Wi Max Final PDF

7/21/2019 Wi Max Final PDF

1/27

ETUDE DE LA TECHNOLOGIE

WIMAX MOBILE

Ce document donne un aperu de la technologie World WideInteroperabilty for Micro Wave Access Mobile ou le WIMAX Mobileen se focalisant sur la couche physique et la couche MAC ainsiquune comparaison avec la Long Term Evolution (LTE).

Telecom SudParis

3eme anne ingnieur

VAP RSM

EL HAJJ Paul

DAHBI Nabil

20/01/2010


2/27

Le Wimax Mobile 1

S o m m a i r e

1 Introduction............................................................................................................................. 2

2 La famille 802.16.................................................................................................................... 3

3 Couche physique..................................................................................................................... 53.1 Description de lOFDM ................................................................................................... 5

3.2 Description de lOFDMA................................................................................................. 7

3.3 Le Scalable OFDMA........................................................................................................ 9

3.4 Structure de trame TDD ................................................................................................. 10

3.5 Composants complmentaires de la couche physique ................................................... 11

4 La couche MAC.................................................................................................................... 13

4.1 Les sous-couches............................................................................................................ 13

4.1.1 La couche SSCS...................................................................................................... 13

4.1.2 La couche CPS........................................................................................................ 14

4.1.3 La couche PS........................................................................................................... 14

4.2 La qualit de service....................................................................................................... 14

4.3 Le MAC scheduling service........................................................................................... 17

4.4 La gestion de la mobilit ................................................................................................ 18

4.4.1 Gestion de la puissance........................................................................................... 18

4.4.2 Le handover ............................................................................................................ 18

4.5 La scurit ...................................................................................................................... 21

5 Technologie des antennes intelligentes................................................................................. 22

6 Comparaison Wimax Mobile vs LTE................................................................................... 23

7 Chiffres et conclusion ........................................................................................................... 25


3/27

Le Wimax Mobile 2

1 INTRODUCTION

Depuis la cration du tlphone, les fournisseurs de services s'appuient sur leur capital assezlev pour persister sur le march et carter toute comptition : les investissementsncessaires pour dployer un rseau tlphonique crrent un obstacle insurmontable pour lamajorit des concurrents faible capital. Le WiMAX changera le monde destlcommunications daujourd'hui et ouvrira de nouveaux spectres aux fournisseurs de servicesqui, durant plusieurs dcennies, ont souffert de la limitation de ressources : cette technologiepermettra une vraie concurrence dans tous les principaux services de tlcommunications telsque la voix, la vido, et les donnes.

Wimax est un acronyme pour Worldwide Interoperability for Microwave Access. Il a t crpour permettre la convergence et linteroprabilit entre deux standards de rseaux sans filsauparavant indpendants : Le HiperMAN, propose en Europe par LETSI (EuropeanTelecommunications Standards Institute) et le standard de transmission radio 802.16, valid en2001 par lorganisme international de normalisation IEEE (institute of Electrical and ElectronicsEngineers).

En effet, Le rseau WiMAX dsigne dans le langage courant un ensemble de standards ettechniques du monde des rseaux mtropolitains sans fil WMAN (Wireless Metropolitan AreaNetwork). Le standard IEEE 802.16, ou WiMAX permet le raccordement sans fil d'entreprises oude particuliers sur de longues distances haut dbit. WiMAX apporte une rponse appropriepour certaines zones rurales ou difficilement accessibles, qui sont aujourd'hui prives d'accs l'Internet haut dbit pour des raisons de cot. Cette technologie vise donc introduire unesolution complmentaire au DSL (Digital Subscriber Line) et aux rseaux cbls d'une part, et interconnecter des hotspots WiFi d'autre part. WiMAX est principalement fond sur unetopologie en toile bien que la topologie maille soit possible. La communication peut tre

ralise en ligne de vue (LOS : Line Of Sight) ou non (NLOS). La dernire mouture du standardqui nous intresse dans ce dossier est le standard IEEE 802.16e qui couvre les terminauxmobiles et dfinit des mcanismes volus de gestion.


