이동인터넷무선접속기술c0%cc%c7%f6... · 2012-05-09 · from coexistence … to...

이 동 인 터 넷 시 스 템 기 술

1/94

이동이동 인터넷인터넷 무선무선 접속접속 기술기술

LEE, HyeonWoo

[email protected]

Global Standard and Strategy Team

Telecommunication R&D Center

Samsung Electronics Co.

June 28th , 2001


2/94

II Technology EvolutionTechnology Evolution

IIII Wireless Scope and DeploymentWireless Scope and Deployment

III SpectrumIII Spectrum

IV IV 5GHz system example for WLAN5GHz system example for WLAN

IVIV Enabling Technology Enabling Technology

VI VI Summary and RemarksSummary and Remarks


3/94From Coexistence … to IntegrationFrom Coexistence … to Integration

UMTS/IMT-2000WLANS

1980 1990 2000 2010

MobileMultimedia

Voice + Data

Voice

11GG

22GG

33GG

Info

rmat

ion

bit r

ate

GSM 900/1800IS-95

©JPER

?

IntegratedWireless Multimedia

Beyond 3GBeyond 3G

2020AMPS


4/94Vision of Systems Beyond IMTVision of Systems Beyond IMT--20002000

For usersFor users True Personalized ServicesTrue Personalized Services

Which Applications ?Which Applications ? always working across networks andalways working across networks and

being aware of users’ situationbeing aware of users’ situationWhich Technologies ?Which Technologies ?

Reconfigurable radio architectureReconfigurable radio architecture Efficeint Protocols for Wireless servicesEfficeint Protocols for Wireless services IP EvolutionIP Evolution

After Mobile Internet, What is Next?After Mobile Internet, What is Next?


5/94Mobile Internet Services Mobile Internet Services

Mobile 인터넷 서비스

Timely서비스

Mobility서비스

컨텐츠서비스

개인맞춤서비스

커뮤니티서비스

M-Commerce(BtoB/BtoC)

Integration


6/94








7/94Wireless Global ScopeWireless Global Scope

Data Rate (Mbits/sec)HighLow

0.01 0.1 1

Fixed Wire Line

2000년

2010년~ 1998년

Cellular/PCS

Cordless

Phone

무선 LAN(IEEE 802.11/HIPERLAN-2)

B-WLL

(LM DS)

IMTIMT--20002000

Phase 2Phase 2

IMT-2000Phase 1

Ultra High speed WLANUltra High speed WLAN

Broadband / SatelliteBroadband / Satellite

Wireless AccessWireless Access

33GG

W- PAN(Bluetooth)

2002년

22GG

10 100

OutDoor

InDoor

Vehicle

Pedestr-ian

Still

Fixed

Still


8/94Hierarchical Layered Convergence Hierarchical Layered Convergence

Mega/Global cell

Macro cell

Micro cell

Satellite, HAPS / DVB, DAB

IMT2000

Pico cell

fixed (wired) layer

Horizontal handover Vertical handover

All-IP Network

WPAN

,BluetoothWireless 1394

WLAN HIPERLAN

cdma2000 WCDMA

CDMA GSM PCS

Global •Outdoor• Mobile / still / fixed• Coverage :100Km ~ • Max. Data rate : ~155Mbps• L,S,C,Ku,Ka, mm Wave band

Cellular / Macro or Micro•Outdoor /Indoor• Mobile / still • Coverage : ~ 10Km • Max. Data rate : ~2Mbps• 800MHz ~ 2GHz

Wireless LAN / Pico• Outdoor / Indoor• Still / fixed• Coverage : ~ 100m/• Max. Data rate : ~ 54Mbps• 2.4GHz ~ 5.8GHz

Wireless PAN •Indoor• Still / fixed• Coverage : ~10 m• Max. Data rate : ~1Mbps• 2.4GHz

Broadband Wireless Access• Outdoor• Fixed• Coverage : ~ 10Km • Max. Data rate : ~155Mbps• 20GHz ~ 60GHz (mm Wave band)

BWA

LMDS

MMDS


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The Possibilities and ProbabilitiesThe Possibilities and Probabilities

High Speed Data Web browsing

Sending and receiving documents

Corporate intranet access

Sales automation

Games Interactive multiplayer games

Video games

High quality sound Digital/CD/MP3 quality sound and music


10/94

The Possibilities and ProbabilitiesThe Possibilities and Probabilities Streaming video

Videoconferencing

News

TV and Movies

WWW internet access Camera and Radio .. Location-sensitive The true globetrotter phone Etc..


11/94

Mobile Internet Applications …Mobile Internet Applications … Unique carrier-centric applications

E-Care, feature control, provisioning Web companion

Personal portal information Transactions — stock, banking Email, urgent messages

Voice-based service Find a restaurant and call to make a reservation

Location-based servicesWhat are the closest hotels?

Presence-based services Is John reachable?


12/94

Performance Objectives Performance Objectives Performance Target

응용 서비스

3세대 이동통신 Beyond IMT-2000

무선 데이터및 동영상 서비스 무선 멀티미디어 서비스

전달 속도 144Kbps ~ 2Mbps 384Kbps ~ 20Mbps

주파수 이용효율 70 % 100 %

유효 전파자원 RF 대 ( ~3GHz ) 마이크로파 대 ( ~10GHz )

스위칭의 고속화 회선식 + IP IP 패킷망

서비스 통합 및 지능화 이동통신 통합망(이동통신망+지능망+패킷망)

무선 멀티미디어망(이동통신망+패킷망+PAN)

이동성 단말기 + 개인 단말기 + 개인 + 서비스

음성 (전달 오율) 10 E -3 10 E -6

영상 10 E -6 10 E -9

데이터 10 E -6 10 E -9


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Key Technologies AnalysisKey Technologies AnalysisKey Tech.

무선접속


무선 접속 프로토콜 기술 광대역 무선전송 기술

간섭잡음 완화 기술 멀티모드 SDR 기반기술

셀 구성및 무선제어 기술 PAN(Personal Area Network) 기술

비동기 CDMA 모뎀기술

스마트 안테나 기술

간섭 제거 기술

SDR 기반 기술

핵심망

관리망 기술 IP기반 멀티미디어 Core망 기술

위성망 기술 통신과 방송의 융합

무선 패킷 서비스 기술


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Key Technologies AnalysisKey Technologies AnalysisKey Tech.

