UNIVERZITET U ISTONOM SARAJEVU SAOBRAAJNO-TEHNIKI FAKULTET DOBOJ

Draen Papuga

IEEE 802.16e - MOBILNI WIMAX SISTEM

Diplomski rad

Doboj, februar 2008. godine

UNIVERZITET U ISTONOM SARAJEVU SAOBRAAJNI FAKULTET DOBOJ

Tehniki odsjek Smjer: Elektronika i automatika Predmet: Telekomunikacioni sistemi

Draen Papuga

IEEE 802.16e - MOBILNI WIMAX SISTEM

Diplomski rad

Mentor: Prof. Dr emal Koloni Predsjednik: Prof. Dr Krstan Bonjak lan: Prof. Dr Ratko Dejanovi

Kandidat: Draen Papuga

SADRAJ

1. 2.

UVOD....................................................................................................................... 2 EVOLUCIJA I STANDARDI WiMAX SISTEMA............................................. 4 2.1 Evolucija IEEE familije standarda za BWA..................................................... 4 2.1.1 IEEE 802.16 2001.................................................................................. 5 2.1.2 IEEE 802.16a 2003 ................................................................................ 5 2.1.3 IEEE 802.16c 2002 ................................................................................ 6 2.1.4 IEEE 802.16 2004.................................................................................. 6 2.1.5 IEEE 802.16e 2005 ................................................................................ 7 2.2 Wimax Forum ................................................................................................... 9 ARHITEKTURA WIMAX SISTEMA ............................................................... 11 3.1 Skup protokola................................................................................................ 11 3.2 Mrena arhitektura.......................................................................................... 12 3.3 Struktura WiMAX sistema ............................................................................. 15 3.3.1 Bazna stanica .......................................................................................... 15 3.3.2 Prijemnik................................................................................................. 16 3.4 Primjena IEEE 802.16 mree.......................................................................... 18 FIZIKI SLOJ MOBILNOG WIMAX-A ....................................................... 19 4.1 Uvod u OFDM ................................................................................................ 20 4.2 Osnove OFDM tehnike multipleksiranja........................................................ 22 4.3 Struktura OFDMA i potkanalizacija............................................................... 23 4.4 Skalabilni OFDMA......................................................................................... 24 4.5 Struktura vremenskog multipleksa ................................................................. 25 4.6 Ostale opcije i mogunosti fizikog sloja ....................................................... 27 MAC SLOJ MOBILNOG WIMAX-A................................................................ 29 5.1 Kvalitet servisa (QoS)..................................................................................... 29 5.2 MAC Servis raspore ivanja............................................................................ 30 5.3 Upravljanje mobilnou .................................................................................. 31 5.3.1 Upravljenje napajanjem .......................................................................... 31 5.3.2 Handoff ................................................................................................... 32 5.4 Sigurnost ......................................................................................................... 35 NAPREDNE TEHNOLOGIJE MOBILNOG WiMAX-a................................. 36 6.1 Tehnologije Smart Antena .............................................................................. 36 6.2 Frakciona reuoptreba frekvencije ................................................................... 37 6.3 Multicast i Broadcast servis............................................................................ 38 6.4 MAP pouzdanost i overhead........................................................................... 39 PERFOMANSE MOBILNOG WiMAX-a.......................................................... 40 7.1 Sistemski parametri......................................................................................... 40 7.2 Sistemske perfomanse..................................................................................... 41 ZAKLJUAK ....................................................................................................... 44

3.

4.

5.

6.

7.

8.

1

1. UVODWiMAX1 tehnologija, bazirana na IEEE2 802.16-2004 standardu, ubrzano se pokazuje kao tehnologija koje e igrati glavnu ulogu u fiksnim irokopojasnim beinim mreama. Prva sertifikovana laboratorija, uspostavljena u Cetecom Labs u Malagi u paniji je potpuno operativna i preko stotinu WiMAX proba je u aktivno u Evropi, Aziji, Africi i Sjevernoj i Junoj Americi. Nesumnjivo, fiksni WiMAX, baziran na IEEE 802.16-2004 standardu, se dokazao kao isplativa fiksna beina alternativa kablovskom i DSL3 servisu. U decembru 2005. godine IEEE je ovjerio dodavanje 802.16e amandmana standarnu 802.16. Ovaj amandman dodaje stavke koje su nepohodne da podre mobilnost. WiMAX forum sada definie sistemske perfomanse i profile sertifikovanja bazirane na IEEE 802.16e mobilnom amandmanu i, prelazei definisanje vazdunog interfejsa, WiMAX forum definie i mrenu arhitekturu neophodnu za implementaciju end-to-end mree mobilnog WiMAX-a. Mobilni WiMAX je irokopojasno beino rijeenje koje omoguava konvergenciju mobilne i fiksne irokopojasne mree kroz zajedniku tehnologiju irokopojasnog radio-pristupa i fleksibilnu mrenu arhitekturu. Vazduni interfejs mobilnog WiMAX-a je usvajio OFDMA4 za poboljane perfomanse viestrukog prostiranja u okruenjima gdje se ne ostvaruje linija vidljivosti (NLOS5). Skalabilni OFDMA (SOFDMA6) je uveden u IEEE 802.16e amandman da podri promijenljive irine radio-kanala od 1,25 do 20 MHz. U ovom dokumetu je predstavljen prikaz tehnologije koja se nalazi iza sistema mobilnog WiMAX-a, arihtektura i struktura mrea baziranih na WiMAX sistemima, i konano, dat prikaz perfomansi za osnovnu minimalnu konfiguraciju zasnovanu na Izdanju-1 sistemskog profila izdatog od strane WiMAX foruma. Sistemski profil mobilnog WiMAX-a omoguava mobilnim sistemima da budu kofigurisani na uobiajan nain to osigurava baznu funkcionalnost terminala i baznih stanica koje su potpuno interoperabilne. Neki elementi profila bazne stanice su definisani kao opcioni, tako pruuju dodatnu fleksibilnost za razvoj baziran na specifinim razvojnim strategijama, koje mogu zahtijevati razliite konfiguracije koje su optimizovane prema kapacitetu ili prema pokrivenosti. Sistemski profil Izdanje-1 mobilnog WiMAX-a pokriva 5, 7, 8,75 i 10 MHz irine radio-kanala za licencirani spektar na svjetskom nivou u frekventnim podrujima od 2,3 GHz, 2,5 GHz i 3,5 GHz. Pokazano je da mobilni WiMAX moe pruiti kapacitet od nekoliko desetinama megabita po sekundi sa svake bazne stanice sa uobiajnom konfiguracijom. Neke od naprednih tehnologija kako to su adaptivni antenski sitemi koji mogu znaajno unaprijediti perfomanse su tako e razmotrene u ovom dokumetu.1 2

Worldwide Interoperability for Microwave Access Institute of Electrical and Electronics Engineers 3 Digital Subcriber Line 4 Orthogonal Frequency Division Multiple Access 5 Non-Line-Of-Sight 6 Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Access

2

Brz prenos podataka omoguava efikasno multipleksiranje i nisko kanjenje podataka. Osnovni atributi za omoguivanje irokopojasnog servisa podatka ukljuujui podatke, video streaming i VoIP se pruaju sa visokim kvalitetom servisa. Perfomanse e omoguiti transparentnost kvaliteta servisa izme u mobilnog WiMAX-a i irokopojasnog inog servisa kao to je kablovski i DSL, i vaan su zahtijev za uspijeh ciljane mobilne internet aplikacije za mobilni WiMAX. Skalabilna arhitektura, brz prenos podataka i niska cijena opremanja ine mobilni WiMAX vodeom solucijom za beini irokopojasni servis. Ostale prednosti WiMAX-a ukljuuju otvorene standarde za beine irokopojasne servise, ouvanje eko-sistema i dr. Stotine kompanija uestvuju u razvoju i mnoge kompanije su objavile proizvodne planove za ovu tehnologiju. Jo jedan vaan zahtijev za uspijeh tehnologije je niska cijena pretplatnikog servisa za mobilni intrenet. iroko uee industrije e osigurati ekonomsko odmijeravanje koje e sniziti cijenu pretplate i omoguiti globalnu dostupnost mobilnog intrneta, ukljuujui zemlje u razvoju. Na kraju ovog uvoda bih pojasnio neke stvari koje dovode do zabuna u vezi korienja termina WiMAX. WiMAX nije tehnologija, moe se rei da je sertifikaciona marka, ili peat odobrenja, koji se daje opremi koja pokazuje odre enu uskla enost i interoperabilnost na testovima za IEEE 802.16 familiju standarda. Slina zabuna je vezana za termin WiFi (Wireless Fidelity), koji kao WiMAX, je sertifikaciona marka za opremu baziranu na razliitim setovima IEEE standarda od strane 802.11 radne grupe za beine lokalne mree. Ni WiMAX, ni Wi-Fi nisu tehnologije ali su njihova ima usvojena u popularnoj upotrebi da oznae tehnologiju koja se nalazi iza njih. Ovo je posljedica problematinosti upotrebe termina IEEE 802.16 u svakodnevnom govoru i pisanju. Upotreba termina WiMAX i IEEE 802.16 kao sinonima proizvodi probleme, poto je mogue da proizvo ai opreme proizvedu proizvod baziran ba na IEEE 802.16 standardima a koji ne bi dobili WiMAX serifikat. Za potrebe ovog dokumenta, termin WiMAX e se odnositi na WiMAX sertifikovanu opremu koja je bazirana na IEEE 802.16 setu standarda. Svaka referenca na WiMAX tehnologiju odosi se na IEEE 802.16 set standarda koji su osnova WiMAXa.

3

2. EVOLUCIJA I STANDARDI WiMAX SISTEMA 2.1 Evolucija IEEE familije standarda za BWAU kasnim devedestim proizvo ai telekomunikacione opreme poinju da razvijaju i nude proizvode za irokopojasni beini pristup (BWA1). Industrija je patila od neusaglaenih standarda. Zbog potrebe za standardom, ameriki nacionalni institut za standarde i tehnologiju je u avgustu 1998. godine sazvao sastanak na tu temu. Sastanak se zavrio odlukom da se izvri organizacija unutar IEEE 802. To je dovelo do formiranja IEEE 802.16 radne grupe. Od tada, lanovi radne grupe su uradili mnogo da se razvije standard za fiksni i mobilni BWA. IEEE radna gupa 802.16 za BWA standard je odgovorna za razvoj 802.16 i ukljuenog u to WirelessMan vazdunog interfejsa, zajedno sa standardima i amandmanima. IEEE 802.16 standard sadri specifikaciju fizikog sloja (PHY2) i sloja za kontrolu pristupa medijumu (MAC3) za BWA. Prva verzija standarda IEEE 802.16 2001 je odobrena u decembru 2001. godine i prola je kroz mnoge amandmane da bi prilagodila nove osobine i funkcije. Trenutna verzija standarda IEEE 802.16 2004, je odobrena u septembru 2004. godine, i konsolidovala je sve prethodne verzije sandarda. Ovaj standard specifikuje vazduni interfejs za fiksni BWA sistem podravjaui multimedijalne servise u licenciranim i odobrnim slobodnim spektrima. Radna grupa je odobrila IEEE 802.16e 2005 amandman za IEEE 802.16 2004 u februaru 2004. godine. U tableli 2.1 je dat pregled evolucije IEEE 802.16 standarda.

IEEE 802.16 2001 Zavren Spektar Decembar 2001. 10-16 GHz

IEEE 802.16a 2003 Januar 2003. 2-11 GHz NLOS Do 75 Mbps (20 MHz kanalizacija)

IEEE 802.16 2004 Jun 2004. 2-11 GHz NLOS Do 75 Mbps (20 MHz kanalizacija)

IEEE 802.16e 2005 Decembar 2005. 2-6 GHz NLOS Do 15Mbps (5 MHz kanalizacija)

Propagacija LOS Do 134 Mbps (28 MHz kanalizacija)

Bitska brzina

1 2

Broadband Wireless Access Physical layer 3 Medium Access Control

4

IEEE 802.16 2001 QPSK, 16QAM (opciono u UL), 64QAM (opciono) Fiksna

IEEE 802.16a 2003 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM (opciono)

IEEE 802.16 2004 256 podnosilaca OFDM, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM

IEEE 802.16e 2005 SOFDMA, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM (opciono) Fiksna/moblina

Modulacija

Mobilnost

Fiksna

Fiksna/nomadska

Tabela 2.1: Pore enje IEEE standarda za BWA

2.1.1 IEEE 802.16 2001Prva stavka standarda koja specifikuje set MAC i PHY slojava nastojala je da prui fiksni BWA u taka-taka ili taka-vie taaka topologiji. PHY sloj koristi modulaciju sa jednim nosiocem u frekventnom spektru od 10 do 66 GHz. Brzina prenosa, trajanje i modulacija su dodjeljeni od strane bazne stanice i dijele se sa svim vorovima u mrei u formi rasprostranjenog Uplink-a i Downlink mapama. Pretplatnici treba samo da uju baznu stanicu na koju su spojeni i ne moraju sluati ostale vorove u mrei. Standard ukljuuje QPSK1, 16QAM2 i 64QAM modulacione postupke. One mogu biti mijenjane od frejma do frejma i od pretplatnike stanice do pretplatnike stanice, zavisno od robusnosti konekcije. Standard podrava obje dupleksne tehnike, dupleks na bazi vremenske raspodijele (TDD3) kao i dupleks na bazi frekventne raspodijele (FDD4). Vana osobina 802.16 2001 standarda je njegova mogunost da prui razliit QoS u MAC sloju. Identifikator servisnog toka vri QoS provjeru. Servisni tok je karakterisan svojim QoS parametrima, koji potom mogu biti koriene da odrede parametre kao to su maksimalna latentnost i tolerisani jitter. Servisni tok moe biti urokovan ili od bazne stanice ili od pretplatnie stanice. 802.16 2001 radi samo u LOS5 uslovima sa vanjskom korisnikom opremom (CPE6).

