Le Rseau Wimax

Mohamed AYADI

Mohamed AYADI 2

Classification des rseaux

IEEE 802.15 -Bluetooth

WAN

MAN

LAN

PAN ETSI HiperPAN

IEEE 802.11 -WirelessLAN

ETSI HiperLAN

IEEE 802.16 -WirelessMAN

ETSI HiperMAN & HIPERACCESS

IEEE 802.20(proposed)

3GPP, EDGE (GSM)

IEEE 802.15 -Bluetooth

WAN

MAN

LAN

PAN ETSI HiperPAN

IEEE 802.11 -WirelessLAN

ETSI HiperLAN

IEEE 802.16 -WirelessMAN

ETSI HiperMAN & HIPERACCESS

IEEE 802.20(proposed)

3GPP, EDGE (GSM)

Mohamed AYADI 3

Dfinition et classification des rseaux sans fils z Rseaux radio mobiles

z 384 kbps, 14 Mbps DL /5 Mbps ULz IEEE 802.20 (proposition)

z WiMAX (IEEE 802.16 a/d/e/m) z 20 Mbps 75 Mbps

z WiFi (IEEE 802.11a/b/g) z 11 54 Mbps

z Bluetooth (IEEE 802.15.1) z 1 Mbps

z UWB (IEEE 802.15.3) z 100 Mbps

z ZigBee (IEEE 802.15.4) z 250 kbps

WPAN 15 km

Source : ITU Birth of Broadband, Sept 2003

Mohamed AYADI 4

3GWiMAXWi-FiUWB

&Bluetooth

Wide AreaNetwork

Metropolitan AreaNetwork

Local AreaNetwork

Personal AreaNetwork

Coexistence de plusieurs normes de rseaux radio large bande

Concept : Concept : Always Best ConnectedAlways Best Connected

Mohamed AYADI 5

Wireless MANs (1)CaractCaractristiques principalesristiques principales

Large bande pour connecter les entreprises, rsidentiels et interconnexion de rseaux

Services Triple Play (voix, vido, donnes) QoS, faible cot, rayon de couverture, spectre, March fragment : Solutions propritaire (ArrayComm/Kyocera, Flarion, IP

Wireless, Navini, ) :- Free Space Optical,- LMDS (Local Multipoint Distribution Systems),- MMDS (Multipoint Microwave Distribution Systems),- Rseaux mesh multi-hop (bass sur WiFi)

Solutions normalises :- IEEE 802.16 (WiMAX, WirelessMAN)- IEEE 802.11 avec extensions multihop

Mohamed AYADI 6

Wireless MANs (2)Solutions propriSolutions propritaire (1)taire (1)

Free Space Optical :z Point--point courte distance haut dbit (100 Mb/s 2,5 Gb/s)z Bandes sans licence, lasers infra-rouge,z Visibilit directe (LOS), attnuations importantes si intempriesLMDS (Local Multipoint Distribution System) :z Dploiement focalis sur lextension de la transmission FO et des rseaux cellulairesz Bandes 28 et 29 GHzz Portes de 5 10 km, affect par les intempriesMMDS (Multipoint Microwave Distribution System) :Spectre avec licences : 2,5 2,7 MHzInitialement prvu pour la distribution radio TVDbits : 5,2 Mb/s par canalPorte : 25 km avec possibilits de transmission LOS ou NLOSEquipements WLANs en rseau mesh :Equipements 802.11 organiss en rseau meshNcessite de multiples points daccs

Mohamed AYADI 7

Wireless MANs (3)(3)Solutions propriSolutions propritaire (2)taire (2)

Premiers systmes : 4 constructeurs principauxz Arraycom y Flarion (Qualcomm)z IP Wireless y Navini

Arraycom (produit iBurst)z Dbits : 1 Mb/s en DL / usager y Capacit : 30 Mb/s / secteur y TDDz Couverture plus importante que pour les autres systmes y Handover

Flarion (IEEE 802.20)z Dbits : 1,5 Mb/s en DL / usager y Technologie Flash-OFDMz Latence : < 50 ms y QoS IP sur linterface radio y Handover

IP Wireless (plus grand succs pour les systmes BWA propritaires)z UMTS TDD y Dbits proches des performances du DSL y QoSz Handover limit

Navini (produit Ripwave)z Dbits : jusqu 6 Mb/s en DL y Capacit de 12 Mb/s / secteurz Latence : < 50-60 ms

Mohamed AYADI 88

Free Space Optics (1)

z Free space optics (FSO)z Technologie large bande

optique, sans fil, point--point, en visibilit.

z Alternative la fibre optique

z Dbits jusqu 1.25 Gb/s 6.4 kilomtres en full-duplex

z Bas sur une transmission infrarouge (IR)

Mohamed AYADI 9

z Avantages :z Cotz Rapidit dinstallationz Dbitz Scurit

z Inconvnientsz Impact des conditions atmosphriquesz Scintillationz Variations temporelles et spatiales de lintensit

lumineuse causes par les turbulences atmosphriques

Free Space Optics (2)

Mohamed AYADI 10

Free Space Optics (3) Inconvnients (suite)

Contre la scintillation : transmission de donnes dans des flux parallles (diversitspatiale) partir dmetteurs laser spars.

Brouillard Ncessite une augmentation de puissance du

signal Interfrence Btiments levs et tours pouvant bouger

cause du vent ou de lactivit sismique Affect la direction du faisceau

Mohamed AYADI 11

z Technologie fixe large bande permettant doffrir les services :z Accs Internet haut dbitz Transfert de fichiers

multimedia temps relz Accs distant des LANsz Vido interactive, vido la

demande, vido confrencez Tlphone

zTransmission de 51 155 Mb/s DL et 1.54 Mb/s ULz Sur des distances jusqu 8

kilomtres.

Local Multipoint Distribution Service (1)Local multipoint distribution service (LMDS)

Mohamed AYADI 12

z Frquencez Frquences leves, signaux faible puissance,

courtes distancesz LMDS utilis dans les bandes de frquences

suivantes :z 27.5 MHz et 28.35 MHzz 29.1 MHz et 29.25 MHzz 30 GHz, 31.075 GHz et 31.225 GHz

z Architecturez Cellules (id. architecture cellulaire)z LMDS technlogie sans fil fixe pour btiments

LMDS (2)

Mohamed AYADI 13

Multichannel Multipoint Distribution Service (MMDS)

z Similaire LMDSz Transmission : voix, vido ou donnes 1,5

Mb/s DL et 320 kb/s ULz Distances : 56 km z Jusqu 300 canaux diffuss

Mohamed AYADI 14

MMDS (2)

Architecture MMDS

Mohamed AYADI 15

z Avantages :z Puissance du signalz Taille de cellulez Cot

z Inconvnientsz Partage de frquencesz Scurit

MMDS (3)

Mohamed AYADI 16

Wireless MANs (3)NormesNormes

10 kbit/s

100 kbit/s

1 Mbit/s

10 Mbit/s

100 Mbit/s

1 Gbit/s

Dbit usager

2G

3G

LAN WAN

802.11b

802.11g,a,n

MAN

HSDPA802.16d,e

Mohamed AYADI 17

Wireless MANs (4)

Vision de lVision de lIEEE pour les technologies IEEE pour les technologies de communications mobilesde communications mobiles

LANs : 802.11 (a w) WPAN : 802.15 (ZigBee : 802.15.4 ; Bluetooth : 802.15.1) WMAN : IEEE 802.16 MBWA : IEEE 802.20 (Mobile Broadband Wireless Access)

Mohamed AYADI 18

Wireless MANs (5)

Norme IEEE 802.16 / Norme IEEE 802.16 / WiMAXWiMAXNormalisation par le groupe IEEE 802.16 : Broadband

Wireless Access Standards Working Group- Dbut : 1998- Couches normalises : physique et MAC uniquement En parallle avec lIEEE 802.16, lETSI normalise lHiperMAN (High performance radio metropolitan area network) et HiPERACCESS

Normes IEEE 802.16 et HiperMAN convergentes : mmes couches MAC et physique OFDM 802.16a)

Mohamed AYADI 19

WiMAX : entre WLANs et rseaux cellulaires

Cellulaire 2G/3G Commutation de paquet mais base sur

des mcanismes dallocation de ressources commutation de circuits

Efficace pour trafic voix Inefficace pour trafic sporadique (email,

http)

z CSMA/CAz Efficace pour trafic imprvisible

dans les bandes sans licencez Inefficace pour trafic prdictible

(voix)z Modle de partage pour

bandes sans licencesz Aucun contrle dallocation des

ressources

Wi-FiWiMAX

Accs avec contention pour les demandes de bande passante

Allocation de ressource contrle par les BS pour contrle par le rseau

Efficace pour trafic sporadique, imprvisible et trafic tlphonique

Mohamed AYADI 20

WiMAXWorldwide Interoperability for Wireless

Microwave Access Dbits : 70 Mb/s UL et DL en LoS et 20 Mb/s en NLoS, Latence : 10 ms 50 ms ; dpend de la distance et des

conditions de propagation (GPRS/EDGE : 700 ms pour des petits paquets, UMTS/FDD : 500 ms, UMTS/TDD : 90 ms).

Porte : 50 km, Version nomade (IEEE 802.16-2004), Version mobile avec roaming (IEEE 802.16e), Spcifie les couches 1 (PHY) et 2 (MAC), Regroupe les normes HiperMAN (ETSI), 802.16 (IEEE)

et Wibro (Core du Sud).

Mohamed AYADI 21

Forum WiMAX

Organisation de promotion et certification de conformit, compatibilit et interoprabilitdes produits bass sur les normes IEEE 802.16.

Mohamed AYADI 22

Forum WiMAX

z Rle : Promouvoir le dploiement de systmes daccs large bande radio (BWA) bass sur une norme mondiale et certification linteroprabilit des produits et des technologies.

z Principes : Supporte IEEE 802.16 sur les bandes suprieures

au 11 GHz Recommande des profils daccs pour la norme

IEEE 802.16 Garanti un niveau dinteroprabilit connu Promouvoir la norme IEEE 802.16 pour une

reconnaissance internationalez Dveloppement & soumission de spcifications.