4/27

Le Wimax Mobile 3

2 LA FAMILLE 802.16

WiMAX runit donc plusieurs standards, tous des tats d'avancement diffrents, qui sont

autant d'axes de travail du groupe IEEE 802.16.

Les principales normes publies au dbut de l'anne 2005 sont indiques en gras : a, d et e.

Historiquement conu pour la partie 10-66 GHz en 2001, la norme 802.16 a concern par lasuite, les bandes 2-11 GHz pour donner naissance en 2003, la norme 802.16a. En Europe, lagamme des 3,5 GHz a t retenue pour le dploiement du 802.16a ; aux tats-Unis, les bandeschoisies sont proches de celles exploites par le Wi-Fi avec 2,4 et 5 GHz. Cette portion duspectre est celle qui concentre le plus d'applications et de dveloppements au sein du WiMAXForum.


5/27

Le Wimax Mobile 4

Le 802.16a a t amend depuis, par le 802.16-2004 ce qui d'un point de vue technique devraitentrainer l'abandon de la terminologie "a". Conduite par le groupe de travail IEEE 802.16d,cette version amende est parfois galement appele 802.16d.

En plus du 802.16-2004 qui reprsente le WiMAX du dbut d'anne 2005, figure galement le

802.16.2, un standard qui dfinit l'interoprabilit entre toutes les solutions 802.16 et lessolutions (comme le Wi-Fi) qui sont prsentes sur les mmes bandes de frquence.

Deux standards complmentaires on galement t publis :

e est considr comme le plus avanc et le plus intressant d'un point de vuecommercial car il apporte la mobilit (permettant la fois le passage d'un relais l'autreainsi qu'un fonctionnement embarqu en vhicule, lors de dplacements)

f , secondaire, lequel doit spcifier une MIB pour la gestion des couches MAC etphysiques.

Voici un aperu des diffrentes couches du modle OSI constituant la norme 802.16. Celles-civont tre dtailles dans les parties qui suivent


6/27

Le Wimax Mobile 5

Les couches physique et MAC

3 COUCHE PHYSIQUE

3.1 Description de lOFDM

L'OFDM divise une bande de frquence en plusieurs sous-canaux espacs par des zones libresde tailles fixes. Par la suite, un algorithme, la Transforme de Fourier Rapide Inverse (InverseFast Fourier Transform, IFFT), vhicule le signal par le biais des diffrents sous-canaux. C'estgalement cet algorithme qui soccupe de la recomposition du message chez le rcepteur. Le

but est alors d'exploiter au maximum la plage de frquence alloue tout en minimisant l'impactdu bruit grce aux espaces libres sparant chaque canal. Cette modulation apparat alorscomme une solution pour les canaux qui prsentent des chos importants (canaux multitrajets).Un canal multi trajet prsente, en effet, une rponse frquentielle qui n'est pas plate (cas idal)mais comportant des creux et des bosses, dus aux chos et rflexions entre l'metteur et lercepteur. Un grand dbit impose une grande bande passante et si cette bande passantecouvre une partie du spectre comportant des creux (dus aux trajets multiples), il y a pertetotale de l'information pour la frquence correspondante. Le canal est alors dit slectif enfrquence. Pour remdier ce dsagrment, l'ide est de rpartir l'information sur un grand

nombre de porteuses, crant ainsi des sous-canaux trs troits pour lesquels la rponsefrquentielle du canal peut-tre considre comme constante. Ainsi, pour ces sous canaux, lecanal est non slectif en frquence, et s'il y a un creux, il n'affectera que certaines frquences.L'ide est dutiliser la diversit apporte pour lutter contre la slectivit frquentielle ettemporelle du canal. En diffusant l'information sur un nombre important de porteuses, ons'affranchit alors de la slectivit du canal.Un des grands avantages des schmas de la modulation OFDM est davoir partag la complexitde lgalisation entre lmetteur et le rcepteur, contrairement aux schmas de transmissionsmono-porteuses. Ceci permet davoir des rcepteurs simples et peu coteux. Les avantages desdiffrentes variantes de l'OFDM sont nombreux :

Une utilisation efficace des ressources frquentielles en comparaison avec les solutionsclassiques de multiplexage frquentiel. Ceci est d au fait que dans l'OFDM, les canaux sechevauchent tout en gardant une orthogonalit parfaite.

