tehnologia wimax 802_16

8/2/2019 Tehnologia Wimax 802_16

1/38

1

Tehnologiile WiMAX

1.Aspecte generaleDup o lung perioad de evoluie dezordonat, la nceputul noului secol, se poateremarca dezvoltarea unei soluii pentru comunicaii fr fir, avnd la baz unstandard care s creeze premizele interoperabilitii. Un consoriu de mareanvergur format din entiti industriale n anul 2001, WiMAX (Worldwide

Interoperability for Microwave Access Forum) a nceput s certifice produsedestinate acestui gen de comunicaii cu privire la interoperabilitate i la

conformitatea cu un standard: IEEE 802.16. Acest standard se refer la reeleWMAN (Wireless Metropolitan Area Network), a fost dezvoltat de un grup delucru constituit n cadrul grupului de standardizare IEEE (Institute of Electrical andElectronics Engineers) - LAN/MAN i a fost adoptat i de grupul de standardizareETSI HIPERMAN.

Spre sfritul deceniului 9 al secolului XX preocuprile pentru realizarea unortransmisiuni de band larg pe arie mare au fost delegate unui grup de lucruconstituit n cadrul grupului de standardizare IEEE (Institute of Electrical and

Electronics Engineers) - LAN/MAN. La nceput, prin anul 1998, a fost creat ungrup de studiu denumit 802.BWA (Broadband Wireless Access) care a devenitgrupul de lucru IEEE 802.16 n 1999. Obiectivul acestui grup a constat dindezvoltarea unui standard care s sistematizeze tehnologiile de acces de banda largde arie metropolitan permind instalarea reelelor WMAN. Primele versiuni auvizat transmisia, n vizibilitate (LOS) ntre puncte fixe lucrnd n benzile 10GHz i


2/38

2

66GHz i urmreau s asigure acces de band larg companiilor care nu puteauinstala fibr optic.Aceast variant, denumit simplu 802.16 are la baz un nivelfizic (PHY) care prevede folosirea unor transmisiuni monopurttoare. NivelulMAC are la baz multiplexarea cu diviziune n timp (TDM). Multe concepte

folosite la acest nivel au fost preluate dintr-un standard asociat transmisiunilor dedate pe cablu (DOCSIS - Data Over Cable Service Interface specification).

Ulterior grupul a elaborat o nou versiune 802.16a, care a se refer lacomunicaii n lipsa vizibilitii directe lucrnd n benzile neliceniate din intervalul2,4 GHz - 11Ghz. n acest scop nivelul fizic prevede folosirea tehnicii de modulaieOFDM. Au fost introduse i specificaiile MAC implicate de folosirea noii tehnicide modulaie. Au mai aprut o serie de revizii care au condus, n 2004, la adoptareaunui standard, IEEE 802.16-2004 sau 802.16d, care a nlocuit toate versiunile

anterioare. Acest standard a reprezentat baza pentru primele soluii certificateWIMAX. n anul 2005 a aprut amendamentul 802.16-2005 cunoscut i ca 802.16ecare introduce specificaiile necesare pentru a asigura mobilitatea staiilor deutilizator. Reelele de comunicaie care au la baz standardul IEEE 802.16-2004vizeaz comunicaii punct la punct i punct multipunct ntre echipamente fixe, deaceea muli autori se refer la echipamentele corespunztoare care trec testeleforumului WIMAX cu sintagma WIMAX fix n vreme ce echipamentele realizatei certificate conform standardului 802.16e sunt cunoscute ca WIMAX mobil.

Este remarcabil colaborarea ntre grupul 802.16 i forumul WIMAX. GrupulIEEE 802.16 nu are resurse i nici nu i-a propus dect elaborarea standardelor nui evaluareai certificarea echipamentelor. Forumul WIMAX i-a asumat aceastactivitate iar echipamentele 802.16 care trec testele WIMAX devin echipamenteWIMAX.

Reelele WiMAX acoper arii avnd raze de cca 50 km pentru staii fixe i peraze de 5 - 15 km pentru staii for mobile. Se remarc deosebirea fa detehnologiile WiFi care se limiteaz la raze de numai 30-100 m. Sistemele decomunicaie WiMAX funcioneaz att n benzi liceniate (tabelul 1.1) ct i n

benzi neliceniate.


3/38

3

Tabelul 1.1- Exemple de benzi de frecven liceniate folosite n reele WiMAX

Frecvena ( GHz ) Banda ( MHz )

2,32,45

108,75

2,3052,3202,3452,360

3,55

10

2,4962,690 510

3,33,457

10

3,43,857

10

Se constat c tehnologiile din familia WiMAX asigur dou variante deservicii de band larg fr fir:

1. Comunicaii care folosesc propagarea fr vizibilitate direct(NLOS); serviciile sunt asemntoare celor oferite de tehnologiile Wi-Fi;cu ajutorul unei antene de mici dimensiuni, care este situat lngcalculatorul utilizatorului, se poate realiza conexiunea la o staiede baz.Se folosesc benzi de frecvene din domeniul 2GHz pn la 11GHz. Este

util de amintit c transmisiunile care utilizeaz frecvene mai joase suntmai puin perturbate de obstacolele n comparaiecu cele care utilizeazfrecvene mai nalte.

2. Comunicaii care folosescpropagarea n vizibilitate direct (LOS)ntre staia mobil i staiade baz. O conexiune de tipul LOS este multmai stabil fa de o conexiune NLOS, fiind capabil s transmit o


4/38

4

cantitate mare de date n condiii de calitate adecvate. Transmisiunile detip LOS utilizeaz benzi la frecvene mai nalte. De precizat, c la frecvnalte, exist mai pu ine interferen e i se poate folosi o band mailarg.

Fig 1.1 Sistem WiMAX tipic

Echipamentele tipice ntlnite n structura unui sistem WiMAX (figura 1.1,1.2) sunt:

1. Staiade baz (BS); Este alctuit din unitatea de interior i un pilon pecare se monteaz antenele n mod obinuit o staie de baz poate sasigure o raz de acoperire de pn la 50km dar din consideraii practiceaceast raz de acoperire a fost limitat la 10km.

2. Staiile mobileMS (sau SSSubscriber Station); Exist diverse modurin care pot fi realizate staiile mobile de pild: antena i receptorul pot fidou entiti separate, sau sub forma unei cartele care este conectat ncalculatorul portabil (laptop) sau la calculatorul personal.

Mai multe staii de baz pot fi conectate ntre ele (figura.5.1.2) prin utilizareaunei magistrale de microunde de mare vitez (microwave backhaul), a uneiconexiuni pe fir (wireline backhaul) sau chiar a unei conexiuni care este realizat ntehnologia WiMAX (WiMAX backhaul).


5/38

5

Fig.1.2Aplica ii ale re elelor WiMAX

2. Caracteristici proeminente pentru WIMAXn prezent specialitii sunt unanim de acord c soluia de de comunicaii fr fir de

band larg WIMAX are o seam de caracteristici extrem de interesante n ceea ce

privete posibilitile de instalare i oferta de servicii. n acest paragraf vom trece n

revist pe cele mai importante dintre ele:

1. Nivel fizic realizat pe baza tehnicii de modulaie OFDM; aceast opiuneasigur o bun rezisten la propagarea multi-cale i permite funcionarea

att n vizibilitate direct (LOS) ct i fr vizibilitate direct (NLOS).