2.1.2 IEEE 802.16a 2003Ova verzija standarda poboljava IEEE 802.16 2001 unapre ujuu MAC sloj da bi podrao viestruke specifikacije fizikog sloja i prua dodatne specifikacije fizikog1 2

Quadrature Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Modulation 3 Time Division Duplexing 4 Frequency Division Duplexing 5 Lign Of Site 6 Customer Premisis Equipment

5

sloja. Odobren je od strane IEEE 80.16 radne grupe u januaru 2003. godine. Ovaj amandman dodaje podrku fizikog sloja za frekventni opseg od 2 do 11 GHz. Oba, odobreni i licencirani slobodni spektri su ukljueni. NLOS je postao mogu zahvaljujui ukljuivanju opsega ispod 11 GHz, to je preoirilo geografski domet mree. Zahvaljujui NLOS omoguena viestruka propagacija. Mogunost da radi sa viestrukom propagacijom i ublaavanjem interferencije kao to su napredno upravljanje napajanjem i tehnika adaptivnih antena su ukljuene u specifikaciju. Opcija da se koristi OFDM1 je ukljuena kao alternativa modulaciji sa jednim nosiocem. Sigurnost je poboljana, mnogi od slojeva za privatnost postaju stalni dok su do tada bili opcioni. IEEE 802.16a tako e dodaje opcionu podrku za mijeanu topologiju.

2.1.3 IEEE 802.16c 2002U decembru 2002. godine, IEEE odbor za standarde je odobrio amandman IEEE 802.16c. U ovom amandmanu je dodat detaljnjiji sistemski profil za opseg od 10 do 66 GHz i neke greke i neuskla enosti prve verzije standarda su ispravljene.

2.1.4 IEEE 802.16 2004802.16-2001, 802.16a-2003 i 802.16c-2002 su zdrueni i stvoren je novi standard 802.16-2004. U poetku, novi standard je bio objavljen kao revizija standarda pod imenom 802.16 REVd, ali su izmjene bile tako velike da je standard, u septembru 2004. godine, ponovo izdat pod imenom 802.16-2004. U ovoj verziji, odobrena je itava familija standarda. IEEE 802.16-2004 koristi OFDM da opsluuje mnogo korisnika sa metodom vremenske podijele i sortiranja po tehnici svaki sa svakim, ali to se obra uje ekstremno brzo tako da korisnici imaju osjeaj da stalno ostvaruju vezu primanja/slanja podataka. To je tehnologija fiksnog beinog pristupa, projektovana da slui kao beina DSL tehnologija, i da se takmii sa postojeim DSL-om ili irokopojasnim kablovskim provajderima ili da obezbjedi osnovne telefonske usluge i irokopojasni pristup u nepristupanom podruju gdje ne postoji druga tehnologija pristupa, primjeri ukljuuju zemlje u razvoju ili seoska podruja u razvijenim zemljama gdje je ekonomski neisplativo dovoditi ice i kablove. 802.16-2004 je tako e vidljivo rjeenje za beini backhaul za WiFi2 pristupne take ili potencijal za celularne mree, naruito ako se koristi licencirani spektar. Konano, u odre enim konfiguracijama, fiksni WiMAX se moe koristiti da obezbjedi veoma velike brzine prenosa podataka. Tipino, korisnika oprema se sastoji od spoljanje antene i unutranjeg modema, s tim da tehniar treba da povee poslovne i privatne pretplatnike na mreu. U odre enim sluajevima, mogu se koristiti samoinstalacione unutranje jedinice, naruito kad je pretplatnik u neposrednoj blizini bazne stanice. Samoinstalirajua oprema e uiniti od 802.16-2004 mnogo ekonominije rijeenje jer e smanjiti trokove na korisnikoj strani.1 2

Orthogonal Frequency Division Multiplexing Wirless Fidelity

6

2.1.5 IEEE 802.16e 2005Ovaj amandman je dodat u standard IEEE 802.16 2004 u decembru 2006. godine. On ukljuuje poboljanja fizikog sloja i sloja za kontrolu pristupa medijumu s ciljem omoguavanja kombinovanja fiksknih i mobilnih operacija u licenciranom opsegu. 802.16e koristi OFDMA i moe sluiti istovremeno vie korisnika, tako to dodjeljuje sets of tones svakom korisniku. Optimiziovan je za dinamike mobilne radio kanale i omoguava podrku za handoff i roming. 802.16e koristi i SOFDMA, modulacionu tehniku viestrukih nosilaca koja koristi tzv. potkanalizaciju (subchannelization). Data mogunost korienja i mrenih fiksnih servisa preko postojeeg mobilnog. Na poetku razvoja ovog standarda frekventni opseg u kom e raditi mobilni WiMAX nije odmah usvojen, ve su predloene frekvencije od 2.3 do 2.5 GHz. 802.16e proizvodi su prilago eni za mobilnost i handoff-ove (pokretne stanice). Podrka za utedu snage i stand by mod e produiti ivot baterija mobilnih korisniki ure aja. Mobilni WiMAX uvodi OFDMA i podrava nekoliko kljunih stavki neophodnih za uspostavljenje mobilnog irokopojasnog servisa za brzine kretanja automobila, veih od 120 km/h, sa kvalitetom servisa uporedivim sa alternativnim irokopijasnim beinim pristupima. Ove stavke i atributi su:

Tolerancija na viestruko prostiranje talasa (multipath propagation) i intersimbolsku interferenciju za potkanalnom ortogonalnou i u DL i u UL. Promijenjljiva irina kanala, od 1,25 do 20 MHz. Dvosmijerni prenos podijelom vremena1 (TDD) je odre en za poetni profil mobilnog WiMAX-a. Efikasan je u podrci nesimetrinog saobraaja i kanalskom reciprocitetu za laku podrku naprednih antenskih sistema. Hibridno-automatsko ponavljanje zahtijeva (H-ARQ2) prua dodatu snagu sa brzom izmjenom uslova prostiranja u visoko mobilnim situacijama. Frekvencijski selektivno raspore ivanje i potkanalizacija sa viestrukim permutacionim opcijama, daje mobilnom WiMAX-u sposobnost da optimizuje kvalitet konekcije zavisno od snage relativnog signala za odre enog korisnika. Upravljanje utedom napajanja osigurava napojno-efikasne operacije baterijskih runih i portabilnih ure aja u Sleep i Idle modovima. Mreno-optimizovan Hard Handoff (HHO3) je podran da svede na minimum overhead (signali koji nisu korisniki sadraj) i da postigne kanjenja manja od 50 ms.

1

Dvosmjerni prenos podijelom frekvencije (FDD) e biti razmatran u buduim profilima za potrebe specifinih potreba trita ili lokalnih spektralnih regulativa 2 Hybrid-Automatic Repeat Request 3 Hard Handoff

7

Multicast i Broadcast servisi (MBS1) kombinuju osobine DVB-H2, MediaFLO i 3GPP E-UTRA za:

Visoke brzine podataka i pokrivenosti koristei mreu jedne frekvencije; Fleksibilna alokacija radio izvora; Niska potronja energije mobilnih ure aja; Nisko vrijeme promjene kanala;

Podrka za smart antene pomogutno sa potkanalizacijom i kanalskim reciprocitetom omoguava irok spektar naprednih antenskih sistema. Fraconalna reupotreba frekvencije kontrolie me ukanalsku interferenciju da bi se podrala univerzalna reupotreba frekvencije sa minimalnom degradacijom spektralne efikasnosti. Veliina frejma od 5 ms prua optimalan odnos izme u overhead-a i latentnosti.

Mrena radna grupa WiMAX foruma razvija mrenu specifikaciju vieg nivoa za sistem mobilnog WiMAX-a iznad onoga to je definisano u IEEE 802.16 standardu koji odre uje samo vazduni interfejs. Kombinovani napori IEEE 802.16 i WiMAX foruma pomau u definisanju end-to-end3 sistemskog rijeenja za mreu mobilnog WiMAX-a. Sistem mobilnog WiMAX-a nudi skalabilnost i u pristupnoj radio tehnologiji i u mrenoj arhitekturi, tako da omoguava veliku fleksibilnost u opcijama mrenog postavljanja i servisnih usluga. Neke od istaknutih mogunosti koji podrava mobilni WiMAX su:

Visoke brzine prenosa podataka: Ukljuivanje MIMO4 antenske tehnike zajedno sa fleksibilnim potkanalaizacijskim emama, napredno kodiranje i modulacija, svi zajedno omoguavaju tehnologiji mobilnog WiMAX-a podrku vrnim brzinama prenosa za preuzimanje (DL5) do 63 Mb/s po sektoru i vrnim brzinama prenosa za slanje (UL6) do 28 Mb/s po sektoru u kanalu od 10 MHz. Kvalitet servisa (QoS7): Fundamentalna pretpostavka IEEE 802.16 MAC8 arhitekture je QoS. On definie servisne tokove koji mogu mapirati razliite servisne kodove to omoguava end-to-end IP9 bazirani QoS. Dodatno, potkanalizacija i MAP bazirane signalne eme pruaju fleksibilne mehanizme za

1 2

Multicast and Broadcast Service Digital Video Broadcasting-Handheld 3 Kraj-na-kraj 4 Multiple Input / Multiple Output 5 Downlink veza za preuzimanje podataka 6 Uplink veza za slanje podataka 7 Quality of Service 8 Media Access Control medijum za kontrolu pritupa 9 Internet Protocol

8

optimalno raspore ivanje prostora, frekvencije i vremenskih resursa u vazdunom intefejsu baziranog na principu frame-by-frame1.

Skalabilnost: Uprkos ubrzanoj globalizaciji ekonomije, spektralni resursi za beine irokopojasne mree su jo uvijek prilino neusaglaeni za te namijene. Stoga je tehnologija mobilnog WiMAX-a dizajnirana da bude sposobna da radi u razliitim kanalizacijama od 1,25 do 20 MHz te da se uklopi u razliite svjetske zatijeve, u isto vrijeme se nastavljaju napori da se postigne spektralna harmonizacija na dui period. Ovo, tako e, omoguava razliitim privredama da uvide viestruke koristi tehnologije mobilnog WiMAX-a za njihove specifiane geografske potrebe kao to su pruanje isplativog internet pristupa u ruralnim sredinama kao i poboljanje kapaciteta mobilnog irokopojasnog pristupa u gradskim i prigradskim sredinama. Sigurnost: Detalji koji su postavljeni za sigurnosni aspekt mobilnog WiMAX-a su najbolji u klasi EAP2 baziranih autentifikacija, AES3 baziranih autentifikacionih enkripcija, i CMAC4 i HMAC5 baziranih ema zatite kontrolnih poruka. Podrka za razliite korisnike verifikacije, ukljuujui: SIM6 kartice, Smart kartice, Digitalne potpise, i korisniko ime/lozinka emama baziranim na relevantnim EAP metodama. Mobilnost: Mobilni WiMAX podrava optimizovane eme handoff-a sa latentnostima manjim od 50 ms, time osigurava da se aplikacije koje rade u realnom vremenu, kao to su VoIP, izvravaju bez servisne degradacije. Fleksibilne eme upravljanja kljuevima osiguravaju da se odrava sigurnost tokom handoff-a.

2.2 Wimax ForumWiMAX Forum je industrijska, neprofitabilna organizacija osnovana 2001. godine s ciljem da promovie i vri sertifikaciju kompatibilnih i interoperabilnih irokopojasnih beinih proizvoda. Formirali su ga proizvo ai opreme i komponenti da bi podrali IEEE 802.16 BWA sistem i osigurali kompatibilnost i interoperabilnost BWA opreme to vodi smanjenju trokova pri njegovoj implementaciji. Vizionarske kompanije, koje su uvidjele da je trenutno rjeenje beinog pristupa neprikladno, povele su kampanju za razvoj WiMAX Forum CertifiedTM proizvoda. Generalno postoji nedostatak kapaciteta za prenos video sadraja, nedovoljan propusni opseg, a sve to je previe kompleksno i skupo zbog neintegrisanih mrea. irokopojasni beini pristup mreama baziran na Ethernetu eliminisae potrebu za viestrukom konverzacijom unutar WAN7-a i LAN-a izme u ATM1 i IP mrenih elemenata.1 2

Frejm-po-frejm Extensible Authentication Protocol 3 Advenced Encryption Standrad 4 Cipher-based Message Authentication Code 5 Hash-based Message Authentication Code 6 Subcriber Indentity Module 7 Wide Area Network

9

WiMAX Forum radi ono to je WiFi Alliance-a uradila za beini LAN i IEEE 802.11. 2003. godine, Intel korporacija je postala glavna podrka WiMAX Forumu. WiMAX Forum CertifiedTM proizvodi pridravaju se IEEE 802.16 standarda i nude iri ospeg, nie cijene i vei kapacitet servisa od veine dostupnih rijeenja. WiMAX Forum radi na tome da uspostavi osnovnu liniju protokola koja omoguava interoperativnost opreme i ure aja razliitih proizvo aa. Na slici 2.5 prikazana je uloga WiMAX Foruma. WiMAX Forum ima vie od 420 lanova koje ine proizvo ai opreme, snabdjevai komponenti, servisni provajderi i ostali. Neki od uglednih lanova su Alcatel, AT&T, Fujitsu, Intel, Nortel, Motorola, Redline, SBC, Simens, itd.