핵심망


IP 기반 Core망 기술

CDMA/TDD 기술

응용서비스

WAP 기술 초고속 인터넷 서비스

무선 지능망 기술 고품질 화상 대화형 서비스

응용 서비스 기술 지능형 이동 서비스

고품질 화상 분배 서비스


15/94








16/94Available SpectrumAvailable Spectrum

2.16G-2.2G

Cellular

806M-894M

CT

894M-960M

GMPCS

1.53G-1.66G

PCS

1.71G -1.885G

IMT2000

(Uplink)

1.90G -1.92G - 1.98G

IMT2000

(MSS

uplink)

1.98G-2.02G-2.025G

IMT2000

(Downlink)

2.11G - 2.17G

IMT2000

(MSS

Downlink)

WLAN

(802.11b

Bluetooth)

2.4G-2.48G

IMT2000

(New)

2.5G-2.69G

2.7G-2.9G

WLAN

(HIPER

LAN/1)

WLAN

(HIPER

LAN/2)

WLAN

(802.11a)

5.15G-5.35G

5.47G-5.725G

5.725G-5.875G

GMPCSWLL

2.3G-2.4G

2.17G-2.2G

(TDD) (TDD)

3G

TV => Reallocation

806MHz470MHz 698MHz

WRC2000 resolution 223WRC2000 optional


17/94Broadcasting bandsBroadcasting bands Broadcast band

470~ 806MHz (USA), 6MHz bands

The number of subscriber using terrestrial TV is declining

(8% in Germany)

Broadcaster uses DVB-T for bi-directional communications (UK)

• They uses the band for free, which is not fair for cellular operator

The band will be reconsidered in 2003 by WRC for the years

beyond 2010

Historical View In 1970s, FCC reallocated frequencies in the 806-940 MHz range from

broadcast and Government use to mobile radio

In 1992, FCC reallocated the 1850-1910/1930-1990 MHz bands to PCS

from fixed microwave services


18/945GHz Bands Worldwide5GHz Bands Worldwide

FCC part 15 regulation on UNII band 5.15~5.25GHz: Tx Power = min(50mW,4dBm+10logB), Indoor Only

5.25~5.35GHz: Tx Power = min(250mW,11dBm+10logB)

5.725~5.825GHz: Tx Power = min(1W, 17dBm+10logB)

If antenna gain exceeds 6dBi, Tx power must be reduced.


19/945GHz vs Broadcasting band5GHz vs Broadcasting bandIssue

Spectral Efficiency

BW

Coverage

Handover

Terminal Viability

Time-to-market

5GHz Broadcast Description

It's easier to improve receiver sensitivity in lower frequency. But it's difficult to have

advanced antenna at receiver that further enhances spectral efficiency. In 5GHz

band, the interference will limit capacity

The regulation in UNII band is based on 20MHz. (if the BW is less than 20MHz, it

must reduce transmit power). The TV signal consumes 6MHz. The lowest part of

UNII is dedicated to indoor user.

The propagation loss is bad for high frequency

The cell size of 5GHz system will be smaller that increases handover frequency.

Portability, Power consumption, cost, weight, etc

Scalable investment, Development time, Regulation

Interference, Advanced antenna

20MHz/200MHz

Bad

Bad

Power Consumption,Cost&Mobility

Good

Good receiver sensitivity, Low

Doppler spread.

6MHz/hundreds MHz

Good

Good

Large antenna (30cm)

?


20/94



III Spectrum III Spectrum





21/945GHz Standardization Roadmap5GHz Standardization Roadmap

IEEE 802.11a(wireless Ethernet)

IEEE 802.11e/f/h(QoS, Security, DFS/TPC, ..)

BRAN-HL/2(wireless ATM, IP) Home Profile

2000 2001

Joint SGRequirementsCoexistence

Inter-workingSpectrum

singleglobal

standard

HE phase2UMTS -

interworkingPublic Access

Inter-working

Standards Revisions

5GWIAG

MMAC also participating

5GPPPartnership

Project(BRAN/IEEE/

MMAC)

IWadditions

IWadditions


22/945GHz New System Example5GHz New System Example

Item

Maximum Data Rate per Cell

Carrier Frequency fc

Signal Bandwidth

Modulation/Multiple Access Method

Cell Radius

Specification Key technology

High spectral efficiency: 2bit/Hz/sec (mobile) ~ 15bit/Hz/sec (still) => MIMO and

Adaptive modulation High mobility: Channel prediction & Diversity, Hand-over

Low cost RF, Antenna

QoS, Security, Link adaptation (adaptive modulation)

Handover (IP mobility), multi-hop (relay) network

155Mbps (still) 25Mbps (mobile)

5GHz

20MHz

OFDM/ TDMA/ TDD

>100m


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ETSI HIPERLAN ComparisionETSI HIPERLAN Comparision

시스템 유형

HIPERLAN / 1

시스템 개요 표준화 현황 대역 기술특성

- 20Mbps 이하- 고속 무선 LAN- 단거리(200m)

EN 300 652 V.1.2.1 (1998-07)

표준규격 제정완료

5.2GHz(비허가)

- 우선권 기반 MAC- 전송률 19Mbps

HIPERLAN / 2

- HIPERLAN/1 보완- 실내환경의 이동단말

+ 유선광대역망접속멀티미디어

- 중거리(5Km 이하)

ETSI Projects

표준규격 제정완료

5.2GHz(비허가)

- 무선 ATM 방식 MAC- 동적예약방식 TDMA/TDD

-다중 전송률 (OFDM) 6-54 Mbps

HIPERACCESS- 옥외 소규모 사업장- 가입자 댁내- 유선 광대역 망- BWA 망

ETSI ProjectsBRAN 에서 작업중

다양한대역

(허가/비허가)

- 무선 ATM 방식 MAC- 전송률 25 Mbps

HIPERLINK- HIPERACCESS와

HIPERLAN 간- HIPERLAN 간

상호접속의 기간망

ETSI ProjectsBRAN 에서 작업중

17.1 GHz - 무선 ATM 방식 MAC- 전송률 155 Mbps


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IEEE 802.11 & MMAC ComparisionIEEE 802.11 & MMAC Comparision