2. Rate de transmisie a datelor de vrf foarte mari; la nivelul fizictehnologia WIMAX poate atinge rate de vrf de pn la 74 MHz dac se

dispune de canale cu banda de 20MHz. Mai des se folosete varianta TDD n

canale cu banda de 10 MHz, la care raportul cale ascendent/cale

descendent este de 1/3 iar ratele de vrf sunt de 25Mbps pentru calea

descendent i de 6,7 Mbps pentru calea ascendent. Aceste performane se

obin prin folosirea unor semnale OFDM, 64QAM i a unei rate a codului

corector de erori de 5/6. n condiiile n care semnalul radio este de bun


6/38

6

calitate se pot obine rate mai mari prin folosirea unor antene multiple i a

multiplexrii spaiale.

3. Suport pentru band i rat de transmitere a datelor scalabile;Tehnologia dispune de arhitectur a nivelului fizic care permite ca rata detransmitere a datelor s se adapteze cu uurin la banda de trecere a

canalului alocat. De exemplu sistemul poate folosi transformat Fourier

Rapid realizat n 128, 512, 1048 puncte corespunztor unor canale cu benzi

de 1,25 MHz, 5MHz, 10MHz respectiv. Scalarea poate fi realizat n mod

dinamic pentru a permite deplasarea utilizatorului prin reele diferite care pot

avea diferite alocri de band.

4. Modulaie i codare adaptive (AMC); Standardul 802.16 prevedeposibilitatea folosirii unui numr de scheme de modulaie OFDM i de

scheme de codare. Aceste scheme pot fi schimbatepentru fiecare utilizator i

i pentru fiecare cadru OFDM funcie de condiiile de propagare. Folosind

acest mecanism se poate maximiza debitul binar n cazul uni canal cu

parametrii variabili n timp. De regul algoritmul de adaptare tinde s

foloseasc cea mi bun schem de modulaie i de codare pe care o permite

raportul dintre semnal isuma zgomot plus interferene realizat la recepie.

n acest mod fiecare utilizator va profita de cea mai mare rat permis de

conexiunea sa.

5. Retransmisii la nivelul legturii de date; Pentru transmisiunile carenecesit fiabilitate ameliorat WIMAX permite folosirea unui mecanism

ARQ la nivelul legturii de date. Conexiunile care activeaz mecanismulARQ solicit ca dup fiecare pachet transmis s se primeasc o confirmare

de la receptor. Pachetele neconfirmate sunt considerate pierdute i sunt

retransmise. Opional este prevzut i un mecanism HARQ (Hybrid ARQ)

care este o combinaie ntre soluia FEC i ARQ.


7/38

7

6. Duplexarea poate folosi diviziunea n timp (TDD) sau n frecven(FDD); Ambele standarde (802.16-2004 i 802.16-2005) accept ambele

soluii ca io variant semiduplex-FDD. Aceasta din urm permite realizarea

unor sisteme cu costuri reduse. Datorit unor avantaje specifice cum ar fi:flexibilitatea n alegerea raportului dintre ratele alocate pe canalele ascendent

i descendent, capacitatea de a folosi reciprocitatea canalului sau

complexitatea redus echipamentelor de emisie/recepie, soluia TDD este

folosit de cele mai multe sisteme realizate n prezent. Cu excepia a dou

profile destinate WIMAX fix n gama de 3.5GHz toate celelalte au la baz

soluia TDD.

7. Folosirea tehnicii de acces multiplu OFDMA;Aceast tehnic este folositn varianta WIMAX mobil ea permind ca pentru diferii utilizatori s se

aloce subseturi de subpurttoare OFDM. Pe aceast cale se poate mri

capacitatea sistemului folosind, n mod simplu, diversitatea n frecven i

diversitatea multi-utilizator.

8. Alocare flexibil i dinamic realizat per utilizator; Alocarea resurseloratt pentru calea ascendent ct i pentru cea descendent se realizeaz de

ctre un programator implementat la staia de baz. Capacitatea este

distribuit ntre utilizatori pe baza cererilor folosind o schem bazat pe salve

TDM. Atunci cnd se folosete nivelul fizic bazat pe OFDMA se realizeaz,

n plus, o multiplexare n domeniul frecven utilizatorilor fiindu-le alocate

subseturi diferite de subpurttoare OFDM. Mai mult atunci cnd se folosete

sistemul de antene avansate (AAS), care este opional, resursele pot fi alocatei n domeniul spaiu. Aadar standardul permite alocarea resurselor n timp,

frecven, spaiu i are un mecanism flexibil pentru a transfera informaia de

alocarea a resurselor cadru cu cadru.


8/38

8

9. Folosirea unor tehnici avansate n domeniul antenelor; Standardul 802.16prevede o serie de elemente constituite la proiectarea stratului fizic care

permit folosirea unor tehnici bazate pe antene multiple cum ar fi formarea

fasciculelor, codarea spaio-temporal i multiplexarea spaial. Acestetehnici permit mbuntirea capacitii globale a sistemului i a eficienei

spectraleprin instalarea mai multor antene la emisie i/sau la recepie.

10.Calitatea serviciului (QoS); Stratul MAC WIMAX are o arhitecturorientat pe conexiune conceput pentru a permite realizarea unei multitudini

de aplicaii printre care i servicii de voce sau multimedia. Se poate asigura

rat de transmitere constant sau variabil, fluxuri cu trafic n timp real sau

nu alturi de traficul de date n regim best effort. Se poate asigura

deservirea unui mare numr de utilizatori cu multiple conexiuni per terminal

fiecare dintre acestea cu propriile cerine de calitate.

11.Securitate robust;Standardul 802.16 specific posibilitatea de a se folosio criptare puternic folosind AES (Advanced Encryption Standard) i un

protocol care asigur securitate robust i administrarea cheilor. Se asigur

de asemenea o arhitectur foarte flexibil pentru autentificare bazat pe EAP

(Extensible Authentication Protocol) care permite folosirea unei varieti de

soluii de acces: nume de utilizator/parol, certificate digitale, carduri

inteligente.

12.Asigurarea mobilitii; Varianta WIMAX mobil include mecanisme carepermit realizarea transferului (handover) insesizabil i sigur pentru aplicaii

care necesit mobilitate deplin tolerant la ntrzieri cum ar fi VOIP.Standardul prevede i mecanisme pentru economisirea energiei pentru a

extinde durata de utilizare a bateriilor. Alturi de suportul pentru mobilitate

se mai prevede: estimarea frecvent a canalului, sub-canalizarea pe calea

ascendent controlul puterii etc.


9/38

9

13.Arhitectur bazat pe IP; Forumul WIMAX a definit arhitectura unuimodel de referin bazat pe o platform integral IP. Toate serviciile cap-la-

cap sunt distribuite folosind o arhitectur IP, cu protocoale bazate pe IP,

pentru: transport cap-la-cap, QoS, administrarea sesiunii, securitii imobilitii. Folosirea acestei concepii permite ca WIMAX s micoreze

costurile cu prelucrarea IP s faciliteze convergena cu alte reele i s

exploateze complexul bogat de aplicaii existent pentru reelele IP.

3. Nivelului fizic (PHY) pentru WiMAXTehnica de modulaie folosit la stratul fizic WIMAX este OFDM. n continuarevor fi precizate diverse aspecte cu privire la aspectele specifice.

3.1Parametrii semnalelor OFDM folosite n WiMAXAa cum s-a mai precizat, cele dou versiuni WiMAX, fix i mobil, au la baz

soluii uor diferite pentru nivelul fizic. WiMAX fix, (standardul 802.16d 2004),

folosete un nivel fizic bazat pe OFDM cu transformata Fourier calculat n 256 de

puncte, n timp ce WiMAX mobil (standardul 802.16e 2005), folosete un nivel

fizic bazat pe OFDMA scalabil. n acest caz dimensiunea FFT poate s varieze

ntre 128 i 2048 de puncte.

n tabelul 4.1 sunt dai parametrii semnalului OFDM pentru ambele versiuni.