Interoperabilnost Uskla enost Sertifikacija HarmonizacijaSlika 2.5 Uloga WiMAX Foruma na globalnom nivouKomercijalna primjena standarda Harmonizacija na globalnom nivou

WiMAX Forum e slijediti IEEE tradiciju da bude slobodan, obiman i kompletan, dizajniran za jako velike aplikacije. Svi uesnici mogu dobiti efektnu beinu infrastrukturu za irokopojasne servise podataka bilo da je ona fiksna, nomadska ili mobilna. WiMAX Forum CertifiedTM je otvorena sertifikacija bazirana na IEEE standardu 802.16. WiMAX Forum Tehnical Working Group vri provjeru i sertifikaciju proizvoda. Postoje tri laboratorije za sertifikaciju: CETECOM u paniji, TTA u Koreji i CATR u Kini. Za mrene operatore, ovakva interoperabilnost prua vie opcija, fleksibilnost razvoja beinog irokopojasnog sistema i saznanje da svi proizvodi koji imaju sertifikat mogu zajedno raditi.

1

Asynchronous Transfer Mode

10

3. ARHITEKTURA WIMAX SISTEMA 3.1 Skup protokolaIEEE 802.16 standard pokriva dva najnia sloja OSI modela: Sloj za kontrolu pristupa medijumu (MAC) i fiziki sloj. MAC sloj je odgovoran za odre ivanje koja pretplatnika stanica (SS) moe pristupiti mrei, i dalje je podijeljen u tri podsloja: Podsloj konvergencije specifian za usluge (SC1), zajedniki dio MAC sloja (CPS2), i bezbjednosni podsloj. SC transformie dolazee podatke primljene od SC sevisne pristupne take (SAP3) u MAC pakete podataka. Transformacija mapira vanjske mrene informacije u IEEE 802.16 MAC informacije, kao to su servisni tok i identifikator konekcije (CID4). Trenutni standard detaljno opisuje dvije SC specifikacije: ATM SC i Packet SC. CS je tako e odgovoran za branjenje/omoguavanje QoS-a i dozvoljavanje alokacije frekventnog opsega. Na slici 3.1 prikazan je skup protokola mree 802.16. Njegova opta struktura odgovara mreama serije 802, osim to ovdje ima vie podslojeva.Gornji slojevi Podsloj konvergencije specifian za usluge MAC sloj

Zajedniki dio MAC podsloja

Bezbjednosni podsloj Podsloj konvergencije prenosa Podsloj zavisan od fizikog medijuma Fiziki sloj

QPSK

QAM-16

QAM-64

Slika 3.1 - Skup protokola mree 802.16

MAC sloj se dijeli na tri podsloja. Najnii je zaduen za privatnost i bezbjednost, to je mnogo vanije za javni spoljanji saobraaj nego za privatni razgovor u enterijeru. U njemu se razmjenjuju ifre i ifruju, odnosno deifruju poruke.1 2

Service-specific Convergance sublayer Common Part Sublayer 3 Service Access Point 4 Connection Identifier

11

Srednji sloj je zajedniki dio MAC podsloja i odgovoran je za funkcionisanje kontrole pristupa, alokacije frekventnog opega, uspostavljanje konekcije, i odravanje. U njemu su smjeteni glavni protokoli. Model predvi a da bazna stanica upravlja cijelim sistemom. Ona moe vrlo efikasno da raspore uje kanale za saobraaj ka korisnicima, a odgovorna je i za kanale kojima joj korisnici upuuju poruke. Za razliku od drugih mrea serije 802, ovaj MAC podsloj je potpuno usmjeren na uspostavljanje direktne veze jer mu je glavni cilj da obezbjedi kvalitetne telefonske i multimedijalne usluge. Podsloj konvergencije specifian za usluge transformie dolazee podatke primljene od SC sevisne pristupne take (SAP) u MAC pakete podataka. Transformacija mapira vanjske mrene informacije u IEEE 802.16 MAC informacije, kao to su servisni tok i identifikator konekcije (CID1). On zamijenjuje podsloj za upravljanje logikom vezom u drugim 802 protokolima. Treba da obezbjedi interfejs ka mrenom sloju. SC je, tako e, odgovoran za branjenje/omoguavanje QoS-a i dozvoljavanje alokacije frekventnog opsega. IEEE 802.16 fiziki sloj je odgovoran za emitovanje i prijem podataka, odnosno upravlja prenosom koji se ostvaruje klasinim uskopojasnim radio-ure ajima uz korienje uobiajenih tehnika modulacije.

3.2 Mrena arhitekturaIEEE 802.16 mrea se sastoji od fiksnih infrastrukturnih poloaja. Zapravo, IEEE 802.16 mrea nalikuje elijskom telefonskoj mrei. Svaka elija se sastoji od bazne stanice (BS2) i jedne ili vie pretplatnikih stanica (SS3), zavisno od implementacije topologije. Tako da, bazna stanica obezbje uje Taka-taka (PTP4) servis ili Taka-vie taaka (PMP5) servis u cilju da opsluuje vie pretplatnikih stanica. Bazna stanica obezbje uje konekciju sa jezgrom mree. Pretplatnika stanica moe biti montirana na krovu ili zidu kao pretplatnika oprema (CPE6) ili zaseban runi ure aj kao to je mobilni telefon, personalni digitalni ure aj (PDA7) ili periferijska kartica (PCI8) kompjutera ili laptopa. U sluaju vanjske pretplatnike opreme, korisnici u unutranjosti zgrade su spojeni na konvencionalnu mreu kao to je Ethernet LAN9 (IEEE 802.3 LAN) ili beini LAN (IEEE 802.11b/g WAN10) koji imaju pristup na CPE. Grupa elija moe biti grupisana da ini mreu, gdje su bazne stanice spojene kroz mreno jezgro kao to je prikazano na slici 3.2. IEEE 802.16 mrea, tako e, podrava mijeanu topologiju, gdje su pretplatike stanice u mogunosti da komuniciraju me u sobom bez potrebe za baznom stanicom.1 2

Connection Identifier Base Station 3 Subscribe Station 4 Point to Point 5 Point to Multipoint 6 Cutomer Premises Equipment 7 Personal Digital Assistant 8 Peripheral Component Interconnect 9 Local Area Network 10 Wireless Area Network

12

slika 3.2 Tipiana IEEE 802.16 mrea

Bazna stanica tipino sadri jednu ili vie iroko-emisionih entena koje mogu biti podijeljene u nekoliko manjih sektora, gdje suma svih sektora ini pokrivenost od 360o. CPE, tipino, sadri visoko usmjerene antene koje su usmjerene prema baznoj stanici. Zavisno od potrebe, IEEE 802.16 mrea moe biti postavljena u razliitim foramama. Arhitektura i upotreba WiMAX-a ima dvosmjernu evoluciju. Fiksni pristup je poetno kombinovan sa portabilnim i onda je proporcionalno evoulirao do pune mobilnosti. Okvir je baziran na nekoliko glavnih principa:

Podrka za razliite RAN1 (radio pristup mrei) topologije. Dobro definisan interfejs s ciljem da omogui 802.16 RAN nezavisnost arhitekture dok omoguava me usobnu integraciju i umreavanje (interworking) sa WiFi, 3GPP32 i 3GPP2 mreama. Snaga i otvorenost, IETF3 definisane IP tehnologije i poveanje izgradnje svih IP 802.16 pristupa mreama koristei COTS4 (Components Of The Shelf) opremu. Podrka za IPv4 i IPv6 klijentske i aplikacijske servere, sa preporukom upotrebe IPv6 infrastrukture. Funkcionalni produetak za podrku buduih razvoja ka punoj mobilnosti i dostavljanju irokopojasne multimedije.

1 2

Radio Access Network 3G Patnership Project 3 Internet Engineering Task Force 4 Components Of The Shelf

13

Arhitektura e biti primjenjiva na licencne i nelicencne 802.16 razvoje. Bie pogodna za prilago enje svim dosadanjim tipovima operatora. Prikladna je za integraciju sa postojeim IP operatorima core network (DSL, kablovski pristup ili 3G) preko interfejsa baziranog na IP, to je prikazano na slici 3.3.

Slika 3.3 - Arhitektura WiMAX sistema

Arhitektura se prilogo ava razliitim online i offline klijentskim zahtijevima. Podravae iroki opseg TCP1 i UDP2 aplikacija u realnom vremenu i van realnog vremena. vrsta dvostrana korisnika autentifikacija bazira se na raznovrsnim mehanizmima kao to je korisniko ime/lozinka, X.509 sertifikacija, SIM (pretplatniki identifikacijski modul), univerzalni SIM (USIM3) i RUIM4 (uklonjivi korisniki identifikacijski modul) i pruanje usluga kao to je intengritet podataka, ponovna zatita podataka (data reply protection), povjerljivost podataka i neodricanje duine kljua dozvoljene unutar globalne regulacije. WiMAX je projektovan tako da bi se udruio sa dosadanjom standardnom i beinom infrastrukturom. WiMAX mrea ima vie baznih stanica i udruenih antena koje beino komunicuraju sa velikim brojem korisnikih ure aja (ili pretplatnikih stanica). WiMAX MAN je ematski slian point-to-multipoint rasporedu elijskih mrea. On se obre oko strateki pozicioniranih baznih stanica iji je signal usmjeren u podruje CPE-ova.

1 2

Transmission Control Protocol User Datagram Protocol 3 Universal Subscriber Identity Module 4 Removable User Identity Module

14

3.3 Struktura WiMAX sistemaWimax sistem se moe podijeliti na dva dijela, mreni i korisniki, iji su glavni reprezentni: WiMAX bazna stanica i WiMAX prijemnik, poznatiji kao CPE.

3.3.1 Bazna stanicaWiMAX bazna stanica je povezana na javnu mreu preko optikog kabla, kabla, mikrotalasnog linka ili preko neke druge veze velike brzine, koje su poznate kao backhaul. Idealno bi bilo kad bi WiMAX koristio taka-taka antene kao backhaul da povee sva korisnika mjesta (svaki sa svakim) me usobno i sa baznim stanicama na veoma velike udaljenosti. Bazna stanica daje usluge pretplatnicima (tj. korisnikoj opremi u prostorijama) koristei vezu bez optike vidljivosti (NLOS) ili sa optikom vidljivou (LOS) i obezbje uje vezu tipa point-to-multipoint (jedan primopredajnik komunicira sa vie primopredajnika rasutih okolo), to se odnosi na vezu posljednjeg kilometra. Pretplatnika mjesta su esto privatne ili poslovne zgrade koje imaju sopstveni standardni ili beini LAN. Ona su povezana sa WiMAX-ovim baznim stanicama preko malih antena koje su postavljene na zgradama i primaju i alju signal, te povezuju LAN ili WLAN zgrade sa internetom i drugim servisima. Budui korisnici koji budu direktno povezani na WiMAX sistem zavisno od frekventnog opsega imae integrisane kartice u svoje ure aje. WiMAX bazna stanica se sastoji od unutranje elektronike (BTS1) i WiMAX tornja. WiMAX toranj koji je slian predajnicima mobilne telefonije, prikazan je na slici 3.5. U praksi se pokazalo da bazna stanica moe pokriti radijus od 10 km, iako u teoriji se tvrdi da je pokrivenost do 50 km. Bilo koji beini vor u ovoj oblasti moe imati pristup internetu.

Slika 3.7 Motorola WiMAX Smart Antena. Fiksni, nomadski i mobilni pristup1

Base Station Transceivers

15

Slika 3.5 - WiMAX toranj

Slika 3.6 WiMAX BTS

Svaka bazna stanica obezbje uje beini pristup u oblasti koja se zove elija. Kao i kod sa konvencionalnih celularnim mobilnih mrea, antene baznih stanica mogu biti omnidirekcione ime eliji daju kruni oblik, ili direkcione koje daju linearan oblik i koriste se u vezi point-to-point ili za poveavanje kapaciteta mree, efektivno dijelei velike elije na nekoliko manjih sektora.