Mohamed AYADI 23

MDS (Multipoint Distribution System)2.15 2.16 GHz

WCS (Wireless Communication Service)2.305 2.32 and 2.345 2.36 GHz (BW = 2.5 15 MHz , Fs = 2.88 17.28 MHz)

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service)2.500 2.686 GHz (BW = 1.5 24 MHz , Fs = 1.72 27.52 MHz)

ETSI (European Telecommunications Standards Institute)3.41 4.2 and 10 10.680 GHz (BW = 1.75 28 MHz, Fs = 2 32 MHz)

U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure)5.150 5.350 and 5.750 5.825 GHz (BW 10 20 MHz , Fs = 11.52 23.04 MHz)

Bandes de frquences WiMAX (1)

Mohamed AYADI 24

Speaker NameTitle of Speaker

USA2.5 & 5.8 GHz

Central & So America2.5, 3.5 & 5.8 GHz

EUROPE3.5 & 5.8 GHzPossible: 2.5 GHz

MIDDLE EASTAFRICA3.5 & 5.8 GHz

ASIA PACIFIC2.3, 2.5, 3.3, 3.5 & 5.8 GHz

CANADA2.3, 2.5, 3.5 & 5.8 GHz

RUSSIA 3.5 GHzPossible: 2.3, 2.5 GHz

Bandes de frquences WiMAX (2)

Mohamed AYADI 25

WiMAX dans le monde

25

Mohamed AYADI 26

z Fixe et nomade (d)z IEEE 802.16-2004 : publi en Octobre 1, 2004z Rvision de la norme IEEE Standard 802.16-2001 (modifi par

les normes IEEE 802.16c-2002, et IEEE 802.16a-2003).z Amliorations pour la mobilit (e)z IEEE 802.16e-2005 : Publi en Fvrier 28, 2006 (avec le

802.16-2004/Cor1)z Norme 802.16e approuve en Dec. 7, 2005. z Modifications pour les couches PHY et MAC pour le mobile et

le fixe dans les bandes avec licence en dessous des 6 GHzz Spcifications WiBro

= Sous-ensemble des versions IEEE 802.16-2004 + 802.16e +802.16-2004/Cor1.

IEEE 802.16

Mohamed AYADI 27

Normes 802.16 et WiMAX

Mohamed AYADI 28

2001 : premire version IEEE 802.16, opre dans la bande 10-66 GHz. Ncessite le LOS.2003 : amlioration avec le IEEE 802.16a, extension dans la bande des 2-11 GHz, permettant les liaisons NLOS.2004 : version IEEE 802.16-2004 ou IEEE 802.16d, comporte quelques amliorations. Dbits thoriques : 70 Mb/s et 50 km de rayon, mais 12 Mb/s en pratique et 20 km maximum de rayon.2005 : IEEE 802.16e avec mobilit radio (possibilitde HO).

Evolution WiMAX (1)

Mohamed AYADI 29

Evolutions de la norme (2)

2006

802.16a Fixe pour les systmes

NLOS 2-11 GHz(Inactif)

65 membres1999 2002

2003

2004

2005

802.16c Fixe pour les systmes LOS 10-66 GHz

(Inactif)

343 membres

M

e

m

b

r

e

s

Temps

Dmarrage du groupe de travail

IEEE 802.16

55 membres

802.16e Combine Fixe et Mobile

Modification pour les bandes avec

licences

Mohamed AYADI 30 30

Accs fixe

Modems Indoor/OutdoorPasserelles rsidentielles

OFDM-256802.16-2004, 802.16e

Indoor / Outdoor Service de type DSL Service limit aux zones couvertes Authentification et autorisation des quipements uniquement Support de lapplication VoIP

Portabilit

PC portables

Authentification usager Stationaire ou mobilitlimite HO break-before-make Dgradation de QoS pendant le HO (pas de VoIP) Roaming multi-oprateur Interfonctionnement avec/sans seamless HO Application de VoIP

Scalable OFDMA802.16e

Nomadicit

Modems portables Indoor/Outdoor

Service de type DSL accessible travers diffrents points dattachement Usage stationnaire : pas de HO inter BSAuthentification usager Roaming multi-oprateur

Mobilittotale

PDAs et PC portables

HOs Make-before-break optimiss (dure, QoS, perte de donnes) Interfonctionnement avec/sans HO seamless(continuit de session) Utilisation faible puissance Service VoIP, IMS

Evolutions WiMAX (3)

Mohamed AYADI 31

Premire version IEEE 802.16

Dvelopp par lIEEE Norme publie en Avril 2002 Spcifications pour les wireless MAN A lorigine pour les bandes 1066 GHz, QAM Couche MAC normalise, incluant la compression dentte MAC, QOS, scurit leve, modulation et codage adaptatifs. Supporte les services de type TDM et IP. Dbits thoriques : 134 Mb/s max. par canal 28 MHz

Mohamed AYADI 32

IEEE 802.16a

Modification de la version initiale Publie en Janvier 2003

Ajoute 2 types de couches physiques additionnelles -OFDM 256 et OFDMA focalise sur lamlioration de la distribution PtMP et PtP longue porte

Etend les normes incluant les bandes 2-11 GHz, pour les frquences avec et sans licences

Taille de canal variable canaux de 1.5 20 MHz Ajoute le support pour FEC et ARQ Base sur la couche MAC 802.16 normalise.

Mohamed AYADI 33

Couche PhysiqueOFDM (WirelessMAN-OFDM) FFT 256-point (ETSI HiperMAN)OFDMA (WirelessMAN-OFDMA) FFT 2048-pointSingle-Carrier (WirelessMAN-SCa) Application NLOS

Couche MAC Transport IP plus efficace et petits paquets Supporte plus dutilisateurs par canal QoS flexible ARQ Support de systmes dantennes adaptatives (AAS, Adaptive Antenna System) Dynamic Frequency Selection (DFS) pour les bandes sans licences Supporte lorganisation en rseau maill (mesh networks)

WiMAX fixe IEEE 802.16-2004

Mohamed AYADI 34

Couche PHYMaintien les couches PHY et ajoute SOFDMA (Scalable OFDMA) FFT 128, 512, 1024 and 2048 FFT automatiqueSupport MIMO tendu

Couche MAC H-ARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) Supporte du Handover (Make-Before-Break, Break-Before-MakeMacro-Diversity Handover)Mode veilleMesures sur cellules voisines Diffusion de la liste des voisines

Modifications Mobile WiMAXIEEE 802.16e-2005

Mohamed AYADI 35

Normes en cours

WiMAX fixe IEEE 802.16-2004 (IEEE 802.16d) Finalis en 2004, service de transmission radio entre

points fixes. Dbits thoriques : 50 70 Mb/s. Distances de 5 8 km.

WiMAX Mobile IEEE 802.16e-2005 Finalis en Dcembre 2005, mobiles de vitesse

pouvant atteindre 100 km/h. Dbits thoriques maximum : 15 Mb/s. Distances : 2 5 km.

Mohamed AYADI 36

Rcapitulatif principales normes 802.16

802.16 802.16a

802.16-2004

802.16e-2005

Date dachvement

Dcembre 2001

Janvier 2003

Juin 2004 Dcembre 2005

Spectre 10-66 GHz

2-11 GHz

2-11 GHz 2-6 GHz

Exploitation LOS Non-LOS Non-LOS Non-LOS et mobile

Dbit 32-134 Mb/s

Jusqu75 Mb/s

Jusqu 75 Mb/s

Jusqu 15 Mb/s

Rayon dune cellule omni

2-5 km 5-8 km 5-8 km 2-5 km

Mohamed AYADI 37

WiMAX, Certifiable Standards

Mohamed AYADI 38

Evolutionsz 802.16e

- Extension du 802.16-2004- Support mobilit et QoS amliore- Permet connexions vitesses importantes- Appel Mobile WiMAX

z 802.16f- Fonctionnalit rseau multihop mesh

z 802.16g- Dfini un HO efficace et amliore le support de QoS

z 802.16h- Amliore la coexistence dans les bandes sans licence

z 802.16m- Dfini une Next Generation Interface

z 802.16j- Spcification de stations relais multihop

z 802.16k- Ponts au niveau MAC

z 802.16i- Fonctions de mobilit

Mohamed AYADI 39

WiMAX, Specifications de 802.16az les quipements 802.16a sont les premiers produits

commercialisables et valables de la famille des standards 802.16, et qui sont la bases de 802.16-2004, et 802.16e

-- 802.16a PHY802.16a PHY

Mohamed AYADI 40

WiMAX, Specifications de 802.16a

802.16a MAC802.16a MAC

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WiMAX, Specifications de 802.16a

-- 802.16a MAC802.16a MAC

Mohamed AYADI 42

Les profils Wimaxz Dans le but dapporter linteroprabilit des

quipements, le forum Wimax a tabli plusieurs profils profils de systde systmesmes que tout les quipements doivent le satisfaire.

les profils sont cres pour satisfaire plusieurs et diffrentes applications et rgulations qui concerne les frquences utilises, lespacement des canaux et le duplexage (TDD et FDD) dans diffrents pays et rgions.