Au fost alese o serie de profile WIMAX mai des implementate. Exist i altele deci

nu trebuie considerat c acestea sunt toate soluiile acceptate de standarde. Dei

tehnica OFDMA scalabil este specific WIMAX mobil ea poate fi utilizat n

orice aplicaii: fixe, nomade, mobile.

Stratul fizic pentru WiMAX fix; Pentru aceast versiune dimensiunea FFT

este de 256, deci 256 de subpurttoare dintre care 192 de subpurttoare sunt


10/38

10

folosite pentru transportul datelor, 8 sunt folosite ca subpurttoare pilot pentru

estimarea canalului i sincronizare, iar restul sunt utilizate ca subpurttoare de

gard (subpurttoare nule). Deoarece dimensiunea FFT este fix, distana dintre

subpurttoare variaz o dat cu banda canalului. Atunci cnd sunt folosite lrgimide band mai mari, distana dintre subpurttoare crete, iar durata simbolului

descrete. Descreterea duratei simbolului implic faptul c rebuie s fie alocat o

fraciune mai mare ca interval de gard pentru a mpiedica interferenele

intersimbol datorate mprtierii ntrzierilor. Aa cum se observ din tabelul 4.1,

WiMAXpermite folosirea unei game extinse de intervale de gard care va permite

proiectanilorde reele s gseasc un compromis optim ntre eficiena spectral i

rzistena la mprtierea ntrzierilor. Cea mai bun rezisten se poate realiza

folosind un interval de gard de 25% care poate accepta mprtieri ale ntrzierilor

de la 16 s (cnd se lucreaz n canale de 3.5MHz)pn la 8 s (cnd se lucreaz

n canale de 7MHz). n cazul canalelor cu efecte multicale reduse se poate reduce

intervalul de gard la 3%.

Tabelul 4.1- Parametrii OFDM folosii n WiMAX

ParametriiWiMAX fix

OFDMPHY

WiMAX mobil scalabil

OFDMA - PHY

Dimensiunea FFT 256 128 512 1024 2048

Numrul de subpurttoare de

date192 72 360 720 1440

Numrul de subpurttoare

pilot8 12 60 120 240

Numrul de subpurttoare

nule/interval de gard56 44 92 184 368


11/38

11

Prefixul ciclic al intervalului

de gard (Tg/Tb)1/32 1/16 1/8 1/4

Banda canalului (MHz) 3,5 1,25 5 10 20

Rata de supraeantionare

(Fe/B)

Dpinde de band: 7/6 pentru 256FFT, 8/7 pentrumultiplii de 1,75MHz i 28/25 pentru multiplii de

1,25MHz, 2MZz i 2,75MHz.

Distan a dintre

subpurttoare (KHz)15,625 10,94

Interval de calcul FFT (s) 64 91,4

Durata simbolului OFDM (s)pentru 1/8 72 102,9Numrul de simboluri OFDM

dintr-un cadru de 5ms69 48

Stratul fizic pentru WiMAX mobil: Se observ c n acest caz dimensiunea

FFT este scalabil, ntre 128 de puncte i 2048 de puncte. Atunci cnd lrgimea de

de band disponibil crete, dimensiunea FFT crete la rndul ei datorit faptuluic distana dintre subpurttoare este fix i egal cu 10,94 KHz. Conservnd

aceast valoare se conserv durata simbolului care reprezint parametrul

fundamental al semnalului OFDM i deci scalarea va avea un impact minim asupra

straturilor superioare ale stivei de protocoale. Valoarea de 10,94 kHz a fost aleas

deoarece reprezint un compromis bun ntre rezistena la mprtierea ntrzierilor

i cerinele de evitare a efectelor negative ale fenomenului Doppler de care trebuie

inut cont atunci cnd se lucreaz att n medii fixe ct i n medii mobile. Cu

aceast distan ntre subpurttoare, atunci cnd se lucreaz n gama de 3,5 GHz, se

pot evita efectele unor mprtieri ale ntrzierilor de pn la 20 s i se poate

accepta o mobilitate a vehiculelor de pn la 125 km/h. Valaoarea distanei dintre


12/38

12

subpurttoare de 10,94 KHz implic faptul c atunci cnd banda canalului este de

1,25 MHz, 5 MHz, 10 MHz i respectiv 20 MHz se vor folosi prelucrri FFT cu

dimensiuni de 128, 512, 1024 i 2048 respectiv.

3.2Subcanalizarea : OFDMA

Subpurttoarele disponibile pot s fie divizate n mai multe grupuri de

subpurttoare denumite subcanale. WIMAX fix (OFDM-PHY) permite o form

limitat de subcanalizare numai la calea ascendent. Standardul definete 16subcanale, dintre care o staie de abonat poate primi pentru comunicaia pe calea

ascendent 1, 2, 4, 8 sau toate subcanalele. Subcanalizarea cii ascendenta ntr-o

reea WIMAX fix permite staiilor de utilizator s transmit folosind numai o

fraciune (de minim 1/16) din lrgimea de band alocat ei de ctre staia de baz,

care asigur o mbuntire a bugetului legturii de comunicare. n acest mod se

poate extinde aria de acoperire i/sau durata de utilizare a bateriilor. O

subcanalizare cu un factor de 1/16 asigur o mbuntire a bugetului legturii de

comunicaiede pn la 12 dB.

O reea WIMAX mobil (OFDMA-PHY) prevede subcanalizarea att pe

calea ascendent ct i calea descendent. n acest caz subcanalele formeaz

unitile minime de resurse de frecven care pot fi alocate de staia de baz. Ca

atare, pentru utilizatori diferii se pot aloca subcanale diferite i se creeaz un

mecanism de acces multiplu. n acest fel s-a ajuns la OFDMA, tehnic specific

stratului fizic pentru WIMAX mobil.

Subcanalele pot s fie constituite utiliznd fie subpurttoare grupate fie

subpurttoare dispuse n mod aleator n banda disponibil. Subcanalele formate din


13/38

13

subpurttoare distribuite asigur o diversitate mai mare n domeniul a frecven,

aspect deosebit de util n cazul aplicaiilor mobile.

WIMAX definete cteva scheme de subcanalizare bazate pe purttoare

distribuite att pe calea ascendent ct i calea descendent. Una dintre acestescheme denumit PUSC (Partial Usage of Subcariers) este obligatorie pentru

toate variantele de reele de tip WIMAX mobil. Profilul iniial WIMAX, pentru

funcionare n regim PUSC n benzi de 5 MHz definete 15 i 17 subcanale, pentru

calea ascendent i pentru calea descendent, respectiv. Pentru a lucra n benzi de

10 MHz este nevoie de 30 respectiv 35 de canalepentru cele dou ci.

Se ia ca exemplu varianta cu utilizare parial aplicat pentru calea descendent

aa cum este prezentat n figura 3.1. Aceasta se bazeaz pe constituirea a 6

grupuri. naintea grupurilor se constituie aa-numitele clastere care const din

14 subpurttoare adiacente peste dou simboluri OFDM (figura 3.1.a). Aadar

fiecare claster const din 24 de subpurttoare de date i din patru subpurttoare

pilot. Gruparea clasterelor pentru a forma grupurile se face n aa fel nct

fiecare grup s fie fcut din clastere care sunt distribuite n ntreg spaiul

subpurttoarelor. Un subcanal va consta din dou clastere dintr-un grup,

respectiv din 48 de subpurttoare de date i 8 subpurttoare pilot.


