Tecnologia WiMAX

05/08/2013 TECNOLOGIA WIMAX 1

TECNOLOGIA WIMAX

Ing. Iván CáceresRed Inalámbrica


CONTENIDO

1. INTRODUCCION2. ESTANDAR 802.16 2004 WiMax FIJO3. ESTANDAR 802.16e WiMax MOVIL4. FABRICANTES WIMAX MOVIL5. LTE vs WiMax6. DISEÑO DE UNA RED WIMAX7. CONCLUSIONES


INTRODUCCION


INTRODUCCIONRed Inalámbrica � Comunicación sin hilos

� Tecnología de última milla.� Capa Física: Espectro Electromagnético.� Propagación por ondas de radio.� Características: potencia, ancho de banda.� Bandas de Frecuencias : de 2 a 11 GHz.� Norma: IEEE 802.16.� Vulnerable a cambios climáticos y aspectos

físicos.


INTRODUCCION� WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave

Access, Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas)

� Es un estándar de transmisión inalámbrica de datos diseñado para ser utilizado en el área metropolitana proporcionando accesos concurrentes en áreas de hasta 50 kilómetros de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, siendo ambas figuras de distancia y capacidad valores máximos orientativos y teóricos que en ningún caso se consiguen de forma simultánea.


ESTANDARES WIMAX


ESTANDAR 802.16 2004 WiMax FIJO


ESTANDAR 802.16 – 2004, WiMax FIJO

� Esta tecnología soporta acceso fijo y nomádico en ambientes con LOS y nLOS.

� Fue principalmente desarrollado para solucionar el problema de última milla y dar servicio de banda ancha rápida y económicamente (evitando el cableado).

� Actualmente los fabricantes están desarrollando CPEs indoor y outdoor.


ESTANDAR 802.16 – 2004, WiMax FIJO

� La tecnología fue diseñada principalmente para aplicaciones en las frecuencias entre los 2 y 11 GHz, específicamente en las bandas 3.5 GHz y 5.8 GHz.

� Soporta la técnica de modulación multiportadora OFDM con 256 portadoras.

� Puede ocupar 2 métodos de duplexación, TDD y FDD, usando diferentes ancho de banda de los canales: 3.5 MHz, 7 MHz para FDD y 3.5 MHz y 10 MHz para TDD.


ARQUITECTURA 802.16 – 2004


PROPAGACION 802.16 – 2004,


EQUIPOS INSTALADOS 802.16d


ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO 802.16 2004

� La familia IEEE 802 define las especificaciones para las múltiples capas.


ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO 802.16 2004Sub Capa de Convergencia (CS).� Los sistemas 802.16 soportan la operación con

sistemas ATM o paquetizados (IP). � La capa de convergencia es capaz de interactuar con

estos dos modos de operación mediante el CS SAP. Por esta razón, la función de la subcapa CS es interactuar entre las funciones de la capa MAC y la capa de red.

Sub Capa de Parte Común MAC (MAC CPS).� Este es el núcleo de la capa MAC. Contiene todas las

funciones necesarias para realizar el intercambio de datos y el control de la capa MAC. Está conectada a la subcapa CS mediante el MAC SAP.


ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO 802.16 2004Sub capa de Privacidad.� Esta capa implementa todos los elementos requeridos

de privacidad debido a la capa PHY.� Algunos ejemplos son el intercambio de claves y los

procesos de encripatado desincriptado. Esta interconectado a la física mediante PHY SAP

Capa Fisica (PHY). � Especifica las características de los diferentes modos

de operación de la interfase aire: WirelessMAN SC, WirelessMAN SCa, WirelessMAN OFDM y WirelessMANOFDMA.


CARACTERISTICAS DE CAPA DE RADIO

STC (Space Time Coding).� Mecanismos que realizan diversidad

de transmisión.ARQ (Automatic Repeat-reQuest).� Protocolo utilizado para el control de

errores que retransmite aquellos paquetes que no llegaron correctamente a su destino.


CARACTERISTICAS DE CAPA DE RADIO

� WiMax utiliza técnicas de modulación adaptativa que provoca la subida de codificación mas robusta cuando las condiciones del canal empeora.

� “De este modo cuanto mas cerca se encuentre SS de la BS será mas probable q alcance altas velocidades”


MODULACION ADAPTATIVA• Los diferentes órdenes de modulación permiten enviar

más bits por símbolo y, por tanto, alcanzar un mayor throughput y eficiencia espectral. A pesar de ello, utilizar técnicas de modulación como 64-QAM, implica que sean necesaria una mayor relación señal a ruido (SNR) para evitar las interferencias y mantener una tasa de error de bit moderada.

