Jarosław Szóstka. WiMAX NOWY STANDARD DOSTĘPU RADIOWEGO

Transkrypt

1 Jarosław Szóstka WiMAX NOWY STANDARD DOSTĘPU RADIOWEGO

2 Kabelkom Sp. z o.o. Biuro handlowe Adres: ul. Bukowa Bielsko-Biała, POLSKA Tel.: (+48) Tel.: (+48) Tel.: (+48) Tel./Fax: (+48) Naprawa i kalibracja mierników Adres: ul. Konstruktorska Warszawa, POLSKA Tel./Fax: (+48) serwis@kabelkom.pl

3 Plan wykładu Założenia wstępne nowego standardu Wprowadzone sposoby poprawienia łączności Parametry standardu WiMAX Propagacja i zasięgi stacji bazowych

4 System WiMAX - założenia Rośnie zapotrzebowanie na szybką transmisję danych (sieci szkieletowe, ostatnia mila, dostęp do innych sieci) Bardzo popularna jest usługa Triple Play (telefonia, TV i transmisja danych) Triple Play jest świadczona przez sieci TV kablowej i tradycyjne telekomy

5 System WiMAX - założenia Systemy kablowe lub światłowodowe nie wszędzie są możliwe do zastosowania W Polsce popularne stało się budowanie sieci dostępu bezprzewodowego i szkieletowych w standardzie Wi-Fi Nie jest to dobre rozwiązanie: niedopuszczalnie duża moc EIRP, pasmo nielicencjonowane, niedostateczna przepływność i jakość transmisji. Wi-Fi jest odpowiednie do tworzenia sieci lokalnych.

6 System WiMAX - założenia Istniejące systemy są niewystarczające

7 System WiMAX - założenia Powstała idea opracowania nowego, elastycznego standardu do budowy m.in. bezprzewodowych sieci MAN (do 50 km) Należało uwzględnić przypadek braku bezpośredniej widoczności anten (NLOS) W standardzie uwzględniono mechanizmy obsługi jakości usług (QoS) i większą przepływność W przyszłości łącza ruchome (mobilne) Powstał standard WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) i e (łącza ruchome)

8 System WiMAX - założenia

9 System WiMAX - założenia

10 System WiMAX - zastosowania Szybkie bezprzewodowe łącze między węzłami sieci Bezprzewodowe łącze do punktów dostępowych innych sieci Łącze ostatniej mili Publiczny dostęp do Internetu (hot zones) Pokrycie dużych obszarów (również łącza mobilne)

11 Mechanizmy poprawy łączności Modulacja wielotonowa OFDM umożliwia pracę przy większym opóźnieniu odbitych impulsów, zwiększa odporność na interferencje międzysymbolowe, maleją wymagania na adaptacyjną korekcję kanału, większa dyspersyjność (10 µs, 900 ns dla Wi-Fi) Sygnał składa się z 256 nośnych 192 transmitują dane, 8 pilotów, 56 nośnych niewykorzystanych

12 Mechanizmy poprawy łączności Modulacja OFDM OFDM Jedna nośna Poziom f f S1 S2 S4 Czas S3 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S5 Szeregowy strumień danych S6 S7 Każdy symbol moduluje jedną podnośną

13 Mechanizmy poprawy łączności Technika podkanałów w łączu do stacji bazowej bilans energetyczny jest w obu kierunkach asymetryczny (mniejsza moc nadajnika abonenta, inny poziom tła szumów radioelektrycznych), a technika podkanałów wyrównuje tłumienia w obu kierunkach. Polega ona na skoncentrowaniu mocy na wybranych podnośnych kosztem innych podnośnych

14 Mechanizmy poprawy łączności Widmo OFDM nadawane w kanale w dół przez BS Widmo OFDM nadawane w kanale w górę przez urządzenie abonenckie - mniejsza moc oznacza mniejszy zasięg transmisji Widmo OFDM nadawane w kanale w górę przez urządzenie abonenckie-ta sama moc jak w BS, ale wykorzystane tylko niektóre kanały

15 Mechanizmy poprawy łączności Odpowiednie anteny o dużej kierunkowości (zysku), anteny adaptacyjne, przestrzenny odbiór zbiorczy, sektoryzacja komórek Modulacje adaptacyjne system sam dobiera odpowiedni rodzaj modulacji w zależności od jakości łącza, umożliwiając zwiększenie przepływności przy dobrych warunkach propagacyjnych. Im gorsze łącze, tym modulacja bardziej odporna na zakłócenia.