14/38

14

a. Structura clasterului

b. Constituirea subcanalelor i segmentelorFig 3.1Utilizarea PUSC pentru calea descendent

Mecanism Adaptiv de Modulaie i Codare (AMC) de band este un

mecanism de subcanalizare bazat pe subpurttoare grupate. Acest mecanism are la

baz grupe de cte nou subpurttoare vecine (8 de date i una pilot) denumite

bini. Un subcanal AMC se constituie din 6 entiti (1 bin peste 6 simboluri, 2 bini

peste 2 simboluri sau 3 bini peste 2 simboluri).


15/38

15

Dei se pierde diversitatea de frecven, AMC de band permite exploatarea

diversitii multi-utilizator, alocnd fiecrui utilizator subcanale funcie de

rspunsul n frecven asociat acestuia. Diversitatea multi-utilizator poate s

asigure un ctig semnificativ n capacitatea global a sistemului, avnd n vederec sistemul tinde s asigure fiecrui utilizator un subcanal care maximizeaz astfel

raportul semnal/zgomot+interferen (SINR). n general, subpurttoarele grupate

sunt mai potrivite pentru aplicaii fixe i de mobilitate redus.

3.3 Structura cadrelor

Stratul WIMAX PHY realizeaz alocarea segmentelor iconstituirea cadrelor la

transmisia radio. Resursa minim timp-frecven care poate fi alocatde ctre un

sistem WiMAX unei anumite legturi este denumit segment (slot). Un segment

este format dintr-un subcanal peste 1, 2 sau 3 simboluri OFDM, funcie de

mecanismul particular de subcanalizare utilizat. O succesiune continu de semente

atribuit unui utilizator este denumit regiunea (domeniul) de date al

utilizatorului. Algoritmii de programare aloc pentru diveri utilizatori regiuni de

date funcie de cerere, de cerinele QoS i de condiiile de propagare.

n figura 3.2 este prezentat structura unui cadru OFDMA/OFDM dintr-un

sistem care utilizeaz modul de lucru TDD. Cadrul este format din dou subcadre:

unulpentru calea descendent urmat de unulpentru calea ascendent dup un mic

interval de gard. Raportul de transmisie ntre subcadrele descendent/ascendent

poate s varieze de la 3:1 pn la 1:1 pentru a se putea realiza diferite profile detrafic.


16/38

16

Fig 3.2Structura unui cadru TDD pentru o reea WIMAX mobil

Standardul 802.16 specific i posibilitatea folosirii duplexrii cu diviziune

n frecven (FDD). n acest caz structura cadrului este aceeai cu excepia faptului

c pot s existe simultan transmisiuni pe calea ascendent i pe calea descendent

folosind purttoare diferite. n prezent majoritatea sistemelor WiMAX folosesc

tehnica TDD datorit mai multor avantaje:a. Este posibil o divizare flexibil a lrgimii de band disponibile ntre

calea descendent i calea ascendent,

b.Nu sunt necesare dou benzi separate prin distana duplexc. Exist un canal reciproc care poate utilizatpentru procesare spaial;d. Se poate realiza o schem simpl a transceiver-ului.Dezavantajul TDD const n faptul c este necesar sincronizarea ntre

multiple staii de baz de pentru a asigura o coexisten fr interferene.

Exist unii operatori care au instalat sisteme care folosesc FDD. Cel mai des

utilizarea FDD este rezultatul unor reglementri care impun divizarea spectrului n

benzi perechi duplex.


17/38

17

Aa cum ne observ n figura 2.1 subcadrul pentru calea descendentncepe

cu un preambulspecific care este folosit pentru unele proceduri implementate la

stratul fizic cum ar fi: sincronizarea de timp, sincronizarea de frecven i

estimarea iniial a canalului. Preambulul pentru calea descendent este urmat deunAntet de Control al Cadrului (FCH - Frame Control Header),care transport

informaii de configurare cum ar fi: lungimea mesajului MAP, schema de

modulaie, schema de codare i subpurttoarele folosite. Utilizatorilor le sunt

alocate regiuni de date n interiorul cadrului, iar informaiile cu privire la aceste

alocri sunt transmise n mesajele MAP pentru calea descendent sau ascendent

(DL-MAP i UL-MAP) care sunt transmise dup FCH n subcadrul de pe calea

descendent. Mesajele MAP includ profilelerafalei pentru fiecare utilizator, profile

care definesc schemele de modulare i de codare utilizate pentru acea legtur.

Mesajele MAP sunt trimise folosind o legtur ct mai sigur, folosind BPSK cu o

rat de codare de i cu o codare prin repetare. Dei mesajele MAP reprezint o

form elegant pentru ca staiile de baz s informeze staiile de abonat cu privire

la profilele pe care acestea le vor folosi, ele pot reprezenta un consum suplimentar

(overhead) semnificativ de resurse, mai ales n situaiile cnd exist un numr mare

de utilizatori cu pachete mici (exemplu VoIP). Pentru a diminua acest efect,

sistemele WiMAX mobile au opiunea de a folosi mesaje sub-MAP multiple caz n

care mesajele de control dedicate diverilor utilizatori sunt transmise cu viteze

mari, funcie de condiiile individuale de din punctul de vedere al raportului

semnal/zgomot+interferen. Opional, pentru a spori eficiena mesajele MAP pot

s fie comprimate.WiMAX este destul de flexibil din punctul de vedere al modului n care

pachetele mai multor utilizatori sunt multiplexate ntr-un cadru. Un cadru pentru

calea descendent poate s conin mai multe rafale de mrimi i tipuri diferite care

transport date pentru mai muli utilizatori. Mrimea cadrului este de asemenea


18/38

18

variabil pe o baz cadru-cu-cadru de la 2ms la 20 ms i fiecare rafal poate s

conin mai multe pachete concatenate de mrimi fixe sau variabile sau fragmente

de pachete. Totui, cel puin, la nceput, toate echipamentele WiMAX trebuie s

poat folosi numai cadre de 5 ms.Subcadrul de pe calea ascendent este alctuit din cteva rafale de cale

ascendent provenite de la civa utilizatori. O parte din acest subcadru este

rezervat temporar pentru acces prin disputarea mediului. Subcadrul de cale

ascendent este utilizat n principal ca un canal de ordonare (ranging channel)

pentru a efectua ajustri de frecven, timp i putere pe bucl nchis n timpul

accesului n reea dar i n mod periodic n timpul realizrii transmisiunilor. De

asemenea, canalul de ordonarepoate s fie folosit de ctre staiile de utilizator

sau de ctre staiile mobile (SS/MS) pentru a solicita band. n plus pe canalul cu

disputare a mediului pot fi transmise date BE, mai ales dac este vorba de cantiti

reduse de date care nu ar justifica cererea unui canal dedicat. n afar de canalul de

ordonare i de rafalele de trafic, subcadrul de cale ascendent include un canal

pentru informaii cu privire la calitatea canalului (CQICH) i canal de confirmare

(ACK). Pe CQICH SS transmite ctre staia de baz informaii despre calitatea

canalului descendent care vor fi folosite de ctre programatorul staiei de baz n

realizarea profilului rafalei asociate fiecrui utilizator

Pentru a gestiona variaiile de timp, opional WIMAX poate repeta mai des

preambulul. Pentru calea ascendent se pot folosi preambuluri scurte numite

midambuluri, dup transmiterea a 8, 16 sau 32 de simboluri. Pe calea descendent

se poate nsera un preambul scurt la nceputul fiecrei rafale.