시스템 유형

IEEE 802.11

시스템 개요 대역 기술특성

2Mbps 전송 2.4 GHz ISM Band DS와 FH Spread Spectrum방식

IEEE 802.11b 11Mbps 전송 2.4 GHz ISM Band DSSS 방식

IEEE 802.11a 최대 54Mbps까지 전송 5GHz Band OFDM 변조 방식

MMAC(ARIB)

IEEE 802.11과 유사HIPERLAN2와 유사 17.1 GHz Wireless Home Applications


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Comparision between HIPERLAN/2Comparision between HIPERLAN/2 && 802.11a802.11a

Characteristic

Modulation

Carrier frequency

Max. physical rate

MAC/Media sharing

Multicast

QoS support

Encryption

Handover support

Fixed network support

Management

Radio link quality control

802.11 802.11b 802.11a HIPERLAN/2

OFDM5 GHz

54 Mb/sCSMA/CA

Yes

PCF

40-bit RC4

No

Ethernet

802.11 MIB

No

OFDM5 GHz

54 Mb/sCentral resource control

Yes

ATM/RSVP/DiffServe(FC)

DES , 3DES

No

Ethernet,IP,ATM,UMTS

HIPERLAN/2 MIB

Link Adaptation

FH/DSSS

2.4 GHz

2 Mb/s

CSMA/CA

Yes

PCF

40-bit RC4

No

Ethernet

802.11 MIB

No

DSSS

2.4 GHz

11 Mb/s

CSMA/CA

Yes

PCF

40-bit RC4

No

Ethernet

802.11 MIB

No


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Comparision between HIPERLAN/2Comparision between HIPERLAN/2 && 802.11a802.11aIEEE 802.11a

6452(48:data , 4:pilots)

0.3125 MHz20 MHz

16.6 MHz20 Msamples/s

40 us0.8 us(16 samples)

BPSK, QPSK, 16/64QAMCoherent

K=2, r=1/2 convolutional Puncturing to 2/3, 3/4

6,9,12,18,24,36,48,54 MbpsOFDM symbol-wise

block interleaving± 20 ppm

HIPERLAN/2<=<=<=<=<=<=<=

0.8 us, 0.4 us(optional)<=<=<=

Puncturing to 9/16, 3/46,9,12,18,27,36,54 Mbps

<=

<=

ParametersFFT size

# of used subcarriersSubcarrier spacing

Channel spacingOccupied bandwidth

Sampling rateOFDM symbol duration

Guard intervalSubcarrier modulation

Subcarrier demodulation

Mandatory FEC

Supported data rate

Interleaving

Oscillator accuracy


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Comparision between HIPERLAN/2Comparision between HIPERLAN/2 && 802.11a802.11a

IEEE 802.11a와 HIPERLAN/2의 유사점 IEEE 802.11a와 HIPERLAN/2는 5 GHz대에서 동일한 OFDM방

식을 사용하여 6∼54 Mbps 까지의 고속의 데이터 전송

Physical layer에서 사용하는 OFDM에 대한 차이점 초기동기를 위하여 사용되는 burst preamble이 다름

• HIPERLAN/2 : 채널에 따라 5 종류의 burst preamble이 정의

• IEEE 802.11a : 채널에 따라 1 종류의 burst preamble만 사용

• 이중 HIPERLAN/2의 long preamble을 갖는 uplink burst preamble은IEEE 802.11a의 PLCP preamble과 동일하나 HIPERLAN/2에서는 마지막 short symbol이 inverse된 symbol을 사용


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Physical Layer ModePhysical Layer ModeModulation

BPSK

BPSK

QPSK

QPSK

16-QAM

16-QAM

16-QAM

64-QAM

64-QAM

Data rate NBPSC NCBPS

48

48

96

96

192

192

192

288

288

6

9

12

18

24

27

36

48

54

1

1

2

2

4

4

4

6

6

Coding rate R

1/2

3/4

1/2

3/4

1/2

9/16

3/4

2/3

3/4

NDBPS

24

36

48

72

96

108

144

192

216

System

.a(M) & H2

.a & H2

.a(M) & H2

.a & H2

.a(M)

H2

.a & H2

.a

.a & H2(O)

NBPSC : Coded bits per sub-carrier NCBPS : Coded bits per OFDM symbol NDBPS : Data bits per OFDM symbol


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HIPERLAN/2HIPERLAN/2 System RequirementSystem Requirement

기본 서비스 및 지원 기능 호 설정 기능 및 호 설정시 개별 코어 네트워크와 관련된 QoS 파라미터 제공 수신 및 발신 연결에 대한 해제 기능 데이터 전달 기능

호 설정 시에 QoS를 최대한 만족하기 위해서 각 액세스 서브 네트워크내에서의 트래픽 관리 기능을 제공하기 위한 추가 기능 무선 단말과 개별 액세스 서브네트워크와의 논리적인 결합 액세스 서브네트워크를 지원하는 코어 네트워크에 결합되어 있는 무선 단말

수의 변화를 통보 액세스 서브네트워크간의 핸드오버를 위한 무선 채널 상태 감시, 그리고

사용자 및 코어 네트워크에게 무선 채널 및 트래픽 상태를 통보 절전(power saving) 기능 지원 무선 채널의 동적 할당 Ad hoc 기능 제공


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Characteristic of HIPERLAN/2Characteristic of HIPERLAN/2 SystemSystem

AP(access point)들로 구성되어 있으며, MT(mobile terminal)는망내에서 가장 좋은 무선링크를 갖는 AP와 연결

이 때 MT는 자유롭게 이동할 수 있으며 무선링크 성능이 저하될경우 handover를 사용하여 다른 AP로 연결

HIPERLAN/2의 mode Centralized mode(중앙집중모드) : 모든 traffic이 AP를 통하여 전송 Direct mode(직접 모드) : Data traffic은 CC(central controller)를

통하지 않고 직접 MT 사이에서 교환 HIPERLAN/2는 TDMA 방식의 connection-oriented 구조로

양방향성인 point-to-point와 하향으로만 전송하는 point-to-multipoint 연결 방식

대역폭, 시간지연, 지터, BER과 같은 QoS 제공 기능 : 영상, 음성, 데이터와 같은 많은 다양한 종류의 데이터를 동시에 전송

GSM과 같은 셀룰라망과는 달리 AP에서 인접한 AP와 MT사이의무선채널의 현재 상황을 조사하여 간섭신호를 최소화 할 수 있는무선 채널을 자동으로 선택하는 기능 => 자동 주파수 할당


