WiMAXWiMAXWORLDWIDE INTEROPERABILITY WORLDWIDE INTEROPERABILITY

FOR MICROWAVE ACCESSFOR MICROWAVE ACCESS

Acceso Inalámbrico Banda Ancha

Prof. DIÓGENES MARCANODr. Ingeniero dmarcano@usb.ve

Grupo de TelecomunicacionesAbril 2007

Universidad Simón Bolívar. Dpto. Electrónica y Circuitos

Caracas-Venezuela

¿Redes de Voz o Redes de Datos?

VOZ

Tolera Errores

No tolera Retardos

RED DE

VOZ

¿Datos?

Datos

Tolera Retardos

No tolera Errores

RED DE DATOS

¿Voz?

vs.Las Redes de Las Redes de

DatosDatos

ConmutaciConmutacióón de n de PaquetesPaquetes

EstEstáándares Inalndares Inaláámbricos y su mbricos y su contraparte cableadacontraparte cableada

El Entorno de la Banda Ancha El Entorno de la Banda Ancha InalInaláámbricambrica--MotivadoresMotivadores

Franco crecimiento en la demanda de servicios de acceso banda ancha a Internet y de otros servicios de voz y datosEsta demanda no será cubierta con líneas cableadas tipo xDSL: sucederá lo mismo que sucedió con los servicios vocales fijosWiMAX es una solución que conviene tanto a usuarios como a los operadoresCon WiMAX se está creando un mercado masivo de soluciones inalámbricas

Cada día se permiten nuevos entrantes al negocio del acceso a Internet Surgen nuevas aplicaciones

Se habilitan nueva bandas de frecuencia: bajo licencia y sin licencia

Durante los últimos cinco años se ha hablado mucho en relación a las expectativas del acceso de banda ancha inalámbrica

LA RESPUESTA DE LA LA RESPUESTA DE LA INDUSTRIAINDUSTRIA

WiMAX IEEE 802.16WiMAX IEEE 802.16

WMANWMAN

WiMAX WWorldwide IInteroperability for

MMicrowave Access

La revolución banda ancha inalámbrica

Acceso a Internet

WiMAXWiMAX

Aplicaciones Móviles y Fijas

ServiciosServicios paraparaWiFiWiFi--HotspotHotspot

GrandesGrandes EmpresasEmpresas, PYMES, PYMES

AccesoAcceso Banda Banda AnchaAnchaResidencialResidencial FijoFijo

WDSLWDSL

WiFiWiFi

PC PC MMóóvilesviles/PAD/PAD

LaptopsLaptops

NB orBTS

ServicioServicio parapara2G/3G2G/3G

WiMAX Estación Base

IEEE 802.16IEEE 802.16--20042004& IEEE 802.16e& IEEE 802.16e

ZonasZonas InalInaláámbricasmbricas

Universidades

Aeropuerto

Aprobado el 7 de Diciembre 2005 y publicado el 28 de febrero 2006

Espectro para WiMAXEspectro para WiMAX

Bandas con y sin licencia– Ancho de banda mínimo por canal 1.75 MHz. Optimo

10 MHzLas banda sin licencias 2.4 y 5 GHz– Deben usarse con cautela. Posibilidad de gran

interferenciaAlgunos países aún no han asignado las bandas para WiMAXDuplexing– FDD: más adecuado para tráfico de empresas– TDD: más adecuado para tráfico asimétrico

OFDM es muy similar a FDM pero más eficiente. Mientras que FDM deja una banda de guarda entre canales, OFDM trata de acercar los canales lo más posible hasta superponerlos. Esto se logra con frecuencias que sean ortogonales, es decir, perpendiculares en el sentido matemático; sus espectros se superponen sin interferir.

OFDM

Principios de OFDMPrincipios de OFDM--Dominio de la Dominio de la FrecuenciaFrecuencia

Para mantener la ortogonalidad entre los tonos, es necesario asegurar que en el tiempo de símbolo caben exactamente uno o más ciclos de cada tono. Es decir la frecuencia de los tonos es un múltiplo entero de 1/Tos, donde Tos es el tiempo de símbolo.

t/Tos

Un símbolo OFDM

Transformada de Transformada de FourierFourier de un Pulsode un PulsoRepresentación Temporal

Representación Frecuencial

t

A

τ-τ f0

fo

Aτ

1/τ-1/τ

Los picos de cada tono se ubican donde están los ceros de todos los otros. Cuando el receptor muestrea a la frecuencia central de cada tono la única energía que encuentra corresponde a una sola subportadoramás ruido proveniente de los otros tonos