19/38

19

3.4Mecanismul Adaptiv de Modulaie i Codare (AMC) n WIMAX i rata detransmitere a datelor la stratul fizic

Aa cum s-a mai menionat standardul 802.16 prevede o mare varietate de scheme

de modulaie i de codare. Acestea pot fi modificate, independent, pentru fiecare

rafal ipentru fiecare conexiune funcie de caracteristicile canalului. Informaii cu

privire la calitatea canalului descendent se pot obine din CQICH iar pentru canalul

ascendent prin analiza semnalului recepionat de ctre staiile de baz.

Programatorul de la staia de baz (scheduler) va ine cont de aceste informaii

pentru a alege schemele optime pentru modulaie i codare care s maximizeze

debitul funcie de raportul semna/zgomot particular. Prin folosirea modulaiei i

codrii adaptive se mrete semnificativ capacitatea global a sistemului realiznd

un compromis n timp real ntre debit i stabilitatea pe fiecare legtur.

Aa cum rezult din tabelul 3.2 pentru calea descendent WIMAX specific OFDM

cu modulaie QPSK, 16QAM i 64 QAM. Pentru calea ascendent 64QAM este o

schem opional. Codarea anticipativ (FEC) folosete obligatoriu coduri

convoluionale. Pe calea descendent, OFDM-PHY, codul convoluional estecombinat cu un cod extern Reed-Solomon. Opional standardul specific i coduri

de densitate redus pentru controlulparitii (LDPC - low-density parity check). Se

pot identifica 52 de combinaii scheme de modulare scheme de codare care pot fi

folosite pentru a define profile pentru diveri utilizatori.


20/38

20

Tabelul 3.2 Scheme de modulaiei codare WIMAX

Este evident c funcie de combinaia schem de modulaie-schem de

codare se modific rata de transmitere a datelor la stratul fizic. Aceasta mai esteinfluenat, ntr-o msur mai mic, de numrul de subcanale, durata intervalului de

gard, rata de supraeantionare.

Tabelul 3.3 evideniaz ratele de transmisie n cazul particular al unui sistem

TDD cu raportul caledescendent-cale ascendevt de 3:1. Dimensiunea cadrului

este considerat de 5ms iar intervalul de gard de 12,5% din dura ta simbolului.

Schema de permutare a subpurttoarelor este PUSC. n fine se consider c toate

simbolurile OFDM sunt utilizate pentru transmisie de date de utilizator cu excepia

unui simbol folosit pentru consum suplimentar (overhead) pe calea descendent.


21/38

21

Tabelul 3.3 Rate de transmisie a datelor la startul fizic pentru diferite benzi alocate

4 Prezentarea sumar a stratului MACSarcina principal a stratului MAC pentru WiMAX const n a asigura o interfa

ntre straturile superioare de transport i startul fizic. Stratul MAC preia pachete

provenite de la straturile superioare, pachete denumite uniti de date pentru

serviciul MAC - MSDU (MAC service data units) i le organizeaz n uniti de

date pentru protocolul MAC MPDU (MAC protocol data units) care vor fi

transmise pe canalul radio. Evident la recepie stratul MAC realizeaz operaiileinverse. Cele dou standarde IEEE 802.16d i 802.16e includ i un substrat de

convergen care asigur interfaarea cu o diversitate de protocoale la straturile

superioare cum sunt: ATM,TDM pentru voce, Ethernet, IP etc. Avnd n vedere

poziia pe care o ocup n contextul actual tehnologia IP i Ethernet forumul


22/38

22

WiMAX a decis c, deocamdat, WiMAX s accepte numai aceste dou

protocoale. Pe lng realizarea unei corespondene spre i de la straturile superioare

substratul de convergen realizeaz i suprimarea anteturilor MSDU pentru a

reduce transmisiunile n exces de la fiecare pachet.Stratul MAC WiMAX este proiectat pentru a accepta rate de bit de vrf

foarte mari asigurnd, simultan, calitate a serviciului comparabil cu cea de la

ATM sau DOCSIS. Se folosesc MPDU de lungime variabil i au fost definite o

serie de mecanisme pentru a realiza transmiterea eficient a acestora. De exemplu

mai multe MPDU de lungimi egale sau diferite pot fi grupate ntr-o singur salv

(burst) pentru a reduce transmisiunile n exces (overhead) de la stratul fizic. Similar

mai multe MSDU de la acelai serviciu de la straturile superioare pot fi concatenate

ntr-o MPDU pentru a reduce transmisiunile n exces de la stratul MAC. Invers,

MSDU de dimensiuni mari pot fi fragmentate n MPDU de dimensiuni mai mici

care s fie transmise folosind mai multe cadre.

n figura 3.3 sunt date exemple de cadre MPDU. Fiecare cadru MAC este

precedat deantetul generic MACGMH (Generic MAC Header) care conine un

identificator de conexiune (CID), lungimea cadrului i o serie de bii care

precizeaz prezena CRC, sub-anteturi, dac datele sunt ncriptate i dac da cu ce

cheie. Sarcina util din cadru reprezint fie date de utilizator fie date de

administrare (management). Alturi de MSDU sarcina util a cadrului poate

transporta cereri de alocare de band sau cereri de retransmisie. Tipul sarcinii utile

este identificat de sub-antetul care o precede. Exemple de sub-antet: sub-antetul de

mpachetare sau sub-antetul de fragmentare.


23/38

23

Figura 3.3. Exemple de cadre MPDU

Aa cum s-a mai menionat WiMAX prevede folosirea mecanismului ARQ

care poate fi utilizat pentru a solicita retransmiterea unor MSDU nefragmentate sau

a unor fragmente de MSDU. Lungimea maxim a unui cadru este de 2017 de octei

iar infoemaii despre acest parametru se transmit ntr-un grup de 11 bii din GMH.

4.1 Mecanismele de acces la canalul radio

n WiMAX stratul MAC implementat la staia de baz este responsabil n totalitate

de alocarea resurselor de band ctre utilizatori att pentru calea ascendent ct i

pentru calea descendent. Singurele momente cnd o staie de abonat are un

oarecare control asupra alocrii de band apare n cazul n care staia de abonat are

multiple conexiuni sau sesiuni cu staia de baz. n acest caz staia de baz aloc


24/38

24

band n mod global i rmne la latitudinea staiei de abonat s o distribuie ntre

multiplele conexiuni. Orice alte programri de resurse pentru cele dou sensuri de

comunicaie sunt realizate la SB. Pentru calea descendent alocarea se face pe baza

traficului destinat fiecrui abonat iar pentru calea ascendent alocrile au la bazcererile lansate de staia de abonat.

Standardul prevede mai multe mecanisme prin care o staie de abonat poate

solicita i obine band pentru calea ascendent. SM alege unul sau mai multe

dintre aceste mecanisme funcie de calitatea serviciului (QoS) i de parametrii de

trafic specifici unui anumit serviciu. Periodic staia de baz aloc resursen vederea

lansrii cererilor de band. Acesta este un proces de interogare. Interogarea se

poate realiza individual (transmisiuni pentru a staie - unicast) sau pe grupuri de

staii de abonat (transmisie multipl - multicast/difuzare - broadcast). Cea de a dou

variant se aplic atunci cnd nu sunt suficiente resurse pentru interogare

individual. n cazul interogrii unui grup de staii se aloc un segment care este

folosit n comun de grupul de staii pentru a lansa cererile de band, deci fiecare

staie care solicit band va ncerca s acceseze segmentul alocat. Standardul

definete accesul prin disputarea canalului i un mecanism de separare a

solicitrilor atunci cnd mai multe staii de abonat solicit simultan resurse.O staie

care are resurse alocate pentru transmisiune nu este interogat. n schimb ea are

voie s solicite mai mult band prin:

- transmiterea unui MPDU cu o cerere de band;- transmiterea unei cereri de band prin canalul de evaluare a distanei

(ranging);- transmiterea unei cereri de band sub forma piggyback printr-un

pachet oarecare.