Mohamed AYADI 43

z Les profils sont influencs par les paramtres suivants:

z le spectre de la bandez Duplexage (TDD or FDD / HFDD)

z FDD pour les applications symetriques comme E1/T1, video, SCADA, etc.

z - TDD est efficace (utilisation spectrale) pour les applications asymetrique comme les donnes et Internet

z La largeurs des bandes des canauxz 802.16-2004: 3.5Mhz, 7Mhz and 10Mhzz 802.16e: 1.25Mhz, 2.5Mhz, 5Mhz, 10Mhz, 20Mhz (S-

OFDMA)z IEEE Standard

z 802.16-2004 or 802.16e

Les Profils WiMAX

Mohamed AYADI 44

Profils WiMAX

z profils 802.16-2004

Mohamed AYADI 45

Profils WiMAXz profils 802.16e

802.16e10248.75, 15TDD2300-2400

802.16e128, 512, 1024, 20481.25, 5, 10, 20TDD2300-2400

802.16e10248.75, 15TDD2495-2690

802.16e5124.375TDD2495-2690

128, 512, 1024, 2048

FFT

802.16e1.25, 5, 10, 20TDD2495-2690

IEEE StandardChannels (Mhz)DuplexingFrequency (Mhz)

Mohamed AYADI 46

Profils WiMAXz profils 802.16e

802.16e512, 10247, 10TDDFDD

HFDD3300-3900

802.16e128, 512, 1024, 20481.25, 5, 10, 20TDD3300-3900

802.16e5124.375TDD3300-3800

512

FFT

802.16e3.5TDDFDD

HFDD3300-3600

IEEE StandardChannels (Mhz)DuplexingFrequency (Mhz)

Mohamed AYADI 47

WiMAX, dfinitions des types daccs

Lquipement de l'utilisateur est suppos fixe dans un emplacement gographique pour la dure de la souscription (connexion) au rseau. Lquipement de l'utilisateur peut se connecter et se dconnecter du rseau. Il doit tre capable de slectionner la " meilleur " station de base au moment de son entre au rseau. Lquipement de l'utilisateur sera associ avec le mme cellule ou secteur de la station de base, et toute r -association avec un autre secteur ou cellule sera contrle par le rseau,

.

Fixed Access.

Mohamed AYADI 48

Accs Fixe (exemple)

Mohamed AYADI 49

Lquipement de l'utilisateur est suppos pour tre arrangdans un emplacement gographique fixe aussi long que la session de service de donnes est en opration. Si lquipement de l'utilisateur est dplac un emplacement diffrent dans le mme rseau sans fil (par exemple changement de cellule ou de secteur), la souscription de l'utilisateur est reconnue et une nouvelle session de donnes peut tre tablie. L'appareil de l'utilisateur peut tre capable de slectionner la meilleur station de base au temps d'entre du rseau. Pendant une session du service du donnes, lquipement de l'utilisateur sera associ avec le mme secteur de la station de base ou cellule typiquement, et toute r - association avec un autre secteur ou la cellule sera contrle par le rseau,

Accs Nomadique

Mohamed AYADI 50

Accs Nomadique

Mohamed AYADI 51

Full Mobility Access

l'utilisateur maintiendra une session de service de donnes avec le rseau tout en se dplaant mme avec de hautes vitesses dans la rgion de la couverture du rseau. La performance du handover garantie entre secteurs et les stations de bases fournit cette continuitdu service pour toutes les applications. .

Accs Mobile

Mohamed AYADI 52

Phases des rseaux WiMAX

Zone mtropolitaine

Piconet dentrepriseet Campus

Indoorfixed

Mobile

802.16802.16--20042004

Wi-Fi* Hotspot

Wi-Fi*

Outdoor Fixe

Backhaul

Early Early 802.16e 802.16e

802.16e 802.16e

Service de mobilitRRseau cellulaire dense et overlayseau cellulaire dense et overlayMobile Triple Play Mobile Triple Play -- 2007+2007+ Frquences < 2.5 GHz avec

licence Rseaux de cots moyens Terminaux portables & Notebook

Service de nomadicitRRseau data overlay seau data overlay -- 2006 2006 Frquences < 3.5G avec licence Rseaux de cots moyen et faible Focalis sur les notebooks et PC

portables

Service daccsData Overlay avec Voix Data Overlay avec Voix -- 20052005 2.5, 3.5, 5.8 GHz Rseau faible cot

Mohamed AYADI 5353

Services et applications

Mohamed AYADI 54

Architecture de base WiMAX

Subscriber Station (SS)

Subscriber Station

Radio tow er

Radio tow er

Radio tow er

Radio tow er

Base Station (BS)

Subscriber Station

Coeur de rseau

Liens radio et fixes

Utilisateurs

Mohamed AYADI 55

Architecture de base WiMAX

Mohamed AYADI 56

WiMAX Fixe / Nomade802.16d ou 802.16-2004Utilisation : Backhaul,

Wireless DSLTerminaux : outdoor et indoorFrquences : 2.5GHz, 3.5GHz

et 5.8GHz (avec et sans licence)

WiMAX Mobile802.16eUtilisation : large bande

mobile longue porteTerminaux : Cartes PC, PCs

portables et futurs terminaux mobilesFrquence : 2.5GHz

WiMAX fixe et mobile

Mohamed AYADI 57

Accs haut dbit business

Accs mobile

WiWi--FiFi

WiWi--FiFi

Informatique nomade

Backhauling haut dbit P2P / P2MP

Wi-Fi / CCTV / GPSTlmtrie / autre

Scnarios dusage WiMAX

Accs haut dbit rsidentiel

Mohamed AYADI 58

Wireless Platforms

Exemples dquipements WiMAX

Micro Base Micro Base Station RadioStation Radio

P2P / P2MP P2P / P2MP AntennaAntenna

Macro Base Macro Base Station ChassisStation Chassis

Indoor Indoor Desktop CPEDesktop CPE

Outdoor CPEOutdoor CPE

PCMCIA & PCMCIA & Embedded Embedded

Mobile CPEMobile CPE

BS Tower with BS Tower with Multiple AntennaMultiple Antenna

WiFiWiFi

Mohamed AYADI 59

Antennes WiMAX

Mohamed AYADI 60

Antennes Wimax

les Antennes WiMAX, comme tout type dantennes (radio de voiture, tlphone cellulaire, FM, ou TL), sont conus pour optimiser les performances pour une

application donne..

Mohamed AYADI 61

Antennes sectorielles Une antenne sectorielle, a pour avantage de concentrer lnergie dans une direction privilgies ce qui offre un bon et dbit avec le minimum d'nergie. La majorit des oprateurs utilisent des antennes sectorielles pour couvrir une rgion de service de 360plutt qu'utiliser une antenne omni directionnelle

Mohamed AYADI 62

Subscriber StationsLe terme technique pour matriel du souscripteur est: (CPE: Customer Permise Equipement). Les termes utiliss commercialement sont Indoor CPE et Outdoor CPE chacun a ses avantages et ses dfauts.

CPE Outdoor, est trs simple a utiliser, il offre une meilleure performance par rapport au CPE Indoor puisque aucun obstacle (mur ou autre) ne bloque la propagation des ondes Dans beaucoup de cas le souscripteur peut souhaiter utiliser un CPE Outdoor pour maximiser la rception par vision directe avec la station de base.

Mohamed AYADI 63

Indoor CPECPE Indoor prvoit aussi une certaine satisfaction immdiate pour le souscripteur vue quil n'y a pas de temps de l'attente pour installation par le fournisseur du service.

Mohamed AYADI 64

Principaux fournisseurs actuels

Proxim

Aperto

Siemens

Redline Year 1Year 1

CPE Shipments & ForecastsCPE Shipments & Forecasts

Alvarion

Airspan

WiMAXWiMAX

DSLDSL

Source: Intel, Dell Source: Intel, Dell OOroro

Mohamed AYADI 6565

Siemens SkyMAX

SkyMAXResidential Modem

SkyMAX BaseStation

SkyMAX BusinessModem

Management System

SkyMAXPortableModem

Mohamed AYADI 6666

SkyMAX BaseStation

High Scalability Pay as you growTriple Play services with guaranteed QoS

Scalable

Channel Size Software Configurable up to 14MHzFDD and TDD Duplex schemeCarrier-Grade redundancy

Flexible and Reliable

Highest range, High Power systemSubchanneling and RX Diversity (in one ODU)

Highest Range

Software upgradeable to IEEE802.16e SOFDMA (Scalable OFDM Access)

Future Proof Platform

Mohamed AYADI 6767

SkyMAX CPE Highlights

SkyMAX Business

ST Residential Models

ST Residential ModemFully indoor mounting:desktop, window or external antenna

Ethernet 10/100 BaseT interface (RJ45)

Ethernet bridge networking conceptQoS based on 802.1p or IP DSCP field Nomadic version (battery, SIM cardholder) foreseen

ST Residential Multi-UserFully indoor mounting:desktop, window or external antenna

4x Ethernet 10/100 BaseT interface (RJ45) 2x POTS interface (RJ11) for voice transport (SIP/H.323)

Optional WiFi access point QoS based on 802.1p or IP DSCP fieldDHCP Server/Relay Agent

ST Business Modem

ST Business Modem provides cost efficient broadband wireless access to SME/SOHO customers. Fully outdoor device attached to high-gain directional antenna.Indoor part is simply a connector box 10/100BaseT (RJ 45)E1 interface (optional) for TDM services

Ethernet connectivity for compatibility with all types of subscriber LAN equipment. Ethernet bridge networking concept, QoS based on 802.1p or IP DSCP filedNAPT and DHCP Server / Relay functionalities for local network mgmMulti-level QoS and SLA support. Remote configuration and management

Mohamed AYADI 6868

WiMAXWiMAX : Backhaul pour les : Backhaul pour les abonnabonnss AffairesAffaires

Point to Point BACKHAUL

INTERNETBACKBONE

Telco Core Network or

Private (Fiber) Network

Non Line of SightPoint to Multi-

point

FRACTIONAL E1/T1 for SMALL

BUSINESS

802.11

E1/T1+ LEVELSERVICE ENTERPRISE

Courtesy of Intel Corporation 2003

Mohamed AYADI 6969

WiMAXWiMAX : : AbonnAbonn rrsidentielsidentiel

INTERNETBACKBONE

Telco Core Network or

Private (Fiber) Network

Non Line of SightPoint to Multi-

pointOUTDOORCPE

INDOORCPE

802.11802.11Point to Point BACKHAUL

Courtesy of Intel Corporation 2003

802.11 802.11 & &

802.16 802.16

Mohamed AYADI 7070

WiMAXWiMAX NomadeNomade / Portable/ Portable

INTERNETINTERNETBACKBONEBACKBONE

Telco Core Telco Core Network or Network or

Private (Fiber) Private (Fiber) NetworkNetwork

Non Line of SightNon Line of SightPoint to MultiPoint to Multi--pointpoint

802.16802.16

802.16802.16

SEEKS BESTSEEKS BESTCONNECTIONCONNECTION

Laptop ConnectedThrough 802.16

2 to 3 Kilometers Away

Line of Sight Line of Sight BACKHAULBACKHAUL

802.16 PC 802.16 PC CardCard

Architecture du rseau Wimax

Mohamed AYADI 72

Architecture de rfrence Wimax

Mohamed AYADI 73

Modle de rfrence Wimax

Mohamed AYADI 74

Diffrents intervenantsz Network Access Provider (NAP)

z Fournit linfrastructure RAN un ou plusieurs Network Service Providers.

z Network Service Provider (NSP)z Fournit une connectivit IP et les services rseau aux abonn en

fonction du Service Level Agreement tabli avec ses abonns. LeNSP doit tablir un accord contractuel avec un ou plusieurs NAPs.

z Un NSP peut tablir des accords de roaming avec dautres NSPset des accords contractuels avec des fournisseurs

dapplications tiers (e.g. ASPs) pour la fourniture de services IP aux abonns.

z Application Service Provider (ASP)z Fournit et gre les applications au dessus dIPz Fournit des services valeur ajoute et services de couche 3+ (e.g.

