Introduction to Wi MAX IEEE 802 16 and

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Introduction to Wi. MAX (IEEE 802. 16) and 3 GPP LTE-A 2020/12/5 1

Introduction to Wi. MAX (IEEE 802. 16) and 3 GPP LTE-A 2020/12/5 1

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD & FDD, 調變, OFDM & OFDMA, Frame structure 3 GPP LTE 簡介 n n o CS、CPS、PS三種子層, Qo. S 類別, Handoff 機制, 省電模式 IEEE 802. 16 Physical layer o o PMP architecture, Relay architecture, MESH architecture IEEE 802. 16 MAC layer o n 由來, Wi. MAX Forum組織, 標準發展, 802. 16 標準比較 網路架構 省電模式 Wi. MAX的相關研究

(1) Wi. MAX 介紹 o Wi. MAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)”全球微波互通存取” o 基於IEEE

(1) Wi. MAX 介紹 o Wi. MAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)”全球微波互通存取” o 基於IEEE 802. 16 standard的無線存取標準 o 屬於”大都會區域網路”(Metropolitan Area Network, MAN)，特色為長距離傳輸(up to 30 miles)及高頻寬 傳輸(up to 70 Mbps) o 提供最後一哩網路存取之方案 2020/12/5 3

(1) Wi. MAX 介紹 o 目前分成固定式 Wi. MAX 及移動式 Wi. MAX o 固定式 Wi.

(1) Wi. MAX 介紹 o 目前分成固定式 Wi. MAX 及移動式 Wi. MAX o 固定式 Wi. MAX： n o 以 802. 16 -2004 (IEEE 802. 16 d) 為主，2004 年獲 IEEE 核准。 移動式 Wi. MAX： n 以 802. 16 -2005 (IEEE 802. 16 e) 為主，2005獲 IEEE 核准。主 要競爭對手為 3 GPP。 2020/12/5 4

(2) 標準發展狀況 LTE-Adv 4 G 802. 16 j 2020/12/5 802. 16 m 6

(2) 標準發展狀況 LTE-Adv 4 G 802. 16 j 2020/12/5 802. 16 m 6

(2) IEEE 802. 16 標準比較 standard 802. 16 d-2004 802. 16 e 802. 16

(2) IEEE 802. 16 標準比較 standard 802. 16 d-2004 802. 16 e 802. 16 j 應用模式 固定式應用 (取代寬頻設備) 移動式應用 應用方向 Last Mile & Backhaul Mobile Device 10~66 GHz (SCM) 頻段 傳輸條件 LOS 傳輸速率 32~134 Mbps 2~11 GHz (OFDM, OFDMA) 75 Mbps 35 Mbps >35 Mbps 350 Mbps QPSK、16 QAM、64 QAM 固定/ 移動性 註： 1 mile＝ 1. 6 Km, 2020/12/5 2~6 GHz (4 x 4 MIMOOFDMA) NLOS 調變技術 傳輸距離 2~6 GHz (OFDMA) 802. 16 m 固定性 1~3 Mile 4~6 Mile (最大 30 Mile) 移動性 (60~120 km/h) 移動性 (350 Km/h) 1~3 Mile LOS (Line of Sight) ：可直視範圍的直線傳輸 7

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD & FDD, 調變, OFDM & OFDMA, Frame structure 3 GPP LTE 簡介 n n o CS、CPS、PS三種子層, Qo. S 類別, Handoff 機制, 省電模式 IEEE 802. 16 Physical layer o o PMP architecture, Relay architecture, MESH architecture IEEE 802. 16 MAC layer o n 由來, Wi. MAX Forum組織, 標準發展, 802. 16 標準比較 網路架構 省電模式 Wi. MAX的相關研究

(4) IEEE 802. 16 網路架構型態 o 根據應用需求及覆蓋範圍 n IEEE 802. 16 支援 3種網路架構 o

(4) IEEE 802. 16 網路架構型態 o 根據應用需求及覆蓋範圍 n IEEE 802. 16 支援 3種網路架構 o Wi. MAX Network Architectures 1) 點對多點架構(Point-to-multipoint, PMP) n o 2) 中繼網路架構(Relay architecture) n o IEEE 802. 16 d/e IEEE 802. 16 j 3) 網狀網路架構(Mesh architecture) n IEEE 802. 16 d