25/38

25

4.2 Calitatea Serviciului

Unul dintre aspectele specifice importante ale WiMAX se refer la posibilitatea de a permite

realizarea de transmisiuni cu calitate a serviciului controlat. Controlul riguros al QoS se

realizeaz prin folosirea unei arhitecturi orientate pe conexiune, arhitectur n care toateconexiunile ascendente i descendente sunt controlate de ctre staia de baz. nainte de a se

realiza orice transmitere de date staia de baz i cea de abonat se stabilete o legtur logic

unidirecional ntre entiti similare de la dou straturi MAC. Aceasta se numeteconexiune

i este identificat printr-un identificator de conexiune (CID). Identificatorul de

conexiune servete ca o adres temporar pentru datele transmise peste o anumit

legtur. n afar de conexiunile folosite pentru a transfera date n WiMAX se mai

definesc trei conexiuni de management (de baz, primar i secundar) care suntfolosite pentru a se realiza funcii specifice cum ar fi ordonarea(ranging).

Alturi de conexiunen WiMAX se mai definete ifluxul-serviciu. Acesta

este identificat printr-un identificator de flux-serviciu (SFID) i reprezint un flux

unidirecional de pachete caracterizat de un set unic de parametrii QoS. Dintre

parametrii QoS avui n vedere se pot meniona: prioritatea traficului, rata de trafic

maxim care poate fi asigurat, rata maxim a rafalelor (burst), rata minim care

poate fi acceptat, tipul de programare (scheduling), tipul de ARQ, ntrzierea

maxim, fluctuaiile (jitter) acceptabile, tipul i lungimea MSDU, mecanismul de

cerere de band folosit, regulile de transmisie a PDU etc.

Fluxurileserviciu pot fi livrate printr-un sistem de management al reelei

sau pot fi create dinamic pe baza unui mecanism de semnalizare definit n standard.

Rspunderea pentru definirea fluxurilor-serviciu i punerea lor n coresponden cu

o conexiune unic revine staiei de baz. Pentru a permite transmisiuni cap-la cap

bazate pe IP cu QoS fluxurile serviciu pot fi puse n coresponden cu codurile

DiffServ sau cu etichetele MPLS.


26/38

26

Pentru a se permite implementarea unei mari varieti de aplicaii, WiMAX

definete cinci servicii de programare (scheduling) (tabelul 3.4) care trebuie s

poat fi materializate de ctre programatorul de la staia de baz pentru transportul

de date peste o conexiune:1. Servicii asigurate fr solicitare (UGS - Unsolicited grant services):

Acest serviciu este proiectat pentru a asigura transmiterea de pachete la o

rat de bit constant (CBR - constant bit rate) Exemple de aplicaii care pot

beneficia de acest serviciu sunt fluxurile T1/E1 i VOIP fr suprimarea

perioadelor de tcere. Parametrii obligatorii pentru a defini acest serviciu

sunt: rata de trafic maxim care poate fi asigurat, ntrzierea maxim n

sistem, acceptabile i politica de cerere/transmitere.

2. Servicii cu interogare n timp real (rtPS - Real-time polling services):Aceast variant este proiectat s deserveasc fluxuri n timp real cum ar fi

fluxurile video MPEG, care genereaz pachete de date cu lungime variabil

pe o baz periodic.Parametrii obligatorii pentru a defini acest serviciu sunt:

rata minim de trafic rezervat, rata maxim care poate fi asigurat,

ntrzierea maxim n sistem, acceptabile i politica de cerere/transmitere.

3. Servicii cu interogare care nu se realizeaz n timp real (nrtPS - Non-real-time polling service): Acest serviciu a fost proiectat pentru a fi utilizat

n transportul unor fluxuri de date tolerante la ntrzieri aa cum sunt

aplicaiile de transfer de fiiere (FTP). Acestea pot fi transportate la o rat

garantat minim.Parametrii obligatorii pentru a defini acest serviciu sunt:

rata minim de trafic rezervat, rata maxim care poate fi asigurat,prioritile traficului i politica de cerere/transmitere.


27/38

27

Tabelul 3.4 Fluxuri-Servicii definite n WiMAX

4.Serviciul fr garanii (BE - Best-effort service); Acest serviciu esteproiectat pentru a asigura transportul unor fluxuri de date care nu implic un

nivel minim garantat. Un exemplu de astfel de aplicaie o reprezint

navigarea pe WEB.Parametrii obligatorii pentru a defini acest serviciu sunt:

rata maxim care poate fi asigurat, prioritile traficului i politica de

cereri/transmitere.

5.Serviciul cu rat variabil, n timp real, extins (ERT-VR- Extended real-time variable rate service); Acest serviciu a fost proiectat pentru a fi utilizat

pentru aplicaiile n timp real cum ar fi VoIP cu suprimarea momentelor de

tcere. Acestea au rat de rat e transfer variabil dra cer garantarea ratei i

ntrzierii. Acest serviciu este definit numai n standardul IEEE 802.16e. Mai


28/38

28

este cunoscut i ca serviciu cu interogare n timp real extins (ErtPS -

extended real-time polling service).

Dei n WiMAX nu se definete programatorul ca atare se definesc, n schimb,

civa parametrii i cteva caracteristici care permit implementarea cu uurin aacestuia:

Sunt definite toate elementele necesare pentru a preciza, n detaliu,

cerinele cu privire la QoS precum i o serie de mecanisme pentru ca pe

calea ascendent s se semnalizeze condiiile de trafic i cerinele QoS;

S-a creat posibilitatea pentru alocarea tridimensional a resurselor la

stratul MAC; Astfel resursele pot fi alocate, cadru cu cadru, n timp(segmente de timptime slots), n frecven (grupuri de subpurttoare)

i n spaiu (antene multiple);

Suportul pentru un canal rapid de informare napoi ctre staia de baz

cu privire la calitatea transmisiunii pentru a permite programatorului s

aleag schema de codare i/sau de modulaie (profilul rafalei) pentru

fiecare alocare de resurse;

Suport pentru permutarea subpurttoarelor grupate, a se vedea AMC,

ceea ce permite ca programatorul s foloseasc diversitatea

multiutilizator, alocnd fiecrui utilizator cel mai performant subcanal.

Trebuie remarcat c implementarea unui programator eficient este foarte

important pentru capacitatea global i performanele unui sistem WiMAX.


29/38

29

4.3 Reducerea consumului de putere (power-saving)

Pentru a permite utilizarea eficient a dispozitivelor portabile, WiMAX mobil

include o serie de caracteristici specifice.

Reducerea consumului de putere se realizeaz prin scoaterea din funciune a

unor seciuni din ale echipamentului atunci cnd acesta nu transmite sau

recepioneaz activ date. Sunt definite metode de semnalizare care permit staiei de

abonat mobile ca, atunci cnd nu este activ, s treac n modul somn (sleep) sau

inactiv (idle). Modul somn corespunde unei stri n care SM se oprete i devine

indisponibil pentru o perioad predeterminat de timp. Perioada de absen este

negociat cu staia de baz la care este conectat. n WiMAX sunt definite trei clase

de reducere a consumului de putere funcie de modul n care se execut modul

somn.

Cnd lucreaz n clasa 1 staiile folosesc o fereastr de somn care crete

exponenial ntre o valoare minim i una maxim. Acest mod se folosete, de

regul, pentru staii angajate n trafic fr garanii sau care nu este n timp real.Cnd lucreaz n clasa 2 staiile folosesc o fereastr de lungime fix. Tipic

aceast clas este folosit pentru trafic UGS.

