WiMAX Criteri di pianificazione e analisi delle prestazioni. Maria Missiroli

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1 WiMAX Criteri di pianificazione e analisi delle prestazioni Maria Missiroli

2 Scenari di applicazione WiMAX Le principali applicazioni di interesse oggi: Contromisura al Digital Divide una miriade di comunità montane o comunque isolate preme per avere accesso alla banda larga non possibile via cavo - la risposta al digital divide è un tema sempre più impellente e politicamente rilevante Broadband Wireless Access in aree metropolitane possibile alternativa alla ADSL in aree densamente abitate da parte di nuovi operatori alternativa all unbundling tramite HSDPA o WiMAX nomadicità (e mobilità) dell utente permessa mantenendo il collegamento al proprio operatore, tramite la realizzazione di coperture estese

3 WiMax in area urbana Applicazioni Point-to-Multipoint per accesso wireless all utente o backhauling Antenna stazione base su siti urbani (altezza tipica 30m) Scenari di copertura di interesse: CPE fisse in locazioni favorevoli o vicino ai tetti, outdoor CPE indoor a diverse altezze Terminali nomadici/mobili outdoor/indoor a 3.5 GHz!

4 Modelli di propagazione Propagazione a 3.5 GHz in ambiente urbano denso Principali modelli in letteratura per 3.5 GHz NLOS estrapolazione COST231 a 3.5 GHz (applicazioni mobili, altezze terminale basse) modello ECC sempre da misure Okumura per applicazioni fisse, testato per altezze intermedie del terminale modello Stanford University (specifico per propagazione rurale su terreni collinosi, molto ottimista in urbano) Perdita di penetrazione indoor in varie tipologie di edifici Effettivi meccanismi e variabilità statistica della propagazione (shadowing) I modelli di propagazione vanno verificati con campagne di misura e simulazioni tipo ray-tracing in reali ambienti urbani

5 pianificazione urbana Scenario: realizzazione di una copertura cellulare estesa a tutta l area urbana per la fornitura di servizi a larga banda Copertura: Le distanze di copertura e il throughput variano fortemente con l altezza della CPE (o terminale di utente) e le caratteristiche della CPE Copertura indoor: in quali condizioni è possibile? La direttività di antenna permette inoltre un riuso più spinto delle frequenze; antenne di utente omnidirezionali sono soggette ad interferenza co-canale da celle adiacenti Settorizzazione alla stazione base Capacità effettiva offerta agli utenti: trade-off tra larghezza di banda necessaria e numero di celle da implementare per offrire un throughput accettabile agli utenti; il modello di traffico è quello di utenti a larga banda a tariffa flat! Si ipotizzano celle urbane di raggio nell ordine di 1 km

6 802.16e vs d Lo standard e è stato messo a punto per soddisfare l esigenza di mobilità Vari tipi di hand-over (da hard a soft) tra cui l operatore può scegliere (latenza <50 ms ottimale per applicazioni real-time) Accesso SOFDMA invece di OFDM La sottocanalizzazione permette la concentrazione di potenza per utenti in condizioni difficili di canale, in Up e Down link.....inoltre permette un riuso selettivo della banda (reuse partitioning) Possibilità di codici turbo più robusti Maggiore supporto per tecniche MIMO e antenne adattative In generale è incrementata la flessibilità ed il range complessivo di modalità trasmissive, al costo di un notevole aumento della complessità del sistema

7 802.16e vs d Valutazione delle prestazioni Per applicazioni fisse in condizioni di canale buone le prestazioni sono equivalenti La flessibilità e le funzionalità dell e permettono il miglior funzionamento in mobilità, indoor, con antenne non direttive, in condizioni simili a quelle 3G La valutazione delle prestazioni è QoS-oriented e si avvicina ai modelli 3G Studio delle caratteristiche del canale mobile a 3.5 GHz per valutare i reali throughput ottenibili

8 OFDM vs. SOFDMA QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture.

9 Compatibilità tra operatori La tendenza diffusa tra i produttori è di puntare allo standard mobile con schede a basso costo sebbene lo standard preveda entrambe le modalità di duplexing FDD e TDD, il TDD risulta molto più economico da produrre il TDD permette di operare su una singola banda allocando le risorse dinamicamente tra Up-link e Down-link sorgono problemi di interferenza da canale adiacente tra operatori diversi =>necessità di prevedere bande di guardia il sistema WiBro coreano prevede bande di guardia di 9 MHz tra operatori ognuno con 27 MHz (3 canali da 9MHz) la sincronizzazione tra operatori risolverebbe il problema (limitando la libertà di allocazione delle risorse) ma non appare praticabile

10 Interferenza TDD Lo standard prevede un valore di rapporto di reiezione di 30 db (modulazione 16 QAM) rispetto al canale alternato => il segnale interferente può giungere al ricevitore al massimo 30dB più forte del segnale utile il caso peggiore di interferenza si ha tra due BS di operatori diversi in visibilità la reiezione deve essere fortemente aumentata per permettere distanze ragionevoli interferenza BS-utente: si può avere quando un utente di un operatore si trova molto vicino alla stazione base di un altro; questo problema è rilevante soprattutto se la BS interferente si trova vicino al bordo cella dell altra i criteri di assegnazione delle bande devono includere bande di guardia opportune; lo spreco di banda è ridotto limitando il numero di operatori il co-siting delle BS risolverebbe gran parte del problema (però problemi di compatibilità elettromagnetica)

11 Conclusioni La tecnologia WiMAX appare matura per applicazioni volte a colmare il digital divide, nella versione fissa (802.16d) Il WiMAX desta molto interesse per applicazioni di wireless broadband access in aree metropolitane accanto a HSDPA, ma occorre valutare le reali prestazioni in termini di percentuale di copertura e throughput alla frequenza 3.5GHz Il duplexing TDD favorito dallo standard mobile presenta problemi di compatibilità tra operatori che possono limitare l uso intenso della banda previsto negli ambienti urbani