Nye standarder for WiMAX: IEEE 802.16j og 802.16m TEKNA Seminar: WiMAX - trådløse bredbåndsnett Presentert av Tor Andre Myrvoll, SINTEF
Oversikt To nye utvidelser av IEEE 802.16-standarden: IEEE 802.16j IEEE 802.16m Multihop Relay Specification Advanced Air Interface IEEE 802.16j er en utvidelse av WiMAX standarden som introduserer multihopp relé-stasjoner (RS). IEEE 802.16m spesifiserer et avansert trådløst grensesnitt for bruk i lisensierte bånd.
IEEE 802.16j Introduksjon IEEE 802.16j spesifiserer utvidelser av 802.16 s OFDMA PHY- og MAC-lag for tilrettelegging for bruk av multihopp relé-stasjoner (RS) i lisensierte bånd. Motivasjon: Multihopp relé-stasjoner kan øke dekningsarealet, trafikkgjennomstrømningen og systemkapasiteten. Bruk av RS muliggjør raskere/enklere utbygging av WiMAX nettverk. RS skal ha signifikant mindre kompleksitet enn en base-stasjon (BS), hvilket vil redusere kostnaden ved utbygging av WiMAX nettverk.
802.16j Prinsipper
802.16j Prinsipper
IEEE 802.16j Nettverkstopologi BS MS RS MMR-BS Base station Mobile Station Relay Station Mobile Multihop Relay BS
IEEE 802.16j Anvendelser Infrastruktur Innendørs dekning RS monteres i bygninger, tunneler, undergrunn. Single eller multiple RS kan benyttes avhengig av behovet til dekning/kapasitet. Temporær dekning RS brukes til å utvide/tilby kommunikasjon i et begrenset tidsrom Krisesitusjoner, festivaler osv. Mobil dekning RS plasseres på et kjøretøy/fartøy Tog, ferge, buss Den mobile RS en tilbyr et fast aksesspunkt og tar seg av all mobilitet.
IEEE 802.16j Mobilitet Fast: RS utplasseres som en del av den faste infrastrukturen, for eksempel i en randsone for å bedre dekningen. Nomadisk: RS utplasseres og aktiveres på et vilkårlig steder for kortere tidsrom. Bruksområder er kriser og andre midlertidige situasjoner som krever rask tilgang til infrastruktur. Mobil: RS plasseres på et bevegelig kjøretøy/farkost og betjener mobile stasjoner.
802.16j Tillegg til standard MS Ingen forandringer RS gir seg til kjenne som en BS Legacy-BS RS gir seg til kjenne som en MS MMR-BS BS som støtter RS i henhold til 802.16j
802.16j Kooperativ relay Utnytter makrodiversiteten i et WiMAX-nett med multiple RS tilknyttet en MS Signalet fanges opp av flere RS og transporteres til destinasjonen over flere samtidige stier i nettet. Kooperativ diversitetsgain
802.16j Kooperativ kilde-diversitet Flere kilder sender det samme informasjons-signalet samtidig på samme frekvens
802.16j Kooperativ sender-diversitet Flere kilder sender det samme STC-signalet samtidig på samme frekvens (STC Space Time Coding)
802.16j Kooperativ hybrid-diversitet Kombinasjon av de to foregående metodene
802.16j Kooperativ relay Høye krav til synkronisering og ortogonalitet Diversitet senker BER/øker kapasiteten for en gitt BER Høyere robusthet mot systemsvikt
802.16j Avsluttende kommentarer Ferdig 31 December 2010
IEEE 802.16m Introduksjon Advanced Air Interface Utvidelse av IEEE 802.16e Følger ITUs IMT Advanced krav for 4G 100 Mbps for høy mobilitet 1 Gbps for lav mobilitet Spektraleffektivitet opp til 10 bit/sek/hz Forbindelsen skal holdes med mobilitet opp til 350 km/t 2x2 MIMO Standarden skal være ferdig i 2009
IEEE 802.16m Kompabilitet Bakoverkompatibel med IEEE 802.16e-2005 og IEEE 802.16-2004 En 802.16m MS skal kunne kommunisere med en legacy BS med ytelse tilsvarende en legacy MS En 802.16m BS skal tjene en miks av 802.16m MS og legacy MS i samme frekvensbånd Handover av legacy MS mellom legacy BS og 802.16m BS med full ytelse Kompabilitet med IMT-Advanced Skal kunne operere i frekvensbånd definert for IMT-Advanced Skal kunne sameksistere sammen med IMT-2000 utstyr Skal kunne sameksistere sammen med IMT-Advanced utstyr
IEEE 802.16m PHY Spesifikasjoner Antenneteknikker BS Minimum 2x2 MIMO MS Minimum 1x2 MIMO Minimum gir 2x2 downlink og 1x2 uplink Mobilitet 0 10 km/t Optimalisert 10 120 km/t Jevnt avtagende ytelse 120 350 km/t Forbindelsen holdes i live Dekning 5 km Optimalisert 5-30 km Jevnt avtagende ytelse 30 100 km Begrenset av termisk støy
IEEE 802.16m Andre spesifikasjoner QoS Støtter QoS klasser for optimal tilpasning av tjeneste-, applikasjons- og protokoll-krav Ivaretakelse av QoS under handover til andre radio-aksess teknologier (RAT) støttes Sikkerhet Beskyttelse av systemintegriteten Beskyttelse av brukerdata, identitet og lokasjon Diverse Multihop relay støttes Handover til andre RAT: 802.11, 3GPP GSM/EDGE, CDMA2000 Location Based Services (LBS)
IEEE 802.16m Utfordringer Hvordan kan man oppnå rater som 1 Gbit/s? Øk spektraleffektiviteten Øk båndbredden Spektraleffektiviteten kan økes ved bruk av Høyere-ordens modulasjon (16QAM 64 QAM) MIMO (2x2 4x4) Kan båndbredden økes? WiMAX spesifiserer profiler opp til maksimum 10 MHz i dag selv om 20MHz båndbredder er mulig Med en target spektraleffektivitet på 10 bit/s/hz trenger vi 100 MHz båndbredde
802.16m Eksempel 1: Siemens http://iaf-bs.de/projects/gigabit-mimo-ofdm-testbed.en.html Peak rate: 1GB RF 5.2 GHz 100 MHz båndbredde (OFDM bruker 82 av disse) 3x5 MIMO 64 delkanaler FEC: Foldningskoder med rate ½, ¾ 64 QAM på alle subkanaler
802.16m Eksempel 2: NTT DoCoMo http://www.nttdocomo.com/pr/2007/001319.html Peak rate: 5 GB (mobility 10 km/t) 100 MHz båndbredde 12x12 MIMO 64 QAM VFS-OFDM
802.16m Utfordringer: Mobilitet Hva skjer ved høy mobilitet? Simuleringer er gjort ved SINTEF i forbindelse med prosjektet SECOMAS - Spectrum Efficient COMmunication for future Aeronautical Services (http://www.sintef.no/secomas) RF 5 GHz FFT 1024 BW 16 QAM 10 MHz Doppler 34-2500 Hz (2 m/s 250 m/s / 7 km/t 540 km/t)
802.16m Utfordringer: Mobilitet
802.16m Oppsummering Blue sky teknologi? Båndbreddekravene ureaslitiske? Er OFDMA riktig teknologi?