3.3.2 PrijemnikKorisniki dio WiMAX sistema predstavlja prijemnik (WiMAX modem) sa antenom (koja je odvojena ili ugra ena u sam ure aj), prikazano na slikama 3.7, 3.9, 3.10 ili je to PCMCI1 kartica koja se postavlja u kompjuter ili laptop (slika 3.11), a moe biti i ugradni ip iroka implementacija se tek oekuje, prikazano na slici 3.8. Veliki proizvo a tehnike opreme, Intel, predstavio je 2006. godine ip koji omoguava korienje WiMAX-a u PC-u i drugoj korisnikoj opremi, a u PDA i mobilnim telefonima su se poeli pojavljivati u proloj godini. Oni e poveati ponudu velikog trita koje postoji za WLAN lokalni Ethernet. Na slici 3.12 je prikazan irok spektar korisnikih ure aja za fikni, nomadski i mobilni WiMAX.

Slika 3.7 - Unutranji modemi

Slika 3.8 - WiMAX cip, Intel

1

Personal Computer Memory Card International Association

16

Slika 3.9 WiMAX Unutranji modemi - primjena

Slika 3.10 WiMAX vanjski modem

Slika 3.11 - WiMAX 802.16e PCMCIA kartica i primjena

Slika 3.12 - Motorola WiMAX korisniki ure aji za Fiksni, nomadski i mobilni pristup

Pristup WiMAX baznoj stanici je slian pristupu beinoj pristupnoj taki (AP1) u Wi-Fi mreama, ali je pokrivenost mnogo vea. Troak za CPE je do sad bio jedan od najveih nedostataka i smanjio je interesovanje za irokopojasni beini pristup. To nije samo troak za CPE, ve je i instalacija koja dodatno poveava cijenu. Personalni BWA sistemi su jako zastupljeni tamo gdje se moe ostvariti optika vidljivost, ali oni zahtijevaju puno rada prilikom instalacije i povremenog okretanja antene kod korisnikog ure aja. Kod WiMAX-a se je ovaj problem rijeen sa konceptom samoinstalacije CPE to donosi novu revoluciju u svijet irokopojasni beini pristup.1

Access Point

17

3.4 Primjena IEEE 802.16 mreeIEEE 802.16 podrava ATM, IPv4, IPv6, Ethernet i Virtual Local Area Network (VLAN) servise. Tako da obezbje uje bogat izbor servisnih mogunosti za provajdere koji pruaju usluge prenosa glasa i podataka. Moe biti korien za iroku selekciju beinih irokopojasnih konekcija i solucija.

elijski backhaul: IEEE 802.16 beina tehnologija moe biti izvrstan izbor za backhaul za komercijalne firme za potrebe kao to su hotspots kao i point to point backhaul aplikacije zahvaljujui svojoj robusnosti i velikim dometima. Stambeni irokopjasni servis: Praktina ogranienja kao to su velike udaljenosti i nedostatak povratnog kanala ograniavaju mnoge potencijalne korisnike u dosezanju DSL i kablovske tehnologije. IEEE 802.16 moe popuniti praznine u kablovskoj i DSL pokrivenosti. Nepokrivena podruja: U mnogim ruralnim podrujima ne postoji ina infrastruktura. IEEE 802.16 moe biti bolje rijeenje za omoguavanje komunikacionih servisa tim podrujima koristei fiksni CPE i antene sa visokom dobiti. Uvijek najbolja konekcija: Poto IEEE 802.16 podrava mobilnost, tako mobilni korisnici u poslovnim podrujima mogu postii servise velikih brzina putem IEEE 802.16/WiMAX runih ure aja kao to su PDA, depni PC i smart telefon.

Slika 3.12 - Primjena IEEE 802.16 tehnologije

18

4. FIZIKI SLOJ MOBILNOG WIMAX-A

Za irokopojasni beini pristup potreban je veliki opseg, a on se jedino moe nai u podruju izme u 2 i 66 GHz. Milimetarski talasi iz tog podruja imaju zanimljivo svojstvo koje nemaju dui talasi, oni se ne prostiru u svim pravcima kao zvuk, ve pravolinijski kao svjetlost. Zbog toga bazna stanica mora da ima vie antena usmjerenih u razliite pravce. Svaki sektor okolnog terena koji pokriva jedna antena ima svoje korisnike koji su srazmjerno nezavisni od korisnika u susjednim sektorima. Poto jaina signala u milimetarskom podruju naglo opada s rastojanjem od bazne stanice, zajedno s njom opada i odnos signal-um. Zbog toga se u mrei 802.16 koriste tri tehnike modulacije, zavisno od udaljenosti korisnika od bazne stanice. U neposrednom okruenju koristi se sistem QAM-64 sa 6 bita po bodu, na srednjim udaljenostima sistem QAM-16 sa 4 bita po bodu, a modulacija za najudaljenije korisnike je po sistemu QPSK sa 2 bita po bodu. Na primjer, ako se iskoristi dio spektra od tipino 25 MHz, uz QAM-64 dobiemo 150 Mb/s, uz QAM-16 100Mb/s, a uz QPSK 50 Mb/s. Drugim rijeima to je pretplatnik dalje od bazne stanice, sporiji je prenos podataka, to moemo vidjeti na slici 3.12.

QAM 64

QAM-16

QPSK

Slika 3.12 - Podruje mree 802.16

Kada su dobili zadatak da razviju irokopojasni sistem prenosa, projektanti mree 802.16 morali su se dobro potruditi da uz navedena fizika ogranienja to bolje iskoriste raspoloivi spektar frekvencija. Pri tome nisu bili oduevljeni nainom na koji rade sistemi GSM1 i DAMPS2, tj. korienje dva frekventna podruja jednake irine za prenos podataka ka korisniku i od njega. Pri prenosu govora, saobraaj je vjerovatno priblino jednak u oba smjera, ali kada je u pitanju internet, saobraaj ka korisniku najee je mnogo vei od saobraaja ka baznoj stanici. Zbog toga se u mrei 802.16 predvi a mnogo elastiniji nain dodjeljivanja propusnog opsega pomou dvije tehnike: dvosmjernog prenosa podijelom frekvencije (FDD) i dvosmjernog prenosa podijelom vremena (TDD). Saobraaj ka korisniku preslikava u vremenske intervale bazna stanica zato to je ona iskljuivo odgovorna za taj smjer. Sloeniji saobraaj od korisnika (ka baznoj stanici) zavisi od zahtjevanog kvaliteta usluge, detaljnije o tome u glavi 5.

1 2

Global System for Mobile Communications Digital-Advanced Mobile Phone Service

19

Fiziki sloj ima i zanimljivu sposobnost da u jedinstvenom fizikom prenosu podataka vie MAC okvira pakuje jedan uz drugi. Na taj nain se bolje iskoriava spektar frekvencija jer se smanjuje broj preambula i zaglavlja okvira fizikog sloja. Treba naglasiti da se u fizikom sloju koristi Hamingov kod za ispravljanje greaka u hodu. U skoro svim drugim mreama, otkrivanje greaka se preputa kontrolnom zbiru i tada se zahtijeva ponovno slanje neispravnog okvira. Me utim, u irokopojasnom prenosu podataka na veem podruju oekuje se toliko greaka da se one ispravljaju ne samo u viim slojevima pomou kontrolnog zbira, ve i u fizikom sloju. Zbog viestrukog ispravljanja greaka kanal izgleda bolje nego u stvarnosti ali samo zato to je vie od polovine bita namjenjeno ispravljanju greaka u fizikom sloju.

4.1 Uvod u OFDMIEEE 802.16 definie dva modela OFDM sistema, jedan se jednostavno zove OFDM, drugi je OFDMA. OFDM, multipleksni sistem na bazi ortogonalne frekvencijske raspodijele kanala, je tehnika prenosa sa vie nosilaca koja je u skorije vrijeme prepoznata kao odlina metoda za brze dvosmjerne beine komunikacije za prenos podataka. OFDM tehnika se pojavljuje ezdestih godina prolog vijeka ali je tek nedavno postala popularna jer su integrisane tehnologije, koje mogu obavljati digitalne opearcije velikih brzina, postale dostupne. OFDM efektivno zbija vie modulisanih nosioca, smanjujui potrebni frekventni opseg ali u isto vrijeme dri modulisane signale ortogonalinim tako da nema me usobne intreferencije me u njima. Danas se ova tehnika koristi u sistemima kao to je ADSL1, IEEE 802.11a/g (sa 64 podnosilaca) (Wi-Fi) i IEEE 802.16 (WiMAX) sistemima. OFDM tehnika se bazira na starijoj FDM tehnici. FDM koristi vie razitih frekvencija za simultani paralelni prenos vie signala. Svaki signal ima svoj frekventni opseg (podnosioca) koji se potom modulie podacima. Svaki podnosilac je razdvojen zatitnim opsegom ime se osigurava da nema preklapanja signala. Ovi podnosioci se potom demoduliu na prijemnoj strani koristei filtere kojima se razdvajaju opsezi (kanali).

Slika 4.1 FMD tehnika sa devet podnosilaca

OFDM tehnika je sliana FDM tehnici ali mnogo spektralno efikasnija poto raspore uje kanale mnogo blie jedne drugima, sve dok se oni zapravo ne preklope. Ovo se radi nalaenjem frekvencija koje su me usobno ortogonalene, to znai da su1

Asymmetric Digital Subscriber Loop

20

okomite u matematikom smislu, dozvoljavajui spektru svakog kanala da se preklapa sa drugim bez me usobnog mijeanja. Efekat ove tehnike je prikazan na slici 4.2. gdje vidimo da je potreban opseg uveliko smanjen uklanjajui zatitne opsege i dozvoljavajui preklapanje signala. Da bi se signal demodulisao potrebna je diskretna Furijeova transforamcija (DFT1). ip za brzu Furijeovu transformaciju je komercijalno dostupan, to ovu operaciju ini relativno lakom.

Slika 4.2 OFMD tehnika sa devet podnosilaca

Kod OFDM tehnike imamo 256 podnosioca sa 192 podnosioca podataka, osam pilotskih podnosioca i 56 nula. U osnovnoj formi, svaki podnosilac podataka moe biti setovan ili ne, ime se indicira bit nule ili jedinice date informacije. I PSK2 i QAM modulacioni postupci se tipino upotrebljavaju da bi se ubrzao prenos podataka. U ovom sluaju, niz podataka se dijeli u n(192) paralelnih nizova podataka, svaki na 1/n (1/192) svoje originalne brzine. Svaki niz se potom mapira na individualni podnosilac podataka i modulie se koristei PSK ili QAM postupak. Pilotski podnosioci pruaju referencu na minimiziranu frekvenciju i fazni pomak tokom prenosa dok podnosioci nule slue za zatitne opsege i DC nosioce (centalna frekvencija). Svi podnosioci se alju u isto vrijeme.

Slika 4.3 OFMD tehnika sa 256 podnosilaca

OFDMA, tehnika pristupa na OFDM bazi, dozvoljava nekim podnosiocima da budu dodijeljeni razliitim korisnicima. Na primjer, podnosioci 1, 3 i 7 mogu biti dodijeljeni korisniku 1 a podnosioci 2, 5 i 9 korisniku 2. Ove grupe podnosilaca se zovu potkanali. Skalabilni OFMDA dozvoljava manju veliinu FFT-a da bi se poboljala efikasnost za kanale sa manjim frekventnim opsegom. Sa SOFDMA je mogue smanjiti FFT sa 2048 na 128 da bi se efikasnije radilo sa opsezima od 1,25 do 20 MHz. Ovo omoguava da prostor podnosilaca ostane konstantan nezavisno od frekventne irine kanala to smanjuje kompleksnost a istovremeno se omoguava vei FFT za bolje perfomanse sa irim frekventnim opsezima.1 2

Discrete Fourier Transform Phase Shift Keying

21

Jo jedna prednost OFDM tehnike je otpornost na viestruko prostiranje elektromagnetnih talasa, odnosno na efekat viestruko reflektovanih signala koji stiu do prijemnika. Oni prouzorkuju interferenciju i slabljene selektivnih frekvencija a to je OFDM sposoban da prevazi e koristei paralelnu, sporiju prirodu svog frekventnog opsega. Ovo ini OFDM monom tehnikom za upotrebu u sloenijim okruenjima beinih mobilnih komunikacija. Visoka spektralna efikasnost OFDM tehnike i otpornost na na viestruko prostiranje elektromagnetnih talasa ini ga izuzetno pogodnom tehnologijom za postojee zahtijeve beinog prenosa podataka.

4.2 Osnove OFDM tehnike multipleksiranjaOFDM je tehnika multipleksiranja koja dijeli opseg od interesa na mnogo nosilaca (slika 4.1). Po OFDM tehnici, ulazni tok podataka podijeljen je na nekoliko paralelnih tokova ija je brzina protoka redukovana (to produava trajanje simbola) i svaki od njih se na poseban nain modulie i emituje po posebnom ortogonalnom nosiocu. Poveano trajanje simbola poveava otpornost OFDM-a na smetnje i kanjenje. ta vie, uvo enje ciklinog prefiksa (CP1) u potpunosti moe eliminisati pojavu intersimbolske interferencije (ISI2) sve dok je njegovo trajanje due od trajanja vremena izme u pristizanja dva ista simbola uslijed viestruke propagacije (delay spread). Ciklini prefiks je obino ponovljeni poslednji dio bloka podataka (slika 4.5) koji je pridruen slijedeem bloku podataka. Ciklini prefiks onemoguava me ublokovsku interferenciju, daje utisak da su kanali cirkularni i dozvoljava izjednaavanje u frekvencijskom domenu radi manje sloenosti upotrebe frekvencija od interesa. Osnovna mana CP-a je smanjenost spektralne efikasnosti usljed dodatka informacije. Poto OFDM ima otar, skoro vertikalan spektar, ostatak slobodnog podruja moe se iskoristiti za prenos podataka koji se koriste za poboljanje gubitka efikasnosti zbog ciklinog prefiksa.