VoIP, corporate access, ...)

Mohamed AYADI 75

Architecture de Base

Mohamed AYADI 76

ASN et CSNz ASN (Access Service Network) : coordination du

trafic entre plusieurs BTSs, support de la scurit, des handovers et de la QoS.

z CSN (Connectivity Service Network) : gestion des tches du coeur de rseau travers des serveurs IP (dont le mobile IP Home Agent) AAA(Authorization, Authentication and Accounting), VoIP et passerelles RTCP. Ralise les fonctions de CAC, policing, allocation dadresses IP, facturation. Interfaces avec les coeurs de rseau lgataires et autres rseaux doprateurs..

Mohamed AYADI 77

Rle des NAP et NSPz NAP (Network Access Provider) : Entit fournissant

linfrastructure daccs radio WiMAX un ou plusieurs fournisseurs de services rseau (NSP). Utilise un ou plusieurs ASNs.

z NSP (Network Service Provider) : Entit fournissant une connectivit IP et des services WiMAX aux abonns WiMAX en fonction du SLA tablit. Le NSP tablit des accords avec un ou plusieurs NAPs. Il peut tablir des accords de roaming avec dautres NSPs et des accords avec des fournisseurs dapplications tierces parties (ASPs, ISPs, ) pour la fourniture de services WiMAX aux abonns. Le NSP peut tre Home NSP (H-NSP) ou Visited NSP (V-NSP).

Mohamed AYADI 78

lments de rfrence WimaxBas sur les entits logiques rseau pour le NSP et NAP

CSN : Connectivity Serving Networkz Reprsentation logique des fonctions du NSP, par exemple :

z Connectivit Internet, ASPsz AAA (Authentication, authorization and accounting)z Gestion dadresse IPz Mobilit et roaming entre ASNsz Gestion de politique et de QoS en fonction dun SLA

ASN: Access Serving Networkz Reprsentation logique des fonctions du NAP, par exemple :

z Interface 802.16 pour la network entry et handoverz Radio Resource Management & Admission ctrl.z Gestion de session et de mobilit couche 2z Mise en oeuvre de QoS et Politique de QoSz Foreign Agent (FA)z Envoi au CSN slectionn

Mohamed AYADI 79

Interfaces (1)z R1 interface MS-ASN selon les spcifications (IEEE802.16d/e)

de linterface air (PHY and MAC). R1 inclut des protocoles supplmentaires relatifs au plan de gestion.

z R2 interface MS-CSN associe aux fonctions dAuthentification, dAutorisation des Services, de Gestion de Configuration IP Host et de gestion de mobilit. Cette interface ne reprsente pas une interface directe entre MS et CSN.

z R3 interface ASN-CSN supportant les fonctions AAA, policyenforcement et gestion de mobilit. Inclut des techniques de plan de transport (ex., tunneling) pour le transfert des donnes IP entre ASN et CSN.

Mohamed AYADI 80

Interfaces (2)z R4 ensemble de protocoles du plan contrle et support

dbutant/terminant dans diffrentes entits de lASN coordonnant la mobilit MS entre ASNs.

z R5 ensemble de protocoles du plan contrle et du plan supportpour linterfonctionnement entre CSNs dans le NSP home ou visit.

z R6 ensemble de protocoles du plan contrle et support pour la communication entre BS et ASN GW. Le plan support consiste en un lien de donnes intra-ASN ou des tunnels inter-ASN entre BS et ASN GW. Le plan contrle comprend des protocoles pour la gestion du tunnel IP (tablissement, modification et libration) en coordination avec la mobilit de la MS. R6 peut galement service de conduit pour lchange pour les informations dtat MAC entre les BSs voisines.

Mohamed AYADI 81

Interfaces (3)z R8 ensemble de flux de messages du plan de

contrle et, dans certains cas, de flux de donnes du plan support entre BSs pour HO rapide et sans coupure.

z Plan support : protocoles de transfert de donnes entre BSs impliques dans un HO.

z Plan contrle : protocole de communication inter-BS et dun ensemble de protocoles permettant le contrle du transfert des donnes entre les BSsimpliques dans le HO dune MS.

Mohamed AYADI 82

Les Fonctionnalits de lASN (1)z Network discovery et slection du CSN/NSP prfr,z Network entry avec la couche 2 IEEE 802.16e-2005 pour la

connectivit et le proxy AAA,z Relay function pour la connectivit IP,z Radio Resource Management,z Multicast and Broadcast Control,z Mobilit intra-ASN,z Fonctionnalit foreign agent pour la mobilit inter-ASNz Paging et gestion de localisation,z Accounting assistance,z Data forwarding,z Service flow authorization,z Quality-of-Service,z Admission Control & Policing.

Mohamed AYADI 83

Les Profils ASN (1)Multiples Profils ASN spcifis en WiMAX pour grer la diversit dutilisation et dimplantation

des noeuds ASN :z Equipementiers (particulirement pour les BSs) : particulirement concerns parce quils

seront forcs dimplanter chaque option de protocole spcifie dans la norme,z On ne peut exclure des topologies pour certains usages ou scnarios de

dploiement/interfonctionnement.La Release 1 des Specifications NWG support 3 Profiles ASN :

Profil Az Modle ASN centralis avec BS et ASN GW dans des plates-formes spares travers l

interface R6z RRM rpartit avec RRA dans la BS et le RRC dans lASN-GWz Interfaces ouvertes pour le Profile A : R1, R6, R4, et R3

Profil Bz Solution ASN distribu avec les fonctionnalits BS et ASN GW implantes dans la mme

plate-formez Interfaces ouvertes du Profile B : R4 et R3

Profil Cz Similaire au Profil A, part pour le RRM non rparti (localis dans la BS).

Mohamed AYADI 84

Les Profils ASN (2)

Mohamed AYADI 85

Les Profils ASN (3)z Topologie similaire aux rseaux cellulaires.z Adapt au support de mobilit totale.z Charge des ASN GW plus importante dans le profil A.z BTSs plus complexes dans le profil C pour une meilleure

sparation des fonctions radio (BTSs) / gestion rseau (Gateway ASN) Facilite linteroprabilit entre quipementiers.

z Certains oprateurs fixes peuvent dcider de ne pas dployer dASN Gateway et dutiliser la place leurs BRAS (Broadband Access Server) et serveurs AAA avec des protocoles de tunneling (PPP over Ethernet par exemple).

z Approche facilite par le profil C car pas dASN Gateway spare pour les fonctions de gestion radio.

z Profil C devrait tre dominant, pour la plupart des quipementiers, rpondant ainsi aux exigences de flexibilit des oprateurs.

Mohamed AYADI 86

Profil A

Mohamed AYADI 87

Profil BPlus de traitement la BTS.z Complexit et cot des BTSs plus importants.z Solution intressante pour les petits oprateurs offrant des

services fixes ou nomades.z Interface R6 ferme pouvant tre implante comme solution

sans ASN Gateway (chaque BTS ralisant le rle de gateway) ou avec une passerelle ASN propritaire grant uniquement les BTSs du mme quipementier.

z Oprateurs souhaitant dployer des BTSs dun autre quipementier dploiement dun autre rseau ASN bout-en bout pour le nouvel quipement.

Mohamed AYADI 88

Profil B (suite)

Mohamed AYADI 89

Profil C

Mohamed AYADI 90

Comparaison des profils

Mohamed AYADI 91

Comparaison des profils

Mohamed AYADI 92

Synthses des profils

Classes de services Wimax

Mohamed AYADI 94

Classes de QoS Wimax

Mohamed AYADI 95

UGS:

z UGS: Unsolicited grant servicez Support flux de services temps rel gnrant

des paquets priodiques de longueur fixe.z La BS alloue priodiquement une capacit

fixe aux SS.

Mohamed AYADI 96

Unsolicited grant service

z Avantage :z Capacit et priode dallocation ngocies

linitialisation.z Permet de minimiser lentte MAC et les dlais

daccs UL.z Inconvnient :z Gaspillage de ressources UL pendant les

priodes de silences.

Mohamed AYADI 97

UGSz Flux temps rel avec paquets de taille fixe et priodiques (ex. :

voix sans suppression des silences).z Fentre systmatique et priodique Evite les temps de latence

dus aux mcanismes de requte.z BS autorise les connexions utilisant ce flux dmettre des

paquets de taille fixe intervalles rguliers.z Norme : pour les connexions utilisant UGS, ne pas utiliser les

autres.z UGS spcifi par : taille de fentre alloue, priode nominale

dallocation de la fentre, cart temporel maximum autoris par rapport la priode.

Mohamed AYADI 98

rtPSz rtPS: Real-time polling servicez Flux de services temps rel avec paquets

priodiques de taille variable.z La BS alloue des ressources UL suffisantes la

SS.

Mohamed AYADI 99

Real-time polling servicez Avantage :z Meilleure efficacit pour le transport de donnes

que lalgorithme UGS.z Inconvnient :z Ncessite plus dentte MAC et plus de dlai que

lalgorithme UGS.