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HIPERLAN/2는 54 byte의 ATM 셀을 정수 개의 OFDM symbol로구성. 이를 위하여 16-QAM의 경우 1/2 대신 9/16의 부호율을 사용하여 24 대신에 27 Mbps의 전송률을 갖게 됨. 이 때 9/16 부호율은18개의 부호화된 비트에서 2개를 puncturing함으로서 얻어짐

동일한 127개의 유사랜덤 시퀀스를 사용하여 입력신호를scrambling하지만, 초기화 기법에서 차이가 있음

HIPERLAN/2에서는 채널 환경에 따라 -15 ~ 30 dBm 까지 (3dB 간격) 전력을 다르게 전송하는 power control기능을 제공함

HIPERLAN/2의 MAC으로는 HIPERLAN/1에서 사용하는 경쟁기반의CSMA와 달리 중앙집중방식의 Dynamic Reservation TDMA/TDD을사용하여 ATM 및 IP 네트워크에서 요구하는 다양한 QoS을 보장

ISM band의 5 GHz대에서 OFDM방식을 사용하여 6∼54 Mbps 가변전송율 제공


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52 subcarrier를 사용하고, 데이터는 BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM로 변조되어 각 subcarrier에 실리며, 부호율 1/2, 9/16, 2/3, 3/4을 갖는 convolutional code 사용

Input data는 길이 127인 프레임 동기화된 스크램블러에 의해서스크램블링

스크램블링된 데이터는 전송률에 따라 부호율이 1/2, 9/16, 2/3, 3/4인 컨벌루셔널 부호기에 의해 부호화 되며, 부호율이 1/2이고구속장이 7인 컨벌루셔널 부호기 하나가 사용

더 높은 부호율을 얻기 위해서는 'puncturing' 기법을 사용 컨벌루셔널 부호기를 거친 데이터는 블록크기가 한 OFDM

심볼의 비트 수 를 갖는 블록 인터리버에 의해서 인터리빙


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인증과정을 통하여 AP는 access를 원하는 MT가 망에서 권한을부여 받았는지를 확인하고, MT는 AP가 적법한 망운용자인지를확인 => 보안 기능

MT는 가장 가까이 있는 AP중 신호대 잡음비에서 가장 우수한무선링크 AP를 선택할 수 있는 기능 => MT가 자유롭게 이동을하다가 더욱 우수한 무선링크가 발생될 경우는 핸드오버를 사용하여 새로운 AP로 연결

Network와 독립성 HIPERLAN/2 protocol stack은 유연한architecture를 갖고 있어 다양한 형태의 고정망을 쉽게 access 할수 있음 => Convergence Layer는 공통부와 응용부로 나누어져기존의 고정망과 독립적으로 각 계층 설계가능

절전 기능 HIPERLAN/2에서는 MT의 sleep period 요청에 의하여전력소모를 줄일 수 있음


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HIPERLAN/2HIPERLAN/2 Protocol reference ModelProtocol reference Model


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Characteristic of HIPERLAN/2Characteristic of HIPERLAN/2 SystemSystem CL(convergence layer) : CL은 core network을 HIPERLAN/2

DLC(Data Link Control)계층과 연결시키는 interface 역할을 함 패킷기반 : Ethernet, IP, PPP, IEEE 1394 ATM 셀기반 : ATM 과 UMTS(IMT-2000) 패킷기반의 CL은 공통부(common part)와 서비스

응용부(service specific convergence sublayer)로 구성되어있어 다양한 고정망에 쉽게 적용될 수 있는 구조를 가짐 =>이러한 유연한 구조로 인하여 HIPERLAN/2의 DLC와 PHY 계층은 고정망과는 독립적으로 표준화되고 구현 될 수 있음

DLC Layer : 기능은 데이터 전송 기능(data transport function)과제어 기능(control function)으로 분류

MAC(medium access control) : MAC 프레임은 동일하게 모두 2 ms의 길이로서 구성되어 여러 채널로 이루어짐


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CS(convergence sublayer) : ATM뿐만 아니라 IP와 UMTS 망과의 상호 연동을 고려하여 이들을 유연하게 수용하기 위함

무선 DLC 계층이 QoS 관리 기능을 수행하기 위해 필요로하는 정보를 제공

DLC 계층에서의 계층 관리 엔터티(LME: Layer Management Entity)는 DLC 계층과 상위의 연결 제어 기능간에 트래픽 협상 정보와 성능 요구사항을 전달

Convergence sublayer를 통해 공통의 무선 계층으로 각기 다른 코어 망의 서비스를 통합 수용할 수 있으며, BRAN의 무선 접속 계층은 MAC와 LLC를 통해 각 사용자 연결별로 동적 슬롯 할당과 QoS를 보장



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Characteristic of HIPERLAN/2Characteristic of HIPERLAN/2 SystemSystem EC(error control) : 무선링크의 신뢰성을 향상시키기 위하여

selective repeat ARQ 방식을 사용 오류가 존재할 경우 이를 CRC로 검출 한 후 ARQ ACK/NACK

메시지를 사용하여 재전송을 요구 Selective repeat ARQ 방식에서는 수신되는 데이터가 순서대로

정렬되어 있지 않으므로 위의 일련번호를 사용하여 재정렬한 후송신한 순서대로 CL로 데이터를 전송

RLC(radio link control) ACF(Association Control Function) : MT에 MAC ID를 할당하여 해당

AP에 소속(association)시키는 주요 기능 외에, 암호키 교환을 통한인증 기능, AP/CC의 정보를 매 MAC 프레임마다 공지하는 beacon signalling 기능, 암호키를 주기적으로 갱신하는 기능, MT를 소속AP와 분리(disassociation)시키는 기능 등을 가짐

DCC(DLC user Connection Control) : DCC는 사용자 연결의 설정과해지를 하는 역할 => 중앙집중모드, 직접모드, 멀티캐스트에서의사용자 연결 설정 절차, 해지 절차, 변경 절차를 포함


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Characteristic of HIPERLAN/2Characteristic of HIPERLAN/2 SystemSystem RRC(radio resource control) : 현재 사용 가능한 주파수 채널을