• Modulación adaptativa permite que un sistema inalámbrico pueda escoger el orden de modulación en función de las condiciones del canal.

• WiMAX, a mayor distancia de la estación base menor es el orden de modulación, pasando por las siguientes técnicas: 64QAM, 16QAM, QPSK y BPSK.


MODULACION ADAPTATIVA� Así el sistema para trabajar en 64QAM necesita

unos 22 dB de relación señal a ruido, para 16QAM son necesarios unos 16 dB y para QPSK 9 dB.


DUPLEXACION

En Wimax se utilizan dos técnicas de Duplexación.

� TDD: Time Division Duplex, utiliza un mismo canal de frecuencia para subida y bajada. Utilizado para operadoras en frecuencias libres

� FDD: Frequency Division Duplex, el cual utiliza dos canales de frecuencia, uno para subida y uno para bajada


DUPLEXACION


MODULACION

� Dependiendo del estándar Wimax trabaja con las siguientes modulaciones:

� OFDM (802.16d) Fijo� OFDMA (802.16d)� SOFDMA (802.16e) Móvil


OFDM� Orthogonal Frequency Division Multiplexing

es una técnica de multiplexaciónmultiportadora que proviene de la década de 1960.

� OFDM reside en la combinación de multiplesportadoras moduladas solapadas espectralmente, pero manteniendo las señales moduladas ortogonales, de manera que no se producen interferencias entre ellas.

� Es posible utilizar diferentes técnicas de modulación entre portadoras, con lo cual se consigue una funcionalidad extra.


OFDM


ESTRUCTURA DE LA TRAMA EN OFDM


COBERTURA


COBERTURA


COBERTURA


ESTANDAR 802.16e WiMax MOVIL


ESTANDAR 802.16e, WiMax MÓVIL

� WiMax móvil es la solución de banda ancha móvil, nomádica, portable y fija, mediante tecnología de acceso de radio y una arquitectura de red flexible. WiMax Movil usa en la interfaz aire SOFDMA que soporta canales de ancho de banda escalables de 1.25 a 20 MHz.


CARACTERISTICAS WIMAX MOVIL

Altas tasas de transferencia: La inclusión de la técnica de antenas MIMO proporciona altas tasas de transferencia de información.

� WiMax móvil soporta hasta 63 Mbps de bajada y 28 Mbps de subida por sector en canales de 10 MHz.

Calidad de Servicio (QoS): Una de las principales características es la arquitectura de MAC de WiMax móvil. Al sistema se le pueden incluir etiquetas MPLS de extremo a extremo y variadas técnicas de QoS sobre IP, las cuales serán explicadas más adelante.



� Escalabilidad: WiMax puede trabajar con diferente canalización, lo que le da la ventaja de acomodarse a los diferentes requerimientos mundiales.

� Seguridad: Soporta distintos aspectos de seguridad y autentificación EAP (Extensible Autentication Protocol), encriptación AES-CCM (Advanced Encryption Standard –Counter with Cipher-block chainingMessage authentication code) y esquemas de protección CMAC.



� Movilidad: WiMax móvil, soportaráhandover con una baja latencia, menor a los 50 ms. Será capaz de proporcionar aplicaciones en tiempo real como VoIP sin degradación del servicio.


MODULACION

� OFDMA es un esquema de acceso múltiple que permite la multiplexación de varios usuarios en un subcanal. OFDMA es la versión multiusuario de OFDM.


MODULACION� SOFDMA (S-OFDMA), añade la escalabilidad a OFDMA.� Se escala el tamaño de la FFT para el ancho de

banda de canal mientras se mantiene la separación de frecuencias sub-portadora constante a través de anchos de banda diferentes.

� Menor tamaño de la FFT se da a los canales de menor ancho de banda, mientras que un mayor tamaño FFT para canales más amplios.

� Al hacer la separación de frecuencias sub-portadora constante, SOFDMA reduce la complejidad del sistema de canales más pequeños y mejora el rendimiento de los canales más amplios.


MODULACION� SOFDMA es el modo OFDMA utilizado en WiMAX

móvil. Es compatible con anchos de banda que van desde 1,25 MHz a 20 MHz.

