha, por causa do seu esquema de interconexão, mesmo que se verifiquem falhas em algumas conexões, é pouco provável que as falhas impossibilitem a comunicação em qualquer um dos pontos da rede. Uma configuração ponto
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– multiponto também é uma opção possível, só que ela não permitiria redundância nas suas ligações. O backbone que se propõe usar neste projecto é a fibra óptica, em virtude da mesma possuir banda larga, sem interferências e por estar já instalada neste Munícipio.

5.6 Equipamento WiMax 5.6.1 Estação de Rádio Base
Abaixo se ilustra uma estação base de mais alta capacidade, densidade e performance da indústria. Permitindo aos provedores de serviços implantar redes wireless multisserviços em topologias de células e múltiplos sectores, esta estação pode ser localizada em cada ponto de presença. Foi projectada para fornecer serviços aos assinantes de áreas urbanas e suburbanas, onde as arvóres e os edifícios podem tornar a linha de vista um problema. Integra-se facilmente à infra-estrutura de rede wireline para manter a Qualidade de Serviço (QoS). Combinando reuso de frequências com gerenciamento avançado de interferências e técnicas de mitigação, o sistema poupa o espectro e permite aos provedores de serviços cobrir uma área geográfica extensa com o mínimo de canais.

Fig.6-Estação-base WiMax

Como o objectivo é alcancar longas distâncias é aconselhável a instalação de uma estação de radio base de 3.5 GHz com as caractéristicas técnicas seguintes: Faixa de Frequências: 3.4–3.7 GHz Potência Máxima Transmitida: 20 dBm

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Alcance Normal: Até 10.5 milhas/16.9 km Alcance Estendido: Até 23 milhas/37 km. [19] Relativamente ao equipamento do assinante a CPE ele garante a portabilidade, ou seja, o assinante pode transportar a sua própria CPE, a instalação do mesmo é no modo plug and play e sem linha de vista. Existem dois tipos de CPE um indoor e outro outdoor. A intenção deste projecto é levar o sinal das ERBs até CPE outdoor ou vice-versa .

5.6.2 Antenas WiMax
As antenas WiMax para comunicação ponto a ponto ou para comunicação ponto multiponto, apresentam suas exigências específicas e locais específicos para o seu funcionamento. As mesmas são conhecidas como: CPE : A unidade do assinante é projectada para operar com uma infinidade de estações bases compatíveis com o WiMax. Backhaul: Antena externa encontrada nas estações bases para conexões em arquitecturas ponto a ponto, ponto- multiponto e mesh. In-Biulding: Criada para ambientes de escritórios, estacionamentos, aeroportos e áreas difíceis de cobertura ver a figura 7 abaixo dos diferentes tipos de antenas. A antena mais adequada é a de formação de feixe, em virtude de permite que a área em torno de uma estação rádio base seja dividida em sectores, possibilitando a reutilização adicional de frequência entre sectores. O número de sectores pode variar de quatro (4) a 24
6

.

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Fig.7-Tipos de antenas WiMax

5.7 Dimensionamento de Usuários
Para o dimensionamento de usuários foi necessário efectuar –se recolha de amostra com o intuito de identificar que número de potenciais utilizadores do WiMax existem neste Munícipio. No tamanho de uma população 99.322 (residências) tirou – se um tamanho de uma amostra de 100 chefes de família, dos quais 79 chefes de família é que têm emprego e os restantes 21 são desempregados. E ainda dos 79 empregados encontramos 41 chefes de família, em que a média dos seus salários são apenas duas vezes o salário mínimo enquanto que os 26 e 12 os seus salários médios são 6 vezes e 10 vezes salário mínimo respectivamente. Totalizando assim 38 chefes de família como potenciais utilizadores destes serviços a médio e longo prazos ver tabela 3 sobre os dados geográficos do Munícipio.

