Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Dipartimento di Ingegneria dell Informazione IEEE 802.16 WIRELESS MAN Maria Luisa Merani IEEE 802.16 e WiMAX M LM 1
Oggetto dello standard 802.16 Fornire le specifiche dell interfaccia radio, per quel che concerne: Physical (PHY) layer Medium Access Control (MAC) sublayer per sistemi di accesso di tipo wireless fissi, di tipo punto multipunto IEEE 802.16 e WiMAX M LM 2
Obiettivi dello standard Consentire una rapida diffusione a livello mondiale di prodotti per l accesso wireless di vendors diversi Innovativi Economici Interoperabili Effettivamente alternativi all accesso cablato a larga banda, BROADBAND IEEE 802.16 e WiMAX M LM 3
Le BANDE per il servizio 2-11 GHz - 802.16a 10-66 GHz - Onde corte, si richiede il line-of-sight, mentre il multipath è trascurabile - Impiega canali la cui banda è relativamente ampia: ad esempio, canali di 25 o 28 MHz - Raw data rates: nell ordine dei 120 Mbit/s, appropriate per utenza SOHO (Small Office/Home Office) e applicazioni tipiche di mediumlarge office IEEE 802.16 e WiMAX M LM 4
Il PHY layer Le tecnologie adottate OFDM/OFDMA Tecnica di subchannelization Antenne direzionali Diversità in trasmissione e ricezione Modulazione adattativa Controllo d errore Controllo di potenza IEEE 802.16 e WiMAX M LM 5
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing IEEE 802.16 e WiMAX M LM 6
Sub-channelization Si tratta di una opzione riferita all uplink La potenza trasmessa viene concentrata su un numero inferiori di sottoportanti frequenze Consente dunque di avere un link budget bilanciato su uplink e downlink, ma prevedendone un impiego più efficiente IEEE 802.16 e WiMAX M LM 7
Antenne e diversità Si prevede l adozione di antenne settoriali La antenne adattative sono una ulteriore parte opzionale dello standard Godono della proprietà di potere dinamicamente aggiustare il loro focus in una determinata direzione Lato trasmissione e lato ricezione Diversità in trasmissione Codici spazio-tempo Antenna: opzionale Diversità in ricezione Antenna IEEE 802.16 e WiMAX M LM 8
Modulazione adattativa Adatta il formato di modulazione alle condizioni trasmissive Raggi di cella relativi IEEE 802.16 e WiMAX M LM 9
Modulazione sul downlink e sull uplink DOWNLINK: la BS supporta QPSK 16 QAM Opzionale: 64 QAM UPLINK: settate sempre dalla BS QPSK 16 e 64 QAM opzionali Impulso impiegato Su entrambi i versi di trasmissione: a coseno rialzato, con α=0.25 IEEE 802.16 e WiMAX M LM 10
Error Correction Techniques Tecniche introdotte per ridurre le richieste di sistema in termini di rapporto segnale-rumore Reed Solomon FEC Codifica convoluzionale Algoritmi di interleaving ARQ Impiegato per correggere gli errori sfuggiti al FEC ritrasmissioni IEEE 802.16 e WiMAX M LM 11
Baud rates e bande di canalizzazione dati facenti riferimento ad un fattore di roll-off pari a 0.25 In realtà IEEE 802.16 e WiMAX M LM 12
Ancora sul PHY layer Lo standard supporta FDD - supporta SS half e full duplex ma anche TDD In entrambi i casi si impiega un formato di trasmissione a burst, per il quale i parametri di trasmissione possono essere modificati sia a livello di singola SS, sia di frame UPLINK Basato su una combinazione di TDMA e DAMA (Demand Assigned Multiple Access) DOWNLINK Basato sul TDM TDMA previsto per gestire le stazioni half-duplex nel caso FDD IEEE 802.16 e WiMAX M LM 13
Tecniche di duplexing supportate dal MAC Framed (burst) FDD Canali di uplink e downlink su frequenze separate Si impiega un frame di durata fissata su UL/DL I dati sul DL possono essere trasmessi a burst IEEE 802.16 e WiMAX M LM 14