Slika 4.4 Osnovna arhitektura OFDM sistema1 2

Cyclic Prefix Inter-Symbol Interference

22

Da bi se prevazilo viestruko prostiranje, kod OFDM tehnike koristi se interliving (ueljavanje) i kodiranje. Modulacija se realizuje pomou inverzne Furijeove transformacije (IFFT1) to omoguava veliki broja potkanala (2048). Resursi se eksploatiu kroz vrijeme u pogledu OFDM simbola i kroz frekvenciju u pogledu podnosilaca. Oni se mogu podijeliti po podopsezima da bi mogli biti dodijeljeni razliitim korisnicima. OFDMA je tehnika multipleksiranja (viestrukog pristupa) koja obezbje uje operaciju slaganja vie tokova podataka (streams) za vie korisnika u istom trenutku za downlink i uplink.

Slika 4.5 Poloaj ciklinog prefiksa (CP)

4.3 Struktura OFDMA i potkanalizacijaStruktura OFDMA sastoji se iz tri tipa podnosilaca, kao to je prikazano na slici 4.3:

Podnosioci koji nose informaciju (podnosioci podataka) ; Pilotski podnosioci za procjenu stanja trase i sinhronizaciju; Podnosioci nule koji slue za razdvajanje grupa informacionih kanala, i DC podnosioci koji se pojavlju na poetku prenosa i ne koristi se za prenos podataka ( uvijek je nula).

Slika 4.6 Struktura OFDMA

1

Inverse Fast Fourier Transform

23

Aktivni podnosioci (informacioni i pilotski) grupisani su u potkanale. Fiziki sloj WiMAX OFDMA podrava potkanalizaciju i u uplinku i u downlinku. Minimalna resursna jedinica potkanalizacije je jedan slot koji se sastoji od 48 informacionih podnosilaca (data tones). Postoje dva naina grupisanja podnosilaca u potkanale Diverziti (metoda raznolikosti) i Granina metoda. Diverziti metoda raspore uje podnosioce po potkanalima pseudosluajno. Na taj nain stvaraju se frekvencijski diverziti i ujednaavanje interelijske interferencije. Diverziti permutacija sastoji se od DL FUSC1 (u potpunosti iskorien podnosilac), DL PUSC2 (dijelimino iskorien podnosilac) i UL PUSC, ali sadri i dodatne opcione permutacije. Kod DL PUSC za svaki par OFDM simbola, raspoloivi i korisni podnosioci grupisani su u klastere, koji sadre 14 graninih podnosilaca po simbolu. Imaju razliit razmjetaj pilota i informacionih nosilaca u svakom od klastera odre enih na osnovu parnih i neparnih simbola. Da bi se formirale grupe klastera koriste se eme gdje je svaka od grupa sainjena od klastera raspore enih u okviru opsega podnosilaca. Potkanal u grupi sadri dva klastera, sainjena od 48 informacionih podnosilaca i 8 pilotskih podnosilaca. Informacioni podnosioci svake grupe dalje su permutovani tako da stvaraju potkanale u okviru grupe. Informacioni podnosioci u klasteru podijeljeni su na vie potkanala. Analogno strukturi downlink klastera, definisana je struktura za UL PUSC. Raspoloivi opseg je raspodijeljen na est opsega izabranih iz itavog spektra na osnovu eme rearaniranja i permutacije koji ine slot. Slot sadri 48 informacionih podnosilaca i 24 pilota u 3 OFDM simbola. Granina permutacija grupie podnosioce u blokove i na taj nain stvara potkanale. Granina ema permutovanja tako e ukljuuje DL i UL adaptivnu modulaciju i kodiranje (AMC3) i ima istu strukturu. Blok se sastoji od 9 kontinualnih podnosilaca po simbolu (8 informacionih i 1 pilot). Slot kod AMC je definisan kao skup blokova istog tipa (NxM = 6) gdje je N broj graninih blokova, a M je broj graninih simbola. Dozvoljene kombinacije su: 6 blokova i 1 simbol, 3 bloka i 2 simbola, 2 bloka i 3 simbola i 1 blok i 6 simbola. AMC permutacija dozvoljava diverziti ostvaren zahvaljujui velikom broju raspoloivih kanala (Multi-user Diversity) birajui kanal sa najboljim trenutnim karakteristikama. Moe se zakljuiti da su se diverziti permutacije pokazale boljima u sluaju mobilnih aplikacija, dok je Granina metoda permutacije bolja za upotrebu kod fiksne i sporopokretljive opreme.

4.4 Skalabilni OFDMAProjekat IEEE 802.16e-2005 MAN4 OFDMA baziran je na koncepciji skalabilne OFDMA (SOFDMA), koja podrava irok spektar frekvencija, fleksibilnost adresiranja uesnika i potrebe za razliitim frekventnim podrujima u elektromagnetnom spektru (EMS). Skalabilnost je postignuta podeavanjem veliine brze Furijeove transformacije1 2

Fully Used Sub-Carrier Partially Used Sub-Carrier 3 Adaptive Modulation and Coding 4 Metropolitan Area Network

24

(FFT) razliitim opsezima kanala radi svo enja na isti frekventni razmak izme u nosilaca od 10,94 kHz. Poto su irina kanala nosioca i trajanje simbola fiksni, uticaj na vie nivoe ovako skaliranog opsega je minimalan. Parametri SOFDMA prikazani su u tabeli 4.1. Opsezi bitni za planirane profile za Izdanje-1 su 5 i 10 MHz (naznaeno u tabeli). Parametri Kanalska irina (MHz). Frekvencija semplovanja (Fp u MHz) Veliina FFT-a (NFFT) Broj potkanala Razmak izme u nosilaca Korisno vrijeme trajanja simbola Vrijeme razdvajanja Trajanje OFDMA simbola Broj OFDMA simbola 1,25 1.4 128 2 Vrijednosti 5 10 5.6 11.2 512 1024 8 16 10.94 kHz 91.4 ms 11.4 ms 102.9 ms 48 20 22.4 2048 32

Tablea 4.1 OFDMA skalabilni parametri

4.5 Struktura vremenskog multipleksaFiziki sloj 802.16e standarda podrava dupleks na bazi vremenske raspodijele (TDD), dupleks na bazi frekventne raspodijele (FDD) i poludupleksni FDD. U kategoriji mobilnog Wi-MAX-a uzima se TDD kao jedino reenje. Inicijalno izdanje sertifikovanog profila mobilnog WiMAX-a ukljuuje samo TDD. Opciono e FDD biti uveden za korisnike u ijim zemljama regulativama nije obuhvaen TDD ili je korienje FDD-a prihvatljivije. Jedna od najbitnijih pretpostavki korienja TDD-a je opta sinhronizacija sistema, ali, i pored takvih zahtijeva, TDD je pokazao preimustvo nad FDD-om zbog slijedeih osobina:

TDD dozvoljava asimetrinost protoka uplink/downlink, dok FDD ima fiksni i u principu jednak protok po uplink-u i downlink-u; TDD obezbje uje reciprocitet kanala radi adaptiranja na trenutne uslove propagacije, to omoguuje MIMO i ostale tehnologije antenskih sistema; Za razliku od FDD-a, kojem su potrebna dva kanala, TDD-u je potreban jedan kanal za downlink i uplink, to izuzetno olakava adaptaciju na zahtijeve iskorienosti EMS-a; Primopredajnici koji podravaju TDD umnogome su jednostavnije konstrukcije od onih koji koriste FDD.

25

Slika 4.7 ilustruje strukturu TDD rama. Svaki ram je podijeljen na DL i UL podramove razdvojene razmacima predaja/prijem i prijem/predaja koji sprijeavaju me usobnu koliziju. Kontrolne informacije su dio rama koji obezbije uje optimalne uslove za opte izvravanje operacija. ine ih: Preambula: Koristi se za sinhronizaciju i ona je prvi OFDM simbol rama; Zaglavlje za kontrolu rama (FCH1): Prati preambulu i nosi informaciju o ramu: duina poruke u protokolu za pristup medijumu (MAP2), emi kodiranja i mogunostima korienja nosilaca; DL-MAP i UL-MAP: Sadre informaciju o dodijeli nosilaca i drugim kontrolnim informacijama u DL i UL podramu, respektivno; UL ranging kanal: Dodijeljen je mobilnoj stanici radi provjere frekvencije, napajanja i potreba za opsegom; UL CQICH3 kanal: Dodijeljuje se mobilnoj stanici radi povratne informacije baznoj stanici o stanju kanala; UL ACK4: Slui mobilnoj stanici za potvrdu primljene informacije.

Sl. 4.7 Struktura TDD OFDMA okvira

1 2

Frame Control Header Media Access Protocol 3 Channel Quality Identification Control Header 4 Acknowledge

26

4.6 Ostale opcije i mogunosti fizikog slojaAdaptivna modulacija i kodiranje (AMC), hibridni automatski zahtijev za potvrdom prijema (HARQ1) i brz izvetaj o stanju kanala (CQICH) neke su od mogunosti mobilnog WiMAX-a, posebno vane za mobilne aplikacije. HARQ je osmiljen tako da koristi Stop and Wait (zastani i priekaj) protokol koji omoguava brzo ispravljanje paketskih greaka i odravanje veze na ivici elije. Saobraaj DL moe koristiti kvadraturnu modulaciju sa faznim pomakom (QPSK), kvadraturnu amplitudnu modulaciju (16QAM) i 64QAM, dok je kod UL-a 64QAM opciona vrsta modulacije. Konvolucioni kod (CC2) i konvolucioni turbo kod (CTC3) sa svojim mogunostima promijenjljive kodne brzine tako e su ukljueni u mobilni WiMAX. Na osnovu plana bazne stanice (scheduler) za svakog korisnika posebno se sainjava profil paketskog prenosa na osnovu veliine buffer memorije, uslova propagacije, vrste prijemnika, itd. Indikator kvaliteta kanala (CQI4) koristi se radi planiranja ostvarivanja konekcije sa svakim korisnikom pojedinano na osnovu informacije dobijene o stanju korisnikog kanala. Mogunost programiranja retransmisije me u baznim stanicama omoguava da se plan raspodijele resursa na baznoj stanici rastereti. AMC podrava adaptaciju kanala i pri brzinama od 120 km/h, to predstavlja dodatnu opciju. Tabela 4.2 predstavlja kodne i modulacione eme podrane u profilu mobilnog WiMAX-a, opcioni UL kodovi i modulacija su naznaeni.

DL Modulacija CC Kodna CTC brzina Ponavljanje QPSK, 16QAM, 64QAM 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 x2, x4, x6

UL QPSK, 16QAM, 64QAM 1/2, 2/3, 5/6 1/2, 2/3, 5/6 x2, x4, x6

Tabela 4.2 Podrani kod i modulacija

Kombinacija razliitih modulacionih i kodnih postavki prua finu rezoluciju brzine prenosa podataka kao to je prikazano u tabeli 4.3. Tabela 4.3 prikazuje brizne prenosa za kanale od 5 i 10 MHz sa PUSC potkanalima. Duina rama je 5 ms. Svaki ram ima 48 OFDM simbola sa 44 OFDM simbola slobodna za prenos podataka. Posebno naznaene vijednosti pokazuju brizne prenosa podatka za opcioni 64QAM u UL.

