WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
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- Linus Weber
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1 WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Autoren: Marc Hämmig Sonja Näf Martina Vazquez 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 1
2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Architektur Marktpotential Evaluation Zukunft Zusammenfassung Fragen Diskussion 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 2
3 Einleitung Der Begriff WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access Funktechnik für breitbandige Hochgeschwindigkeitsübertragungen im Accessnetz Standard IEEE Geschichte 2001: der Standard IEEE wurde auf den Markt gebracht Heutzutage: IEEE ist veraltet, IEEE und IEEE e haben grosse Bedeutung. IEEE a, IEEE b, IEEE c und IEEE d werden benutzt und IEEE g und IEEE k sind in Entwicklung. 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 3
4 Fieberkurve Quelle: 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 4
5 Vergleich zwischen WiMAX und WLAN WiMAX ist eine Weiterentwicklung von WLAN die Reichweiten und die Übertragungsraten sind bei WiMAX höher als bei WLAN WLAN operiert auf unlizenzierten Frequenzen, WiMAX hingegen sowohl auf lizenzierten wie auch auf unlizenzierten. 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 5
6 WiMAX fixed (Quelle: 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 6
7 WiMAX fixed & mobile (Quelle: Intel) 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 7
8 Inhaltsverzeichnis Einleitung Architektur Marktpotential Evaluation Zukunft Zusammenfassung Fragen Diskussion 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 8
9 Standards IEEE IEEE a, IEEE REVd, IEEE IEEE e Fertigstellung im Dezember 2001 zwischen Januar 2003 und Juli 2004 im Dezember 2005 Produkte verfügbar ab Mitte 2005 ab 2006 Frequenzband 10 bis 66 GHz 2 bis 11 GHz 0,7 bis 6 GHz Uebertragung LOS Near LOS, Non LOS Non LOS max. Datenrate 32 bis 134 Mbit/s bis zu 75 Mbit/s bis zu 15 Mbit/s Bandbreiten 20, 25 und 28 MHz skalierbar von 1,5 bis 20 MHz 28 MHz Modulationsarten QPSK, 16QAM, 64QAM OFDM256, OFDMA, 64QAM, 16QAM, QPSK, BPSK OFDM256, OFDMA, 16QAM, 64QAM Empfänglichkeit fest feste Aussenantenne und Innenanwendung mobil max. Reichweite variabel,? 100km bis zu 50 km bis zu 5km, typisch 1,5km Quelle: 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS0607 9
10 Netzwerkarchitektur Point-to-Point zwei Punkte sind direkt und unmittelbar miteinander verbunden Point-to-Multipoint ein Punkt ist mit mehreren Punkten verbunden Mesh alle Punkte sind miteinander vermascht 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
11 Frequenzbereiche Es gibt drei Frequenzbereiche: Frequenzen zwischen 10 und 66 GHz Frequenzen unter 11 GHz Lizenzfreie Frequenzen unter 11 GHz; vor allem 5-6 GHz 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
12 lizenzierte/unlizenzierte Frequenzen Lizenzierte Frequenzen: Provider haben ihren eigenen zugeteilten Frequenzbereich, auf dem sie operieren. unlizenzierte Frequenzen: Konzept Open Spectrum Jeder, der bestimmte Kriterien erfüllt, kann sie gebrauchen. 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
13 Übertragungsarten Möglichkeit A: Static Use (LOS, NLOS) Frequenzbereich: 2-11 GHz gebraucht NLOS GHz gebraucht LOS Möglichkeit B: Nomadic Use nur möglich bei NLOS Operationen Möglichkeit C: Mobile Use wird ursprünglich auf dem Frequenzbereich 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz und GHz operieren 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
14 Übertragungsraten und Abdeckung Übertragungsraten Definition: Übertragungsraten sind Datenmengen, die innerhalb einer Zeiteinheit über einen Übertragungskanal übertragen werden. Datenübertragungsraten bei WiMAX betragen zwischen Mbit/s Abdeckung Physikalische Abdeckung Radio Interface 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
