IEEE 802.16 Wireless Metropolitan Area Networks 발표일자 : 2007년11월8일 발 표 자 : 4학기 이경애

목 차 IEEE 802.16 WMAN Introduction Physical Layer Medium Access Control Layer

IEEE 802.16 WMAN Introduction * 1개의 안테나로 반경 50Km를 커버, 통신 속도는 최대 75Mbps * 전화국에서 가정이나 기업까지의 라스트 원 마일을 고속 무선으로 잇는 것 * 광섬유의 부설이 어려운, 혹은 전화국으로부터의 거리가 먼 곳 * 현재는 이러한 용도에 가세해 고속의 이동통신 기술로서 이용

IEEE 802.16 WMAN Introduction IEEE 802에서 광대역 무선 접속 규격 개발을 목적으로 802.16 WG 설립(1999년) IEEE 802.16 (2001년 12월) IEEE에서 승인 10~66GHz의 인가된 스펙트럼 대역에서 고정식 점대다점(PMP) 광대역 무선시스템 기지국과 단말의 사이에 장애물이 없는 상태(LOS. Line-of-Sight)에서 이용가능 IEEE 802.16a (2003년 4월) Wireless MAN 2~11GHz, 장애물이 있어도(NLOS) 전파가 도착되도록 추가된 사양 SCa, OFDM, OFDMA의 3가지 새로운 PHY 규격 포함 IEEE 802.16c (2003년 1월) 시스템간 interoperability를 제공하기 위한 10~66 GHz 시스템 profile을 정의 IEEE 802.16d (2004년 6월) Fixed WiMAX 16 + 16a + 16c 를 통합한 규격 IEEE 802.16-2004 Standard로서 확정 셀의 크기가 이동 전화망과 유사한 광대역 무선 접속 표준

IEEE 802.16 WMAN Introduction - IEEE 802.16e (2004년 6월) 802.16d를 기반으로 하여, 이동성을 제공하기 위한 규격의 수정안을 규정 다중접속 방법만을 명세, WiBro(Wireless Broadband)=mobile WiMAX IEEE 802.16f/g/i Network Management - IEEE 802.16h License Exempt IEEE 802.16j (2004년 6월~ ) 802.16e + MMR(Multi-hop Relay) 기능을 추가하여 단말 당 통신 성능개선과 기지국의 커버리지를 확장 하는 것

IEEE 802.16 WMAN Introduction - IEEE ETSI BRAN HiperACCESS and HiperMAN * ETSI(European Telecommunications Standard Institute) 유럽의 전기통신 표준화 기구 ETSI는 전기통신분야 뿐만 아니라 전기통신과 정보기술의 공통분야, 전기통신과 방송의 공통분야에서 유럽통신표준을 제정 * BRAN(Broadband Radio Access Networks) 효율적 초고속 무선 망 구성을 위해, 1997년 4월부터 프로젝트 시작 * ETSI는 Broadband radio network를 다음 세 가지 유형으로 구분 1.HIPERLAN/2 : HIPERLAN/1을 보완한 LAN구역 내에서 미래의 멀티미디어 어플리케이션을 지원하며 광대역 코어 네트워크와 포터블 단말(PDA, Handy PC등) 사이를 연결 할 수 있는 초고속 무선 랜. 2.HIPERACCESS : 가입자 망에 고정 무선 접속을 제공하며, 사업자에게 빠른 광대역 접속망을 제공, 25Mpbs에서 동작, 가입자 망에 고정무선으로 장거리 전송제공 실외에서 5Km 커버리지내에서 일반 가입자 및 중소 사업용을 위한 적용 개인 네트워크나 공중망에 무선접속 제공 사업용 주파수 3. HIPERLINK : HIPERLAN/2 와 HIPERACCESS를 연결하는 infrastructure를 위한 무선 접속 방식.