16 Mechanizmy poprawy łączności Klasyczna antena promieniuje we wszystkich kierunkach większe zakłócenia, mniejsza pojemność systemu Antena adaptacyjna promieniuje tylko w kierunku odbiorcy zwiększenie sprawności energet., mniejsze zakłócenia, większa pojmność systemu

17 Mechanizmy poprawy łączności

18 Mechanizmy poprawy łączności 64 QAM SNR = 22 db 16 QAM SNR = 16 db QPSK SNR = 9 db BPSK SNR = 6 db

19 Mechanizmy poprawy łączności

20 Mechanizmy poprawy łączności QAM polega na przesłaniu danych na dwóch nośnych o tej samej częstotliwości i przesuniętych w fazie o 90 stopni Zwielokrotniamy ilość informacji nadawanych w tym samym pasmie Zmianie ulega zarówno amplituda, jak i faza nośnej, przesyłamy symbole, a nie bity Modulacja 64-QAM jest złożeniem dwóch sygnałów 8-QAM

21 Mechanizmy poprawy łączności Ze 180 przesunięciem fazy nośnych nadajemy 8 poziomów I Channel Carrier Phase Data 180 przesunięcie fazy nośnych + = Carrier Amplitude Q Channel Carrier Phase 90 Shifted Carrier Phase Shift

22 Mechanizmy poprawy łączności 8 Level AM Modulator Składowa I Bity Local Osc Sumator Oscillator Shifted 90 8 Level AM Modulator Składowa Q 64 QAM

23 Mechanizmy poprawy łączności Punkt w konstelacji Q Channel Faza nośnej I Channel Amplituda nośnej

24 Mechanizmy poprawy łączności Modulacja QAM o różnych wartościowościach I Q QPSK (4QAM) 64QAM wieksza wrażliwość na zakłócenia

25 Mechanizmy poprawy łączności Techniki korekcji błędów kody blokowe Reeda-Solomona, kody splotowe, przeplot. Gdy błędu nie można skorygować, stosuje się powtórzenie danych (ARQ). Kontrola mocy stacja bazowa reguluje poziom mocy w urządzeniu abonenckim, utrzymując dobrą jakość, zmniejszając zakłócenia i oszczędzając energię.

26 Parametry standardu WiMAX Pasmo 2-66 GHz (typowo 2-11 GHz), w Polsce 3,6 3,8 GHz, również 3,5 GHz (licenc.) Szerokość pasma 1,5 20 MHz (typowo 1.75, 3.5, 7 i 14 MHz) Przepływność do 75 Mbit/s TDMA w łączu w górę, zwielokrotnienie TDM w łączu w dół, w pasmach nielicencjonowanych dupleks czasowy TDD, a w licencjonowanych dodatkowo FDD (również półduplex H-FDD)

27 Parametry standardu WiMAX

28 Parametry standardu WiMAX Stacja bazowa obsługuje do 1000 abonentów Nadajniki mogą pracować w jednej z czterech klas mocy (najwyższa to 1 W mocy wyjściowej nadajnika) Sprawność wykorzystania widma do 3,7 bit/s/hz Wyższa jakość usług dzięki wprowadzeniu mechanizmów QoS (np. większa przepływność dla klientów biznesowych czy małe opóźnienie dla VoIP), wiele usług jednocześnie (TV, VoIP) Większa odporność na wzrost ruchu niż dla Wi-Fi

29 Parametry standardu WiMAX WiMAX ma mechanizmy zapewniające prywatność i bezpieczeństwo (autoryzacja terminala i użytkownika) Wykorzystane jest zarządzanie kluczem prywatnym PKM (X.509) Do szyfrowania wykorzystywany jest algorytm DES (PKMv1), w e AES (PKMv2) Wykorzystuje się połączenia kontrolne, danych i dodatkowe

30 Parametry standardu WiMAX Jakość usług jest uzyskiwana przez tzw. klasy usług (SC) i strumienie danych (SF) Klasa usług UGS dla połączeń nie tolerujących opóźnień (E1, VoIP bez redukcji ciszy), klasa rtps usługi regularnie generujące paczki danych o zmiennej długości (VoIP z redukcją ciszy, MPEG), Best Effort przeglądanie stron WWW. Kontrolę jakości wykonuje stacja bazowa Parametry QoS mogą być negocjowane w czasie połączenia w oparciu o protokół SNMP