Les techniques multi-porteuses sont robustes au bruit impulsif puisque chaque porteuse estaffecte dun bruit indpendant des autres porteuses. Contrairement aux modulations mono


7/27

Le Wimax Mobile 6

porteuses o le bruit peut affecter un certain nombre de symboles transmis, la perte dunsymbole d un bruit important naffecte pas les autres symboles. Les techniques OFDM ont une trs grande flexibilit dans l'allocation de bit/dbit dans descontextes multiutilisateurs.

A linverse, un des grands inconvnients des techniques OFDM est leur manque inhrent dediversit. Les schmas OFDM ont sacrifi la diversit des schmas mono-porteuses au profitdune galisation simplifie. En effet, lorsque quune sous-porteuse est affecte duneattnuation, linformation mise sur cette porteuse est irrmdiablement perdue. En pratique,des schmas OFDM cods connus sous le nom de COFDM (Coded OFDM) sont utiliss pourremdier ces inconvnients. Une autre manire de se rconcilier avec le schma monoporteuse est lOFDMA, concept adaptatif de lOFDM pouvant allouer une ou plusieursporteuses un utilisateur particulier ajoutant ainsi la possibilit de voir cela comme unemthode daccs au mdium.


8/27

Le Wimax Mobile 7

3.2 Description de lOFDMA

Dans la technique OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), chaque sousporteuse est exclusivement assigne un seul utilisateur, liminant de ce fait les InterfrencesIntra Cellulaires (ICI). Cela a pour consquence directe un dcodage facile de lOFDMA parlutilisateur. Une telle simplicit est particulirement intressante pour les oprationsdescendantes, lorsque la puissance de traitement est limite par les terminaux utilisateurs parexemple. On imagine aisment que la performance dun canal secondaire allou un utilisateursera diffrente de celle dun autre utilisateur, puisque les qualits du canal y sont diffrentes,

en fonction des conditions de propagation individuelles. Ceci veut dire quun canal qui a demauvaises performances avec un utilisateur peut se rvler favorable un autre. La techniqueOFDMA exploite cette caractristique, du fait quelle permet dallouer des canaux secondairesdiffrents selon les utilisateurs dans une fentre temporelle configuration variable pour latransmission dun certain nombre de symboles OFDM.

En OFDMA, les sous porteuses sont regroupes en groupes appels sous canaux mais de faon

ce que celle formant un mme sous canal ne soient pas adjacentes. En sens descendant, un

sous canal peut tre allou diffrents utilisateurs. En sens montant, un utilisateur peut lui tre

allou un ou plusieurs sous canaux.

Les sous porteuses de mme couleur reprsentent un sous canal

Les symboles OFDMA sont similaires ceux de lOFDM. Chaque symbole consiste en :


9/27

Le Wimax Mobile 8

Des sous porteuses de donnes (OFDM) ou des sous canaux (OFDMA) pour transporter

des donnes.

Des sous porteuses pilotes servant comme rfrence de frquences

Des sous porteuses DC dsignant la frquence centrale

Des sous porteuses de Garde pour assurer un espace entre les signaux pour viter lesinterfrences

La structure dun symbole OFDM en WIMAX

La structure dun symbole OFDMA en WIMAX Les sous porteuses de mme couleur

reprsentent le mme sous canal


10/27

Le Wimax Mobile 9

Le Wimax supporte la sous canalisation en UL et DL. Lunit de ressource minimale frquence-

temps de sous canalisation est dun slot ce qui est quivalent 48 sous porteuses.