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Dados Geográficos do Munícipio da Matola População do Munícipio Aréa total do munícipio (km2) Número total de residências no Munícipio Número de residências com poder aquisitivo
Tabela 3-Dados Geográficos

469.611 373 99.322 37.734

5.8 Dimensionamento das Estações Rádio Base
Para a implementação deste projecto WiMax estimou-se que, 37.734 são as residências que poderão aderir a este serviço provávelmente a médio e longo prazos. Esta estimativa foi adiquirida a partir das amostras colhidas de uma população residente no Munícipio da Matola. Para o dimensionamento das ERBs necessárias que poderão suportar o número de usuários residênciais, deve-se ter em conta o número de sectores por ERBs, o número de rádios base necessários, quantidade de usuários por ERB, velocidades upload e download a serem atribuidas. A escolha da estação rádio base para o local onde vai se implementar a rede WiMax, é feita em função das específicidades do local. Ela permite operar numa frequência de 3.5 GHZ. Para calcular-se número de ERB, número de sectores por ERB, para os milhares de usuários deve-se ter em conta a quantidade mínima de usuários e neste caso se estimou 1500 usuários , a velocidade de upload e de download a atribuir será de 256 Kbps a cada velocidade. E o perfil de tráfego adequado é Best Effort (BE), em virtude desta taxa BE ser usada para dimensionar redes para aplicações de internet. Como é óbvio, o projecto no início não poderá suportar todos os usuários estimados como tendo condições de aderirem a este serviço. Na tabela 4 abaixo ilustram-se os resultados do dimensionamento das ERBs .

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Q1 - Quantidade Mínima de Usuários Q2 - Velocidade Upload (Kbps) Q3 - Velocidade Download (Kbps) Q4 - Quantidade Máxima de Usuário por Sector Q5 - Quantidade Máxíma de Usuários por 4 Sectores Q6 - Quantidade de Estacões Rádio Base Q7 - Número de Sectores por Rádio Base
Tabela 4- Dimensionamento da ERB

1500 256 256 250 1000 2 4

- Q5 = Q4* 4= 1000 usuários - Q6 =
-

C2 = 2 ERBs C3

Q7 =

Q5 = 4 sec tores Q4

Para o cálculo do raio da área a cobertura da ERB, teve-se em conta as específicações técnicas da estação rádio base ilustrada na figura 6. Em função do alcance normal, elaboraram –se os cálculos referente às ERBs, conforme ilustrados na tabela 5 abaixo:

C1- Raio da Área de Cobertura da ERB (km) C2- Área de Cobertura da Zona (km2) C3- Área de Cobertura por ERB (km2) C4- Raio da ERB (km)
Tabela 5- Cobertura da ERB

17 289 145 7

- Raio da área de cobertura da ERB- C1 =17 km - A área da zona a cobrir - C2 = C12 = 289 km2 - Área de cobertura por ERB- C3= C2/q6 =145 km2 - Raio de cobertura da ERB - C4 = C 3

3,14

= 7 km

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5.9 Análise Económico do Projecto WiMax 5.9.1 Custos do Investimento
Para a estimativa do cálculo do Investimento do projecto WiMax neste caso para clientes residenciais. É importante ter-se em conta os custos dos equipamentos necessários como: torre, custo do aluguer de espaço, ar condicionado, contentor, mastros, ERBs, CPEs e o custo da instalação do projecto, como abaixo se ilustra.

Valores Equipamento UN (USD) 3000 - CPEs 2- ERBs 2- Torres Custo de equipamento do ambiente (energia, ar condicionado, contentor e mastros) Custo de Instalação Custo de aluguer de espaço (Anual) Total
Tabela 6 - Custo do equipamento

Sistema WiMax (USD) 1.050.000 50.000 110.000 5.000 3.250 1.200 1.219.450

350 25.000 55.000

5.9.2 Análise Variáveis Económicas
A análise das variáveis económicas vai permite avaliar a viabilidade e o retorno do investimento efectuado para a implementação do mesmo. No caso deste projecto permite concluir que ele será viável e o retorno do valor investido será previsto para o período de 6 (seis) anos, conforme a tabela7 abaixo ilustra.

