WiMAX: uno standard in evoluzione

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1 WiMAX: uno standard in evoluzione Giovanni Cancellieri Università Politecnica delle Marche Centro Radioelettrico Sper. G. Marconi Pontecchio Marconi, 9 giugno 26

2 Sensitivity e data rate La sensitivity è la minima potenza ricevuta per avere una adeguata qualità di servizio (un BER sufficientemente basso) La sensitivity è più spinta (ha valori minori!) se la velocità di cifra binaria (data rate) è minore Data Rate Sensitivity Mbit/s - 88 dbm 5.5 Mbit/s - 9 dbm 2 Mbit/s - 96 dbm Mbit/s - 99 dbm

3 Efficienza spettrale La banda RF è una risorsa importante Sistemi che, a parità di banda RF, trasmettano una più alta velocità di cifra sono migliori Efficienza spettrale: numero di bit per Hz di banda RF impiegata La modulazione QAM comprime la banda, ma, da sola, peggiora la sensitivity

4 Modulazione - efficienza spettrale - sensitivity Modulazione bit/forma d onda Efficienza spettrale Sensitivity BPSK bit/hz - 85 dbm QPSK 2 2 bit/hz - 85 dbm 8-PSK 3 3 bit/hz - 83 dbm 6-QAM 4 4 bit/hz - 82 dbm 32-QAM 5 5 bit/hz - 8 dbm 64-QAM 6 6 bit/hz - 78 dbm 28-QAM 7 7 bit/hz - 76 dbm 256-QAM 8 8 bit/hz - 74 dbm A parità di data rate (velocità di cifra binaria)

5 Aggiunta di una codifica di canale La codifica di canale, riduce la compressione di banda operata dalla modulazione e migliora la sensibilità. Alcuni bit sono di controllo, quindi l efficienza spettrale si riduce un po. Modulazione e codifica TCM (Trellis Code Modulation) anni 8 Effettua una partizione tra le forme d onda e passa dall una all altra impiegando un codice convoluzionale. Codifica LDPC (Low Density Parity Check ) ultimi due anni Anche se la modulazione è multilivello, la codifica binaria e la mappatura di Gray possono agire efficacemente, se si trasporta la funzione di verosimiglianza dal piano di Gauss al dominio dei bit.

6 Modulazione - codifica - efficienza spettrale - sensitivity Miglioramento Modulazione Rate codice Efficienza spettrale Sensitivity BPSK - bit/hz - 85 dbm QPSK - 2 bit/hz - 85 dbm 8-PSK 2/3 2 bit/hz - 86 dbm 6-QAM 3/4 3 bit/hz - 86 dbm 32-QAM 4/5 4 bit/hz - 85 dbm 64-QAM 5/6 5 bit/hz - 83 dbm 28-QAM 7/8 6 bit/hz - 8 dbm 256-QAM 3/4 6 bit/hz - 8 dbm 3 db 4 db 5 db 5 db 5 db 7 db A parità di data rate (velocità di cifra binaria)

7 Tecnica OFDM (Orthogonal Frequency Div. Mux) Una banda RF molto estesa può avere disturbi selettivi in frequenza Conviene suddividere lo spettro in più sottoportanti, con spaziatura legata al data rate Se si rilevano forti interferenze una sottoportante può essere del tutto eliminata f

8 Sistemi adattativi Riduzione graduale della vel. di cifra binaria netta al peggiorare delle condizioni del canale Uno dei due terminali guida l altro nella scelta del migliore formato di trasmissione Soppressione di sottoportanti disturbate

9 WiMAX IEEE 82.6(d) 24 Worldwide interoperability Microwave AXess OFDM (canalizzazioni a 3.5, 5, 7 e MHz), Accorpabili (es. 4x3.5 = 4 MHz) Modulazioni fino a 64-QAM Codifica : FEC convol. m = 6 per appl. real time, ARQ con CRC-32 per appl. non real time Max EIRP : 36 dbm (4 W) Sensitivity : - 75 dbm - 2 dbm (a seconda del bit rate)

10 WiMAX 24 : Combinazioni modulazioni-fec Modulazione Rate codice Efficienza spettrale Sensitivity BPSK /2.5 bit/hz - 95 dbm BPSK 3/4.75 bit/hz - 94 dbm BPSK - bit/hz - 9 dbm QPSK /2 bit/hz - 94 dbm QPSK 3/4.5 bit/hz - 93 dbm QPSK - 2 bit/hz - 9 dbm 6-QAM /2 2 bit/hz - 93 dbm 6-QAM 3/4 3 bit/hz - 92 dbm 6-QAM - 4 bit/hz - 86 dbm Con velocità di cifra binaria netta di Mbit/s