IEEE 802.16 WMAN Introduction - WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) Forum 2001년 6월 IEEE 802.16에서 작성된 규격을 기반으로 하는 BWA(Broadband Wireless Access) 시스템의 시장 활성화를 위해 제조업체 및 서비스 업체들이 구성한 포럼. 802.16e 규격에 대한 프로화일, IOT 등을 정하는 작업을 수행. WiMAX는 실제 제품 구현에 포함될 규격들을 정하기 위한 단체. - Wireless Broadband (WiBro) : 휴대인터넷 서비스, Mobile WiMAX IEEE 802.16e에서 추진된 이동 무선 MAN분야의 국제 표준화 작업을 선도한 표준 유선 초고속 통신 수준의 서비스를 휴대형 무선단말기를 이용해 실내외(內外)의 이동 환경 에서 고속으로 싼값에 제공하는 무선 데이터 통신 서비스 2.3GHz 주파수 대역 사용. 60km/h 이상 이동시에도 끊김 없는 무선인터넷 접속 가능.

IEEE 802.16 WMAN Introduction - 802.16 규격의 비교 802.16 802.16a 802.16-2004(고정형) 802.16e 규격화 완료시기 2001년 12월 2003년 4월 2004년 6월 2005년 여름 이용 주파수대 10~66GHz 2~11GHz 2~6GHz 전송 속도 최대 132Mbps (28MHz 채널) 최대 75Mbps (20MHz 채널) 최대 15Mbps (5MHz 이용시) 통신 거리 3~5km 10km이하(안테나 출력에 따라 최대 50km) 2~3km 채널 폭 1.5M~20MHz 20M, 25M, 28MHz 1.25M~20MHz 1.25M, 5M, 10M, 20MHz 변조, 물리층 기술 QPSK, 16QAM, 64QAM SC, OFDM, OFDMA, MIMO, AAS, STC, 256QAM SOFDMA 전송 환경 LOS LOS, NLOS NLOS 이동성 고정 고정, nomadic Mobile(120Km/h)

IEEE 802.16 Reference Model * CS : 디지털 오디오/비디오 멀티캐스트, 디지털 전화, 인터넷 접속 등의 제공 서비스 프로토 콜을 802.16 MAC 프로토콜에 맞도록 변환하는 기능을 수행 * MAC CPS : 프레임을 만들어 데이터를 송신하고 공유 무선 매체로의 접속을 제어하는 기능을 수행기지국이나 가입자가 송신을 어떻게 언제 시작할지를 정의하는 MAC 프로토 콜에 따라 데이터 및 제어 신호의 흐름을 제어 * Security Sublayer : 보안 기능을 수행 * PHY : 데이터 및 제어 신호의 무선 전송을 위한 주파수 대역, 변조 방식, 오류정정기술, 송신단과 수신단 사이의 동기, 데이터 전송률, 프레임 구조 등을 정의

Physical Layer - Orthogonal Frequency Division Multiplexing in 802.16 * IEEE 802.11 WLAN 및 IEEE 802.16e Mobile WMAN 표준 규격으로 채택 * 데이터열을 여러 개의 부채널로 동시에 나란히 전송하는 다중 반송파 전송방식의 특별한 형태 * OFDM에서는 다중 반송파 변조를 위해 FFT(Fast Fourier Transform,고속푸리에변환)를 사용 * 현 3세대 휴대폰보다 10배 이상 빠른 데이터 전송, 최대 3.2Mbp의 전송 속도 * 250Km/h의 속도에서 끊김 없는 데이터 전송 가능, 주파수효율성(주파수대역 활용성)이 높음

Physical Layer - OFDM Subcarrier Spacing -20MHz Example

Physical Layer - Transmitter – Receiver Chain * Randomizer CP Append IFFT Preamble insert Pilot insert Modulate Bit interleave Block interleave Puncture Conv. Encode RS Encode Randomize MAC Source MAC Sink Channel CP Remove FFT Preamble Extract Pilot Extract Equalization De-modulate Bit De-interleave Block De-interleave De-puncture Conv. Decode RS Decode De-randomize Channel Estimate Physical Layer - Transmitter – Receiver Chain * Randomizer 주파수대 변환기 * Forward Error Correction 변조로 부터 데이터를 보호하는데 쓰이는 순방향 오류정정기술 블록부호/길쌈부호 * Interleaving 성능을 높이기 위해 데이터가 서로 인접하지 않도록 배열하는 방법