On distingue le mode slectif en frquence et appel AMC (Adaptive Modulation and Coding)des modes dits de diversits qui utilisent uniformment la bande. Dans les modes de diversits,le mode PUSC (Partial Usage of SubChannels) permet, l'oppos du FUSC (Full Usage ofSubChannels), d'utiliser un facteur de rutilisation frquentiel diffrent de 1. Pour faciliter lesmesures physiques, des structures de sous porteuses adjacentes sont dfinies (tels que le tileen PUSC voie montante et le bin en AMC).En gnral, les modes de diversits prsentent une bonne performance dans le cas des

applications mobiles alors que le mode slectif est plus adapt pour un environnement faiblemobilit ou fixe.

3.3 Le Scalable OFDMA

Le modle IEEE 802.16e est bas sur le concept du Scalable OFDMA (S-OFDMA). Ce derniersupporte un large choix de bande passante (de 1.25 Mhz 20 Mhz) pour amplement satisfairela ncessit dallocation de spectres ainsi que les exigences du modle dutilisation.

Lvolutivit est ralise par ladaptation de la taille de la FFT tout en fixant lespacement defrquences des sous porteuses 10.94Khz. Comme la bande passante et la dure des symbolessont fixes, limpact sur les couches suprieures sera minimal lors de ladaptation de la bandepassante.Les paramtres du S-OFDMA sont lists dans le tableau ci-dessous. Le Wimax Forum TechnicalWorking Group dveloppent actuellement les systmes de bande passantes de deux profilespour le 5 et 10 Mhz.


11/27

Le Wimax Mobile 10

Paramtres dvolutivit OFDMA

3.4 Structure de trame TDD

La norme 802.16e supporte le TDD, le Full et Half duplex FDD ; toutefois la version initiale de la

certification du Wimax Mobile inclus seulement le TDD.

Afin de faire face aux problmes dinterfrence, le TDD requiert un systme de synchronisation

mais reste toujours le mode prfr pour les raisons suivantes :

Permet ladaptation du dbit en sens montant et descendant pour supporter dune

manire optimale un trafic asymtrique dans les deux sens, alors que FDD prsente des

dbits fixes en gnral.

Assure la rciprocit du canal pour une meilleure adaptation du lien, MIMO et autres

technologies dantennes avances.

Requiert seulement un seul canal pour les deux sens

La conception des metteurs/rcepteurs est beaucoup plus facile et moins couteuse

La figure ci-dessous prsente la structure de la trame OFDM pour le cas du TDD. Chaque trame

est divise en sous trames DL et UL spares par des carts Transmit/Receive (TTG) et

Receive/Transmit (RTG) afin dempcher toute collision entre la transmission en sens montant

et celle du sens descendant.


12/27

Le Wimax Mobile 11

Structure Trame OFDMA

Dans une trame, les informations de contrle suivantes sont utilises pour assurer un bon

fonctionnement du systme :

Preamble: Cest le premier symbole OFDM de la trame, utilis pour la synchronisation.

Frame Cont rol Header (FCH): Fourni des informations sur la configuration de la trame

tel que la longueur des messages MAP, les coding schemes et les sous canaux utilisables.

DL-MAP et UL-MAP: Fournissent lallocation des sous canaux et dautres informations

de contrle supplmentaires pour les sous trames DL et UL.

UL Ranging: Sous canal allou aux terminaux mobiles afin dexcuter rglages en

temps, puissance et frquence ainsi que des requtes de bandes passantes.

UL CQICH: Canal allou pour le MS pour donner des informations sur ltat du canal.

UL ACK: Allou pour le MS pour renvoyer des informations concernant lacquittement

du DL HARQ.

3.5 Composants complmentaires de la couche physique

Adaptive modulation and coding (AMC), Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) et FastChannel Feedback (CQICH) ont t introduits dans la version mobile du Wimax pour amliorer

la performance et la couverture.Le support de la QPSK, 16QAM et 64QAM est indispensable dans le sens descendant alors quedans le sens ascendant, la 64QAM est optionnelle.Les codes Convolutional Code (CC) et Convolutional Turbo Code (CTC) avec un taux de codagevariable sont aussi dans la norme. Le tableau suivant rsume les diffrents codages etmodulations qui peuvent tre utiliss en Wimax Mobile. Notons que les codes et modulationsoptionnels en sens ascendant sont nots en italique.