Frecuenciaωk ωk+1

ωk= ω0+k.Δω= ω0+k.1/T; T: Tiempo de Símbolo

Δω=1/T

ADCandRemoveCP

Serial toParallel

FFTParallel to Serialand Decoder

X0

XN-1

x0

xN-1

OutputSymbols

Serialto Parallel

X0

XN-1

x0

xN-1

IFFT

Parallel to

Serialand

add CP

Add CP

WindowingDACRF Section

InputSymbols

TRANSMISOR

RECEPTOR

Ventana de la FFT

Tiempo

Camino Directo

Multitrayectos

Símbolo 3Símbolo 3 Símbolo 2 Símbolo 1

Símbolo 3Símbolo 3 Símbolo 2 Símbolo 1

Símbolo 3Símbolo 3 Símbolo 2 Símbolo 1

Símbolo 3Símbolo 3 Símbolo 2 Símbolo 1

Ilustración Prefijo Cíclico PC

OS1,OS2 - Símbolos OFDM Tg - Intervalo de GuardaTos - Tiempo de símbolo OFDMTs - Tiempo de Símbolo

TosTg

Prefijo Cíclico

OS 1 OS 2

Ts

Primera parte del símbolo

El tamaño del Prefijo Cíclico se escoge adecuadamente para que sirva como tiempo de guarda para eliminar el ISI. Esto se logra escogiendo el cyclic prefixsuperior al mayor tiempo de retardo del canal. La selección de la duración del cyclic prefix es un compromiso entre el overhead producido y el delay spread aceptado y el Doppler spread.

Con Prefijo CíclicoTiempo

PC2 Símbolo 2PC3 Símbolo 3

PC2 Símbolo 2PC3 Símbolo 3

PC2 Símbolo 2PC3 Símbolo 3 PC1 Símbolo 1

PC1 Símbolo 1

PC1 Símbolo 1

Ventana de la FFT

Camino Directo

Multitrayectos

PC2 Símbolo 2PC3 Símbolo 3 PC1 Símbolo 1

SIMPLE PORTADORA Y OFDM

OFDM de 256 OFDM de 256 subportadorassubportadoras para Capa para Capa FFíísica OFDM 802.16 2004sica OFDM 802.16 2004

192 subcanales para datos, 8 subportadoras para pilotos y 56 nulos

RADIO RELATIVO DE LA CELDA PARA MODULACION ADAPTATIVA

MODULACION ADAPTATIVAMODULACION ADAPTATIVA

SCHEDULING SERVICESSCHEDULING SERVICESQoSQoS

• Unsolicited Grant Service (UGS)– Tráfico del tipo Constant Bit Rate (CBR)– Datos en tiempo real con paquetes de tamaño fijo: tráfico E1 y

VoIP sin supresión de silencio• Real-Time Polling Service (rtPS)

– Datos en tiempo real con paquetes de tamaño variable generados en intervalos periódicos tal como Moving Picture Expert Group(MPEG) video

• Extended Real-Time Polling Service (ertPS). Es una optimización de UGS y rtPS– Datos en tiempo real con paquetes de tamaño variable generados

en intervalos periódicos tal como VoIP con supresión de silencio• Non- Real-Time Polling Service (nrtPS)

– Soporta datos que toleran retardos tales como FTP• Best Effort (BE)

– Diseñado para soportar tráfico para el cual no se ha definido ningún nivel mínimo de QoS, tal como la navegación a través de Internet

Eficiencia Espectral

WiMAX Forum

• Fundado en 2003• Objetivos

– Promover el estándar 802.16– Promover la certificación de equipos – Promover la interoperabilidad de WiMAX entre

diferentes marcas para soluciones de última milla. • Haciendo una analogía, WiMAX es al estándar

802.16 lo que Wi-Fi es al estándar 802.11• El Foro WiMAX integra hoy en día a más de 100

miembros– fabricantes de chips, fabricantes de equipos y

prestadores de servicios

DIFERENTES FASES DE WiMAXDIFERENTES FASES DE WiMAX

Proceso de Certificación de Equipos WiMAX

CONFORMIDAD E INTEROPERABILIDAD

CONFORMIDAD: verificada en laboratorios autorizados, la conformidad puede ser realizada por

organizaciones, laboratorios independientes, agencias de certificación, etc.

INTEROPERABILIDAD: las pruebas las realizan entre organizaciones verificando el buen funcionamiento en conjunto de equipos de diferentes fabricantes.

CERTIFICACIÓN= CONFORMIDAD+INTEROPERABILIDAD

Los grupos dedicados tanto a la tecnología como a la certificación terminaron a finales de 2004 los primeros perfiles de lo que se llama la primera ola de WiMAX con miras a la certificación de equipos.

Perfiles para sistema PMP y OFDM con FFT de 256

Perfiles para WiMAX Fijo

Certificación IEEE 802.16-2004 Banda 3.5 GHz

TDD y FDD, con multicanalización de 3.5 MHz. En función de las demandas del mercado se agregarán más perfiles.El WiMAX Forum también ha acordado que todos los equipos nuevos serán compatibles hacia atrás..WiMAX Forum y ETSI firmaron acuerdos con el fin de garantizar un único estándar para BWA.