� Con una escalabilidad de ancho de banda, la tecnología Mobile WiMAX puede cumplir con las regulaciones de frecuencia en todo el mundo diversas y flexible dirección del operador o los requisitos de diversos ISP, que es ya sea para ofrecer sólo servicios básicos de Internet o un paquete de servicios de banda ancha.


ESTRUCTURA TDD� El estándar inicial de WiMax Móvil sólo incluye

estructura de duplexación TDD. � En las futuras actualizaciones de estándar se

considerará FDD para un mercado específico. Aunque TDD requiere sistemas de sincronización.� Con TDD se puede ajustar la razón de datos de

enlace de subida/bajada, lo cual se usa para tráfico asimétrico, mientras que con FDD los enlaces de subida y bajada son fijos y generalmente para tráfico simétrico, como la voz.

� FDD requiere dos canales a diferencia de TDD que sólo requiere uno para uplink y downlink.


OTRAS CARACTERÍSTICAS DE LA CAPA FÍSICA

� Modulación adaptativa y codificación (AMC), requerimiento de repetición automática híbrida (HARQ) y retroalimentación de canal rápido (CQICH) fueron introducidos a WiMax Móvil para aumentar su cobertura y capacidad.

� WiMax Móvil soporta QPSK, 16QAM y 64QAM, los cuales son usados en downlink y uplink, siendo 64QAM opcional para el uplink. Las mejores tasas de transferencia se consiguen usando la modulación 64QAM.


DESCRIPCIÓN DE LA CAPA MAC

QoS� WiMax móvil posee un control de QoS en

todo el recorrido del enlace, soporta el uso de etiquetas MPLS, sistema que le permite priorizar paquetes.

� Este estándar soporta variados servicios y aplicaciones con distintos requerimientos de QoS, los detalles en la siguiente tabla.


DESCRIPCIÓN DE LA CAPA MAC

CATEGORÍA QoS

APLICACIONES ESPECIFICACIONES DE QoS

UGS: UnsolicitedGrant Service

VoIPTolerancia a la latencia

Tolerancia al Jitter.Tasa sostenido Máximo

rtPS: Real Time Packet Service

Audio o Video Streaming

Prioridad de Tráfico.Tolerancia a la Latencia.Tasa sostenida Máxima.Tasa reservada Mínima.

ErtPS: Extended Real Time Packet

Service

Voz con detención de actividad (VoIP)

Tasa reservada Mínima.Tolerancia a la Latencia.

Tolerancia a Jitter.Prioridad de Trafico.

Tasa sostenida Máxima.

nrtPS: Non Real Time Packet Service

Protocolo de transferencia de Archivos (FTP)

Tasa reservada Mínima.Tasa sostenida Máxima.

Prioridad de tráfico.

BE: Best EffortService

Transferencia de datos navegación en

la Web

Tasa sostenida Máxima.Prioridad de Trafico.


DESCRIPCIÓN DE LA CAPA MACMOVILIDAD� Administración Eficiente De La Energía: WiMax

móvil soporta dos tipos de operación para la administración de la energía, Sleep mode y Idle Mode. Estos sistemas le proporcionan mayor duración a la carga de la batería.

� Handover: El estándar soporta tres tipos de handoff, Hard Handoff, Fast base Station Switching y Macro Diversity Handover. El Handoff por defecto es HHO, mientras que los otros son modos opcionales. Se han desarrollado varias técnicas para optimizar el HHO, lo que ha derivado en conseguir delays menores a 50 ms y así lograr mejor calidad de comunicación.


DESCRIPCIÓN DE LA CAPA MACSEGURIDAD� WiMax móvil incorpora las mejores técnicas

de seguridad disponibles. � Los aspectos de seguridad que incorpora

son: � autenticación de dispositivo/usuario� protocolos de administración� encriptación de tráfico� control y gestión de protección de mensajes

planos� protocolo de optimización para handoffs rápidos.


CARACTERÍSTICAS ADICIONALES DE WIMAX 802.16 – 2005

� WiMax móvil soporta antenas inteligentes (Smart antenna), las cuales son arreglos de antenas, que usa un algoritmo para procesar señales. Este sistema tiene múltiples prestaciones, entre las cuales se incluyen:� Beamforming: Permite la mayor

direccionalidad de la potencia de las antenas, lo cual aumenta la cobertura y capacidad del sistema.

� Código de espacio - tiempo: Reduce el margen de desvanecimiento.