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD & FDD, 調變, OFDM & OFDMA, Frame structure 3 GPP LTE 簡介 n n o CS、CPS、PS三種子層, Qo. S 類別, Handoff 機制, 省電模式 IEEE 802. 16 Physical layer o o PMP architecture, Relay architecture, MESH architecture IEEE 802. 16 MAC layer o n 由來, Wi. MAX Forum組織, 標準發展, 802. 16 標準比較 網路架構 省電模式 Wi. MAX的相關研究

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD & FDD, 調變, OFDM & OFDMA, Frame structure 3 GPP LTE 簡介 n n o CS、CPS、PS三種子層, Qo. S 類別, Handoff 機制, 省電模式 IEEE 802. 16 Physical layer o o PMP architecture, Relay architecture, MESH architecture IEEE 802. 16 MAC layer o n 由來, Wi. MAX Forum組織, 標準發展, 802. 16 標準比較 網路架構 省電模式 Wi. MAX的相關研究

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o 調變機制 (Modulation and coding schemes, MCSs) n

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o 調變機制 (Modulation and coding schemes, MCSs) n n 支援種類：QPSK (Quaternary Phase Shift Keying)、16 QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation、64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 特徵： o o 較高SNR值可達到較高的調變在相同的符元時間(Symbol Time)攜帶較高的資料位元數 速率編號 調變方式 編碼率 攜帶位元數/符元時間 (bits/symbol) SNR值門檻 1 QPSK 1/2 1. 0 6 d. Bm 2 QPSK 3/4 1. 5 8. 5 d. Bm 3 16 QAM 1/2 2. 0 11. 5 d. Bm 4 16 QAM 3/4 3. 0 15 d. Bm 5 64 QAM 2/3 4. 0 19 d. Bm 6 64 QAM 3/4 4. 5 21 d. Bm n表: IEEE 802. 16支援的六種調變編碼

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o PMP網路架構下的訊框(Frame structure) n 2維訊框：由frequency domain的subchannel 和time domain的time-slot組成

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o PMP網路架構下的訊框(Frame structure) n 2維訊框：由frequency domain的subchannel 和time domain的time-slot組成 o o 每個frame分成uplink subframe及downlink subframe 每個downlink subframe，包含 n n n o Preamble (用於time synchronization) Control portion o 包含：downlink map (DL-MAP)及uplink map (UL_MAP) o 目的：指示donwlink及uplink的資源配置 Data portion o 包含：多個bursts o Burst是配置給MSS最基本的單元，以矩形方式出現 每個uplink subframe只含data portion n Uplink的burst是以”列優先”排列 圖：PMP網路架構下的訊框

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o PMP網路架構下的訊框(Frame structure) n 每個burst： o n 每個IE：

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o PMP網路架構下的訊框(Frame structure) n 每個burst： o n 每個IE： o o 有一種調變(MCS)，利用information element (IE)來指定位置及大小 需要60 bits(使用最低調變QPSK 1/2)，佔 5/4個slot 結論：IE和burst共用downlink subframe，過多的IEs會降低網路的傳送效益。 圖：PMP網路架構下的訊框

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Relay網路架構下的訊框(Frame structure) n n 2維訊框 (同前，因採OFDMA技術) 含兩種frame：一為BS

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Relay網路架構下的訊框(Frame structure) n n 2維訊框 (同前，因採OFDMA技術) 含兩種frame：一為BS frame，二為RS frame，兩者具”互補性” o BS frame： n n o 在downlink subframe，BS-MSS/RS region可配置burst傳送資料給MSSs或RSs 在uplink subframe，MSS-BS及RS-BS region可配置burst給MSS及RS傳送資料給BS。 RS frame： n n 在downlink subframe，RS-MSS region可配置downlink burst讓RS傳送資料給MSSs 在uplink subframe，MSS-RS region可配置bursts讓MSS透過RS傳送資料給BS 圖：Relay網路架構下的訊框(Frame structure)