TDD I canali di UL/DL impiegano le medesime frequenze Continua Un frame TDD ha una durata fissata e contiene due subframe (uno per UL, l altro per il DL) - Il frame è diviso in un numero intero di physical slots (PSs), che consentono di partizionare facilmente la banda - Il framing è adattativo Lo splitting relativo è un parametro di sistema, controllato dai livelli più alti del sistema IEEE 802.16 e WiMAX M LM 15
Durata dei frame IEEE 802.16 e WiMAX M LM 16
Downlink subframe Caso TDD Il subframe si apre con un preambolo impiegato dal PHY per sincronizzazione e equalizzazione Segue la section di controllo con le mappe di uplink e downlink che indicano in corrispondenza a quale PS il burst ha inizio La parte seguente TDM reca i dati, organizzati in burst - Burst con profili diversi - Possibili livelli diversi di robustezza Un TTG separa il subframe di uplink e di downlink IEEE 802.16 e WiMAX M LM 17
Continua.. Caso FDD La porzione TDMA consente la trasmissione alle eventuali stazioni half-duplex Consente alle SS di decodificare solo una porzione e non l intero subframe sul downlink IEEE 802.16 e WiMAX M LM 18
Uplink subframe La struttura IEEE 802.16 e WiMAX M LM 19
Il modello di riferimento IEEE 802.16 e WiMAX M LM 20
MAC Il MAC comprende tre sublayers Il Service Specific Convergence (CS) Sublayer, che fornisce le operazioni di trasformazione o mapping sui dati ricevuti da una rete esterna attraverso il CS-SAP nelle MAC SDU e poi trasferiti al MAC Common Part Sublayer (MAC CPS) attraverso il SAP corrispondente - Ciò richiede la classificazione delle SDU e la loro associazione al flusso di servizio MAC ed al Connection Identifier (CID) appropriati Il MAC CPS, che fornisce le funzionalità core per - Il sistema di accesso - L allocazione di banda - Le fasi di apertura/mantenimento/chiusura della connessione - Applica i meccanismi di QoS alle trasmissioni ed allo scheduling dei dati Il Privacy sublayer IEEE 802.16 e WiMAX M LM 21
MAC Common Part Sublayer DOWNLINK Opera su base punto-multipunto BS centrale equipaggiata con una antenna settoriale in grado di gestire più settori indipendenti contemporaneamente Su un certo canale in frequenza ed all interno di uno specifico settore, tutte le stazioni ricevono la medesima trasmissione La BS trasmette in BROADCAST a tutte le stazioni del settore (e banda in frequenza) La BS non ha necessità di coordinare le proprie trasmissioni con altri, se non in relazione al meccanismo di time division duplex che può essere implementato per ripartire gli intervalli temporali tra periodi di trasmissione uplink e downlink IEEE 802.16 e WiMAX M LM 22
MAC Common Part Sublayer UPLINK Qui gli utenti condividono il canale di comunicazione sulla base delle corrispondenti necessità A seconda della classe di servizio utilizzata, alla SS può essere consentito di trasmettere con modalità diverse Entro ciascun settore gli utenti obbediscono ad un protocollo di trasmissione che controlla la contesa e consente di adattare il servizio alle richieste di banda e ritardo di ciascuna applicazione d utente diversi tipi di meccanismi di scheduling - Implementati attraverso polling, procedure a contesa, attribuzioni di banda unsolicited IEEE 802.16 e WiMAX M LM 23
Connessioni e fase di inizializzazione Il MAC è connection oriented! Le connessioni vengono identificate da un CID a 16 bit Ciò consente fino ad un massimo di 64K connessioni su ciascun canale uplink e downlink Il CID può essere considerato un identificativo di connessione anche per il traffico IP che nominalmente è connectionless È un puntatore ad informazioni di contesto e destinazione Nella fase di inizializzazione di una SS, vengono aperte tre connessioni di gestione (management connections) in ciascuna direzione tra SS e BS Basic connection Primary management connection Secondary management connection Sarà poi necessaria almeno una connessione di trasporto Dedicata al media transfer IEEE 802.16 e WiMAX M LM 24