Clasa 3 de reducere a consumului prevede folosirea unei ferestre de somn de

un timpi este folosit de ctre staiile angajate n trafic de tip multi-destinaie sau

de management adic n acele situaii n care se tie cnd are loc urmtoarea

transmisie. Pentru a permite realizarea transferului n timp ce o staie este n modul

somn, SM are voie s scaneze alte staii de baz pentru a colecta informaiile legate

de acest proces.

Modul inactiv permite o reducere a consumului mai mare. n WiMAX este o

facilitate opional. Acest mod permite SM s nceteze s funcioneze complet, s


30/38

30

nu fie nregistrat cu nici o staie de baz i totui s poat recepiona trafic pe calea

descendent. Atunci cnd sosete trafic pentru o staie aflat n inactivitate, aceasta

este cutat (paged) de cteva staii de baz care formeaz un grup de cutare

(paging group). Staia mobil este asignat unui grup de cutare nainte de a intran modul inactiv i ea va reveniperiodic pentru a actualiza grupul de cutare. Acest

mod reduce consumul de putere mai mult dect modul somn deoarece SM nu

trebuie nici s se nregistreze nici s realizeze transferuri ntre staiile de baz. Din

acest motiv acest mod de lucru este benefic i pentru reea i staia de baz

eliminnd traficul de transfer pentru staiile inactive.

4.4 Tratarea mobilitii

Alturi de accesul fix de band larg, WiMAX are n vedere i patru scenarii de

lucru n condiii de mobilitate:

1. Mobilitate de nivelnomad; Utilizatorul poate s ia o staie de abonat fix is se reconecteze din oricepunct de ataare;

2. Mobilitate de nivel portabil: Accesul de tip nomad se poate materializafolosind un dispozitiv portabil, cum ar fi un card PC sau un laptop cu cartel

WiMAX cu sperana realizrii unui transfer n cele mai bune condiii posibile

(best effort);

3.Mobilitate simpl; Abonatul se poate deplasa cu viteze de pn la 69km/h cuscurte ntreruperi, de sub o secund, n timpul transferului (handoff);

4.Mobilitate deplin; utilizatorul se poate deplasa cu pn la 120km/h iartransferul se realizeaz fr ca utilizatorul s sesizeze procedura (laten de

sub 50 ms i pierderi de pachete mai mici de 1%) ;


31/38

31

Este foarte probabil ca majoritatea reelelor WiMAX s vizeze la nceput aplicaii

de tip fix i nomad, urmnd ca treptat, n timp, s evolueze spre acceptarea

portabilitii i a mobilitii depline.

Standardul IEEE 802.15e, definete un cadru care permite administrareamobilitii. n particular, standardul definete un mecanism pentru a urmri staiile

de abonat care fiind n stare activ se mut din aria de acoperire a unei staii de

baz n alta precum i staiile care n repaus fiind trec de la un grup de cutare

(paging). De asemenea standardul include protocoale pentru a se putea realiza

transferul insesizabil de la o staie de baz la alta pentru conexiunile de intrare.

Forumul WiMAX a folosit cadrul creat de standardul IEEE 802.16 2005 pentru a

dezvolta, n continuare management-ul mobilitii ntr-un cadru arhitectural de

reea de la cap-la-cap. Arhitectura accept i mobilitatea la stratul IP bazat pe

conceptul IP mobil.

Standardul IEEE 802.16e prevede 3 metode de transfer:

a.HHO - transfer hard (hard handover);b. FBSS comutarea rapid a staiilor de baz (Fast Base Station

Switching);

c.MDHO transfer cu diversitate la nivel macro (macro diversityhandover).

Metoda HHO este obligatorie i se impune a fi implementat de orice soluie

WiMAX mobil la nceput. Ea implic o trecere abrupt a conexiunii de o staie de

baz la alta. Deciziile cu privire la realizarea transferului pot fi luate de ctre SB,SM sau alt entitate pe baza rezultatelor msurtorilor raportate de ctre SM.

Periodic SM realizeaz o scanare a domeniului de RF alocat i msoar calitatea

semnalului la staiile de baz vecine. Scanarea are loc n intervalele de scanare

alocate de ctre SB. n aceste intervale SM are voie s fac i o ordonare iniiali


32/38

32

se poate asocia cu una sau mai multe staii de baz vecine. Odat ce se ia decizia cu

privire la realizarea unui transfer, SM ncepe sincronizarea pe transmisia

descendent a staiei de baz vizate, se realizeaz ordonarea dac nu a fost deja

fcutn timpul scanrii i apoi se ncheie conexiunea cu fosta staie de baz. OriceMPDU, nelivrat ctre o SM, este pstrat pn la trecerea unui anumit interval de

timp dup care este aruncat.

n cazul celorlalte dou metode de transfer SM menine o conexiune valid cu

mai multe staii de baz.

n cazul metodei FBSS staia mobil menine o list cu staiile de baz care

pot fi implicate n comunicaie i care formeaz aa numitul set activ. Staia mobil

monitorizeaz continuu setul activ, realizeaz determinarea distanelor i menine o

conexiune valid cu fiecare dintre staiile de baz din setul activ. Totui staia

mobil comunic numai prin o staie de baz numitstaie de baz acncor.Atunci

cnd este necesar schimbarea staie ancor conexiunea este comutat de la o staie

de baz la alta fr a se realiza semnalarea specific transferului. Pur i simplu

staia mobil raporteaz staia de baz ancor selectat pe CQICH.

MDHO este similar cu FBSS exceptnd faptul c SM comunic, simultan, att

pe calea descendent ct i pe calea ascendent cu toate staiile de baz din setul

activcare n acest caz se numete set de diversitate.Pe calea descendent, staia

mobil primete multiple copii pe care le poate combina folosind o variant

oarecare dintre tehnicile de diversitate. Pe calea ascendent, staia mobil trimite

date ctre mai multe staii de baz diversitatea manifestndu-se prin alegerea cii

celei mai bune.Att FBSS ct i MDHO ofer performane superioare prin comparaie cu

HHO, dar este necesar ca toate staiile de baz din setul activ sau din setul de

diversitate s fie sincronizate, s foloseasc aceeai frecven purttoare i s

foloseasc n comun informaia relativ la intrarea de reea.


33/38

33

4.5 Funciile de securitate

Spre deosebire de tehnologia Wi-Fi, WiMAX a fost proiectat de la nceput avndu-se n vedere asigurarea unei securiti robuste. Standardul a inclus metode la zi

pentru a se asigura confidenialitatea datelor transmise i prevenirea accesului

neautorizat. Adiional au fost prevzute faciliti pentru a permite implementare

procedurilor de transfer. Pentru a se implementa cerinele de securitate a fost creat

un substrat la stratul de control al accesului la mediu - MAC. n cele ce urmeaz

vor fi prezentate pe scurt aspectele principale.

Suportul pentru confidenialitate: Se folosesc scheme de criptare a cror

eficien a fost dovedit: AES (Advanced Encryption Standard) i 3DES (Triple

Data Encryption Standard). Foarte probabil, cele mai multe implementri vor folosi

AES care este acceptat i n SUA i este mai uor de implementat. Cheile de

criptare de 128 sau de 256 de bii sunt generate n faza de autentificare i, pentru

protecie suplimentar, sunt remprosptate periodic.