Mohamed AYADI 100

rtPSz Flux temps rel gnrant priodiquement des paquets de taille

variable (ex. : vido MPEG).z Opportunits chaque SS de transmettre des requtes indiquant

la taille de la fentre voulue, pour transmettre des paquets de longueur variable. Fentre dinterrogation priodiquement alloue la SS (pour les requtes), chaque k trames MAC.

z Norme : pour les connexions utilisant rtPS, de ne pas utiliser ceux utilisant la contention

z Paramtres dfinissant ce service : intervalle nominal entre fentres dinterrogation et cart temporel maximum.

z Inconvnient : transmission des requtes occupe de la bande passante + temps de transaction entre la BS et la SS altration de la QoS.

Mohamed AYADI 101

ertPSz Extended Real-Time Polling Service :

combinaison des services UGS et rtPS. La BS fournit de la capacit sans sollicitation avec la possibilit de modifier la capacitalloue en cours de connexion. Allocations priodiquesutilises pour les demandes de bande passante ou pour le transfert de donnes. Contrairement UGS, les capacits alloues peuvent changer la demande du terminal.

Mohamed AYADI 102

Autres Politiques

z Le service non-real time polling gre des flux de donnes sans contraintes de dlais et consistant en des paquets de taille variable pour lesquels le minimum de dbit est requis.

z Le service Best Effort (BE) gre des flux de donnes pour lesquels aucun niveau de service minimum nest requis et par consquent peuvent tre grs sur la base de la disponibilit en espace.

Mohamed AYADI 103

nrtPSz Flux non temps rel, paquets de taille

variable (FTP) haut dbit.z Transmission des requtes toutes les

secondes. z Possibilit dutiliser les fentres de contention

pour la transmission de ces requtes.z Paramtres : intervalle nominal entre fentres

dinterrogation, trafic rserv minimum et maximum, priorit du trafic.

Mohamed AYADI 104

BE: Best effortz Le plus simple.z Utilis pour tous les flux sans qualit de service

particulire.z SSs utilisant un service BE pouvant transmettre

leurs requtes dans une fentre de contention ou fentre dinterrogation.

z Paramtres : dbit minimum et maximum accord, priorit du trafic.

z A la cration de la connexion, chaque flux est attribue une classe de service fonction des exigences applicatives en terme de Qos et de disponibilit des ressources la BS.

Modulation Adaptative

Mohamed AYADI 106

Modulationsz Types de modulations dans les systmes

OFDMz Phase Shift Keying (PSK)z Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

z Couche PHY OFDM WiMAXz BPSKz QPSKz 16-QAMz 64-QAM

Mohamed AYADI 107

Modulation 802.16

Mohamed AYADI 108

Modulation/codage

Mohamed AYADI 109

z Donnes mappes (modules) selon des schmas de modulation courants (BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM)

z Donnes binaires srie converties en nombres complexes reprsentant la constellation des points.

z Correspondance de la constellation base sur le codage de Gray

Mohamed AYADI 110

QPSK et QAM

Mohamed AYADI 111

Modulation adaptativez Ajustement du schma de modulation du

canal, en fonction du SINR du lien radio

Mohamed AYADI 112

SNR et modulation

Mohamed AYADI 113

SNR et modulation

Mohamed AYADI 114

Modulation et dbit

Mohamed AYADI 115

SNIR et codage

Mohamed AYADI 116

Allocation de modulation par sous canal

Mohamed AYADI 117

Sensibilit de rception et modulation

Mohamed AYADI 118

Modulation et BER

Systme dantennes Adaptatives (AAS)

Mohamed AYADI 120

Principez AAS = Adaptive Antenna Systemsz Technologie dantennes :z Oriente le signal vers lusagerz Amliore la couverturez Antennes actives

z Technique :z Lobe adaptatif/commut et technique de suivi de terminal

mobilez Rduction dinterfrencez Chaines RF couples dans des rseaux dantennes

Mohamed AYADI 121

Combinaisons

Mohamed AYADI 122

SISO

Mohamed AYADI 123

MIMO

Mohamed AYADI 124

MIMOz Objet : augmenter les dbits binaires en maintenant

puissance et bande passante constante.z Emetteur et rcepteur ont chacun plusieurs

antennes (appel systme MxN, 2x3 par exemple).z Cot supplmentaire dans la complexit de

traitement.z Diffrent de la diversit (lutte contre les fadings

rapides) ou beamforming (amliore le SNR).z MIMO envoie plusieurs flux dinformation dans

lespace simultanment sur la mme bande

Mohamed AYADI 125

MIMO

Mohamed AYADI 126

Beamforming

Introduction lOFDMA et OFDMA

Mohamed AYADI 128

OFDM et OFDMAOFDM, lide de base

z lide de lOFDM dcoule de la necessit une denvoyer un grand volume de donnes (symboles) tout en utilisant une bandepassante limite .

z OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing

z la methode la plus vidente est daugmenter le nombre de symbole envoys. Pour le faire, la dure dun symbole devient petite. z Symbol duration

z Longer symbol durationz Lower data rate (3 symbols / sec, baud)

z Shorter symbol durationz Higher data rate (6 symbols / sec, baud)

Mohamed AYADI 129

OFDM: lide de base

z RF Signal

z Symbol A

z Souvent, une dur tres courte du symbole entraine un grand tauxderreur due la prsence de multi-path interference

z Inter-Symbol Interference (ISI)

z Symbol A

z Symbol A

z Dure de symbole longuez Rapport ISI/dure de symbloe faiblez Faible taux derreur

z Dure de symbole petitez Rapport ISI/dure de symbloe grandz Taux derreur lev

z Symbol Az Symbol Az Symbol A

z Symbol A

z Symbol A

z Symbol B

z Symbol B

Mohamed AYADI 130

OFDM, ide de basez Line-Of-Sight et Non-Line-Of-Sight

z Line-Of-Sight = Energy via LOS - Energy from reflections > 5dB

z Non-Line-Of-Sight = Energy via LOS - Energy from reflections < 5dB

Mohamed AYADI 131

OFDM, The Basic Ideaz Pour augmenter le dbit, FDM (frequency division

multiplexing) peut etre utilisz

s

i

g

n

a

l

p

o

w

e

r

z frequency

z

c

h

a

n

n

e

l

1

z

c

h

a

n

n

e

l

2

z

c

h

a

n

n

e

l

3

z

c

h

a

n

n

e

l

4

z

c

h

a

n

n

e

l

5

z chaque canal peut vhiculer les donnes

z Si chaque canal transporte 1Mb/s de donnes, ce sytme FDM peutvhiculer 5 Mb/s

z Pour augmenter le dbit de nouveaux canux sont demands

z Mais les nouveaux canauxdemandent une bande additionnelle

Mohamed AYADI 132

OFDM, Ide de base

z La sparation entre les canux peut etre utilise pour donner lieu a de nouveau canaux, mais en consquence elle donne lieu aux intrfrence inetr canal (Inter-Channel-Interference) (ICI)

z

s

i

g

n

a

l

p

o

w

e

r

z frequency

z

c

h

a

n

n

e

l

1

z

c

h

a

n

n

e

l

2

z

c

h

a

n

n

e

l

3

z

c

h

a

n

n

e

l

4

z

c

h

a

n

n

e

l

5 ICI

z

c

h

a

n

n

e

l

4

z

c

h

a

n

n

e

l

3

Mohamed AYADI 133

OFDM, Ide de basez Pour annuler lICI, les canaux doivent etre positionns avec des

signaux damplitudes orthogonales entre elles

f

z OFDM donne lieu une haute densit de porteuses sans gnrer ICI

z Les canaux OFDM sont sujettes au dcalge frquentiel du leffetDoppler (doppler spreads)

Mohamed AYADI 134

OFDM, ide de base

z 1. dans le domaine temporel de lOFDM, une dure de symbolelongue est utilise pour rduire Inter-Symbol Interference (ISI) ce qui permet une bonne rception des multitrajets.

z 2. Dans le domaine frquentiel OFDM , les canaux sont concuorthogonales les unes des autres pour annuler les interfrences inter canalInter-Channel Interference (ICI) tout en minimisant lutilisation de la bande de frquence.

Mohamed AYADI 135

OFDM, Structure dun canal

z Un canal OFDM est compos de plusieurs sous porteuses(FFT) avec la composition suivante

z frequency

z

s

i

g

n

a

l

p

o

w

e

r

1. Des canaux (sous porteuses) pour les donnes :Data sub-carriers2. Des canaux de guarde Null sub-carriers3. Des canaux (sous porteurses) pilotes

z Data sub-carriers

z Null sub-carriers

z Pilot sub-carriers

z OFDM channel 1

z OFDM channel 2

Mohamed AYADI 136

OFDM, Fading et dcalage Dopplerz An OFDM channel exhibits fading/shifting due to the following -

z frequency

z dcalage frquentiel (effet doppler)

z dcalage temporel (de pahse) du au multitrajet) qui attnue le signal

z quelques multi-trajets arrivent en opposition de phase et qui annulent lunlautre

z attenuation de puissance due la distance et labsorbtion du signal par les obstacles

z Frequency-Selective Fading

Mohamed AYADI 137

OFDM, Performancez Example: OFDM 802.16-2004 WirelessMAN-OFDM sous canalisation

(ProfP3.5M_SF/T)

1/16 or 1/8Guard Interval (Tg / Tb)

3.5MhzChannel Spacing

64 uSSymbol duration (Tb)

8Pilot sub-carriers

56Null sub-carriers

192Data sub-carriers

256Total sub-carriers

z 3.5Mhz z 3.5Mhz

z Frequency-domain

z Time-domain

z 64 uS

z 64 uS x (1 / 16)z 64 uS x (1 / 8)

z Frequency-domain

z 256 z 256z 192 z 192z 28 z 28z 28 z 28

z 8 z 8

z cyclic prefix (CP)

Mohamed AYADI 138

OFDMA, Ide de base

z Lide de lOFDMA vient des points suivants:

z 1. Liens asymetriques surtout pour les stations nomadique ou Subscriber Stations (SS)

z SS power limit factors

z OFDMA = Orthogonal Frequency Division Multiple Access= OFDM + TDMA + FH (Frequency Hopping)

z Base Station (BST)

z Subscriber Station (SS)

z size

z heat dissipationz power consumption

z cost

z 2. Des application asymetriques UL

Mohamed AYADI 139

OFDMA, Frame Structurez

s

u

b

-

c

a

r

r

i

e

r

s

z time

OFDM OFDMA

channel time-slot = All sub-carriers + 1 symbol

z frame = X sub-carriers + X symbols

z Subscriber Az Subscriber Bz Subscriber Cz Subscriber D

Principe de base de lOFDM

Mohamed AYADI 141

Historique OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

z Invent il y a plus de 40 ans. z Mis en uvre dans plusieurs technologies :z - Asymetric Digital Subscriber Line(ADSL),

ANSI (1995).z - IEEE 802.11a/g, IEEE 802.16a.z - Digital Audio Broadcas(DAB), ETSI (1995).