31 Mobilność WiMAX Stopniowe przechodzenie: nomadyczność, przenośność, mobilność Przejmowanie transmisji <50ms Downlink do 63 Mbit/s, uplink do 28 Mbit/s (w kanale 10 MHz) Zastosowanie techniki wieloantenowej MIMO Kształtowanie wiązki promieniowania (anteny adaptacyjne) Tryby oszczędzające akumulatory

32 Zasięgi w standardzie WiMAX Zasięg zależy od typu stacji bazowej. Wyróżnia się dwa typy: Standardowa SB (standardowa moc wyjściowa, tzw. parametry obowiązkowe) Opcjonalna SB (wyższa moc wyjściowa, odbiór i nadawanie zbiorcze, kodowanie przestrzenno-czasowe, technika podkanałów i ARQ)

33 Zasięgi w standardzie WiMAX

34 Zasięgi w standardzie WiMAX Typ stacji bazowej Promień komórki (km) standardowa od do od do wewnątrz budynków 0,3 0,5 1 2 Downlink 11,3 8 11,3 8 Uplink 11,3 8 11,3 8 Downlink 11,3 2,8 11,3 2,8 Uplink 11,3 2,8 0,7 0,175 * LOS NLOS płaski) Maks. przepływność na sektor (Mbit/s) Maks. przepływność dla urz. abonenckiego na krawędzi komórki (Mbit/s) opcjonalna (teren *Podana przepływność w łączu w górę zakłada użycie jednego podkanału w celu zwiększenia zasięgu stacji.

35 Zasięgi w standardzie WiMAX Przy zasięgu LOS korzystamy z typowych modeli do projektowania linii radiowych, określając wierność i dostępność (np.99,95%) Dla NLOS nie można skorzystać z modeli używanych w telefonii komórkowej (tylko poniżej 2 GHz) Można wykorzystać modele fizyczne, ale są one bardzo skomplikowane i wymagają wielu obliczeń

36 Zasięgi w standardzie WiMAX Dla NLOS wykorzystuje się modele statystyczne. W zaleceniu opisano tzw. model SUI SUI wyodrębnia 3 typy terenu (pagórkowaty/ gęsty las, pagórkowaty /rzadki las lub płaski/gesty las, płaski/ rzadki las) Model określa procent prawdopodobieństwa pokrycia terenu 90 % miejsc oznacza, że statystycznie 90 na 100 abonentów ma łączność w określonym procencie czasu (np. 95%)

37 Zasięgi w standardzie WiMAX Symulowany zasięg na poziomie dachu

38 Zasięgi w standardzie WiMAX Symulowany zasięg mobilny na poziomie ziemi

39 Zasięgi w standardzie WiMAX Niestety, zasięgów NLOS, szczególnie w mieście, nie można precyzyjnie obliczyć błąd może być bardzo duży Jedynym sposobem weryfikacji zasięgu jest pomiar propagacyjny Ponieważ WiMAX jest systemem cyfrowym, należy mierzyć nie tylko natężenie pola elektrycznego, ale również parametry sygnału (BER, MER, konstelację itp.)

40 Zasięgi w standardzie WiMAX TELE-COM wraz z partnerem, firmą KABELKOM, posiada specjalizowany wóz pomiarowy do pomiarów propagacyjnych systemów WiMAX, TETRA, P.25, MPT1327, DVB-T, DVBH, UKF-FM, TV analogowa...

41

42 AMSmax dla WiMAX Analizator R&S jako platforma pomiarowa stan obecny AMSmax system pomiarowy firmy Kabelkom, AMSmax wersja stajonarna oraz mobilna Wsparcie dla GIS Dowolne mapy skanowane, zdjęcia... Pomiary wykonujemy w każdym terenie...

43 AMSmax dla WiMAX pomiary w zakresie częstotliwości od 9kHz do 6GHz, pomiar mocy, MER, statystyki CCDF, bit stream, pomiar zasięgu/pokrycie sygnałem obszaru wokół nadajnika, pomiary stacjonarne oraz mobilne, określenie zasięgu przy braku widoczności anteny nadawczej (NLOS), określenie maksymalnego zasięgu transmisji, określenie rzeczywistej jakości sygnału na danym obszarze, współpraca z systemem GPS.

44 AMSmax dla WiMAX Pomiary systemu

45

46

47