Autentificarea echipamentului/utilizatorului: WiMAX ofer mijloace pentru a

se realiza autentificarea utilizatorilor i a echipamentelor pentru a preveni folosirea

neautorizat a resurselor. Cadrul creat pentru autentificare are la baz procedura

EAP dezvoltat de IETF (Internet Engineering Task Force) care accept o mare

varietate de soluii pentru acest obiectiv: nume de utilizator/parol, certificat digital

i carduri inteligente. Terminalele WiMAX sunt livrate cu certificat digital X.509

care are asociat o cheie public i o adres MAC. Operatorii WiMAX folosesc

acest certificate pentru a autentifica echipamentul i folosesc numele de

utilizator/parola sau un card inteligent pentru a autentifica utilizatorul.


34/38

34

Protocol Flexibil pentru administrarea cheilor: Pentru a transfera fr riscuri

cheile de la staia de baz la staia mobil i reactualizarea periodic a lor se

folosete Protocolul de administrare a Cheilor versiunea 2 (Privacy and Key

Management Protocol Version 2 - PKMv2). Acesta este un protocol de tip client-server: staia mobil joac rolul de client iar staia de baz de server. Protocolul se

bazeaz pe certificatul digital X.509 i pe un algoritm de criptare a cheilor (RSA -

Rivest-Shamer-Adleman) pentru schimbul de chei.

Facilitarea transferului: Pentru a permite realizarea rapid a transferurilor

WiMAX permite ca staiile mobile s realizeze o pre-autentificare cu o anume

staie de baz int pentru a accelera reasocierea. Exist un protocol cu trei ci care

permite implementarea procedurii de transfer rapid evitnd totodat atacurile de tip

omul-de-la-mijloc.

4.6 Servicii de transmisiuni multi-destinaie sau de tip difuziune (MBS - Multicast

and Broadcast Services)

Pentru a se putea realiza astfel de servicii au fost introduse o serie de funcii

specifice la stratul MAC cum ar fi:

Mecanisme de semnalizare pentru ca SM s cear i s realizeze MBS;

Posibilitatea de acces a staiei de abonat la MBS prin intermediul uneia sau a

mai multor staii de baz funcie de posibilitile acesteia i de necesiti;

Calitatea serviciilor (QoS) i criptare asociate MBS folosind o cheie de

criptare global;

O zon distinct n cadrul MAC cu propriile informaii pentru traficul MBS;


35/38

35

Metode de livrare a traficului MBS ctre staiile de abonat aflate n modul de

repaus (idle);

Posibilitatea de a ameliora performanele de livrare a traficului MBS prin

macro diversitate.

4.7 Advanced Features for Performance Enhancements

WiMAX defines a number of optional advanced features for improving the

performance. Among the more important of these advanced features are support for

multiple-antenna techniques, hybrid-ARQ, and enhanced frequency reuse.

4.7.1Sisteme avansate de antene

The WiMAX standard provides extensive support for implementing advanced

multiantenna solutions to improve system performance. Significant gains in overall

system capacity and spectral efficiency can be achieved by deploying the optional

advanced antenna systems (AAS) defined in WiMAX. AAS includes support for avariety of multiantenna solutions, including transmit diversity, beamforming, and

spatial multiplexing.

Transmit diversity: WiMAX defines a number of space-time block coding

schemes that can be used to provide transmit diversity in the downlink. For

transmit diversity, there could be two or more transmit antennas and one or morereceive antennas. The space-time block code (STBC) used for the 2 1 antenna

case is the Alamouti codes, which are orthogonal and amenable to maximum

likelihood detection. The Alamouti STBC is quite easy to implement and offers


36/38

36

the same diversity gain as a 1 2 receiver diversity with maximum ratio

combining, albeit with a 3 dB penalty owing to redundant transmissions. But

transmit diversity offers the advantage that the complexity is shifted to the base

station, which helps to keep the MS cost low. In addition to the 2 1 case,WiMAX also defines STBCs for the three- and four-antenna cases.

Beamforming: Multiple antennas in WiMAX may also be used to transmit the

same signal appropriately weighted for each antenna element such that the effect is

to focus the transmitted beam in the direction of the receiver and away from

interference, thereby improving the received SINR. Beamforming can provide

significant improvement in the coverage range, capacity, and reliability. To

perform transmit beamforming, the transmitter needs to have accurate knowledge

of the channel, which in the case of TDD is easily available owing to channel

reciprocity but for FDD requires a feedback channel to learn the channel

characteristics. WiMAX supports beamforming in both the uplink and the

downlink. For the uplink, this often takes the form of receive beamforming.

Spatial multiplexing: WiMAX also supports spatial multiplexing, where multiple

independent streams are transmitted across multiple antennas. If the receiver also

has multiple antennas, the streams can be separated out using space-time

processing. Instead of increasing diversity, multiple antennas in this case are used

to increase the data rate or capacity of the system.

Assuming a rich multipath environment, the capacity of the system can beincreased linearly with the number of antennas when performing spatial

multiplexing. A 2 2 MIMO system therefore doubles the peak throughput

capability of WiMAX. If the mobile station has only one antenna, WiMAX can still

support spatial multiplexing by coding across multiple users in the uplink. This is


37/38

37

called multiuser collaborative spatial multiplexing. Unlike transmit diversity and

beamforming, spatial multiplexing works only under good SINR conditions.

5.4.2 Hybrid-ARQ

Hybrid-ARQ is an ARQ system that is implemented at the physical layer together

with FEC, providing improved link performance over traditional ARQ at the cost of

increased implementation complexity. The simplest version of H-ARQ is a simple

combination of FEC and ARQ, where blocks of data, along with a CRC code, are

encoded using an FEC coder before transmission; retransmission is requested if the

decoder is unable to correctly decode the received block. When a retransmitted

coded block is received, it is combined with the previously detected coded blockand fed to the input of the FEC decoder. Combining the two received versions of

the code block improves the chances of correctly decoding. This type of H-ARQ is

often called type I chase combining.

The WiMAX standard supports this by combining an N-channel stop and

wait ARQ along with a variety of supported FEC codes. Doing multiple parallel

channels of H-ARQ at a time can improve the throughput, since when one H-ARQ

process is waiting for an acknowledgment, another process can use the channel to

send some more data. WiMAX supports signaling mechanisms to allow

asynchronous operation of H-ARQ and supports a dedicated acknowledgment

channel in the uplink for ACK/NACK signaling. Asynchronous operations allow

variable delay between retransmissions, which provides greater flexibility for the

scheduler.

To further improve the reliability of retransmission, WiMAX also optionally

supports type II H-ARQ, which is also called incremental redundancy. Here, unlike

in type I H-ARQ, each (re)transmission is coded differently to gain improved

performance. Typically, the code rate is effectively decreased every retransmission.


38/38

That is, additional parity bits are sent every iteration, equivalent to coding across

retransmissions.

5.4.4 Improved Frequency Reuse

Although it is possible to operate WiMAX systems with a universal frequency

reuse plan, doing so can cause severe outage owing to interference, particularly

along the intercell and intersector edges. To mitigate this, WiMAX allows for

coordination of subchannel allocation to users at the cell edges such that there is

minimal overlap. This allows for a more dynamic frequency allocation across

sectors, based on loading and interference conditions, as opposed to traditional

fixed frequency planning. Those users under good SINR conditions will haveaccess to the full channel bandwidth and operate under a frequency reuse of 1.

Those in poor SINR conditions will be allocated nonoverlapping subchannels such

that they operate under a frequency reuse of 2, 3, or 4, depending on the number of

nonoverlapping subchannel groups that are allocated to be shared among these

users. This type of subchannel allocation leads to the effective reuse factor taking

fractional values greater than 1. The variety of subchannelization schemes

supported by WiMAX makes it possible to do this in a very flexible manner.

Obviously, the downside is that cell edge users cannot have access to the full

bandwidth of the channel, and hence their peak rates will be reduced.

tehnologia wimax 802_16

Documents