Codes et Modulations supports en Wimax Mobile


13/27

Le Wimax Mobile 12

Les combinaisons de diffrentes modulations et taux de codage fourni une bonne rsolution de

flux de donnes comme indiqu dans la figure ci-dessous qui montre les flux de donnes pourdes canaux de 5 et 10 Mhz avec des sous canaux PUSC. La dure de la trame est de 5 ms.

Chaque trame contient 48 symboles OFDM avec 44 symboles disponibles pour la transmission

de donnes. Les valeurs mises en reliefs indiquent les flux de donnes pour la 64QAM

optionnelle en UL.

Flux de donnes avec sous canal PUSC


14/27

Le Wimax Mobile 13

Le Scheduler de la station de base dtermine le bon dbit pour chaque allocation de burst en se

basant sur la taille du buffer, ltat du canal de propagation du cot rcepteur etc Un ChannelQuality Indicator (CQI) est utilis du cot terminal pour fournir des informations relatives sur

ltat dun canal au scheduler de la station de base. Des informations peuvent tres donnes

par le CQICH incluant : CINR physique, CINR efficace, slection du mode MIMO. Avec

limplmentation du TDD, la procdure dadaptation du lien peut bnficier de la rciprocit du

canal pour fournir de meilleures mesures du canal dtat.

Le Hybrid Auto Repeat Request (HARQ) est support par le Wimax Mobile. Lutilisation detechnique H-ARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) permet de rduire les pertes de paquets.H-ARQ est une technique permettant de combiner la technique FEC fonde sur lutilisation de

turbo-codes avec une stratgie de retransmission permettant lchange dinformations entrelmetteur et le rcepteur. Dans le Wimax Mobile, le HARQ utilise N canaux Stop and Waitpermettant de fournir une rponse rapide dans le cas derreur sur les paquets et aide amliorer la couverture de la cellule.

Combin au CQICH et lAMC, ces trois permettent dassurer un lien robuste dans le casdenvironnement mobile pour des vitesses dpassants les 120 Km/h.

4 LA COUCHE MAC

L'IEEE 802.16e a t conue pour des applications sans fil large bande de type point-multipoint. Elle prend en charge le transport des cellules ATM mais aussi celui des paquets IP,et joue un rle important dans la gestion de la qualit de service (QoS).La couche MAC sappuie sur 3 sous-couches : une couche de convergence spcifique (ServiceSpecific Convergence Sublayer : SSCS), une couche commune (MAC Common Part Sublayer :CPS), et une couche scurit (Privacy Sublayer : PS).

4.1 Les sous-couches

4.1.1 La couche SSCS


15/27

Le Wimax Mobile 14

La SSCS fournit toute transformation de donnes ou le mappage de rseaux externes reu parla CPS. Pour le raccordement de rseaux externes, la SCSS fournit 2 sous couches deconvergence (CS : convergence sublayer ) :

Pour les rseaux ATM : il sagit dune interface qui associe les diffrents services

ATM avec la couche MAC CPS. Pour les rseaux base de paquets : il est utilis pour le mappage de tout protocole

base de paquet, tel quEthernet, PPP, et les protocoles internet tels quIPv4 etIPv6

4.1.2 La couche CPS

La CPS fournit les rgles et les mcanismes daccs, lallocation de la bande passante, et lamaintenance de la connexion. Elle reoit les donnes des sous couches de convergence. Deplus, elle gre galement la partie qualit de service (QoS).

4.1.3 La couche PS

La PS est le lien qui runit la couche MAC la couche PHY. Elle fournit la scurit travers lerseau sans fil large bande en cryptant la connexion entre la station de base et labonn auservice. De plus, la PS est utilise pour lauthentification et lchange de clefs de scurit.