11 WiMAX IEEE 82.6e SOFDMA (Scalable OFDM Access) Canalizzazioni a x MHz Accorpabili in tutti i modi possibili Modulazioni fino a 256-QAM Codifica : FEC LDPC Max EIRP : 36 dbm (4 W) Sensitivity : miglioramenti di 2 4 db rispetto alla versione 24 Molto robusto e quindi adatto alla mobilità veloce

12 Matrice H del codice LDPC = H bm

13 Prestazioni del FEC BER QAM 32-QAM 64-QAM 28-QAM 256-QAM 6-QAM 3/4 64-QAM 3/4 256-QAM 3/ S/N [db]

14 Mantenimento della connessione anche in mobilità hand-over WiFi tradizionale : pochi km/h Enhanced-WiFi : 2 km/h 5 km/h (WiBro della Samsung) WiMAX 82.6e : 4 km/h (?) Problema più di rete, che di terminali

15 WiMAX IEEE Prestazioni di rete Service-Specific Convergence Sublayer - ATM, - Ethernet, VLAN - IPv4 e IPv6 MAC Common Part Sublayer - Framing - Slot Reservation - Fragmentation & Packing - Retransmission (ARQ) - Quality of Service (QoS) Privacy Sublayer - Authentication - Key Exchange - Re-Keying - Encryption Physical Layer

16 Altri pregi del 82.6e 82.6e Encryption con AES EAP (Extensive Authentication Prot.) Chipset costruiti da più produttori Encryption con DES

17 WiMAX vs. Enhanced-WiFi E uno standard orientato alla connessione Ha avuto una gestazione più lenta Piace agli operatori tradizionali Le frequenze dovranno essere bandite a prezzi sostenibili La sperimentazione dovrà finire (in Italia) E uno standard nato per fare una W-Ethernet E in continuo aggiornamento (prossima vers. 82.n) Piace agli WISP Usa frequenze libere ma con precise norme da rispettare (non sempre rispettate) Lo spettro prima o poi potrebbe saturarsi

18 Con riferimento alla mobilità veloce: WiMAX vs. Enhanced-WiFi Può impiegare antenne a fascio adattabile Può coprire celle di maggiore estensione E meglio predisposto per l hand-off e perfino per il roaming Non dovrebbe essere vincolato da problemi di compatibilità all indietro Ha un parco client installato trascurabile Può impiegare il MIMO E prevista una nuova versione a ciò dedicata espressamente: 82.p E meglio predisposto per il funzionamento come access point Non è vincolato da problemi di compatibilità all indietro (tranne che con l 82.a) Ha già un parco client installato notevole

19 Situazione del WiMAX in Europa Gran Bretagna: 2 licenze nazionali WiMAX; centro di Londra contratti business a circa 427 euro/mese. Germania: offerta commerciale convergente WiMAX + Mobile; nella città di Kaiserslautern impianto sperimentale con VoIP e accessi Internet con contratti a circa 4 euro/mese. Spagna: un operatore nazionale con 3 access point e circa 2. utenti. Austria: WiMAX Telecom (operatore nazionale) ha affidato ad Alcatel la realizzazione di una rete nazionale. Olanda: Enertel Wireless (operatore nazionale) copre le 5 maggiori città olandesi. Francia: in corso la gara per l assegnazione di licenze regionali in 22 regioni per utenze urbane; è già attivo l operatore nazionale Altitude Telecom per le utenze extraurbane.

20 Situazione del WiMAX in Italia SPERIMENTAZIONE WIMAX ZONE Milano Roma Arezzo Piemonte Valle d'aosta Sardegna Abruzzo Sicilia Parma DISPONIBILITA canali (3,4-3,5 GHz) canali (3,5-3,6 GHz) 4x7 MHz (Entro un raggio di 3 km) 2x7 MHz (Entro 25 km) 2x7 MHz 2x7 MHz 2x7 MHz 2x7 MHz 2x7 MHz 2x7 MHz 2x7 MHz (Entro 3 km) CANALI INDIVIDUATI canali (MHz) canali (MHz) Fonte: Fondazione Ugo Bordoni

21 Associazioni WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) WiFi Alliance - esiste dal 22 WiMAX Forum (grandi costruttori e operatori) MBWA (Mobile Broadband Wireless Access) promuove un rapido accoglimento dello std EWC (Enhanced Wireless Consortium) promuove un rapido accoglimento dello std. IEEE 82.n

22 Conclusioni Nel WiMAX Italiano esistono molti condizionamenti, che dovrebbero essere sciolti in tempi più brevi possibile Probabilmente il WiMAX mondiale si giocherà in base all atteggiamento che le aziende che partecipano ai diversi xxx Forum decideranno di tenere WiMAX e WiFi verso la mobilità veloce potrebbero essere entrambi condizionati dall eventuale sviluppo dello IEEE 82.2

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