I servizi di base Unsolicited Grant Service Real-Time Polling Non-Real-time Polling Best effort IEEE 802.16 e WiMAX M LM 25
UGS Unsolicited Grant Service Pensato per supportare flussi di applicazioni real-time che generano Pacchetti di dimensione costante Su base periodica Garantisce dei grant di trasmissione alla corrispondente SS ad intervalli periodici Elimina l overhead e la latenza intrinsecamente connessi alle richieste di banda che la SS dovrebbe altrimenti gestire Di contro, la SS non può impiegare il meccanismo di richiesta di banda a contesa Si tratta di un servizio che deve venire specificato attraverso i seguenti parametri Unsolicited Grant size, Nominal Grant interval, Tolerated Grant jitter, IEEE 802.16 e WiMAX M LM 26
rtps Real-time Polling Service In questo caso l obiettivo è servire applicazioni real-time che generano Pacchetti di dimensione variabile Su base periodica Il servizio garantisce alla singola SS la possibilità di inviare periodicamente in modalità unicast - richieste di banda Le real-time, periodic, unicast request opportunities Prevede un overhead maggiore rispetto a UGS Supporta dei grant di trasmissione di dimensione variabile Maggior efficienza nel trasporto dei dati Informazioni chiave per questo tipo di servizio: Nominal Polling Interval, Tolerated Poll Jitter, IEEE 802.16 e WiMAX M LM 27
nrtps Non-Real-Time Polling Service Scopo: servire flussi non-real-time, che richiedono un grant per trasmettere dati In burst di dimensione variabile Su base regolare - Esempio: high bandwidth FTP Per questo servizio la BS esegue un polling (con una frequenza tipica di un secondo o inferiore) di tipo unicast delle CID nrtps Ciò assicura che il flusso riceva i polls su base regolare anche durante le fasi di congestione della rete Elementi chiave del servizio: Nominal Polling Interval, Minimum Reserved Traffic Rate,, Traffic Priority IEEE 802.16 e WiMAX M LM 28
BE Best Effort Service Con questo servizio si desidera garantire un servizio efficiente al traffico best effort In tal caso alla SS è consentito l impiego delle opportunità di richiesta a contesa Parametri chiave: Minimum Reserved Traffic Rate,, Traffic Priority IEEE 802.16 e WiMAX M LM 29
Il WiMAX Forum Si tratta di una organizzazione non-profit, guidata da aziende, nata per Promuovere e certificare la compatibilità e l interoperabilità dei prodotti wireless basati sulle specifiche per wireless MAN IEEE 802.16 e ETSI HyperMAN Lo scopo del WiMAX Forum è accelerare l introduzione di tali dispositivi sul mercato, in quanto i prodotti WiMAX Forum Certified saranno perfettamente interoperabili ed in grado di supportare applicazioni a larga banda in ambito fisso e mobile www.wimaxforum.org IEEE 802.16 e WiMAX M LM 30
Le bande di frequenza In generale la banda a 3.5 GHz è disponibile, ma sottoposta a licenza Viene identificata come la banda preferita per il FWA (Fixed Wireless Access) Tuttavia le assegnazioni nei diversi paesi NON sono armonizzate Nè in termini di effettive frequenze impiegate Nè per quel che riguarda i blocchi di frequenze associati a ciascuna licenza Il Forum raccomanda Piani di banda che supportino sia TDD sia FDD Blocchi di frequenza per operatore di circa 20-40 MHz o maggiori La banda a 5.8 GHz è disponibile solo in un numero limitato di paesi europei Non sottoposta a licenza Restrizioni sulla potenza emessa in taluni paesi potrebbero limitarne il range a 5 Km e l impiego in ambito NLOS IEEE 802.16 e WiMAX M LM 31