조사하여 이를 효율적으로 사용하기 위한 역할을 가짐 AP와 MT사이의 무선채널의 상황을 조사하여 최적의

무선 주파수를 자동으로 선택하는 기능 불필요하게 MT에게 슬롯을 할당하는 것을 막기 위해

사용중인(alive) MT는 AP에게 주기적으로 보고하게하는 기능

MT가 다른 AP에게 인계될 경우 현 AP에 MT의사용중지(absent)를 요청하고 handover하는 기능

MT의 전력소비를 줄이기 위한 절전 기능 현 무선링크에 적합한 전력을 송신하기 위한

송신전력제어


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Tx & Rx block diagram for the OFDM PHYTx & Rx block diagram for the OFDM PHY


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PHY layer functional entitiesPHY layer functional entities PHY 계층은 DLC에 대한 정보전송서비스를 제공 다른 DLC PDU train을 PHY burst의 형식에 적용하기 위한

mapping의 기능을 가짐 Direct mode에서 두 MT와 Centralized mode에서 AP와

MT사이의 사용자 정보와 송수신 관리의 효율적인 처리기능을 제공

Link adaptation에 의한 transmit bit rate의 PHY mode 선택 PDU train scrambling Forword error correction에 따른 scrambled bit의 encoding 선택된 PHY mode에 의한 적당한 interleaving scheme을

이용하여 송신단에서 encoding된 bit를 interleaving interleave된 bit들의 mapping하여 sub-carrier modulation함 OFDM modulation에 의한 complex base-band signal 생성 Pilot sub-carrier를 삽입하고 PDU train에 맞는 preamble을

첨부 PHY burst를 생성 후 radio transmission 수행


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PDU (Protocol Data Unit)PDU (Protocol Data Unit) TrainsTrains PDU train은 DLC protocol과 PHY 계층 사이 interface에 관여하는 하나의

sequence DLC는 6개의 다른 PDU를 가짐

Broadcast PDU train FCH-and-ACH PDU train Downlink PDU train Uplink PDU train with short preamble Uplink PDU train with long preamble Direct link PDU train

Preamble BCH ACHFCH

Preamble BCH

Number of sectors per AP = 1

Number of sectors per AP > 1

Broadcast PDU trains


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PDU (Protocol Data Unit)PDU (Protocol Data Unit) TrainsTrains

Preamble ACHFCH

Preamble ACH

FCH-and-ACH PDU trains

Downlink PDU trains

Preamble LCHsSCHs SCHs LCHs SCHs LCHs

Uplink PDU train with short/long preamble

Preamble SCHsLCHs LCHs SCHs LCHs SCHs

Preamble RCH

Direct link PDU train

Preamble SCHsLCHs SCHsLCHs LCHs SCHs


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Reference ConfigurationReference Configuration

1. Information bits (transmit)

2. Scrambled bits

3. Encoded bits

4. Interleaved bits

5. Sub-carrier symbols

6. Complex baseband OFDM symbols

7. PHY bursts


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Data ScramblingData Scrambling

다른 사용자에 대한 security를 위하여 DLC에서 만들어진 각 PDU train을 length-127 scrambler를 이용하여 scrambling 시킴

Generator polynomial S(x)=X7+X4+1 동일한 scrambler가 송수신단에서 사용 MAC frame에 속하는 모든 PDU train이 scrambling을 위해 같은

initial 상태로 전송 Broadcast PDU train (AP당 sector =1)

BCH의 5번째 bit, FCH의 1번째 bit, ACH 1번째 bit(priority O/X)에서 scrambler가 초기화

Broadcast PDU train (AP당 sector = multiple) BCH의 5번째 bit에서 scrambler가 초기화

FCH-and-ACH PDU train (AP당 sector = only multiple) BCH의 5번째 bit에서 scrambler가 초기화

Downlink PDU train, Uplink PDU train with short/long preamble, Direct link PDU train PDU train의 1번째 bit에서 scrambler가 초기화


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Data ScramblingData Scrambling

BCH의 한 octet의 첫 4bit로 Frame counter로 구성이 됨 (n4n3n2n1)2로 표현되며 unscramble되어 전송됨


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Functional blocks of the FEC coderFunctional blocks of the FEC coder

시스템에서 효율적이고 신뢰성있는 디지털 데이터의 전송을 위한 에러

정정 코드 기법

Code termination, encoding, puncturing P1(code rate independent)은

PDU train의 type에 따라 수행


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The mother convolutional code of rate 1/2The mother convolutional code of rate 1/2

한 비트를 출력하기 위해 이전의 여러 비트를 연관 시킴

Convolution coding된 모든 비트들은 서로가 연관되어 쓰이므로 연관된

성질을 이용하여 수신단 에러를 정정

출력되는 bit는 register에 있는 데이터 참고 (초기 값 => 약속된 초기값)

Encoder에 입력되기 전 6개의 tail 비트(“0” )를 입력 => 데이터의 마지막 bit가

encoder에 입력되고 난뒤에도 6번의 클럭이 동작될 때 까지 출력


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Functional blocks of the FEC coderFunctional blocks of the FEC coder

Puncturing P2(code rate dependent) 는 P1에서 출력된 bit에 따라

9/16 , 3/4의 code rate를 제공

Code rate dependent puncturing P2

do : output bit number ineach sub-stream


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Interleaving의 첫 단계는 인접하는 비트가 서로 인접하지않는 subcarrier에 실리도록 하며, 두 번째 단계는 symbol mapping constellation에서의 비트 위치를 바꾸어 줌

부호화되고 interleaving 된 데이터는 전송률에 따라 BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM로 변조되어 subcarrier에 실림

직·병렬 변환기를 거쳐서 48개씩 모아진 데이터는 -26∼26번째의 subcarrier 위치로 각각 mapping

0’th subcarrier는 DC subcarrier, -21, -7, 7, 21번째부반송파는 파일럿 신호로 사용

4개의 파일럿 신호는 위상 잡음을 보상하기 위하여삽입되며 binary sequence에 의해 BPSK 변조되어 -21, -7, 7, 21번째 subcarrier에 실리게 됨


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Sub-carrier frequency allocation

n 번째 OFDM symbol에 대해 각 carrier를 위한 data와 pilot의mapping을 나타냄


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Characteristic of HIPERLAN/2Characteristic of HIPERLAN/2 SystemSystem Numerical values for the OFDM parameters