CARACTERÍSTICAS ADICIONALES DE WIMAX 802.16 – 2005

� Multiplexación espacial: Proporciona ventajas para mayores tasas de transferencia. � Mediante la multiplexación espacial se

puede transmitir múltiples señales mediante varias antenas e igualmente para recibir la señal. Con MIMO 2x2 (arreglo de antenas, dos transmiten y dos reciben) se puede aumentar la tasa transmitiendo 2 señales de datos.


ARQUITECTURA DE LAS REDES WiMAX 802.16 – 2005

� La arquitectura WiMAX esta basada en una plataforma ALL-IP, o sea, la conmutación de paquetes está presente en toda la arquitectura de extremo a extremo de la red.




CORE O NÚCLEO DE RED� El CORE es donde se localizan los equipos de alta capacidad de transmisión.

En este bloque se encuentran los elementos centrales de red, los cuales son capaces de administrar y gestionar. � Home Agent (HA): Almacena la información de los móviles

permanentes en la red, entrega el soporte para la movilidad administrando el protocolo IP móvil. MIP (Mobile IP) es un protocolo diseñado para los dispositivos móviles, el cual les permite moverse de una red a otra manteniendo permanente su dirección IP.

� Servidor AAA (Authentication Authorization Accounting): Es el encargado de realizar la autentificación, autorización y contabilidad en la red.

� Servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Responsable de la administración y asignación dinámica de direcciones IP para los dispositivos.

� IMS (IP Multimedia Subsystem): Arquitectura flexible basada en la conmutación de paquetes para el despliegue de funciones móviles utilizando una amplia gama de aplicaciones como voz, texto, imágenes, video, etc. Optimiza la experiencia del usuario para aplicaciones multimedia integradas y ofrece a los operadores móviles un medio eficiente para proveer múltiples aplicaciones simultáneamente sobre múltiples canales de acceso.


EDGE o BORDE

� Edge, es la interfaz del núcleo con la red de acceso. Este segmento esta compuesto por los gateway del sistema.

� Los gateway son conocidos, en WiMax, como ASN – GW (Access Service NetworkGateway).

� Estos pueden estar conectados a varias estaciones base, su función es hacer el papel de traductor hacia la red exterior de la información que viene del core.


RED DE ACCESO� Esta es la red donde están todos los sistemas que

permiten llegar al usuario final, aquí donde se reflejan las ventajas de WiMAX en sus técnicas de propagación y modulación.

� En este bloque se encuentran las estaciones base WiMAX móvil.

� Las BTS son las que establecen la conectividad con los CPE.

� Como esta es una tecnología de microondas, el interfaz que separa la red de acceso con los terminales del usuario es el aire.


CPE (TERMINAL DE USUARIO)� Terminales Fijos: WiMax Móvil dispone de CPEs

internos autoinstalables para computadores de escritorio, así como también CPEs con antenas externas para servicio de Internet y telefonía.

� Terminales Portables: Los principales dispositivos disponibles para WiMax Móvil son las tarjetas PCMCIA para notebooks y la conectividad WiMax integrada en los notebooks (similar a la solución Wi-Fi). Obviamente los terminales portables podrán funcionar de manera fija.

� Terminales Móviles: Con la llegada de la movilidad aparecerán dispositivos tipo smartphone o PDA con WiMax integrado. Estos dispositivos podrán funcionar de manera portable y fija.




COBERTURA


FABRICANTES WIMAX MOVIL


FABRICANTES WIMAX MOVIL

FABRICANTES DE EQUIPOS:

AirspanNetworks

Alvarion

Aperto Networks

Fujitsu

Intel Corporation

Motorola

Samsung

ZTE Corporation

HuaweiTechnologies


ANALSIS DE FABRICANTES Y PLATAFORMAS

FabricanteAIRSPAN

NETWORKSHUAWEI

TECHNOLOGIESALVARION

ZTE CORPORATION

Modelo Air 4G WiMax Móvil Huawei

BreezeMax WiMax Móvil ZTE

Frecuencia (GHz)700 MHz, 2.3, 2.5,

3.3 y 3.72.3, 2.5 y 3.5

3.65, 4.9 y 5.4 GHz

2.3, 2.4 y 3.3

Potencia de Tx(dBm)

2.x GHz + 403.x GHz + 37

2.x GHz + 403.5 GHz + 38.5

3.x GHz +305.x GHz + 21

2.x GHz + 403.x GHz + 36

Sensibilidad en Rx (dBm)

-106.9 -100 - 96 -110

Ancho del Canal (MHz)