Medium Access Control Layer - Service-Specific Convergence Sublayer * SSCS(서비스 응용부) 1. 각각의 서비스를 구별하여 처리 2. 상위 계층으로 부터 PDU를 수신하고, 이를 분류/변환/매핑 3. 필요한 경우에 페이로드 헤더의 압축 및 재구성 등 ATM CS Packet CS MAC CPS * Packet Convergence Sublayer 패킷 수렴부 계층 * ATM Convergence Sublayer 비동기 수렴부 계층

Medium Access Control Layer - Frame Structure(MAC Frame in TDD Mode) Frame Control Header(FCH) - describes following DL subframe Receive/transmit Transition Gaps(RTG) Transmit/receive Transition Gaps(TTG) Initial ranging – allows SSs to enter the system Bandwidth request – adapt requested capacity to varying traffic load * Duplex Modes TDD(Time Division Duplex) : 다중화 기법, 상하향 링크가 동일 주파수 대역을 사용, 상하향 신호를 동시에 전송할 수 없음 FDD(Frequency Division Multiplexing) : 상하향 링크가 다른 주파수 대역을 사용, 상하향 신호를 동시에 전송하는 것이 가능 H-FDD(Half-FDD) : FDD보다는 값이 저렴한 대신 송수신을 동시에 병행할 수 없음

Medium Access Control Layer - References of MAC Management Messages * MAP 메시지(DL-MAP, UL-MAP)는 사용자별 자원할당을 위해 매 프레임마다 맨 앞부분에 위치. 단말에게 동적으로 자원이 할당된 결과를 통보하는 관리용 MAC Management Message를 말함. * DL-MAP와 UL-MAP은 각각 하향링크 및 상향링크에서 각 단말 별로 동적으로 할당된 서브 채널의 위치와 수를 지정하는 역할을 함

Medium Access Control Layer - MAC PDU Containing DL MAP and UL MAP (OFDM Specific) * 단말은 초기화시 기지국에서 브로드캐스팅되는 DCD/UCD메시지를 통해 시스템 운용 파라미터를 획득 주요 정보는 기지국 접속정보, Burst Profile정보, Power Control 정보 등

Medium Access Control Layer - Packet Data Unit Format(MAC PDU with Generic MAC Header Format)

Medium Access Control Layer - Fragmentation and Packing(MAC PDU with Simultaneous Packing and Fragmentation) * Fragmentation 상위 계층에서 수신된 SDU들을 PDU의 크기에 맞추어 잘라서 여러 개의 PDU로 나누어 전송 * Packing 하나의 PDU에 여러 개의 SDU들을 모아서 전송하는 개념

Medium Access Control Layer - Network Entry(Synchronization and Initial Ranging Procedure)

Medium Access Control Layer - DL Burst Profile Entry and Exit Thresholds

Medium Access Control Layer - Bandwidth Requests and Uplink Scheduling Services * 연결 기반 방식(각 연결 단위의 서비스 질 제공 가능) * 4개의 구체적인 트래픽 클래스 구분(초창기부터 음성과 비디오 서비스 고려) * 실시간 서비스를 위한 계속적 일정한 전송률 유지, 비실시간 서비스를 위한 가변적 전송률 적용 * 동기/비동기의 TDD/FDD/HFDD 사용 가능 * 기본적으로 요청/수락 메커니즘에 기반하여 자원 할당 서비스 대표적 응용 특 징 UGS VoIP 1) 고정된 크기와 주기적인 간격의 전송을 갖는 실시간 데이터 전송 rtPS 비디오 전화, 비디오 게임, VCD 1) 실시간 대역폭 요청 및 폴링 2) 가변적 데이터 스케줄링/쉐이핑 nrtPS 대용량 FTP, 멀티미디어 이메일 1) 최소 데이터 처리율 보장 2) 패킷 손실에 민감 BE 웹 브라우징 이메일, 단문 전송서비스, 저속 파일 전송 1) 공평 스케줄링 2) 효율적인 데이터 재전송