1 2

Hybrid Automatics Request Convolutional Code 3 Convolutional Turbo Code 4 Channel Quality Identification

27

Parametri Kanalska irina (MHz). Veliina FFT-a Nule podnosioci Pilotski podnosioci Podnosioci informacija Potkanali Trajanje simbola (ms) Duina rama (ms) Broj OFDMA simbola u ramu OFDM simbili podataka Mod. Kodna brzina 1/2 CTC, 6x 1/2 CTC, 4x 1/2 CTC, 2x 1/2 CTC, 1x 3/4 CTC 1/2 CTC 1/2 CTC 1/2 CTC 2/3 CTC 3/4 CTC 5/6 CTC

Downlik 5 512 92 60 360 15

Uplink

Downlik 10 1024

Uplink

104 136 272 17 102.9 5 48 44

184 120 720 30

184 280 560 35

QPSK

16QAM

64QAM

5 MHz kanal DL prenos UL prenos Mb/s Mb/s 0.53 0.38 0.79 0.57 1.58 1.14 3.17 2.28 4.75 3.43 6.34 4.57 9.50 6.85 9.50 6.85 12.67 9.14 14.26 10.28 15.82 11.42

10 MHz kanal DL prenos UL prenos Mb/s Mb/s 1.06 0.78 1.58 1.18 3.17 2.35 6.34 4.70 9.50 7.06 12.07 9.41 19.01 14.11 19.01 14.11 26.34 18.82 28.51 21.17 31.68 23.52

tabela 4.4 PHY prenos podataka sa PUSC poktkanalom

28

5. MAC SLOJ MOBILNOG WIMAX-AStandard 802.16 razvijen je kao polazna osnova za omoguavanje irokopojasnih servisa, kao to su prenos glasa, podataka i pokretne slike. Sloj MAC baziran je na specifikaciji usluga prenosa podataka preko kabla, DOCSIS1 standardu i dozvoljava paketski prenos podataka sa veoma velikim protokom. Istovremeno je omoguen prenos pokretne slike i govora osijetljivog na kanjenje po istom kanalu. Resursi koje MAC plan raspodijele (raspore iva) dodijeli terminalu mogu varirati od jednog vremenskog slota do itavog frejma, omoguavajui korisnicima veoma velik i dinamian opseg protoka, u zavisnosti od potreba terminala u odre enom trenutku. S obzirom na to da se informacija o zahtijevanim resursima nalazi na poetku svakog frejma (rama), plan raspodijele moe uspjeno promijeniti dodijelu resursa na frejm po frejm bazi, da bi adaptirao saobraaj kako ne bi dolo do zaguenja.

5.1 Kvalitet servisa (QoS)Poto kanali mobilnog WiMAX-a imaju velike brzine protoka, simetrian downlink/uplink kapacitet i fleksibilan mehanizam dodjele resursa korisnicima, sa sigurnou se moe tvrditi da se QoS uslovi mogu ispuniti u irokoj oblasti servisa i aplikacija. Kod mobilnog WiMAX-a, QoS je izveden kroz sam tok servisa. To je neupuen tok paketa podranih pojedinim QoS parametrima. Prije odluivanja za konkretan tip servisa, bazna stanica i korisniki terminal, uz pomo svojih MAC slojeva, ostvaruju neupuen logiki link konekciju. Zatim se, uz pomo bazne stanice, uspostavlja paketski prenos u vidu toka servisa koji biva dostavljen korisniku preko konekcije. Parametri QoS, vezani za tok podataka, definiu pravila transmisije i plana raspodijele interfejsa za radio-vezu. Usmjereni na konekciju oni upravljaju ovim interfejsom. Poto radio-interfejs po svojim optim karakteristikama predstavlja usko grlo, QoS parametri konekcije uspjeno omoguavaju kontrolu kvaliteta veze s kraja na kraj. Parametri toka servisa se u toku veze uspjeno mogu adaptirati na dinamine promjene zahvaljujui MAC porukama. QoS baziran na toku servisa se primjenjuje i na uplink i na downlink poboljavajui kvalitet QoS-a u oba smijera. Mobilni WiMAX podrava irok spektar servisa i aplikacija sa razliitim QoS zahtijevima. Ovo je prikazano u tabeli 5.1.

1

Dataover-Cable Service Interface Specifications

29

QoS kategorija UGS Unsolicited Grant Service VoIP

Aplikacija

QoS specifikacija - Maksimalna trajna brzina - Maksimalna tolerancija na latentnost - Tolerancija na Jitter - Maksimalna rezervisana brzina - Maksimalna trajna brzina - Maksimalna tolerancija na latentnost - Prioritet saobraaja - Maksimalna rezervisana brzina - Maksimalna trajna brzina - Maksimalna tolerancija na latentnost - Tolerancija na Jitter - Prioritet saobraaja - Maksimalna rezervisana brzina - Maksimalna trajna brzina - Prioritet saobraaja - Maksimalna trajna brzina - Prioritet saobraaja

rtPS Real-Time Pocket Service

Streaming audio ili vidio

ErtPS Extended Real-Time Pocket Service

Glas sa aktivnom detekcijom (VoIP)

nrtPS Non-Real-Time Pocket Service BE Best-Effort Service

File Transfr Protocol (FTP) Prenos podataka, internet pretraivanje, itd.

Tebela 5.1 Mobilni WiMAX aplikacije i QoS

5.2 MAC Servis raspore ivanjaMAC servis raspore ivanja (plan raspodijele) mobilnog WiMAX-a je dizajniran da efikasno prui irokopojasni servis za podatke ukljuujui glas, podatke i video, preko vremenski promjenjljivog irokopjasnog beinog kanala. MAC servis raspore ivanja ima slijedee karakteristike koje omoguavaju irokopojasni servis za podatke: Brzo raspore ivanje podataka: MAC raspore ivanje treba efikasno alocirati dostupne resurse kao odgovor na paketski saobraaj podataka i vremenski promjenjljive kanalske uslove. Raspore iva se nalazi na svakoj baznoj stanici da bi omoguio brz odziv na zahtijeve sobraaja i uslove kanala. Paketi podataka su povezani sa servisnim tokom dobro definsanim QoS parametrima u MAC sloju tako da raspore iva moe korektno odrediti redoslijed prenosa paketa kroz vazduni interfejs. CQICH kanal prua brz povratak kanalskih informacija da bi omoguio raspore ivau da izabere odgovarajue kodiranje i modulaciju za svaku alokaciju. Adaptivna modulacija i 30

kodiranje (AMC) kombinovani sa HARQ omoguavaju dobar prenos kroz pomjenjljiv kanal. Raspore ivanje za DL i UL: Servis raspore ivanja je omoguen i za DL i za UL sobraaj. S ciljem da MAC raspore iva napravi efikasnu alokaciju resursa i omogui eljeni QoS u UL, UL mora brzo vratiti preciznu informaciju o uslovima saobraaja i QoS zahtijevima. Servisni tok UL-a definie povratni mehanizam za svaku UL konekciju da bi osigurao uraunjljiv odgovor UL raspore ivaa. Pri tome, sa ortogonalnim UL potkanalima nema me uelijske interferencije. UL raspore iva moe alocirati resurse efikasnije i bolje potaknuti QoS. Dinamika alokacija resursa: Mac podrava alokaciju resursa u domenu frekvencije i domenu vremena i za DL i za UL na bazi frejmova (ramova). Alokacija resursa se dostavlja MAP porukama na poetku svakog frejma. Prema tome, alokacija resursa se moe mijenjati od frejma do frejma u zavisnosti od uslova saobraaja i kanala. Dodatno, koliina resursa pri svakoj alokaciji moe varirati od jednog slota do itavog frejma. Brza i detaljna alokacija resursa dozvoljava superioran QoS za saobraaj podataka. QoS orijentisanost: MAC raspore iva upravlja transportom podataka na bazi konekcija-vie konekcija. Svaka konekcija je vezana jednim servisom podataka sa setom QoS parametara to uveava sposobnosi MAC raspore ivaa. Sa mogunou dinamike alokacije resursa i u DL i u UL, raspore iva moe pruiti superioran QoS i za DL i za UL saobraaj. Posebno sa UL raspore ivanjem, UL resursi se efikasnije alociraju, lake se predvi aju perfomanse, i QoS se bolje potie. Frekvencijski selektivno raspore ivanje: Raspore iva moe raditi sa razliitim tipovima potkanalizacije. Za frekventno-diverzitne potkanale kao to je PUSC perumtacija, gdje se podnosioci u potkanalima pseudosluajno raspore uju po opsegu, potkanali su ujednaenog kvaliteta. Frekventno-diverzitno raspore ivanje moe podrati QoS detaljnim i fleksibilnim vremensko-frekventnim raspore ivanjem resursa. Graninom perumtacijom kao to je AMC permutacija, potkanali mogu osjetiti raliito slabljenje. Frekventno-diverzitno raspore ivanje moe alocirati mobilne korisnike na njima korespodentne najjae kanale. Frekventno-diverzitno raspore ivanje moe poboljati sistemski kapacitet sa umjerenim poveanjem CQI overahead-a u UL.

5.3 Upravljanje mobilnouTrajanje baterije i handoff su dvije vane stavke za mobilne aplikacije. Mobilni WiMAX podrava Sleep Mode i Idle Mode da bi omoguio napojno-efikasne MS operacije. Mobilni WiMAX, tako e, podrava blago prelazni handoff da bi omoguio prebacivanje MS-a sa jedne bazne stanice na drugu pri brzinama kretanja automobila bez prekidanja konekcije.

5.3.1 Upravljenje napajanjemMobilni WiMAX koristi dva naina rada za operacije sa efikasnim napajanjem: Sleep Mode i Idle Mode. Sleep mod je stanje u kom MS sprovodi ugovorene periode odsustva od opsluivanja vazdunog interfejsa bazne stanice. Ovi periodi su okarakterisani nedostupnou MS, posmatrano sa uslune bazne stanice, za DL ili UL 31

saobraaj. Namijera Sleep moda je da minimizuje upotrebu napajanja MS-a i da minimizuje korienje vazdunih resursa uslune bazne stanice. Sleep mod, tako e, prua flesibilnost MS-a da trai ostale bazne stanice za skupljanje informacija za podrku handoff-a tokom Sleep moda. Idle mod prua mehanizam MS-u za periodinu dostupnost za DL saobraaj poruka, bez registacije na odre enu baznu stanicu dok MS prelazi okruenje vazdune veze pokriveno od strane vie baznih stanica. Idle mod koristi MS-u na nain da uklanja potrebu za handoff-om i ostale normalne operacije, time omoguava mrei i baznoj stanici eliminisanje vazdune veze i mrenog handoff saobraaja od neaktivne MS, dok i dalje prua jednostavne i pravovremene metode (paging) za uzbunjivanje MS-a o dolazeem DL saobraaju.

5.3.2 HandoffKod standarda IEEE 802.16-2004 je bio definisan samo fiksni i nomadski pristup. Fiksni pristup ne dozvoljava kretanje, korisniki ure aj se podrazumijeva da je nepokretan na jednoj lokaciji. Nomadski pristup omoguava kretanje unutar elija, ali nema handoff podrke. To znai da korisnik u pokretu mora uspostaviti novu konekciju sa mreom poslije svakog prelaska granice izme u elija. IEEE 802.16e podrava handoff (handover) za potrabilnost, jednostavnu mobilnost i potpunu mobilnost. Potrabilnost i jednostavna mobilnost spadaju u Hard Hanoff (HHO) grupu. Brzine kretanja pjeaka i spore automobliske brzine spadaju u portabilnost i jednostavnu mobilnost, respektivno. Handoff me u baznim stanicama prua servisni kontinuitet za sve aplikacije koje ne rade realnom vremenu. Puna mobilnost spada u grupu Soft Hanodff-a. Maksimalno podrana brzina odogvara velikim automobilskim brzinama, oko 160 km/h. Handoff izme u baznih stanica omoguava servisni kontinuitet za sve aplikacije. Pore enje tipova pristupa, maksimalno dozvoljene brzine i handoff izme u IEEE 802.16-2004 i IEEE 802.16e standarda je prikazano u tabeli 5.2 Pristup Fiksni pristup Nomadski pristup Portabilnost Jednostavna mobilnost Puna mobilnost Brzina stacionarna stacionarna brzina pjeaka niske automobilske brzine velike automobilske brzune Handoff nema nema hard hard soft 802.16 2004 da da ne ne ne 802.16e da da da da da

Tabela 5.2 Pre enje pristupnih metoda kod IEEE 802.16-2004 i IEEE 802.16e standarda

32

Zadatak Handoff-a ja da obezbijedi neprekidnu konekciju kada mobilna stanica prelazi sa vazdunog prostora jedne bazne stanice na vazduni prostor druge bazne stanice. IEEE 802.16e standard podrava tri tipa Handoff-a, Hard handoff (HHO1), Brzo mijenjanje bazne stanice (FBSS2) i Makro diverzitni handoff (MDHO3). FBSS i MDHO su opscione metode. Tokom hard handoff-a mobilna stanica komunicira samo sa jednom baznom stanicom u svakom trenutku. Konekcija sa baznom stanicom se prekida prije nego to se uspostavi konekcija sa drugom baznom stanicom. Handoff se izvrava nakon to snaga signala susjedne bazne stanice prevazi e snagu signala trenutne elije. Ova situacija je prikazana na slici 5.1. Tanka linija na granici elija predsavlja mjesto gdje se realizuje hard handoff.

Slika 5.1 Hard Hanodoff realizacija

Kod MDHO metode, mobilna i bazna stanica odravaju listu baznih stanica koje su ukljuene u FBSS sa mobilnom stanicim. Ovaj set se zove Akivni set i definisan je za svaku mobilnu stanicu u mrei. Mobilna stanica komunicira sa svim baznim stanicama iz aktivnog seta, slika 5.2. Za DL u MDHO, dvije ili vie bazne stanice prenose podatke mobilnoj stanci na nain da diverzitno kombinovanje moe biti ostvareno u mobilnoj stanici. Za UL u MDHO, podatke poslate od mobilne stanice prima vie baznih stanica gdje se obavlja selekcija diverziteta primljenih podataka. Bazna stanica koja moe primiti komunikaciju izme u mobilnih stanica i drugih baznih stanica, ali nivo snage signala nije dovoljan da i ona uestvuje u komunikaciji se naziva susjedna bazna stanica.