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5.9.3 Tempo de Implementação
A duração da implementação do projecto no mínimo levaria cerca de 5 (cinco) meses, desde a importação de todo o equipamento WiMax e sua instalação . Este período está divido em 2 (duas ) fases : 1. Período da importação do equipamento são dois (2) meses 2. Período de implementação do mesmo é de 3 (três) meses

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CAPÍTULO VI
Conclusões e Recomendações 6.1 Conclusões
No desenvolvimento deste estudo, poderá ser encontrada uma metodologia que se considera razoavelmente aceitável para uma rápida implementação e expansão das redes WiMax no País, designadamente: Adaptar os serviços as novas realidades e perspectivas de desenvolvimento, tendo em conta a necessidade de oferta de serviços e de acesso às comunidades rurais, bem como, à outros sectores de actividade que operam nessas zonas. Criar condições para a viabilização de uso de múltiplas infra-estruturas nacionais por vários operadores como forma de aumentar a concorrência e baixar os preços para níveis mais competitivos do mercado, em benefício do utilizador final. Usar as redes WiMax como uma porta de entrada para o surgimentto de novos operadores de redes de telecomunicações em Moçambique. Conclui-se que a expansão dos serviços da internet para as zonas rurais passa necessariamente pela implementação e expansão das redes WiMax pelo que, a sua implantação não deve somente ser uma prática, mas sim um facto incontornável. Esta tecnologia permite, pelo menos teoricamente, ter torres espalhadas ao longo do País para o fornecimento do acesso à internet estável e à grandes velocidades dando possibilidade aos provedores de se tornarem também fornecedores de serviços de voz, o que daria um contributo valioso à concorrência no que concerne à subscrição, bem como, às taxas de utilização, no mercado das telecomunicações. O nosso País apresenta-se como um óptimo habitat para o WiMax, pelo que coloca-se um apelo no sentido de concepção e adopção de projectos sobre esta tecnologia. A implementação do WiMax por ser uma acção que resultará em benefícios tangíveis para a maioria das comunidades espalhadas pelo País e que se traduz também no ganho de um sistema muito eficiente de serviços de dados de banda larga bastante flexível. Também se pode concluir que há inuméras vantagens económicas na adopção da tecnologia WiMax se comparar-se com outros sistemas convencionais de banda larga. O WiMax é flexível, porque esta tecnologia permite conectividade de maneira híbrida, tanto para o modo 36
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fixo bem como para o móvel. A implementação desta rede requer um investimento estimado a um terço do valor de um sistema de cabos. Existe um outro grande benefício que tem a ver com o tempo de implementação do projecto, custos reduzidos de operação, e os de manutenção da rede WiMax, quando comparado com as outras tecnologias disponíveis.

6.2 Recomendações
Com vista a alcançar os objectivos propostos, sugere-se a observância das seguintes recomendações: Monitoramento do Padrão WiMax e suas novas tendências no mercado mundial de modo a garantir que os operadores destas redes se mantenham actualizados. Fazer um estudo elaborado e tomar decisões sobre a possibilidade e necessidade de implementar esta tecnologia de rede com vista a tornar a Internet mais acessível e barata e também a disponibilização de melhor qualidade de serviços de voz e dados. Fazer das redes WiMax uma verdadeira alavanca “motor” da mudança no acesso à internet e um verdadeiro concorrente as tecnologias de cabo e ao ADSL. Encarar o WiMax como um verdadeiro veículo hábil e ágil de levar a banda larga às zonas mais recônditas e afastadas dos centros urbanos. Sugere-se a criação de condições pelos operadores visando a capacitação dos recursos humanos com vista a encararem os desafios colocados pelas novas tecnologias inerentes às redes WiMax. Usar os Operadores de redes WiMax como plataformas para o incremento rápido do número de utilizadores da Internet em Moçambique em particular nas zonas rurais.