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Relay網路架構下的訊框(Frame structure) n 每個RS是視為”bufferless” o o n

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Relay網路架構下的訊框(Frame structure) n 每個RS是視為”bufferless” o o n RS從MSS及BS收到的資料必須在同一個frame傳遞給BS及MSS。 舉例：有一個Burst(MSS 1 -RS 1)配置在MSS-RS region，因此必定有一個burst (RS 1 -BS)對應在 RS-BS region。 Burst是否可重疊： o o 是：位於RS-MSS及MSS-RS regions的bursts可能可重疊，利用spatial reuse 否：任兩個burst位於BS-MSS/RS region無法重疊，因BS是RS們唯一的接收端 圖：中繼網路架構 (Relay Architecture) 圖：Relay網路架構下的訊框(Frame structure)

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Mesh網路架構下的訊框(Frame structure)： n n 1維訊框 (因使用OFDM)，最基本配置單元：”mini-slot” 定義兩種型態的frame：

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Mesh網路架構下的訊框(Frame structure)： n n 1維訊框 (因使用OFDM)，最基本配置單元：”mini-slot” 定義兩種型態的frame： o Type-1 frame (含一個network control subframe及一個data subframe) n 目的：提供network 參數設置 n network control subframe ： o o n 長度固定 攜帶一些”網路資訊”，如：network topology的資訊。 data subframe ： o o 攜帶SS的bursts guard time：burst傳遞前必須等待的一段時間用於同步及避免前面burst對後面burst產生 propagation的影響。由於無法傳遞資料，視為一種transmission overhead 圖：Mesh網路架構下的訊框(Frame structure)

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Mesh網路架構下的訊框(Frame structure)： o Type-2 frame (含一個schedule subframe及一個data

(6) IEEE 802. 16 Physical layer o Mesh網路架構下的訊框(Frame structure)： o Type-2 frame (含一個schedule subframe及一個data subframe) n n 目的：資料排程 schedule subframe： o o n n 長度固定 包含scheduling information，如：傳/收對象，及burst傳送的mini-slot數目 data subframe：同上 結論： o Guard time次數增加，會造成network performance下降。 n 如何減少此類overhead是一個重要的議題。 圖：Mesh網路架構下的訊框(Frame structure)

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD

Outline o Wi. MAX 介紹 o n IEEE 802. 16 網路架構型態 o n TDD & FDD, 調變, OFDM & OFDMA, Frame structure 3 GPP LTE 簡介 n n o CS、CPS、PS三種子層, Qo. S 類別, Handoff 機制, 省電模式 IEEE 802. 16 Physical layer o o PMP architecture, Relay architecture, MESH architecture IEEE 802. 16 MAC layer o n 由來, Wi. MAX Forum組織, 標準發展, 802. 16 標準比較 網路架構 省電模式 Wi. MAX的相關研究

(7) 3 GPP LTE-A網路架構 o PMP architecture: o Relay architectures:

(7) 3 GPP LTE-A網路架構 o PMP architecture: o Relay architectures:

(8) LTE-A省電機制(Power Saving Mechanism) o Mechanism：Discontinuous Reception/Transmission (DRX/DTX) n n Two kinks of cycles,

(8) LTE-A省電機制(Power Saving Mechanism) o Mechanism：Discontinuous Reception/Transmission (DRX/DTX) n n Two kinks of cycles, (a cycle with one listen window and one sleep window ) o Short Cycle o Long Cycle Two kinks of timers (s-timer, l-timer) 37

(8) LTE-A省電機制(Power Saving Mechanism) The Operation of DRX short cycle： 38

(8) LTE-A省電機制(Power Saving Mechanism) The Operation of DRX short cycle： 38

(8) LTE-A省電機制(Power Saving Mechanism) The trigger of DRX long cycle： 39

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Thank You. Q&A

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