1 2

Hard Handoff Fast Base Station Switching 3 Macro Diversity Handover

33

Slika 5.2 MDHO realizacija

Kod FBSS metode, mobilna i bazna stanica odravaju aktivni set slino kao kod MDHO metode. Mobilna stanica neprekidno nadgleda bazne stanice iz aktivnog seta i definie usidrenu baznu stanicu. Usidrena bazna stanica je jedna bazna stanica iz aktivnog seta sa kojom komunicira mobilna stanica za sav UL i DL saobraaj, ukljuujui poruke upravljanja, slika 5.3. To je bazna stanica gdje je MS registrovana, sinhronizovana i rangirana, tu se nalazi i nadgledajui DL kanal za kontrolne informacije. Usidrena bazna stanica moe biti promijenjena na frejm po frejm bazi zavisno od konfiguracije baznih stanica. To znai da svaki frejm moe biti setovan preko razliite bazne stanice iz aktivnog seta. Prelazak sa jedne usidrene BS na drugu (BS switching) se obavlja bez prizivanja ekplicitnih handoff signalnih poruka. Procedura mijenjanja je omoguena snagom komunikacionog signala od strane uslune bazne satnice preko CQI kanala (indikatora kvaliteta kanala).

Slika 5.3 FBSS realizacija

34

5.4 SigurnostMobilni WiMAX podrava sigurnosne stavke koje su, moe se rei, najbolje u klasi, to postie usvajanjem tehnologija za koje se smatra da su danas najbolje. Podrka postoji za obostranu autentifikaciju ure aj-korisnik, fleksibilni protokol upravljanja kljuevima, snanu enkripciju sadraja, zatitu kontrolnih i upravljakih poruka i optimizacije sigurnosnog protokola za brzi handoff. Korisniki aspekti sigurnosnih stavki su: Protokol upravljanja kljuevima (Key Management Protocol): Protokol za upravljenje kljuevima i privatnost verzije 2 (PKMv21) je osnova sigurnosti mobilnog WiMAX-a kao to je definisan u IEEE 802.16e. Ovaj protokol upravlja sigurnou MAC-a koristei PKM-REQ/RSP poruke. PKM EAP2 autentifikacija, kontrola enkripcije saobraaja i handoff razmijena kjlueva su bazirani na ovom protokolu. Ure aj-korisnik autentifikacija: Mobilni WiMAX podrava autentifikaciju ure aja i autentifikaciju korisnika koristei IETF3 EAP protokol pruajui podrku za verifikacije koje su SIM bazirane, USIM bazirane, bazirane na digitalnom potpisu ili bazirane na korisniko ime/lozinka emama. Odgovarajue EAP-SIM, EAP-AKA4, EAP-TLS5 ili EAP-MSCHAPv2 autentifikacione metode su podrane kroz AEP protokol. Enkripcija sadraja: AES-CCM6 je ifovanje koja se koristi za zaitu svih korisnikih podataka kroz MAC interfejs mobilnog WiMAX-a. Kljuevi koji se koriste za ifovanje se generiu iz EAP autentifikacije. Mehanizam stanja enkripcije sadraja koji ima periodini klju (TEK7) za osvjeavanje mehanizma omoguava trajnu promijenu kljueva za dalju poboljanu zatitu. Zatita kontrolnih poruka: Kontrolni podaci su zatieni koristei AES baziran CMAC8, ili MD59 bazirane HMAC10 eme. Podrka za brzi handoff: 3-way Handshake (Trostruko rukovanje) ema je podrana od strane mobilnog WiMAX-a da bi se optimizvao reautentifikacioni mehanizam za podrku brozom handoff-u.

1 2

Privacy and Key Management Protocol version 2 Privacy and Key Management Protocol Extensible Authentication Protocol 3 Internet Engineering Task Force 4 Extensible Authentication Protocol Authentication and Key Agreement 5 Extensible Authentication Protocol Transport-Layer Security 6 Advenced Encryption Standard Counter with Chiper-block chaining Message authentication code 7 Traffic Encryption Key 8 Cipher-based Message Authentication Code 9 Message-Digest 5 alogrithm 10 Hash-based Message Authentication Code

35

6. NAPREDNE TEHNOLOGIJE MOBILNOG WiMAX-a 6.1 Tehnologije Smart AntenaTehnologije Smart antena tipino ukljuuju kompleksne vektorske ili matrine operacije nad signalima zbog upotrebe vie antena. OFDMA dozvoljava da se smart antena operacije obavljaju sa vektorski-ravnim podnosiocima. Kompleksni ekvilajzeri nisu neophodni za kompezaciju zbog selektivnog frekventnog slabljenja. Stoga OFDMA, je veoma dobro opremljen da podri tehnologije smart antena. Zapravo, MIMO-OFDM/OFDMA se smatra kamenom temeljcem za irokopojasne kominikacione sisteme slijedee generacije. Mobilni WiMAX podrava irok spektar tehnologija smart antena ime se poboljavaju sistemske perfomanse. Podrane tehnologije smart antena ukljuuju:

Emisiono oblikovanje (Beamforming): Sa emisionim oblikovanjem, sistem koristi viestruke antene za prenos tekih signala ime se poboljava pokrivenost i kapacitet sistema i smanjuje vjerovatnoa isijavanja. Prostor-Vrijeme kod (STC1): Prenosni diverzitet kao to je Alamouti kod je podran da bi se omoguio prostran diverzitet i smanjila margina slabljenja. Prostano multipleksiranje (SM2): Prostrano multipleksiranje je podrano da bi se dobila prednost viih vrnih brzina i ubrzanog prenosa. Prostranim multipleksiranjem, viestruki nizovi se prenose preko viestrukih antena. Ako prijemnik, tako e, ima viestruke antene, on moe razdvojiti razliite nizove da bi se postigao bri prenos u odnosu na sisteme sa jednom antenom. Sa 2x2 MIMO, SM poveava vrne brzine podataka prenosei dva niza podataka. U UL-u, svaki korisnik ima samo jednu emitujuu antenu, dva korisnika mogu emitovati, sara ujui, u istom slotu kao da se dva niza prostrano multipleksiraju od stane dvije antene istog korisnika. Ovo se zove uplink sara ujue prostano multipleksiranje.

Mobilni WiMAX podrava adaptino prebacivanje izme u ovih opcija da bi maksimalno uveao dobrobit tehnologije smart antena pod razliitim uslovima kanala. Na primjer, SM poboljava vrni prenos. Ipak, kada su loi kanalski uslovi, paketska greka (PER3) moe biti visoka pa pokrivenost podruja gdje se na e takav PER moe biti ograniena. STC, s druge strane, prua veliku pokrivenst bez obzira na uslove kanala ali ne poboljava vrne brzine podataka. Mobilni WiMAX podrava adaptino prebacivanje me u viestrukim MIMO modovima da bi poveao spektralnu efikasnost bez smanjanja pokrivenosti.

1 2

Space-Time Code Spatial Multiplexing 3 Packet Error Rate

36

6.2 Frakciona reuoptreba frekvencije

Mobilni WiMAX podrava ponovnu upotrebu frekvencije, gdje sve elije/sektori rade na istom frekventnom kanalu da bi se maksimalno poveala spektralna efikasnost. Ipak, zbog velike me ukanalske interferencije (CCI1) u frekvencijskoj reupotrebi , korisnici na ivici elije mogu imati degradacije u kvalitetu konekcije. Kod mobilnog WiMAX-a korisnici koriste potkanale, to zauzima samo mali dio ukupnog frekventnog opsega. Problem interferencije na ivici elije se moe lako prevazii odgovarajuom konfiguracijom upotrebe potkanala bez potrebe za tradicionalnim frekvencijskim planiranjem. Kod mobilnog WiMAX-a, fleksibilna potkanalska reupotreba je olakana potkanalizacijskom segemntacijom i permutacionom zonom. Segment je podgrupa dostupnog OFDMA potkanala (jedan segment moe ukljuiti sve potkanale). Jedan segment se koristi za dostavljanje jedne instance MAC-a. Permutaciona zona je broj kontinualnih OFDMA simbola u DL-u i UL-u koji koriste istu permutaciju. Podfrejm DL-a ili UP-a moe sadravati vie od jedne permutacione zone. ema potkanalske reupotrebe moe biti konfigurisana tako da korisnici blii baznoj stanici koriste zonu sa svim dostupnim potkanalima. Dok za korisnike na ivici, svaka elija ili sektor radi u zoni sa frakcijom (dijelom) svih dostupnih potkanala. Na slici 6.1, F1, F2 i F3 predstavljaju razliite setove potkanala u istom frekventnom kanalu. Ovom konfiguracijom, potpuna frekvencijska reupotreba se odrava za centralne korisnike da bi se poveala spektralna efikasnosta a frakciona (djelimina) frekvencijska reupotreba je namijenjena korisnicima na ivici da bi se osigurao kvalitet konekcije i prenosa. Planiranje potkanalske reupotrebe moe biti dinamiki optimizovano kroz sektore ili elije zavisno od mrenog optereenja i stanja interferencije na frejm po frejm bazi. Stoga, svi sektori i elije mogu raditi na istom frekventnom kanalu bez potrebe za frekvencijskim planiranjem.

Slika 6.1 Frakciona (djelimina) reupotreba frekvencije1

Cochannel Interference

37

6.3 Multicast i Broadcast servisMulticast i broadcast servis (MBS) podran od strane mobilnog WiMAX-a kombinuje najbolje dijelove DVB-H, MedaiFLO i 3GPP E-UTRA tehnologija i zadovoljave slijedee zahtijeve:

Velike brzine prenosa podataka i velika pokrivenost koristei jedno-frekvencije mree (SFN1); Fleksibilna alokacija radio-resursa; Niska potronja energije mobilnih stanica; Podrka za podijelu podataka kao dodatak audio i video tokovima; Nisko vrijeme potrebno za prebacivanje izme u kanala;

Izdanje-1 mobilnog WiMAX-a definie alate za inicijalni MBS servis. MBS servis moe biti podran pravljenjem odvojenih MBS zona u DL frejmu zajedno sa unicast servisom (ugra en u MBS) ili itav frejm moe biti dodijeljen MBS-u (samo DL) za samostalni broadcats servis. MBS zona podrava vie baznih stanica MBS mod (Multi-BS MBS) koristei SFN operacije kao i fleksibilno trajanje MBS zona, dozvoljavajui skalabilno dodijeljivanje radio-resursa MBS saobraaju. Viestruke MBS zone su tako e mogue. Postoji jedan MAP IE2 deskriptor po MBS zoni. Mobilna stanica pristupa DL MAP-u za inicijalnu identifikaciju MBS zone i lokaciju pridruenog MBS MAP-a u svakoj zoni. Mobilna stanica potom moe itati MBS MAP bez potrebe pristupa DL MAP-u osim ako je sinhronizacija sa MBS MAP-om izgubljena. MBS MAP IE odre uje MBS zonu PHY konfiguracije i definie lokaciju svake MBS zone preko OFDMA simbolskog ofset parametra. MBS MAP se nalazi u prvom potkanalu prvog OFDM simbola odgovarajue MBS zone. Multi-BS MBS ne zahtijeva da mobilna stanica bude registovana na neku od baznih stanica. Fleksibilnost mobilnog WiMAX-a za podrku integrisanim MBS i unicast servisima omoguava irok spektar aplikacija.

1 2

Single Frequency Network Information Element

38

6.4 MAP pouzdanost i overhead

Mobilni WiMAX kontrolie informacije u formatu MAP poruka koje se nalaze na poetku svakog frejma. MAP poruke kontroliu alokaciju downlika-a i uplink-a. Dozvoljavaju fleksibilnu kontrolu alokacije resursa i u downlink-u i u uplink-u ime se poboljava spektalna efikasnost QoS-a. Poto MAP poruke sadre informacije o alokaciji resursa za itav frejm, pouzdanost MAP poruka je kritina za sistemske prefomanse. CSTD1 je adaptacija ideje o zakanjelom diverzitetu. Sa CSTD, svaki antenski element u emitujeem nizu alje cirkularno pomjerenu verziju istog OFDM simbola. Veliina MAP poruke varira, zavisno od broja alociranih korisnika u frejmu. Kada mreom dominira paketski saobraaj podataka kao to je FTP2 ili HTTP3 saobraaj, broj korisnika raspore enih po frejmu je nizak (manji od 10). U ovom sluaju, alokacija resursa je efikasnija i MAP poruka uglavnom sadri fiksan overhead. Overhead MAP-a u ovakvim uslovima je oko 10%, u kanalu od 10 MHz sa frejmom od 5 ms. Kada mreom dominira VoIP saobraaj, broj korisnika raspore enih po frejmu moe biti veliki. Overhead MAP-a se poveava linearno sa poveanjem broja raspore enih korsinika. Da bi kontrolisao overhead MAP-a, mobilni WiMAX uvodi vie-emitujui podMAP, koji dozvoljava da vie pod-MAP poruka da bude poslato razliitim brzinama korisnicima sa razliitim SINR4. Stoga, dok se broadcast poruke alju sa najveom pouzdanou da bi se pokrila ivica elija, obine kontrolne poruke, kao to je alokacija saobraaja, mogu biti efikasnije dostavljene zavisno od korisnikog SINR-a. Veliki procenat pokrivenog prostora moe podrati vee brzine prenosa nego to je QPSK 1/12 sa 1% PER (paketska greka). Stoga, sa vie-emitujuim pod-MAP porukama, kontrolni overhead moe biti znaajno smanjen. ak i sa velikim brojem korisnika (20 korisnika u DL i 20 korisnika u UL) u frejmu, MAP overhead je manji od 20%. Znai, kontrolne poruke mobilnog WiMAX-a su vrlo fleksibilne za komunikaciju podataka. Imaju dovoljnu pouzdanost i mali overhead zavisno od mreenog optereenja i aplikacija koje se usluuju.