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Anexos
A-Evolução do padrão 802.16

Padrão IEEE 802.16 IEEE 802.16c

IEEE 802.16a

IEEE 802.16d

IEEE 802.16e

Caratéristicas Aprovado em Dezembro de 2001; Faixa de frequência entre 10-66 GHz; Operação somente em LOS; Aprovado em Dezembro de 2002; Especificação de perfis visando a interoperabilidade entre equipamentos de vários fabricantes; Aprovado em Janeiro de 2003; Faixa de frequência licenciada e não licenciada de 2 – 11 GHz Operação em N LOS; Aprovado em 2004; Chamado WiMax fixo ou Nomádico; Especificado em regras de interoperabilidade até 66 GHz, mas em foco até 11 GHz. Definicação de uso de subcanalização; Suporta o uso de antenas inteligentes; Ractificado em Dezembro de 2005; Chamado de WiMax móvel; Incompatível com o WiMax fixo; Faixa de frequência licenciada e não licenciada de 2 – 6 GHz; Mobilidade e controle de potência; Usa modulação S-OFDMA.

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B-IEEE 802.11 x IEEE 802.16

IEEE 802.11 Aplicação Inicial Taxa de Transmissão Alcance QoS LAN sem fio 54 Mbps (canal de 20 MHz) Até 100 m Nenhum (Em desenvolvimento 802.11 ) Cobertura Segurança Níveis de Serviço Para NLOS indoor 802.11i Nenhum

IEEE 802.16 Acesso à banda larga sem fio (BWA) 100 Mbps (canal de 20 MHz) Até 50 kms QoS para voz, dados e diferentes serviços LOS E NLOS optimizada para NLOS outdoor Triple-DES,RSA Diferentes níveis de serviço oferecem suporte a requisições diferenciadas de largura de banda

Mobilidade Energia da estação LOS/NLOS Especificações Protocolo de Acesso Usuários

Portabilidade Bateria NLOS

Fixa e Móvel Rede eléctrica e Bateria LOS ( 10-66 GHz) NLOS (2-11 GHz)

Camadas físicas e MAC Camada física e MAC para mobilidade para LAN CSMA/CA Centenas com velocidade veicular Request/Grant (16a) Milhares

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C -Comparação entre o padrão 802.16 e o 802.16d

802.16 Completado Espectro de Frequência Condições do Canal Taxa de Transferência Modulação Duplexação Largura de banda do canal Modulação Dezembro 10-66 GHz Suporta apenas linha de vista 32-134.4 Mbps Single Carrier TDD/FDD 20, 25 e 28 MHz Fixa Janeiro 2-11 GHz

802.16d

Sem linha de vista 1-75 Mbps Single Carrier– OFDM TDD/FDD Largura da banda do canal flexivel entre 1.25e 20 MHz Fixa

QAM-64,QAM-16, QPSK – QAM-64, QAM-16, QPSK –

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D –Mapa Geográfico do Município da Matola