An OFDM symbol with cyclic prefix


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OFDM symbol 전송시 payload는 하나의 OFDM symbol에실리는 data bit수와 같음

Payload로 6∼54 Mbps의 전송속도를 갖기 위한 심볼주기는 4 ㎲이며 전송률에 관계없이 같게 됨

Data OFDM symbol의 보호구간이 0.8 ㎲이므로subcarrier의 심볼주기는 3.2 ㎲이 되며, 부채널간의 간격은0.3125 ㎒가 됨

64 point FFT를 사용하므로 총 subcarrier 수 52개를 제외한나머지 12개는 인접채널의 간섭을 방지하기 위한가상반송파로 사용

보호구간으로는 16개의 sample로 구성된 Cyclic Prefix를사용하며 샘플링 주기는 50 ns가 되고, 전송대역폭은 20 ㎒가 됨


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HIPERLAN/2에서는 무선 모뎀의 초기 동기를 위하여 5 종류의burst preamble 존재 Broadcast burst preamble Downlink burst preamble Uplink burst preamble with short preamble Uplink burst preamble with long preamble Direct link burst preamble (optional)

이 중 Broadcast burst preamble은 A, B, C의 3 부분으로구성되는데, 여기서 A와 B는 AGC, 대략적인(coarse) 주파수동기화, 타이밍 동기화, 미세(fine) 주파수 동기화를 하는데사용되고, C는 채널추정을 하는데 이용


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Downlink burst preamble은 C로만 구성되고 채널추정 값을갱신하는데 사용

Uplink burst preamble with short preamble은 IEEE 802.11a의 PLCP preamble과 유사

16 samples (short OFDM symbol)


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Uplink burst preamble with long preamble

Direct link burst


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Characteristic of HIPERLAN/2Characteristic of HIPERLAN/2 SystemSystem PHY burst structures ( Preamble + Payload )


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DLC에 의해 전달된 PDU train은 AP sector의 수에 의해 PHY burst와mapping됨

Number of sectors per AP = 1

• Broadcast PDU train + FCH-and-ACH PDU train Broadcast burst• Downlink PDU train Downlink burst• Uplink PDU train with short preamble Uplink burst with short preamble• Uplink PDU train with long preamble Uplink burst with long preamble• Direct link PDU train Direct link burst

Number of sectors per AP > 1

• Broadcast PDU train Broadcast burst• FCH-and-ACH PDU train Downlink burst• Downlink PDU train Downlink burst• Uplink PDU train with short preamble Uplink burst with short preamble• Uplink PDU train with long preamble Uplink burst with long preamble• Direct link PDU train Direct link burst


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Characteristic of HIPERLAN/2Characteristic of HIPERLAN/2 SystemSystem MAC frame

Slot : MAC frame의 기본적인 time unit로 400 us


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Transport ChannelsTransport Channels PDU train들을 만드는 basic element 고정된 data량을 운반함 단, FCH는 고정되지 않음

BCH (broadcast channel, 하향) : AP가 자기영역 내에 소속된 모든MT에게 공지사항을 전송하는 채널로 전송전력 레벨, FCH와 RCH의시작위치와 길이, wake-up indicator, HIPERLAN/2망과 AP의identifier 등의 일반적인 사항을 전송하며 제어정보를 가지고 있슴, BCCH를 운반, AP/CC와 MT들에 mandatory support

FCH (frame control channel, 하향) : 현재 MAC 프레임 내에서 DL-Phase, UP-Phase, RCH에 어떻게 데이터가 할당이 되었는지에 대한정보를 전송, FCCH를 운반, AP/CC와 MT들에 mandatory support

ACH (access feedback channel, 하향) : 이전의 RCH에서 요청한 요구사항에 대한 정보를 전송, RFCH를 전송하는데 사용, AP/CC와MT들에 mandatory support

LCH (long transport channel, 양방향,DiL) : DCCH와 RBCH와 관계된접속을 위한 제어정보와 UDCH, UBCH, UMCH와 관련한 사용자정보(데이터)을 전송, AP/CC와 MT들에 mandatory support


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Transport ChannelsTransport Channels SCH (short transport channel, 양방향,DiL) : DCCH, LCCH, RBCH의

short control information를 전송, Direct link 에도 사용

RCH (random access channel, 상향) : UL Phase에서 슬롯을할당받지 못한 MT가 이 시기를 이용하여 AP에게 요구사항을 전달AP/CC에 연결되어 있지 않는 MT가 AP와 이 때를 이용하여 첫 번째접촉을 하며, 이 때 RCH의 access 방식은 slotted aloha를 사용

Characteristics of Transport channels


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Logical ChannelsLogical Channels MAC entity에 의해 제공되는 데이터 전송 서비스의 다양한

형태를 정의 각 logical channel의 형식은 전송정보의 형식과 응답 메시지에

따라 결정 BCCH (Broadcast Control CHannel : 하향) : 전체 radio cell에 관련한

broadcast control channel information을 전달, AP와 CC들에mandatory support, MT는 BCCH를 해석

FCCH (Frame Control CHannel : 하향) : Air interface상에서의 MAC frame 구조를 설명하는 information을 전달, AP와 CC들에mandatory support, MT는 FCCH를 해석

RFCH (Random access Feedback CHannel : 하향) : Terminal이 이전MAC frame의 RCH를 이용하여 access를 시도한 것에 대한 결과를terminal에 알려줌, Sector의 MAC frame당 한 번 전송, AP와 CC들에mandatory support, MT는 RFCH를 해석


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Logical ChannelsLogical Channels RBCH (RLC Broadcast CHannel) : Centralized Mode(CM)에서는

downlink에 Direct Mode(DM)의 direct link에서는 MT에 의해 사용됨, 전체 radio cell에 관련한 broadcast control information을 전달, 이러한 information은 필요할 경우에 전송, AP/CC와 MT들에mandatory support

DCCH (Dedicated Control CHannel : 양방향) : Air interface상에서의RLC message를 전송하는데 사용, frame 구조를 설명하는information을 전달, MT와 AP/CC에 mandatory support, direct link에서도 support, PDU train내에 UDCH, LCCH와 함께 전송