4.2 La qualit de service

Wimax doit rpondre des exigences de QoS pour un large ventail de services etdapplications de donnes surtout avec la liaison ou connexion rapide, les capacitsasymtriques en UL et DL, les mcanismes flexibles dallocation de ressources

Dans la couche MAC, la QoS est fournie par l'intermdiaire des flots de service comme illustrdans la figure suivante :


16/27

Le Wimax Mobile 15

QoS dans le Wimax Mobile

Avant de fournir un certain type de service de donnes, la station de base et le terminal del'utilisateur tablissent d'abord un lien logique unidirectionnel entre les peer MAC nommconnexion. Ensuite, loutbound MAC associe des paquets traversant l'interface MAC dans unflot de service afin dtre dlivr travers la connexion. Les paramtres de QoS associs avec leflot de service dfinissent lordonnancement de la transmission linterface radio. La coucheMAC est oriente connexion. En fait, on a une QoS par connexion tablie. Chaque connexion estaffecte aux flots de services et la bande passante est ngocie par lintermdiaire de lasignalisation.

Les paramtres du flux de service peuvent tre grs dynamiquement par des messages MAC

adapter la demande dynamique du service. Le mcanisme de QoS sapplique en UL et en DLpour fournir une QoS amliore dans les deux directions.

On distingue plusieurs classes de service diffrant selon le type de donnes supportes et doncen fonction des exigences de lapplication. Le tableau suivant prsente les classes de service enspcifiant leurs paramtres respectifs :


17/27

Le Wimax Mobile 16

Classes de QoS et applications


18/27

Le Wimax Mobile 17

4.3 Le MAC scheduling service

Ce service a t conu pour assurer une transmission efficace de services de donnes dans des

rseaux broadband incluant la voix, les donnes et la vido travers diffrents canaux. Le

service scheduling prsente les proprits suivantes:

Fast Dat a Scheduler: Le scheduler doit allouer dune manire optimale les ressources

disponibles suivant le trafic et la variation des conditions du canal avec le temps. Ce

dernier est implment dans chaque station de base afin dassurer un temps

dadaptation rapide. Les paquets sont associs un flux ayant des paramtres de QoS

bien dfinis dans la couche MAC pour que le scheduler puisse dterminer correctement

lordre de transmission des paquets sur linterface radio. Le canal CQICH fourni des

informations sur le canal rapide afin de permettre au scheduler de bien choisir le codage

et la modulation pour chaque allocation de ressources. LAMC et le HARQ permettentdassurer un lien robuste tout au long de la transmission.

Scheduling UL/ DL : Ce service est fourni dans les deux sens. Afin davoir une bonne

allocation de ressources et une QoS voulue en UL, des informations exactes sur ltat du

canal et sur les exigences en QoS doivent tre transmises au scheduler en UL. Plusieurs

mecanismes de demande dallocation de bande passante sont mis en service dans le

sens UL tel que le ranging channel, piggyback et polling. De plus, linterfrence intra-cell

est annule grce lorthogonalit des sous canaux UL.

Dynamic Resource Allocation: La couche MAC supporte une allocation frquentielle-

temporelle des ressources en UL et DL (base sur les trames). Lallocation est transmise

travers des messages MAP au dbut de chaque trame ce qui permet une adaptation

plus facile selon les conditions du canal.

QoS Oriented: Le scheduler se base sur le concept de connexions pour transporter les

donnes. Chaque connexion est associe un seul service prsentant des paramtres

de QoS propres lui dfinissant son comportement.


19/27

Le Wimax Mobile 18

4.4 La gestion de la mobilit

Le handover et la vie de la batterie sont deux problmes trs important dans le monde du

mobile. Le Wimax mobile supporte le Sleep Mode et le Idle Mode pour assurer un bon

fonctionnement du terminal mobile. De plus, cette version du Wimax supporte le handover

dune faon transparent vis--vis de lutilisateur et cela en basculant dune station de base

une autre sans avoir de coupure au niveau de la communication.

4.4.1 Gestion de la puissance

Le Wimax mobile prsente deux modes : Sleep mode et Idle mode.