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Referências Biblográficas
1. http://pt.wikipedia.org/wiki/Telecomunica%C3%A7%C3%A3o , consultado em 21/03/07 2.http://www.matolanet.gov.mz/municipio/historial.htm, consultado em 29/04/07 consulatado 05/04/2007 3. autor : Andrew S. Tanenbaum, Redes de Computadores, 4ª edição 4. Autor: Intel, http://www.intel.com/portugues/netcomms/wp04_port.pdf, consultado em 15/04/2007 5. Autor: Jefferson Augusto Soletti e outro , http://www.espacoenergia.com.br/edicoes/2/00204.pdf,edição 2005 6. Autor: Edson Toshiaki Ono, http://www.lisha.ufsc.br/~guto/teaching/theses/ono.pdf , 7.http://www.cdg.org/resources/white_papers/files/WiMax%20FINAL%20Port.pdf 8. http://pt.wikipedia.org/wiki/Telecomunica%C3%A7%C3%A3o, consultad0 em 21/03/07 9. http://www.intel.com/portugues/netcomms/wp04_port.pdf 10.Autor Eduardo Prado, http://www.wirelessbrasil.org/wirelessbr/colaboradores /eduardo_prado/artigo_1.html, consultado em 19/04/2007 11.http://www.vodafone.pt/Empresaseprofissionais/comfixas/internet/ADSL/Conceito.htm 12.http://www.revistadeWiMax.com.br/Revista/CorporaçõeseGoverno/tabid/85/Default.aspx 13. Autor: Antonio Martins Ferrari, Telecomunicações Evolução & Revolução, 7ª edição, Érica 14. Autor: Departamento de Informática - Universidade Federal do Pará (UFPA) ,www.sbc.org.br/bibliotecadigital , consultado em 06/05/2007 13. Autor: CDG – CDMA Development Group, www.cdg.org/resources/white_papers/files/WiMax%20FINAL%20Port.pdf , consultado em 06/05/2007 15.Autor: Eduardo Prado ,http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialWiMax/pagina_3.asp, consultado em 08/05/2007 14. www.revistadeWiMax.com.br/AdminSite/Revista/Estrategia/tabid/99/Default.aspx- 225k , consultado em 08/05/07 15. http//www.teledata.co.mz , Consultado em 03/05/07 16. http://www.tdm.mz/portdm/jornal/jc38.pdf, consultado em 15/04/07 17. Autor: Cristiano Bonato Both ,Juergen Rochol, www.inf.ufrgs.br/cei/index.php, consultado em 26/05/07
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18. Autor:fabricío Lira Figueiredo, http://www.cpqd.com.br/file.upload/sas1437_tecnologia_WiMax_port_v02.pdf, consultado 19. http://www.pzzmultitexto.com.br/WiMax.htm, consultado em 29/05/07 20. Autor: Adelmo P. de Souza e outros, http://www.abee-go.com.br/artigos/WiMax.pdf, consultado em 04/06/07 21. Autor: Edmundo Monteiro e Fernando Boavida ,Engenharia de Redes Informáticas, edição 22. Autor: Eduardo Prado ; Co-autor: Fábio Lima, http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredesWiMax/pagina_5.asp, consultado 05/06/2007

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Glossário
Asymmetric digital subscriter line- Linha de subscrição digital assimétrica Upload – Transferência de arquivos de um computador local para uma rede Download- Transferência de arquivos de uma rede ( Ex.: Internet ) para o computador local Local Área Network - Rede Local Link- Ligação Digital subscriber line - Linha de subscritor digital Metropolitan Area Network- Rede Metropolitana Modem - Modulador-desmodulador RDIS Rede digital com integração de serviços Backbone - Rede principal Bluetooth – Tecnologia bluetooth VOIP- Voice over IP -voz sobre IP Hotspot- Nó de uma rede local sem fios (WLAN), de acesso público e geralmente pago, que disponibiliza acesso à Internet. Custemer Premises Equipment- Equipamentos concebidos para serem instalados directamente nas dependências do cliente ou assinante . Delay Spread- Espalhamento temporal Orthogonal frequency division multiplexing- Multiplexação Ortogonal por Divisão de Frequência Downstream- Envio de dados aos assinantes Upstream- Recepção de dados dos assinantes Wireless- Sem fio Throughput- Vazão, produção Mesh- Rede em malha Non line of sight- Sem linha de vista Line of sight- Com linha de vista Uplink- Transmissão de dados no sentido da estação base Downlink- Transmissão de dados no sentido da rede ao usuário Full duplex- Transmissão onde o envio e a recepção de dados são feitos ao mesmo tempo em ambos os sentidos.

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Internet -Conjunto de redes interconectadas por gateways e por produtos que a fazem funcionar como uma única rede virtual. Institute of Eletrical and Eletronics Engineers- Corpo que define padrões e especificações de produtos electrônico Half duplex- Transmissão onde o envio e a recepção de dados são feitos em tempos diferentes, primeiro é necessário receber para depois enviar e vice-versa. Plug and play-Sem necessidade de configuração

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