3.5, 5, 7, 10, 2x7 y 2x10

5, 10 y 20 5 y 10 5, 7 y 10

QoSUGS; rtPS; nrtPS;

BEE2E; PPSFs No Especifica No Especifica

IP v6 Si No especifica No especifica No especifica

Encriptación

AES EncryptionAES Key Updates

PKMv2EAP

PMIP signalingencryption

RADIUS signalingsecurity

AES Encryption No Especifica

VLAN

VLAN pass -through

VLAN tagging / untagging

QoQ

VLAN pass -through


QoQ

Clasificación Basada en VLAN

VLAN pass -through


QoQ

Modulo LTE Si No No Si


EQUIPOS PLATAFORMA WIMAX MOVIL


EQUIPOS PLATAFORMA WIMAX MOVIL


LTE vs WiMax


LTE vs WiMax � Nos encontramos ante dos tecnologías inalámbricas

que ofrecen grandes velocidades, pudiendo llegar a cuadruplicar la velocidad actual.

� Son dos tecnologías, las cuales trabajan sobre IP, que tienen mucho en común ya que las dos proporcionan el mismo enfoque de las descargas y hacen uso de MIMO, lo que quiere decir que la información es enviada sobre dos o más antenas desde una misma celda. Además las descargas están mejoradas en los dos sistemas ya que utilizan OFDM que soporta transmisiones multimedia y de vídeo sostenidas


LTE vs WiMax� Gran parte de la gente opina que la gran diferencia entre estas

dos tecnologías es meramente política ya que depende de las compañías que las apoyan y a sus respectivos intereses, aunque también hay quienes opinan que la diferencia está en el costo.

� Otros expertos opinan que la diferencia está en la cantidad de espectro que necesita cada tecnología para poder llegar a las velocidades que los propios usuarios están exigiendo, ya que ambas pueden alcanzar grandes y muy similares velocidades y transmiten la señal de forma muy parecida.

� En principio se piensa que una tecnología no debería destruir a la otra, pero en general se cree que la tecnología más usada será LTE ya que la mayoría de las operadoras a nivel mundial trabajan con GSM, a pesar de que el estándar WiMax ha sido ya aprobado definitivamente y la especificación final de LTE-A todavía no está disponible.


Comparativa LTE - WiMax





DISEÑO DE UNA RED WIMAX



INTRODUCCION

� El diseño considera:� Establecer la estructura de la red� Ubicar sitios estratégicos para situar las RB

y definir el área de cobertura de cada una.� Definir la banda de frecuencia dentro de la

cual se va operar (ATT)� Elección de los equipos que serán

empleados en la implementación de la red� Diseñará un sistema que integre todos

nuestros nodos de red de manera eficaz (Red Tx, Enlaces o FO)

PLANIFICACIÓN DEL SISTEMA

� Este proceso empieza con la definición de las estrategias a seguir, (objetivos planteados con los medios y tecnología disponible).

� Definida la línea de estrategia, se centra el análisis en la planificación estructural, definiendo planes de desarrollo del sistema centrándose en los planes técnicos fundamentales.

� Finalmente se define el mantenimiento y la explotación del sistema diseñado.


ESTRATEGIAS

� Aumentar la tasa de penetración de los usuarios, con una demanda inicial y su respectiva proyección a corto plazo.

� Ubicar a posibles usuarios para los múltiples servicios que se podrían ofrecer a través de una red WiMAX.

� Establecer una estructura general de la red.

� Dimensionar y diseñar la red inalámbrica.� Determinar los equipos requeridos.05/08/2013 TECNOLOGIA WIMAX 67

ESTRATEGIAS

� Elaborar los diagramas de cobertura.� Elaborar los perfiles topográficos.� Realizar una evaluación referencial de

costos de equipos, materiales y recursos humanos para una futura implementación de la Red WiMAX

� Detallar las fortalezas y debilidades de la Red además de recomendaciones para su implementación.


ETAPAS

� Identificación de las necesidades y diseño técnico detallado.

� Planificación del sistema.� Diseño técnico y posibles soluciones.� Despliegue de la red de

telecomunicaciones.� Análisis y optimización de la calidad de

funcionamiento de la red.� Escalabilidad05/08/2013 TECNOLOGIA WIMAX 69

HERRAMIENTAS

CONCLUSIONES

� Con la implementación de redes inalámbricas se tiene ahorro en equipos.

� Rápida Instalación.� WIMAX es un tecnología competitiva.� Evolución e interoperabilidad.� Todo IP� Mas Cobertura y AB.



GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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