Le mode Sleep est un tat durant lequel le terminal mobile pr-ngocie des priodes dabsence

de linterface radio de sa station de base. Durant ces priodes, le mobile nest pas disponible.

Ce mode vise minimiser la consommation de la batterie du mobile ainsi que lutilisation des

ressources de la station de base. Notons que dans ce mode, le mobile collecte des informations

des cellules adjacentes afin deffectuer un handover en cas de rception dun meilleur signal

dune station de base voisine.

Le mode Idle est un tat durant lequel le mobile est disponible dune faon priodique et peut

recevoir des messages de diffusion provenant de multiple station de base sans effectuerdenregistrement. Ce mode prsente lavantage de dsactiver le processus de handover qui

consomme en puissance de la part du mobile et encombre de plus linterface radio de la station

de base tout en conservant la possibilit de pager le mobile et lui fournir des alertes au cas de

provenance de trafic en DL.

4.4.2 Le handover

Afin de prendre en compte la mobilit des usagers, le standard met en place une procdure dehandover utilisable dans les cas suivants :

Quand la station mobile MS (Mobile Station) peut tre prise en compte avec unemeilleure qualit de signal par une autre station de base (mouvement du terminal,affaiblissement du signal ou interfrence).


20/27

Le Wimax Mobile 19

Quand le terminal mobile peut tre pris en compte avec une meilleure QoS par uneautre station de base (quilibrage de charge, contrle d'admission, ou attentes enterme de QoS).

Handover break before make

Cest la procdure classique de hard handover : le terminal se dconnecte de sa station de basede service avant de se connecter la station de base cible. Il y a donc une coupure dans lacommunication. Par consquent, ce mode de handover ne fonctionne que si la mobilit estlente. La procdure de handover comporte plusieurs tapes :

Re-slection de cellule : Le terminal utilise les informations recueillies lors desscrutations, associations, annonces, pour valuer l'intrt d'une station de basevoisine comme cible dun handover. Une telle procdure nimplique pas la

terminaison de la connexion avec la station de base de service, et n'est pasforcment suivie dune dcision de handover.

Ent re dans le rseau : Lentre dans le rseau comprenant la synchronisation avecles liens descendants/montants, le ranging (obtention des paramtres du liendescendant et montant), la ngociation des capacits, lauthentification par changede cls et lenregistrement du terminal auprs de la station de base. Sil'enregistrement est russi, on tablit la connectivit IP et les connexions detransport ; la station de base cible devient la station de base de service.

Terminaison du contexte terminal : Le terminal envoie, la station de base deservice, une indication avec l'option de relchement des ressources. La station quant elle arme le temporisateur "retenue des ressources". Lorsque ce temporisateurexpire, la station de base de service met fin toute connexion avec le terminal etdtruit les informations le concernant. Si la station de base de service reoit unmessage provenant de la station de base cible indiquant que le terminal y a tattach, la station de base de service peut supprimer le contexte du terminal mmeavant l'expiration du temporisateur.

Baisse de connectivi tpendant le handover : Quand un terminal dtecte une baissede connectivit pendant lentre dans le rseau d'une station de base cible, il peut

essayer de reprendre la communication avec sa station de base de service enenvoyant un message d'annulation de handover.

Coordinat ion de t ransmission : Quand le terminal termine le handover, il fautmaintenir la continuit de la transmission entre l'ancienne et la nouvelle station debase de service vers le terminal.


21/27

Le Wimax Mobile 20

Modes optionnels de handover : MDHO et FBSS

En plus de la procdure de hard handover, il existe deux modes optionnels de handover (FBSS(Fast BS Switching) et MDHO (Macro Diversity Handover)). La prise en charge de ces modes estparamtre lors de la phase denregistrement. Le jeu de diversit est un ensemble contenant

une liste des stations de base actives pour le terminal. La notion de station de base activesurpasse la notion de station de base associe : en effet, lenregistrement a eu lieu, et donclouverture des connexions de gestion secondaires aussi.Une entit prenant en charge le MDHO/FBSS doit grer le jeu de diversit, dans lequel unestation de base ancre est dsigne. Nous notons que la coordination de transmission nesteffectue que dans le mode FBSS, et se droule de la mme manire que dans le hardhandover.