Proveedores Certificados Proveedores Certificados WiMAX al 09 de Marzo de 2007WiMAX al 09 de Marzo de 2007

Equipos Certificados WiMAX al Equipos Certificados WiMAX al 09 de Marzo de 200709 de Marzo de 2007

13 Estaciones Bases

15 Unidades de Usuarios

Total 13 Estaciones Bases

Total 15 estaciones de Usuarios

IEEE 802.16eWiMAX Móvil

SScalablecalable OFDMAOFDMA

• OFDMA– Espaciamiento entre subportadoras depende del

ancho de banda y de la FFT• Scalable OFDMA: SOFDMA

– Scalable: se refiere a que puede soportar diferentes anchos de bandas y FFT

– Espaciamiento entre subportadoras es independiente del ancho de banda y la FFT

– El tamaño de los subcanales, también es independiente

– La cantidad de subcanales varía con la FFT

WiMAX Mobile 802.16eBasado en SOFDMA

Varios anchos de bandasDiferentes tamaños de FFT

EscalabilidadSe ajusta el tamaño de la FFTFrequency Spacing fijo a 10.94 KHzDuración del símbolo OFDMA a 102.9 μs

Debido a esto el impacto en las capas superiores es casi nulo, ya que por encima de la capa MAC da la impresión de que nada ha cambiado

Especificaciones de 802.16e

Primeros dos perfiles que se certificarán para WiMAX Móvil están basados en TDD

Parámetros variablesParámetros Fijos

Perfiles para WiMAX Móvil

Otras caracterOtras caracteríísticas sticas avanzadas de WiMAX Mavanzadas de WiMAX Móóvilvil

• Modulación y Codificación Adaptativa (AMC)• HARQ• Codificación

– Convolucionales y Turbos son obligatorios– Block Turbo y LDPC (Low Density Parity Check

Code) opcionales• Modulación

– DL: QPSK, 16 QAM y 64 QAM– UL: QPSK, 16 QAM. 64 QAM es opcional

HandoverHandover o o HandoffHandoff-Hard Handoff (HHO): Wimax móvil usa Network OptimizedHard Handoff, el cual es muy eficiente en cuanto al uso del ancho banda y garantiza un retardo en el Handover inferior a los 50 ms, y minimiza el overhead

-Como opción soporta Fast Base Station Switch (FBSS) y Macro Diversity Handover (MDHO) para reducir aún mas el retardo.

-El handoff se realiza cuando el MS se desplaza y los niveles de fading y/o de interferencia son muy altos

-Cuando la MS puede obtener un mejor QoS de otra BS.

-El algoritmo para tomar la decisión del HO no estáespecificada en el estándar.

Antenas InteligentesSmart Antennas

• WiMAX Móvil Soporta varias tecnologías de antenas inteligentes– Beamforming. Usa un arreglo de antenas con

excitación adecuada para tener varios máximos en el diagrama de radiación

– Space-Time Code (STC). Garantiza diversidad espacial y temporal, tal como Alamuti

– Multiplexaje espacial. Uso de sistemas MIMO. Al tener varias antenas la MS puede soportar mayores tasas de bits que las que soporta con sistemas SISO.

WiBRO IEEE 802.16

Espectro para WiBRO banda 2.3-2.4 GHz

2.3GHz

Más de 250 operadores han realizado pruebas en más de 65 países

Miembros del WiMAX Forum

Aplicaciones

2004

4646

Hoy

400Ingenieros Estimadosque trabajan en WIMAX

Hoy

AproximandoseAproximandose a a loslos7,500 7,500 IngenierosIngenieros

ComponentesComponentesY Y SistemasSistemas

ServiciosServicios

RedesRedes2004

MenosMenos dede500500

ComponentesComponentesY Y SistemasSistemas

Proveedores de Servicios

Fabricantes de Componentes

Vendedores

Fuente: WiMAX Forum (basado en estimados de Intel)

Crecimiento Sostenido

SITUACION EN VENEZUELASITUACION EN VENEZUELA

Varias Iniciativas en WiFiVarias Iniciativas en WiFi: CANTV, Intercable, Connectia y Urbalink.

WiMAXWiMAX: CANTV, Génesis Telecom, OnnivisiónEn ambos casos también hay una inicitiava gubernamental para desarrollar estos servicios y aumentar así la penetración de internet

CONCLUSIONES

◙ WiMAX es la última tecnología inalámbrica desarrollada por la industria

◙ Acceso banda ancha para fijos y móviles◙ Puede coexistir junto a WiFi y 3G◙ Totalmente Certificada:

Estandarización+Interoperabilidad◙ Aplicaciones basadas en IP, desde datos

hasta VoIP◙ Garantiza seguridad y QoS◙ Diferentes segmentos del mercado