UBCH (User Broadcast CHannel : 하향, Direct link) : Covergence layer로 부터 user broadcast data를 전송하기 위해 사용, Multiple AP가 존재하면 Multiple UBCH가 존재, AP/CC와 MT들에 mandatory support, LCCH(with or without) 전송

UMCH (User Multicast CHannel : 하향, Direct link) : User multicast data를 전송, Unacknowledge mode에서 전송, AP/CC에서mandatory support


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Logical ChannelsLogical Channels UDCH (User Data CHannel, 양방향) : CM에서는 AP와 MT사이의

user data를 전송하고 DM에서는 두 단말 사이에 전송, LCCH(with or without)와 전송, AP/CC와 MT들에 mandatory support

LCCH (Link Control CHannel, 양방향) : ARQ feedback message와Error Control(EC)함수의 discard message의 전달을 위해 사용, Uplink에서는 Resource Request(RR)를 위해 사용, AP/CC와MT들에 mandatory support, DM의 direct link에서 mandatory

ASCH (ASsociation Control CHannel, 상향) : New association request와 handover request message를 전송, terminal에 의해전송됨, AP/CC와 MT들에 mandatory support


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호 제어의 흐름 사용자 데이터의 흐름 호 설정 및 해제와 같이 무선

DLC 기능을 제어하는 계층외의 제어 인터페이스

AP는 액세스 서브네트워크내에서 무선 터미널들의이동성을 지원하면서다중화기 역할을 수행

AP는 단말의 이동성을지원하기 위해 필요한 정보를코어 네트워크에 제공


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IEEE’s Standard LANIEEE’s Standard LAN

802.3CSMA/CD

802.4Token-Bus

802.5Token-ring

802.11Wireless

LAN

802.2 LLC LLC

MAC

LLC: Logical Link ControlCSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access

with Collision DetectionMAC: Medium Access Control

Physical Layer


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IEEE 802.11a Reference ModelIEEE 802.11a Reference Model


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Characteristic of IEEE 802.11aCharacteristic of IEEE 802.11a SystemSystem

MPDU (MAC Protocol Data Unit) : 물리계층의 서비스를사용하는 두 개의 동등한 MAC entity들 사이에 교환되어지는 data unit

PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) : PHY convergence function으로 User data와 둘 이상의station사이 management information을 송수신하기 위해IEEE 802.11 PHY sublayer service data unit (PSDU)를적당한 frame format으로 mapping하는 방법을 정의

PMD (Physical Medium Dependent) : PLCP에 의해제공되며, PMD system은 각 OFDM system을 사용하여 둘이상의 station이 wireless medium을 통하여 data 송수신특성이나 방법을 정의하는 function

PLCP sublayer : PMD sublayer에 minimum dependence를 가지고 IEEE 802.11 MAC service와 PHY service를 interface하는 convergence sublayer


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Characteristic of IEEE 802.11aCharacteristic of IEEE 802.11a SystemSystem

PMD sublayer : OFDM 변조를 이용하여 5GHz 대역에서 둘이상의 station사이의 data 송수신을 제공함

PLME (Physical Layer Management Entity) : MAC management entity와 결합하여 local PHY function

management를 수행


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PHY specific service parameter PHY specific service parameter TXVECTOR parameters

TXVECTOR LENGTH : MPDU octet의 수를 나타내기 위해 사용 TXVECTOR DATARATE : PSDU를 전송하는 PLCP에서의 bit rate TXVECTOR SERVICE : Scramber initialization을 위해 사용되는 7 bit

null로 구성되며, 9 bit null은 future use용 TXVECTOR TXPWR_LEVEL : 전송을 위한 TxPowerLevel을 가리킴


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PHY specific service parameter PHY specific service parameter RXVECTOR parameters

RXVECTOR LENGTH : 수신된 PSDU의 전송동안 두 sublayer사이에교환되는 octet의 수를 결정하기위해 MAC과 PLCP가 사용하는 값

TXVECTOR RSSI : Received Signal Strength Indicator(RSSI)의 허용값 DATARATE : PPDU(PLCP PDU)가 수신된 data rate SERVICE : Null


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PLCP Frame and Burst PLCP Frame and Burst


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PLCP frame format PLCP frame format PLCP preamble과 header는 PSDU의 배달과 복조를 위해 처리 PLCP preamble은 10개의 반복된 short training sequence(AGC

convergence, diversity selection, timing acquisition, coarse frequency acquisition을 위해 사용)과 하나의 GI(Guard Interval)가 처리된 두 개의 반복 long training sequence(channel estimation, fine frequency acquisition을 위해 사용)


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PLCP frame format PLCP frame format PLCP preamble

Preamble field는 동기를 위해 사용 t1~t10은 short training symbol을 T1과 T2는 long training symbol 12개의 subcarrier로 short OFDM training symbol을 구성 Average power를 normalize하기위해 일정 값이 곱해짐(1.472)

SIGNAL field는 convolutional encoding, interleaving, BPSK modulation, pilot insertion, Fourier transform, GI등이 처리 24bit로 구성되며 Scramble은 하지 않음


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PLCP frame format PLCP frame format SIGNAL field에서 RATE field는 coding rate와 modulation

type에 대한 정보를 전달 SIGNAL field bit assign

RATE field : R1~R4의 4 bit로 구성 LENGTH field : 전송 시작의 요구를 수신한 후 MAC과 PHY사이의

octet 전송의 수를 결정하기 위해 PHY에 의해 사용

DATA field SERVICE field, PSDU, TAIL bits, PAD bits를 포함 DATA field의 모든 bit가 처리


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PLCP frame format PLCP frame format SERVICE field bit assign

PPDU tail bit field (TAIL) Convolutional encoder를 error probability를 개선하기 위해 6개의 zero

bit 삽입


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PLCP frame format PLCP frame format Timing-related parameters


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IIII 4G Scope and Deployment4G Scope and Deployment



IVIV Enabling TechnologyEnabling Technology



78/94Higher Data RateHigher Data Rate Higher Data Rate

Multiple Antenna: Smart Antenna, Diversity Techniques Powerful Codes: Turbo Code, Space-Time Code Multi User Detection, Interference Cancellation New Multiple Access Scheme Adaptive Modulation, OFDM, Multi Carrier Modulation