- TNT : DVD en Europe. - 4G (LTE, UWB), IEEE 802.11n, IEEE 802.16,

et IEEE 802.20.

Mohamed AYADI 142

Principes de base (1)

z Systme bas sur la FFTz Modulation et mappingz Orthogonalitz Intervalle de garde et extension

cyclique

Mohamed AYADI 143

Principes de base (2)z Modulation Multiporteuse= division du flux binaire en

plusieurs flux et transmission sur plusieurs diffrents sous-canaux.

z Dbit binaire sur chacun des N sous-canaux (RN) < dbit total (R). Avec RN R/N.

z Nombre de sous-canaux tel que chaque sous-canal a une largeur de bande (BN) infrieure sa bande de cohrence (Bc = B/N).

z limination de lISI par introduction dun prfixe cyclique.

Mohamed AYADI 144

OFDM (1)

Mohamed AYADI 145

OFDM(2)

Mohamed AYADI 146

OFDM (3)z Principe:z Forme de modulation multiporteuse: message

transmettre dcoup en morceaux (ex., symboles).z Spectre disponible divis en plusieurs porteuses faible

dbit. Morceaux du message transmis simultanment sur un grand nombre de canaux (sous-porteuses).

z Symboles diffrents mis sur les diffrentes sous-porteuses.

z Codage et modulation adapts aux conditions de propagation et les mmes sur toutes les sous-porteuses.

z Avantage: Lien de capacit importante et rsistant aux multitrajets.

Mohamed AYADI 147

OFDM(4)

z Successeur des techniques FH-CDMA et DS-CDMA

z Orthogonalit de frquences comparable lorthogonalit des codes en CDMA

(utilisant les codes de Walsh).

Mohamed AYADI 148

OFDM(5)z Etalement temporel:z Ralis par rptition de la mme information

dans un symbole OFDM sur 2 sous-bandes diffrentes Diversit de frquences

z Etalement frquentiel:z Ralis en choisissant les entres symtriques

conjugues comme entres de lIFFT (sortie relle) - Exploite la diversit de frquence et permet de rduire la complexit de lmetteur ainsi que sa consommation de puissance.

Mohamed AYADI 149

OFDM(6)

z Centres des porteuses sur des frquences orthogonales.z Orthogonalit: pic du signal = creux des autres signaux orthogonalit dans le domaine frquentiel.

z Sous-porteuses espaces de 1/Ts.

Mohamed AYADI 150

LIFFTLIFFT convertit les signaux dentre parallles en ondes sinusodales modules en sortie

Mohamed AYADI 151

OFDM(8)z Principe: division dun canal large bande slectif en

frquence en sous-porteuses bande troite fading plat.

z Sous-porteuses alloues diffrents utilisateurs si accs multiple.

z Techniques dadaptation sur ces sous-porteuses : permet damliorer lefficacit spectrale du systme. Avantage principal de lOFDM: Flexibilit dans la combinaison de modulation adaptative et de techniques daccs multiple.

Mohamed AYADI 152

OFDM(9)

z Techniques daccs multiple bases sur lOFDM :z OFDM-FDMA (le plus courant), z OFDM-TDMA, z OFDM-CDMA.

Mohamed AYADI 153

OFDM(10)

Chaque utilisateur met un certain nombre de sous-porteuses OFDM pendant tous les time slots, Allocation des sous-porteuses : statique ou dynamique, Systme multi-dbit, Diversit multi-utilisateurs, Modulation adaptative (dbit binaire, puissance dmission, taux ou schma de codage canal)

Mohamed AYADI 154

OFDM(11)

Mohamed AYADI 155

OFDM(12)

Mohamed AYADI 156

OFDM: cas du Wimax

Mohamed AYADI 157

Inconvnient de lOFDM (1)

z Sensibilit importante linterfrence inter-canaux, contrairement sa robustesse contre les dcalages temporaires (timing offset) grce au CP,

z Perte de capacit du fait de la bande de garde,

z Vulnrabilit aux dcalages de frquences etde phase.

Mohamed AYADI 158

Inconvnient de lOFDM (2)z Le signal OFDM dans le domaine temporel prsente

un rapport peak-to-averag(PAR) relativement important :z Rduit lefficacit de puissance de lamplificateur RF,z Lamplification non linaire dtruit lorthogonalit des

signaux OFDM et introduit des missions hors-bande.z Rappel: le PAR ou PAPR (Peak-to-Average-Power-Ratio)est une

caractristique importante dun systme de communication. Un PAR faible permet lamplificateur de puissance de fonctionner efficacement alors quun PAR lev impose lamplificateur de puissance de fonctionner avec une marge de puissance importante pour assurer une amplification du signal linaire.

OFDM et OFDMA dans le Wimax

Mohamed AYADI 160

Couche physiquez Spcifications de la couche PHY 10-66 GHz : Ncessit de LOS.z Architecture point--multipoint : la BTS transmet un signal TDM.z Allocation de slots aux terminaux.z Spcifications couche PHY 10-66 GHz : adaptation dynamique

de la modulation et du codage pour chaque station, trame par trame.

z Largeur de bande maximum des canaux : 20 ou 25 MHz (US) et 28 MHz (Europe).

z Pour lexploitation en NLOS dans les bandes < 11 GHz : utilisation de lOFDM

Mohamed AYADI 161

Couche physique 802.16

z La couche PHY dfinie par lIEEE 802.16 comporte 3 variantes :z Single Carrier,z 256 Carrier OFDM: slectionn par le WiMAX

Forum pour les premiers profils bass sur le 802.16-2004 (802.16REVd),

z 2048 Carrier OFDMA

Mohamed AYADI 162

Transmission en Single carrier etMulticarrier

z Transmission en Single carrierz Chaque terminal met et

reoit les flux dedonnes sur une seule porteuse la fois.

z Transmission en Multicarrierz Chaque terminal peut utiliser

plusieurs porteuses simultanment pour mettre des donnes

Mohamed AYADI 163

OFDM / S-OFDMA

z 802.16-2004 : OFDM. Un terminal met sur lensemble de la bande, les usagers sont spars par multiplexage temporel(TDMA).

z 802.16e: S-OFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Acces). Les terminaux utilisent une partie du spectre ainsi que des time slots.

Mohamed AYADI 164

SOFDMAz Utilis en 802.16ez Technique OFDM.z Chaque utilisateur na accs

qu une partie du spectre, en fonction de lapplication.

z Partage en TDMA.Enmobile, flexibilit des quipements ncessaire pour lutilisation de diffrentes largeurs de bandes de frquences

z Problmes de fonctionnement avec diffrents espacements de sous-porteuses.

Mohamed AYADI 165

SOFDMA (2)

z SOFDMA : nombre total de sous-porteuses dtermin en fonction de la largeur de bande utilise.z 512 sous-porteuses 5 MHzz 1024 sous-porteuses 10 MHz

z Nombre de sous- porteuses : 128 2048 en fonction de la largeur de bande Espacement entre sous-porteuses denviron 11 kHz.

Mohamed AYADI 166

OFDM et OFDMA

z OFDM utilis pour les courtes distances et utilise une FFT de 256. Seul spcifi dans les profils WiMAX 802.16d avec duplexage TDD et FDD possible.

z OFDMA utilise une FFT de 2048 et 4096 porteuses.

Mohamed AYADI 167

z Meilleure couverture de lOFDMA en UL grce la concentration de puissance sur certaines porteuses / toutes les porteuses en OFDM,

z Plus grande disponibilit des canaux, z Amplificateurs de puissance plus simples et

plus conomiques,z Multiplexage temporel dans les slots TDD.

Mohamed AYADI 168

OFDM et OFDMA

Mohamed AYADI 169

Chaine de transmission

Mohamed AYADI 170

Chaine de transmissionz Emetteur : conversion srie vers parallle. Flux de

donnes transmis prenant la taille requise pour la transmission

z Modulation de chaque porteuse. Mots de code moduls.

z Inverse Fourier Transform (IFT). Contenu des porteuses subissant une IFT pour obtenir une reprsentation du signal OFDM dans le domaine temporel.

z Digital to Analog Conversion (DAC). La sortie de lIFT est convertie en signal analogique pour la transmission sur linterface radio

Mohamed AYADI 171

Structure du Symbole OFDMz Transforme Fourier invers forme donde OFDMz Dure = temps symbole utile Tbz Copie du dernier Tg de la priode du symbole utile

utilise pour regrouper les trajets multiples, tout en maintenant lorthogonalit des sous-porteuses.

Mohamed AYADI 172

Symbole OFDM et OFDMA

Mohamed AYADI 173

Intervalle de garde

z Pour amliorer la robustesse lISI de chaque porteuse, les symboles transmis peuvent tre prolongs en ajoutant un intervalle de garde entre les transmissions successives de symboles.

z Valeurs des paramtres Intervalle de garde, espacement inter- porteuses,z dure symbole, prfixe cyclique bases sur les conditions du canal, les

contraintes defficacit, le matriel et les capacits algorithmiques.z Ex. : Dans un WLAN (mobilit faible) delay spread et offset frquentiel sont les

facteurs les plus importants.Espacement inter-porteuses = 300 kHz - Dure CP = 800 nanosecondes.

z Dans WiMAX, sajoute le Doppler spread. Espacement inter-porteuses = 11 kHz - Dure CP = 10 sec.