1 2

Cyclic Shift Transmit Diversity File Transfer Protocol 3 Hypre Text Transfer Protocol 4 Signal to Interference plus Noise Ratio

39

7. PERFOMANSE MOBILNOG WiMAX-a 7.1 Sistemski parametriPoto je mobilni WiMAX zasnovan na skalabilnom OFDMA, mijenjui sistemske parametre on moe biti fleksibilno konfigurisan da radi sa razliitim irinama kanala. Za potrebe kvanitativne procjene prefomansi sistema mobilnog WiMAX-a razmatraemo sistem mobilnog WiMAX-a sa slijedeim karakteristikama datim u slijedeim tabelama, u tabeli 7.1 su dati sistemski parametri, u tabeli 7.2 su sumirani OFDMA parametri i u tabeli 7.3 je prikazan propagacioni model korien za procijenu perfomansi. Parametri Broj 3-sektorskih elija Operativna frekvencija Dupleks irina kanala Razmak izme u baznih stanica Minimalni razmak izme u BS i MS Tip antene Visina bazne stanice Visina mobilnog terminala Dobit antene bazne stanice Dobit antene mobilne stanice Makismalna snaga BS snaga pojaavaa Maksimalna snaga Mobilnog terminala # BS Tx/Rx # MS Tx/Rx um bazne stanice um mobilne stanice Vrijednost 19 2500 MHz TDD 10 MHz 2.8 km 32 m 70o (-3 dB) sa 20 dB Front-to-back odnosom 32 m 1.5 m 15 dBi -1 dB 43 bBm 23 dBm Tx: 2 ili 4; Rx: 2 ili 4 Tx: 1; Rx: 2 4 dB 7 dB

Tabela 7.1 Sistemski paratmetri mobilnog WiMAX-a

Parametri Sistemska irina kanala Frekvencija odabiranja Veliina FFT-a Razmak izme u nosilaca Korisno vrijeme trajanja simbola Vrijeme razdvanja Trajanje OFDMA simbola 10 MHz 11.2 MHz 1024 10.94 MHz 91.4 ms 11.4 ms 102.9 ms

Vrijednosti

40

Parametri Trajanje rama Broj OFDMA simbola Podnosioci nule Pilot podnosioci Podnosioci informacija Potkanali Podnosioci nule Pilot podnosioci Podnosioci informacija Potkanali 5 ms 48 184 120 720 30 184 280 560 35

Vrijednosti

DL PUSC

UL PUSC

Tabela 7.2 OFDMA parametri

Parametri Propagacioni model Log-normal shadowing Shadowing korelacija bazne stanice Gubitak penetracije

Vrijednosti COST 231 Suburban 8 dB 0.5 10 dB

Tabela 7.3 Propagacioni model

7.2 Sistemske perfomanseZa procjenu perfomansi mobilng WiMAX-a je primijenjena simulacija bazirana na 1xEVDV metodologiji procjene1. Sistemski parametri mobilnog WiMAX-a su prikazani u tabelama 7.1, 7.2 i 7.3. Simulacija perfomansi pretpostavlja heterogene korisnike sa mijeavinom mobilnih korisnika kao to je opisano u tabelama 7.4 i 7.5. Model kanala ITU Ped. B Ch-103 ITU Veh. A Ch-104 Put 1 (dB) -3.92 -3.17 Put 2 (dB) -4.82 -4.14 Put 3 (dB) -8.82 -12.14 Put 4 (dB) -11.92 -13.14 Put 5 (dB) -11.72 -18.14 Put 6 (dB) -27.82 -23.14 Redoslijed 1,2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6

Tabela 7.4 Multi-path model kanala za simulaciju perfomansi1

3GPP2 C.R1002-0, CDMA2000 Evaluation Methodology, December 2004. 3GPP TSG-RAN-1, System-Level evaluation of OFDM - further Considerations, R1-031303, November 17-21, 2003.

41

Model kanala ITU Ped. B Ch-103 ITU Veh. A Ch-104 6 6 6

Broj puteva

Brzina 3 km/h 30 km/h 120 km/h

Fading Jakes Jakes Jakes

Vjerovatnoa dodijele 0.6 0.3 0.1

Tabela 7.5 Mijeani korisniki model kanal za simulaciju perfomansi

Postoji 10 korisnika po sektoru. Prepostavlja se da imamo pun baferovan FTP saobraaj i proporcionalno jasan raspore iva. Svaka bazna stanica je konfigurisana sa tri sektora sa elijom i faktorom frekvencijske reupotrebe sektora koje ima vrijednost jedan. Tako e se prepostavlja da imamo dobru estimaciju kanala i realistino podeavanje linka. Nosea frekvencija za simulaciju mobilnog WiMAX-a je 2,5 GHz. Overahead (podaci koji nisu korisniki sadraj) frejma raunajui preambulu, MAP, i uplink kontrolni kanal je 7 OFMD simbola u downlink-u i 3 u uplink-u. Jedan simbol je alociran za TTG1 te dobijamo ukupno 11 simbola overhead-a i 37 simbola podataka i za downlink i za uplink. Dalja konfiguracija i preptostavljeni detalji su prikazani u tabeli 7.6. Parametri Tip saobraaja Procjena kanala PHY apstrakcija Raspore ivanje Link Konfiguracija antene DL MIMO podrka UL MIMO prelaz HARQ Kodovanje Overhead frejma Simbola podataka po frejmu A DL/UL B Vrijednosti Puni bafer Idealizovan EESM2 Vlasniki direktno proporcionalan Realistian sa kanjenjem povratne veze 1x2, 2x2 Alamouti STC sara ujui SM Adaptivni STC prelaz CC, 3 retransmisije CTC 11 OFMD simbola (7 DL, 3 UL, 1 TTG) 37 28:9 22:15

Tabela 7.6 Konfiguracione pretpostavke mobilnog WiMAX-a

U tabeli 7.7 su sumirane perfomanse za TDD implementaciju sa kanalom od 10 MHz, SIMO i MIMO konfiguracijom antena i DL/UL odnosom od 28:9 i 22:15, respektivno. Rezultati pokazuju da sistem mobilnog WiMAX-a ima visoku spektralnu efikasnost. Sa dvije prijemne antene, DL spektralna sektorska efikasnost je oko 1,21 2

Transmit/receive Transition Gap Exponentially Effective SINR Map

42

bit/sec./Hz, a UL spektrala sektorska efikasnost je 0,55 bit/sec./Hz. Sa 2x2 MIMO, spektralna efikasnost se poveava za 55% za DL i 40% za UL. Visoka spektralna efikasnost kombinovana sa irokim kanalskim opsegom omoguava vrlo veliki sektorski protok. Sa 2x2 MIMO i DL/UL odnosom od 3:1, DL sektorski protok je 13,60 Mb/s a UL sektorski protok je 1,83 Mb/s, sa odnosom DL/UL od 3:2 sektorski protoci su 10,63 Mb/s i 2,74 Mb/s, respektivno za DL i UL. Visoki sektorski protok podataka je krucijalan za omoguavanje irokopojasnog servisa za podatke, ukljuujui video i VoIP. Treba primjetiti da je 11 simbola overhead-a vrlo oprezna procjena overhead-a. Za mnoge aplikacije, saobraaj je paketstki i WiMAX moe raditi efikasnije sa manjim overhead-om. Dodatno, potkanal koji je razmatran za ovaj sluaj je potkanal sa PUSC diverzitnom potkanalizacijom a dobit frekventno selektivnog raspore ivanja nije uzeta u obzir. Sa frekventno-selektivnom AMC potkanalizacijom, spektralna efikasnost moe biti poveana jo za 15 do 25%. Stoga, sa optimizovanim sistemom mobilnog WiMAXa, spektralna efikasnost i protok mogu biti poboljani za 20 do 30% u odnosu na rezultate koji su prikazani u tabeli 7.7.

Opcije Antena SIMO MIMO Link DL UL DL UL

DL: 28 simbola podataka UL: 9 simbola podataka Sektorski prenos 8,8 Mb/s 1,38 Mb/s 13,60 Mb/s 1,83 Mb/s Spektralna efikasnost 1,21 b/s 1/Hz 0,55 b/s 1/Hz 1,87 b/s 1/Hz 0,73 b/s 1/Hz

DL: 22 simbola podataka UL: 15 simbola podataka Sektorski prenos 6,6 MB/s 2,20 Mb/s 10,63 Mb/s 2,74 Mb/s Spektralna efikasnost 1,09 b/s 1/Hz 0,59 b/s 1/Hz 1,76 b/s 1/Hz 0,83 b/s 1/Hz

Tabela 7.7 Sistemske perfomanse mobilnog WiMAX-a

Jo jedna prednost sistema mobilnog WiMAX-a je njegova sposobnost da dinamiki promijeni DL/UL odnos da bi se prilagodio mrenom saobraaju. Maksimalni DL sektorski prenos moe biti vei od 20 Mb/s a maksimalni UL sektorski prenos moe biti vei od 8 Mb/s. Sa tipinim opsegom DL/UL odnosa izme u 3:1 i 1:1, DL sektorski prenos moe varirati izme u 10 Mb/s i 17 Mb/s, a UL sektorski prenos moe varirati izme u 2 Mb/s i 4 Mb/s. Ovi rezultati su bazirani na osnovnoj MIMO (2x2) konfiguraciji, dalja poboljanja perfomansi mogu biti realizovana sa dodatnim naprednim mogunostima mobilnog WiMAX-a, kao to je AAS1.

1

Advanced Antenna System

43

8. ZAKLJUAKZahtijevi za irokopojsani beini pristup ubrzano rastu obuhvatajui veliki spektar aplikacija koje koriste fiksni, nomadski, potrabilni i mobilni pristup podacima kao i fiksne i mobilne servise za prenos glasa, te streaming podataka. WiMAX forum radi na izlaenju u susret zahtijevima svih ovih aplikacija. Dva sistemska profila, jedan baziran na IEEE 802.16-2004 reviziji IEEE 802.16 standarda i drugi baziran na IEEE 802.16e amandmanu, definiu dvije verzije WiMAXa. IEEE 802.16-2004 cilja zahtijeve fiksnih i nomadskih trita, i prvi je koji je postao komercijalno dostupan. IEEE 802.16e verzija je dizajnirana imajui na umu portabilne i mobilne pristupe, ali tako e podrava fiksni i nomadski pristup. Pitanje je, ima li prostora, na tritu, za jo jednu beinu tehnologiju? U beinim gradskim mreama, WiMAX je odlino rijeenje koje upotpunjava druge beie mrene tehnologije koje su dizajnirane da rade u LAN mreama, kao to je WiFi, ili mree koje nude iru pokrivenost ali sa ogranienim kapacitetom (GSM, CDMA, WCMDA, EV-DO). Poveani zahtijevi za beine servise i mnogo odre eniji zahtijevi dolazeih aplikacija su stvorile trite u kojem viestruke beine tehnologije, svaka sa svojom prednou, mogu i moraju da egzistiraju zajedno da bi se zadovoljila oekivanja pretplatnika. Kljuni izazov za servisne provajdere ja da razumiju koja uloga je najbolja za koju tehnologiju, kako se razliite tehnologije me usobno nadopunjavanju i kako one zadovoljavaju ekonomske zahtijeve. WiMAX forum oekuje da e obje verzije WiMAX-a imati svoje uloge na tritu, poto svaka odgovara zahtijevima odre enog segmenta trita. Operateri e morati odmjeriti razlike u perfomansama i funkcionalnosti koje 802.16-2004 i 802.16e WiMAX predstavljaju u razliitim razvojnim tipovima i ciljanom tritu. U mnogim sluajevima, spektralna dostupnost, regulatorni zahtijevi i pravodobnost e tako e biti kljuni faktori za razmatranje. Izbor izme u dvije opcije daje vjerovatnou da e operateri nai soluciju koja je odgovarajua za njih. Kada mreni operateri razviju strategiju za dodavanje irokopojasnog servisa za personalnu upotrebu svojoj ponudi, oekivanja su da e prednosti koje donosi WiMAX u pogledu perfomansi, cijene i fleksibilnosti izai na vidjelo. Upore eno sa drugim trenutnim beinim tehnologijama, WiMAX nudi superiorne perfomanse, fleksibilniju mrenu arhitekturu koja podupire interworking i roaming, ekonomski isplativu, interoperabilnu opremu. Ovo omoguava WiMAX-u da podri bilo koju irokopojasno zahtijevnu aplikaciju k