Turbo Decoder

Info bits … Info bits…

CC Encoder

CC Encoder

Space Time-Turbo Encoder

……

in out


79/94Interference Cancellation Scheme (MUD)Interference Cancellation Scheme (MUD) MUD addresses the interference problem by cancelling or suppressing interfering

users and multipath effects from the desired users signal In the Base Station (Uplink)

knowledge of all users codes, data and CIRs can be used to enhance the signal of a specific user

In the Mobile Station (Downlink) limited knowledge of users codes and estimates CIR, hence sub-optimum

approaches need to be considered


80/94Adaptive Modulation & Coding (AMC)Adaptive Modulation & Coding (AMC) Explicit link adaptation to varying channel conditions

Adaptive modulation levels and turbo coding rate Main benefits

Higher data rate for users in favorable positions Reduced interference variation due to link adaptation based on variations in the

modulation/coding scheme instead of variations in transmit power Effective when combined with fat-pipe scheduling

Explicit C/I measurements or similar measurements required Sensitive to measurement error and delay

Methods for MCS level selection Channel measurement and MCS level selection by UE Channel measurement and report by UE and MCS level selection by Node-B MCS level selection by Node-B without feedback from the UE e.g. based on power

control gain of the associated dedicated physical channel.


81/94Adaptive Filtering Scheme for MUDAdaptive Filtering Scheme for MUD For the estimation of

Time-varying channel impulse response Time-varying user profile

What adaptive filter types do we use ?Linear or Non-linear ?

•Linear due to complexity savingsWhat linear filters are suitable ?

•Transversal filterLMS basedRLS based Stochastic newton class

•Lattice structure•Systolic Arrays

QR-decomposition based RLS

Computational ComplexityPerformance

Stability

TradeTrade--offoff


82/94Software Defined Radio (SDR)Software Defined Radio (SDR) The Problems

Service differentiation is difficult if all operators use the same standardised system Manufacturers are reluctant to provide non-standardised features Introducing new features takes years from proposal to implementation There are terminals in circulation with software bugs

Benefits of a Software Defined Radio Manufacturer

• One hardware platform for all markets portability of software between platforms Operator

• Upgrade of terminals ; addition of new services correction of software bugs in terminals

Consumer • Connect to any network • World wide roaming• Support for new services


83/94Smart Antenna & Space Time CodingSmart Antenna & Space Time Coding


84/94Space Time Coding (STC)Space Time Coding (STC) For each input symbol, the space-time encoder chooses the constellation points to

simultaneously transmit from each antenna so that coding and diversity gains are maximized

Space -Time trellis codes : coding and diversity gain Space -Time block codes : diversity gain + some coding gain (depending on the rate of

the code)


85/94Orthogonal Frequency Division MultiplexingOrthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM Signaling

f1 f2 f3 f4

f1f2 f3 f4

t


86/94Advantages of OFDM signalingAdvantages of OFDM signaling

More resistant to frequency selective fading due to arrowband sub-channels Eliminates ISI through use of a cyclic prefix Readily accommodates error correction coding by allowing bit rate expansion without a

bandwidth expansion Using channel coding and interleaving one can recover symbols lost due to the

frequency selective fading Channel equalizers are easier to implement It is possible to use maximum likelihood decoding with reasonable complexity Computationally efficient FFT techniques are used to implement the modulation and

demodulation functions Less sensitivity to symbol timing offsets Better protection against co-channel interference and impulsive parasitic noise


87/94Disadvantages of OFDM signalingDisadvantages of OFDM signaling

The OFDM signal has a noise like amplitude with a large dynamic range, therefore it requires RF power amplifiers that can handle a higher peak to average power ratio.

More sensitive to carrier frequency offset and drift than single carrier systems are due to leakage of the DFT.


88/94Digital ConvergenceDigital Convergence Digital Convergence

All IP based Network Convergence Distributed / Decentralized System Reconfigurable Radio, SDR RF MEMS, High Linear Power Amplifier

RF MEMSLinear Power Amp

SDR

GSM, WCDMA

IS-95, IS-136

CDMA-2000, …

SGSN

GSM/CDMA/PCSRNCNode B

Node B

GLOBAL

SGSN

IMT2000

W-LAN

Wireless RouterIP Backbone


89/94Wireless InternetWireless Internet Wireless Internet

IPv6 , IP over WDM, Ad hoc Network Security : PKI*, IKE**, Stream Cipher QoS : RMT***, Diffserv Hand Over & Mobility Management : Mobile IP, Cellular IP

Node B

Node B

4G/3G

W-LAN

Location Database

2G(GSM/cdmaOne)

: Wireless Router

* PKI : Public Key Infrastructure** IKE : Internet Key Exchange*** RMT : Reliable Multicast Transport


90/94New Services & ApplicationsNew Services & Applications

New Services & New Information Appliances Location/ Orientation Based Service Machine to Machine Communication Customization of API Service Broker, Content Based Billing System MiddleWare

MM MessagingMM Messaging

Location Dependent Location Dependent ServicesServices

Voice ServiceVoice Service

Information ServicesInformation ServicesNews / Weather / StockNews / Weather / Stock

EntertainmentEntertainmentGame / VOD / Music Game / VOD / Music


91/94Human Machine InterfaceHuman Machine Interface Human Machine Interface

Conversational Speech Recognition/Synthesis : Natural Language Processing, Vocabulary/Speaker Independent Recognition

Sensibility and Emotion Recognition : Bio Signal Processing, Gesture Recognition New Display Technology : Holography, Wearable Monitor

??


92/94Wireless internet trend of IMTWireless internet trend of IMT--20002000 Wireless internet trend of IMT-2000

MANET (Mobile Ad-hoc NETwork) Mobile IP TCP over mobile networkWAP (Wireless Application Protocol) Etc…


93/94


IIII 4G Scope and Deployment4G Scope and Deployment






94/94Summary & RemarksSummary & Remarks Mobile networks are evolving to deliver high speed data capability

Communication access is only part of the value chain

Service providers need to package and broker services applications

Web and Intranet Services/Applications are ready to go mobile

Mobility has its own value proposition

Changing Environment Circuit to packet Connection oriented networks to connectionless Proprietary networks to Open network Closed service environment to open environment

이동인터넷무선접속기술c0%cc%c7%f6... · 2012-05-09 · from coexistence … to...

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