15 Schichtenarchitektur Überblick PHY und MAC Schicht 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
16 Bitübertragungsschicht (PHY) Flexible Kanalbreiten 1.75MHz 20Mhz Zielgerechter Einsatz der verfügbaren Bandbreite 3 Funkschnittstellen Single Carrier (IEEE ) OFDM und OFDMA (IEEE ) 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
17 OFDM vs OFDMA OFDMA als Variante von OFDM Vorhandener Up/Downlink (TDMA) Zuweisung von unterschiedlichen Nutzern BS-Betreiber können Basisstation teilen Verschiedene Subchannels -> unterschiedliche Modulationsverfahren (QPSK,QAM16/64) OFDMA bevorzugtes Verfahren 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
18 Weitere Modulationsverfahren BPSK Phasenverschiebung 180 Grad -> 0 & 1 Datenrate < 1Mbit/s QPSK 2 Bit pro Sendesymbol Auch Anwendung bei HSDPA < 2Mbit/s QAM16/64 Kombination von Amplituden- und Phasenmodulation 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
19 Beispiel QAM64 (Quelle: Mobilkommunikation, Jochen Schiller, 2003) 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
20 Medienzugriffsschicht (MAC) I MAC Schicht besteht aus 3 Teilschichten MAC Common Part Sublayer (MCPS) - klassische Aufgaben wie Kanalzugriffssteuerung Service Specific Convergence Sublayer (SCSS) - verschiedenene MAC-Profile: -> zellorientierte Übertragung im ATM-Standard -> paketorientierte Übertragung nach dem Internet-Protokoll Privacy Sublayer - Verschlüsselungsverfahren (Tripel-DES und AES) 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
21 Medienzugriffsschicht (MAC) II Regelung des Kanalzugriffs TDM (Downlink), TDMA (Uplink) ARQ Automatic Repeat Request zuverlässige Datenübertragung Stop-And-Wait, Go-Back-N, Selective Repeat ARQ Adaptive Modulation Bestimmung des besten Modulationsverfahren anhand des Kanalzustands QoS Ausführliche Erklärung im nächsten Abschnitt 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
22 Warum QoS? Challenges Multimedia Applikationen Erschwerte Bedingungen in drahtlosen Netzen Kleinere Bandbreiten Höhere Paketverlustrate Beeinflussung durch Umgebung Anwendungen mit sehr unterschiedlichen Charakteristiken Datenübertragung Paketverlustrate Sprachübertragung Latenzzeit 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
23 QoS Architektur 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS Quelle: Quality of Service Support in IEEE Networks (2006)
24 Bandwidth Requests Unsolicited granting Während Verbindungsphase fixe Bandbreitennachfrage Nach Verbindungsaufbau keine expliziten Nachfragen mehr Unicast poll Benötigte Bandbreite um eine Anfrage zu senden wird gesendet keine Antwort, falls keine Bandbreite benötigt Broadcast poll wie Unicast poll, es werden aber alle gleichzeitig gefragt Problem, wenn mehere darauf antworten Piggybacked Anfrage mit einer PDU mitsenden nur möglich, wenn schon gewisse Bandbreite zur Verfügung steht 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
25 QoS Scheduling Services (1) Unsolicited Grant Serivce (UGS) unterstützt Real-Time Applikationen, z.b VoIP fixe Datenpacketgrösse, periodisch Unsolicited granting Mechanismus real-time Polling Service (rtps) unterstützt Real-Time Applikationen, z.b MPEG variable Datenpacketgrösse, periodisch garantierte unicast polls 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
26 QoS Scheduling Services (2) non-real-time Polling Service (nrtps) für Applikationen, denen Verzögerungen nichts ausmachen minimale Bandbreite garantiert piggybacked, broadcast polls, unicast poll Best Effort (BE) piggybacked, broadcast polls 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
27 Inhaltsverzeichnis Einleitung Architektur Marktpotential Evaluation Zukunft Zusammenfassung Fragen Diskussion 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