Mohamed AYADI 174

Intervalle de garde

z Elimine leffet de lISIz Utilis dans les systmes OFDM,z Intervalle de garde pouvant consister ne transmettre aucun

signal ce qui pourrait rduire lorthogonalit et maintenir le problme dISI.

z Utilisation dextensions cycliques (ou prfixes cycliques).z Dure symbole OFDMA Ttotal = T + Tg

Mohamed AYADI 175

Extension cyclique

Mohamed AYADI 176

Temps de garde/prfixe cyclique

z Le temps de garde est insr entre les symboles OFDM :z Permet de combattre lISI,z Temps de garde > Delay spread,z Les composants multitrajets disparaissent avant lextraction de

linformationz - Rduit lefficacit spectrale.

Mohamed AYADI 177

Extension cyclique

Mohamed AYADI 178

OFDM/OFDMA

Mohamed AYADI 179

OFDM-FDMA (OFDMA)z Plusieurs sous-canaux allous chaque utilisateur.z Initialement pour les systmes CATV (transmission

de donnes sur le lien montant : abonns vers tte de rseau).

z Ensuite adapt pour les systmes de communications radio.

z Nombre identique de flux descendants ou diffrentsz dbits usager (diffrents nombres de sous-

porteuses).z Techniques adaptatives par sous-porteuse, en

fonction des conditions du sous-canal.

Mohamed AYADI 180

OFDM-TDMA

z Chaque utilisateur envoie squentiellement un ou plusieurs symboles OFDM par trame

Mohamed AYADI 181

Avantage de lOFDMAz Concentration de puissance : Gain de 15 26 dB.z Modulation adaptative (adaptation automatique du

QPSK au 16 QAM et ce, jusquau 64 QAM).z Modification du nombre de porteuses dans chaque

sous-canal (note : nombre fixe en 802.16).z Possibilit de changement de position des

porteuses de chaque sous-canal chaque fin de symbole (permutation de porteuses).

z Large bande : jusqu 27,5 Mb/s (canaux de 8 MHz).

z Capacit la demande et QoS.

Mohamed AYADI 182

OFDMA 802.16 - 2004z Paramtres :z Taille de la FFT : 2048z Porteuses utilises : variable de 1 681 1 728z Pilotes : diffrents ensembles (constant + variable) ~ 192z Porteuses de garde : variable de 159 184 gauche, de 160 183

droite.z Largeur de bande : 1.25 28 MHz

Mohamed AYADI 183

Sous canaux

Mohamed AYADI 184

Sous canaux

z Flux de donnes srie rapide transform en flux de donnes parallles lents

z Dures symboles plus longues.

Mohamed AYADI 185

Emetteur OFDMA

Mohamed AYADI 186

Pilote

z Pilotes transmis au dbut de chaque burstz Permettent le suivi des variations dues au

canal et au matrielz Pilotes dfinis pour leur dtection facilez Pilotes sont utiliss pour lestimation de canal

: dcalage de frquence et de phase,z utilisation pour la synchronisation.

Mohamed AYADI 187

IFFT (mission)

z IFFT/FFT est le facteur cl en OFDM :z IFFT : conversion du domaine frquentiel au

domaine temporel (mission, en OFDM),z FFT : conversion du domaine temporel au

domaine frquentiel (rception).z Tout le traitement du signal est ralis dans

le domaine frquentielz IFFT/FFT ont de faibles cots dimplantation.

Mohamed AYADI 188

Principe de la transmission

z LIFFT transforme une srie de symboles transmis sur des sous-porteuses en un signal temporel transmis sur la totalit de la bande de frquence alloue au systme.

z Lutilisation dun temps de garde permet dviter les problmes dISI.

z Lextension cyclique permet dobtenir un signal propre pendant toute la dure symbole.

Mohamed AYADI 189

Sous-canal

z Sous-canal : ensemble de sous-porteuses actives, unit de ressource.

Mohamed AYADI 190

Composition des sous-canauxz Un sous-canal (subchannel) = combinaison de

sous-porteuses de donnes (data subcarriers).z Les sous-porteuses dans un sous-canal peuvent tre

adjacentes ou tales.z 256 sous-porteuses par porteusez sous-porteuse DC (index 0, frquence dmission, mise

0)z 55 sous-porteuses de gardez Sous-porteuses Data + Sous-porteuses Pilot = 200 sous-

porteusesz Porteuses Pilote : utilises pour synchroniser le rcepteur

sur lmetteur (en phase, temps et frquence). 8 porteuses pilotes.

Mohamed AYADI 191

802.16d et 802.16e

Mohamed AYADI 192

802.16e

Allocation des ressources en OFDM

Mohamed AYADI 194

OFDM-FDMA

z Sous-porteuses disponibles alloues aux usagers pour la transmission.

Mohamed AYADI 195

OFDM-TDMA

z Toutes les sous-porteuses du systme sont alloues un utilisateur particulier pour nimporte quelle dure symbole.

Mohamed AYADI 196

Algorithme dallocation des sous porteuses en OFDMAz Adaptabilit =z Nombre de sous-porteuses de chaque usager adaptatifz Allocation des sous-porteuses entre usagers adaptivez Mcanisme adaptif de bit loading aux sous-porteusesz Schma de modulation adaptive pour chaque

sousporteusez Contraintes de QoS usagerz Dbit rserv minimumz Bit Error Rate

Mohamed AYADI 197

Mode dallocation des sous porteuses

z Obtention des sous-canaux partir des sous porteuses: 2 types

z ASM (Adjacent Subcarrier Method) : groupe de sous-porteuses contiges,

z DSM (Diversity Subcarrier Method) :regroupement des sous-canaux bas sur une diversit/permutation des canaux.

Mohamed AYADI 198

ASM et DSM

Mohamed AYADI 199

Allocation Dynamique des sous porteusesz 1. Nombre de sous-porteuses/usager adaptatifz 2. Allocation adaptative des sous-porteuses entre les usagersz 3. Bit loading adaptatif des sous-porteusesz 4. Schma de modulation adaptatif pour chaque sous-porteuse

z Objectifsz Minimisation de la puissance dmissionz DL : minimisation de linterfrence de la BSz UL : conomie de puissance

z Contraintesz Dbit binaire (bit/symbol)z BER

z 3 sous-algorithmesz Dtermination du nombre de sous-porteusesz Allocation des sous-porteusesz Bit loading

Mohamed AYADI 200

Allocation Contige ou distribue

Mohamed AYADI 201

Allocation Contige ou distribuez Approche distribue : maximise la diversit de frquences et

moyenne linterfrence intercellulaire. Meilleure approche dans un environnement mobile o les caractristiques du canal changent rapidement.

z Approche dallocation contige : sous-porteuses adjacentes slectionnes de manire adaptative par le squenceur (sous-porteuses de SINR le plus lev sont choisies). Approche permettant un gain de chargement (loading gain) et plus simple utiliser avec lAAS. Ncessite des conditions de propagation stables (caractristiques de canal changeant lentement) pour des usages nomades ou faible mobilit.

Mohamed AYADI 202

Allocation des sous porteusesz ASM: canaux contigus comportement fortement corrl.

Convient bien lAMC (plus simple dans ce cas).z DSM : canaux rpartis sur lensemble du spectre. Meilleure

diversit de frquences.

Mohamed AYADI 203

Allocation des sous porteuses

z FUSC : Fully Used Subchannelizationz PUSC : Partially Used Subchannelization

Mohamed AYADI 204

FUSCz Toutes les sous porteuses sont utilises pour crer

les sous canauxz Chaque sous canal est compos de 48 sous

porteuses de donnes (data subcarrier) qui sont distribu sur la totalit de la bande

z En FUSC les sous porteuses pilotes sont dabord alloues. Et le reste des canaux sont tals dans divers sous canaux

z Les canaux pilotes sont diviss en deux ensembles:z Un ensemble constant z Un ensemble variable

Mohamed AYADI 205

Fusc

Mohamed AYADI 206

Exemple (FUSC)z La norme dfini la sous-canalisation pour lOFDMA-2048.z Sur les 2048 porteuses, 173 gauche et 172 droite inutilises

(sous-porteuses de garde).z Les 1703 sous-porteuses restantes sont rparties tel que :z 1536 sous-porteuses pour les dataz 166 sous-porteuses pour les pilotsz 1 DC ddie la frquence RF

z Le spectre des sous-porteuses actives (1703) est divis en 32 groupes adjacents de 48 sous porteuses.

z Un sous-canal est constitu dune porteuse de chaque groupe : 32 sous canaux de 48 sous porteuses.

z NB: le mode 256 bas sur 802.16-2004 nutilise ni le FUSC ni le PUSC

Mohamed AYADI 207

Formule FUSCz Formule de permutation dtermination prcise

des sous-porteuses appartenant un sous-canal :z Subc(k,s) =

Nsubch.nk+{ps[nkmodNsubch]+IDcell}modNsubchz Subc(k,s) est la k+1 me sous-porteuse du sous-

canal numro sz nk = k+13s mod Nsubchz ps est une liste dindices de Nsubchannelsz Nsubch est le nombre de sous-canaux total (Nsub=

32)z IDcell est un identifiant de la cellule (de 0 31)

donn par la couche MAC.

Mohamed AYADI 208

Mode PUSCz Similaire au FUSC sauf que toutes les sous porteuses sont

divise en 6 groupesz Permutation des sous porteuses pour crer les sous canaux est

indpendantes de chaque groupez En PUSC toutes les sous porteuses (sauf les nulles) sont

arranges en des cluttersz Chaque clutters contient 14 sous porteuses adjacentes sur 2

OFDM symboles (28 sous porteuses: 24 data et 4 pilotesz Les clutters sont numrots en utilisant un schma de

numrotation pseudo alatoire.z Les clutters sont ensuite diviss en 6 groupesz Un sous canal est cre partir de deux clutters du mme

groupe.

Mohamed AYADI 209

Intrt du PUSC

z Distribution des sous canaux sur les secteurs dune mme station de base et sur les cellules avoisinantes

z Pour minimiser les interfrences et maintenir lorthogonalit des porteuses

z Trs utile lorsque le spectre nest pas large.

