WiMAX grenseløst bredbånd? Rekkevidde, kapasitet og smarte løsninger. Ingvar Henne. WiMAX fremtiden er trådløs Oslo

Transkript

1 WiMAX grenseløst bredbånd? Rekkevidde, kapasitet og smarte løsninger Ingvar Henne WiMAX fremtiden er trådløs Oslo

2 WiMAX grenseløst bredbånd? Fysikkens realiteter Praktiske rekkevidder Basis teknologi Rekkevidde i ulike omgivelser Smarte løsninger Smart effektstyring Smart styring av dumme antenner Smarte algoritmer for kombinasjon av signaler Forbedringer av rekkevidde og kapasitet Slide 2

3 Mobil WiMAX certification profiles Planned Not planned Auction Q4-04 Source: Intel, Oct 2006 Auction Q3-06 Auction Q4-07 Slide 3

4 Radioingeniørformelen L fs = log( d f ) Frittromstap Frittromstap db db GHz 3.5 GHz GHz 3.5 GHz km km Slide 4

5 Effektbudsjett WiMAX - nedlink Parameter Verdi Enhet Kommentar Uteffekt basestasjon Antennevinning basestasjon Antennevinning terminal dbm dbi Sektorantenne 5 20 dbi Mottaker terskel -75 til -95 dbm Kapasitetsavhengig Systemgain db Slide 5

6 Effektbudsjett nedlink LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km Slide 6

7 Fading margin for 99.9% tilgjengelighet LOS Fading margin db GHz 3.5 GHz km Slide 7

8 Effektbudsjett Nedlink 99.9% tilgjengelighet LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km Slide 8

9 Adaptiv modulasjon Parameter 64QAM 16QAM QPSK BPSK SNR 22 db 16 db 9 db 6 db Kapasitet 3.7 bps/hz 2.5 bps/hz 1.2 bps/hz 0.6 bps/hz 64QAM 16QAM QPSK BPSK Slide 9

10 Hvilke bit-rater kan oppnås med WiMAX? Modulation QPSK QPSK 16 QAM 16 QAM 64 QAM 64 QAM Code rate 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/ MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz Netto overføringshastighet for stasjonær WiMAX er ca 80% for nedlink, og ca 70% for opplink. Tallene er noe lavere for mobil WiMAX. Slide 10

11 Effektbudsjett Nedlink 99.9% tilgjengelighet LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km Slide 11

12 Effektbudsjett opplink LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km Slide 12

13 Asymmetrisk effektbudsjett Nedlink OFDM spektrum fra basestasjon. Hver frekvensluke representerer en bærebølge. Opplink OFDM spektrum fra terminal. Alle frekvenser sendes, men med ¼ av uteffekten fra basestasjonen. Rekkevidden blir tilsvarende mindre. Kilde: WiMAX Forum Slide 13

14 Sub-kanalisering i opplink Nedlink OFDM spektrum fra basestasjon. Hver frekvensluke representerer en bærebølge. Opplink OFDM spektrum fra terminal. Alle frekvenser sendes, men med ¼ av uteffekten fra basestasjonen. Rekkevidden blir tilsvarende mindre. Opplink OFDM spektrum fra terminal. Bare ¼ av frekvensene brukes, men med samme uteffekt som basestasjonen. Rekkevidden blir den samme med ¼ av kapasiteten. Kilde: WiMAX Forum Slide 14

15 OFDMA Sub Channelization Sub-kanalisering i opplink (OFDMA) Balanserer nedlink/opplink systemgain Bedre link budsjett for opplink mer effekt pr sub-carrier Bruker 1 Bruker 2 Bruker 3 Bruker 4 Slide 15

16 Effektbudsjett opplink LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km Slide 16

17 Effektbudsjett opplink sub-kanal opplink LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km Slide 17

18 Bokn Én WiMAX sektor dekker hele ferjestrekningen Avstand til ferje fra 5 til 15 km Slide 18

19 Effektbudsjett innendørs terminal utendørs LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km Slide 19

20 Effektbudsjett innendørs terminal innendørs LOS Mottakernivå GHz 3.5 GHz dbm km db Slide 20

21 Effektbudsjett innendørs terminal innendørs LOS Mottakernivå opplink GHz 3.5 GHz dbm km Fading neglisjerbar for < 10 km db Slide 21

22 Effektbudsjett innendørs terminal innendørs NLOS Mottakernivå opplink GHz 3.5 GHz dbm km db db Slide 22

23 NLOS i praksis kampen mot barskogen Sandslimarka - Sandslikroken Height [m] Slide 23 Distance [km]

24 Mottatt signal opp- og nedlink -80 RSSI UL (dbm) RSSI DL (dbm) : : : : : : : : :00 Slide 24

25 Effektbudsjett MID innendørs LOS Mottakernivå opplink GHz 3.5 GHz dbm km db Slide 25

26 Effektbudsjett MID utendørs LOS Mottakernivå opplink GHz 3.5 GHz dbm km Slide 26

27 Effektbudsjett MID utendørs NLOS Mottakernivå opplink GHz 3.5 GHz dbm km db Slide 27

28 Frekvenser og rekkevidde Svært lang rekkevidde med utendørs terminaler spesielt i 2.3 GHz Redusert rekkevidde og kapasitet for NLOS Betydelig tap i vegetasjon Redusert rekkevidde og kapasitet for innendørs terminaler Betydelig tap i spesielle vindustyper Betydelig tap i bygninger med metallfasader eller mye armering Begrenset antennevinning 2.3 GHz 3.5 GHz Relativ cellestørrelse Slide 28

29 Diversitet Romdiversitet Ulike transmisjonsveier gir Ukorrelerte overføringsfunksjoner Ukorrelerte degradasjoner Økt tilgjengelighet eller rekkevidde Slide 29

30 Diversitet Frekvensdiversitet Ulike transmisjonsveier gir Ukorrelerte overføringsfunksjoner Ukorrelerte degradasjoner Økt tilgjengelighet eller rekkevidde Slide 30

31 Diversitetsforbedring Tilgjengelighet versus Fading Margin Diversitet større tilgjengelighet eller større rekkevidde 40 Fade Margin [db] Single Radio 2 nd Order Diversity 4 th Order Diversity 0 40% 90% 99% 99.9% 99.99% Slide 31 Service availability

32 Dumme antenner med smart styring MATRIX A Space Time Coding (STC) Maximum-Ratio Combining Diversity gain of 4 MATRIX B Spatial Multiplexing (SM) Maximum-Likelihood Detection Diversity gain of 2 Double symbol rate Beamforming Adaptive Antenna System (AAS) Improved system gain Reduced interference Source: Intel Slide 32

33 Forbedringer med MIMO Spectral efficiency of Matrix A, Matrix B and SISO systems on the ITU pedestrian channel A, speed = 3 km/hour QPSK 1/2, * QPSK 3/4, 16QAM 1/2, + 16QAM 3/4, 64QAM 3/4. Kilde: WiMAX Trends Slide 33

34 Forbedringer med adaptiv MIMO MATRIX B MATRIX A Source: Intel Smarte antenner øker rekkevidde og kapasitet, og er avgjørende for innendørs dekning og mobil WiMAX. Slide 34

35 Oppsummering Naturlovene gjelder også for WiMAX Begrenset uteffekt gir begrenset rekkevidde NLOS er en utfordring Vegetasjon Innendørs dekning Multi-antenne løsninger forbedrer ytelsen Diversitet MIMO Adaptive antenner Konklusjon WiMAX kan ha rekkevidder fra < 1 km til >100 km Slide 35