28 Marktpotential Wo wird sich WiMAX durchsetzen können? USA - WiMAX hat gute Chancen den Markt zu erobern - UMTS wird kein Weltstandard Asien - Hitech-Paradies - Grosse Technologie-Akzeptanz - Bereits Alternativen für WiMAX -> WiBro - Weltweit grösstes WiMAX Netz in Pakistan Europa - Startschwierigkeiten - Rare Frequenzbänder - Bereits vorhandene Mobilfunktechnologien 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
29 Inhaltsverzeichnis Einleitung Architektur Markpotential Evaluation Zukunft Zusammenfassung Fragen Diskussion 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
30 Stärken & Schwächen Stärken keine Festlegung des Gebietes, wo WiMAX eingesetzt wird Verbindung von ländlichen und schwer zu erreichenden Zonen Benutzer sind nicht von einer einzigen Hardware abhängig Schwächen Kompatibilität zwischen den Arten von WiMAX lizenzierte Frequenzen; nicht jeder kann WiMAX benutzen Erfolg von WiMAX ist von den Strategien von den Providern und der Frequenzpolitik von den Regulierungsbehörden abhängig 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
31 Inhaltsverzeichnis Einleitung Architektur Markpotential Evaluation Zukunft Zusammenfassung Fragen Diskussion 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
32 Projekte (1) Ghana geringe DSL-Abdeckung grosse Abstände zwischen Kunden und Diensteanbietern erstes landesweite WiMAX Netz Standard e zunächst in Hauptstadt Accra installiert Intel Oktober 2006 neuer Chip angekündigt INTEL WiMAX Connection 2250 (Rosedale 2) Dual-Mode (kompatibel zu IEEE d-2004 und e-2005 ) optimiert für kostengünstige Modems versch. Unternehmen interessiert (Siemens, Alcatel, Motorola,...) 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
33 Projekte (2) Motorola plant INTEL WiMAX Connection 2250 zu integrieren ab 2007 auf WiMAX basierende Produkte Entwicklung eigener Chips setzen auf mobiles WiMAX, lassen fixed WiMAX aus Chip ab 2008 verfügbar Nokia ab Ende 2007 Flexi WiMAX Basisstation ab 2008 mobile Endgeräte mit WiMax Unterstützung 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
34 Konkurrenz (1) IEEE (Mobile Broadband Wireless Access ) mobile Breitbandzugänge per Funk ähnliche Richtung wie e Vergleich vs Frequenz: < 3.5 GHz / 2 6 GHz Datenrate: 16Mbit/s / 15Mbit/s Fahrzeuggeschw: 250km/h / 120km/h e hat Vorsprung DSL hohe Bandbreiten etabliert 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
35 Konkurrenz (2) UMTS viel Geld ausgegeben für Lizenzen WiBRO (Wireless Broadband) in Korea entwickelte wireless broadband internet Technologie Seit 2004 standardisiert Datenübertragungsrate: 30 bis 50 Mbit/s Reichweite 1-5 km Bietet auch QoS an 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
36 Inhaltsverzeichnis Einleitung Architektur Marktpotential Evaluation Zukunft Zusammenfassung Fragen Diskussion 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
37 Zusammenfassung Schnelle Datenübertragung, grosse Reichweite Drahtlose Überbrückung der letzten Meile Erfolg in Ländern ohne Infrastruktur Ergänzung zu vorhandenen Technologien Vorantreibung durch Intel und Motorola Kein Weltstandard mangels fehlender Kooperation Bereits neue Technologien als Alternativen 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
38 Fragen? 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
39 Inhaltsverzeichnis Einleitung Architektur Marktpotential Evaluation Zukunft Zusammenfassung Fragen Diskussion 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
40 Diskussion Frage 1 a) Wird sich WiMAX durchsetzen können? 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
41 Diskussion Frage 2 a) Sind die verschiedenen, evtl. konkurrenzierenden Standards (UMTS, , , , DSL, ) ein Problem? Braucht es WiMAX überhaupt? 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
42 Diskussion Frage 3 a) In der Schweiz hat nur Swisscom eine Lizenz für die BWA- Konzession erworben. Was sind die Gründe für die derzeitige Zurückhaltung bei WiMAX? 16.November 2006 Mobile Systems Seminar WS
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