Mohamed AYADI 210

PUSC

Mohamed AYADI 211

Paramtres PUSC

Mohamed AYADI 212

Paramtres du FUSC

Mohamed AYADI 213

Exemple PUSC (1)z Un sous-canal dfini sur 2 symboles OFDMA.z Sur les 2048 porteuses, 184 gauche et 183 droite inutilises

(sous-porteuses de gardes).z Les 1681 sous-porteuses restantes (dont 1 DC) divises en 120

clusters de 14 sous-porteuses.z Pilotes allous dans chaque cluster selon la parit (axe t) du

symbole

Mohamed AYADI 214

Exemple PUSC (2)z Clusters regroups en 6 groupes de 16 ou 24

clusters (sur 2 symboles OFDMA, soit 48 sous-porteuses formant une unit de ressource de base).

z 2 types de groupes dfinis : pairs (i.e. forms partir de clusters dont les numros sont pairs) et impairs suivant le symbole.z Donnes usager rparties sur ces 48 symboles.

z Granularit de 24 sous-porteuses par symbole : permet lallocation flexible des ressources pour diffrents services (ex. appel voix = 1 sous-canal, appel vido = grand nombre de sous-canaux).

Mohamed AYADI 215

Exemple PUSC (4)z 60 sous canaux de 24 frquences data et 4 pilots.z Formule prcdente utilise pour lallocation des sousporteuses

au sein dun groupe avec Nsubch = 12 si le groupe est pair et Nsubch = 8 si le groupe est impair.z Subc(k,s) = Nsubch.nk+{ps[nkmodNsubch]+IDcell}modNsubchz Subc(k,s) est la k+1 me sous-porteuse du sous-canal numro sz nk = k+13s mod Nsubchz ps est une liste dindices de Nsubchannelsz Nsubch est le nombre de sous-canaux total (Nsub= 32)z IDcell est un identifiant de la cellule (de 0 31) donn par la

couche MAC.

Mohamed AYADI 216

Le Handover

Mohamed AYADI 218

Procdure du HO dans le Wimax

z Roaming et HO entre rseaux htrognes 802 non normalis.

z Procdures de HO permettent la commutation :z Dune BS une autrez Dun type de rseau 802 un autre (ex. 802.11

vers 802.16)z De rseaux cbls 802.x vers 802.16.

Mohamed AYADI 219

Types de HO dans le Wimax

z 802.16e supporte 3 types de handovers :z Hard Handoff (HHO).z Fast Base Station Switching (FBSS).z Macro Diversity Handover (MDHO).

Optimisation du HHO pour rduction desdlais couche 2 < 50 ms.

Mohamed AYADI 220

Hard Handover

MSC

Avant

MSC

Pendant

MSC

Aprs

Circuit non tablicircuit tabli (lien physique et logique) Le terminal mobile ne gre quun canal radio la fois donc interruption plus ou moins longue de la communication

Le nouveau lien est tabli lavance au niveau rseau pour minimiser le temps dinterruption de la communication

Avantage : un canal radio seulement est utilis par le mobile Inconvnient : interruption momentane de la communication Exemple: systmes analogique, IS-95,

Mohamed AYADI 221

Seamless Handover

MSC

Avant

MSC

Pendant

MSC

Aprs

Circuit non tablicircuit tabli (lien physique et logique)

Un nouveau canal radio est attribu l avance au mobile par la station de base choisie donc interruption plus ou moins longue de la communication

Le trafic du mobile va dans les deux sens consommation de ressources plus importante Avantage : une meilleure QoS et coupure moindre

Inconvnient : consommation de ressources Exemple: DECT

Mohamed AYADI 222

Soft Handover

MSC

Avant

MSC

Pendant

MSC

Aprs

Circuit non tablicircuit tabli (lien physique et logique)

Deux liens et deux flux sont activs pour le mobile pendant une priode donne le mobile est connect deux stations de base (voir plus)

Le trafic du mobile est achemin sur tous les liens consommation de ressources beaucoup plus importante

Avantage : une meilleure QoS et aucune coupure Inconvnient : consommation abusive de ressources Exemple: CDMA2000 CDMA IS95 CDMA EV-DO

Mohamed AYADI 223

Principe du Handoverz Avant le HO : Acquisition de la topologie du rseauz Diffusion de la topologie du rseauz Scanning par le mobile des BSs voisinesz Procdure dassociation

z Pendant le HO : Processus de HOz Reslection de cellulez Dcision et dclenchement de HOz Synchronisation avec le nouveau DL et obtention des paramtresz Obtention des paramtres ULz Ranging et ajustement des paramtres ULz R-autorisation de la MSz R-enregistrementz Terminaison avec la BS de service

Mohamed AYADI 224

Processus du HO

Initiation du handover :z MS : envoie une liste de BSs cibles la BS

de servicez BS : envoie une liste de BSs voisines que la

MS scanne, choix de cellule cible (en fonction de la QoS, capabilities MS)

z Rseau.

Mohamed AYADI 225

Processus du HO

z Association : permet dacqurir les paramtres des stations voisines

z Dcision et dclenchement de HOz Synchronisation avec BS cible DLz Rangingz Network entryz Terminaison du contexte MS

Mohamed AYADI 226

Schmas du HO dans 802.16

z Hard Handoffz Optimized Hard Handoffz Fast Base Station Selectionz Macro diversity Handoff

Mohamed AYADI 227

Hard Handoverz Inter sector HHO : dun secteur un autre pour la

mme BS,z Inter-BS HHO : dune BS une autre,z Inter ASN handover : entre 2 sous-rseaux dans

une mme zone de micro-mobilit,z Inter Micro mobility zone handoff : MSS utilisant

une @ IP simple sera dconnecte et devra se reconnecter avec une nouvelle @ IP. MSS avec une @ Mobile IP pourra se baser sur un handover Mobile IP.

Mohamed AYADI 228

Optimized Hard Handoverz Evite la complexit du FBSS avec un objectif

de dure de HO infrieure 50 ms.z Pour les donnes : dlais couverts par la

miseen oeuvre de buffers dans les mobiles.z Latence du HHO 50 msec.z Pas de donnes transportes pendant le HO.z Pendant la coupure, donnes stockes et

retransmises aprs rtablissement de la liaison.

Mohamed AYADI 229

Principe du FBSS(1)z MS communique uniquement avec Anchor BS pour

les messages de trafic et de signalisation UL et DL.z Transition dune Anchor BS ralis sans invoquer la

procdure de HO.z BSs impliques dans un FBSSz Synchronises par rapport une rfrence temporelle

communez Synchronises tramez Mme frquencez Partagent ou schangent le contexte MAC.

Mohamed AYADI 230

Principe du FBSS (2)

z La MS possde un Diversity Set dans lequel elle choisi la BS de service Choix :

z Si CINR(BS) < H_Delete_Threshold : limination BS du Diversity Set

z Si CINR(BS) > H_Add_Threshold : ajout BSau Diversity Set travers Anchor BS.

Mohamed AYADI 231

Principe de FBSS (3)z 1. Active Set (liste de BS impliques dans le FBSS)

: MS et BS.z 2. Supervision des BSs de lActive Set par MS.z 3. BS Anchor : une BS de lActive Set, en liaison

avec MS (signalisation + trafic).z 4. BS Switching (Transition Anchor BSautre BS) :

pas de messages explicites transmis.z 5. Mise jour de lAnchor BS par mesures de RSSI

de la BS courante sur le canal CQI (Channel QualityIndicator).

Mohamed AYADI 232

Principe du FBSS(4) z Un HO FBSS dbute avec la dcision dune MS de recevoir ou

mettre des donnes partir dune BS de lActive Set diffrente de lAnchor BS.

z MS scanne les BSs voisines et slectionne celles dont la puissance est suffisante pour tre incluses dans lActive Set.

z Remonte des mesures et mise jour de lActive Set par MS et BS.

z Slection (parmi les BSs de lActive Set) de lAnchor BS et envoi par MS sur le CQICH de la BS choisie (MS initiated HO requestmessage).

z Information transmise simultanment toutes les BSs de lActive Set pouvant desservir le mobile.

Mohamed AYADI 233

Principe du MDHO (1)

z MS et BSs supportant le MDHO : MS et BS ont un Active Set des BSs impliques dans un MDHO avec le MS.

z BS particulire est dfinie : Anchor BS.z Situation normale : Active Set = 1.z Pendant MDHO : mobile communiquant avec

toutes les BSs de lActive Set sur des messages unicast UL et DL.

Mohamed AYADI 234

Principe du MDHO (2)

z Si MS dcide dmettre ou recevoir des messages unicast de plusieurs BSssimultanment. MDHO

z MDHO DL : >2 BSs assurent la synchronisation des donnes DL pour diversity combining la MS.

z MDHO UL : transmission MS reue par plusieurs BSs avec selection diversity de linformation.

Mohamed AYADI 235

Principe du MDHO (2)z MS communique avec toutes les BSs du Diversity Set pour les

messages UL et DL unicast en mme tempsz BSs impliques dans un MDHOz synchronises en fonction dune rfrence temporelle commune.z Ont des trames synchronises.z Utilisent la mme frquence.z Utilisent le mme ensemble CIDs pour les connexions avec la

MS.z Doivent partager ou transfrer le contexte MAC (Authentication

state, registration information, etc).z Mmes MAC/PHY PDUs envoys par toutes les BSs la MS.

Mohamed AYADI 236

MDHO et FBSSz Fast Base Station Switching (FBSS): HO FBSS

dbute avec la dcision pour un mobile de recevoir/mettre des donnes partir/vers une BS de service pouvant changer dans le Diversity Set.

z Diversity Set : slection et mise jour par mesures des BSs voisines.

z Slection/Mise jour de la BS de service (Anchor BS) par mesure des niveaux de champ des BS du Diversity Set.

z Dcision Macro diversity handover (MDHO) : MDHO commence avec une dcision pour un mobile dmettre vers et de recevoir de multiples BSs au mme moment (id. soft handoff).

Mohamed AYADI 237

MDHO et FBSS (2)z Active BSz BS contenant les paramtres de la MS : scurit, flux de

service et information complte sur le contexte MAC.z Diversity Setz Liste des BSs actives pour le mobile.z Gr par le mobile et la BS.

z Anchor BSz BS dans le Diversity Set o le mobile :z Enregistr,z Synchronis,z A ralis un ranging,z Supervise le DL pour linformation de contrle.