FBSS (commutation rapide de station de base)

Le handover FBSS ncessite plusieurs conditions : les stations de base, qui sont synchronises sur une rfrence temporelle commune, ontune structure de trame (trame = unit de temps) synchronise et utilisent les mmesfrquences.

les trames envoyes par les stations de base un moment donn doivent parvenir auterminal pendant l'intervalle de prfixe OFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing).

les stations de base doivent partager et se transmettre le contexte MAC. Il contient lesinformations que le terminal et la station de base s'changent lors de l'entre dans lerseau, par exemple l'tat d'authentification, afin qu'un terminal authentifi/enregistrauprs d'une station de base du jeu de diversit soit aussi automatiquement auprs des

autres stations de base de lensemble.

Le FBSS est un genre nouveau de handover. Le terminal est servi par une seule station de base un instant donn : la station de base ancre, qui est donc considre comme sa station de basede service. Les donnes du terminal sont reues par toutes les stations de base du jeu dediversit mais seule la station de base ancre va les interprter. Le terminal ne communiquequavec la station de base ancre pour le sens montant et descendant, mais les autres stationsde base actives doivent tre prtes envoyer des donnes au terminal dans n'importe quelletrame. En effet, dune trame lautre, la station de base ancre peut changer au sein du jeu dediversit. En FBSS, on parle plutt de commutation rapide de station de base. Cest un

changement de station de base ancre qui ninduit pas de coupure, car les connexions de gestionsont dj en place entre le terminal et les stations de base actives. Il sagit juste pour leterminal douvrir les connexions de transport vers la nouvelle station de base ancre. L'avantageest de ne pas devoir utiliser des messages de signalisation de handover quand on veut changerde station de base ancre, car la commutation de station de base ancre est effectue sansinvoquer la procdure de handover classique


22/27

Le Wimax Mobile 21

MDHO (soft handover)

Avec un soft handover, le terminal est servi par toutes les stations de bases du jeu de diversit.Ce mode se fonde sur la capacit du terminal communiquer simultanment avec plusieursstations de base. Au fil du temps et de ses dplacements, le terminal va modifier son jeu de

diversit.Dans le sens descendant, le terminal reoit la mme trame MAC, au mme instant, enprovenance de chacune des stations de base du jeu de diversit. Il effectue ensuite lacombinaison de diversit : en combinant le signal des diffrentes stations de base, il en fabriqueun seul grce un rcepteur de type RAKE. Il y a un gain de diversit car le terminal profite dela rception de plusieurs PDUs pour limiter les erreurs en combinant les informations. Dans lesens montant, le trafic provenant du terminal est reu par toutes les stations de base du jeu dediversit. Le MDHO requiert les mmes conditions que le FBSS, mais en plus : les stations debase utilisent le mme ensemble de CIDs (Connection ID) pour les connexions tablies avec leterminal. Les stations de base doivent utiliser le mme type de PDU MAC/PHY. Enfin, le

terminal doit pouvoir prendre en charge plusieurs connexions simultanes.

4.5 La scurit

Le Wimax Mobile est lune des meilleures technologies sans fil au niveau de la scurit. Lesprincipales caractristiques quoffre cette technologie sont les suivantes :

Key Management Protocol: Privacy and Key Management Protocol Version 2(PKMv2) est la base de la scurit du Wimax Mobile comme dfini dans la norme802.16e. Ce protocole gre la scurit au niveau de la couche MAC en utilisant des

messages de type PKM-REQ/RSP PKM EAP authentication, Traffic EncryptionControl, Handover Key Exchange et Multicast/Broadcast.

Device/User Authenti cation: Support grce au protocole EAP en fournissant dessupports SIM-based, USIM-based ou Digital Certificate ou UserName/Password-based.

Traf fic Encryption: LAES-CCM est lalgorithme de chiffrement utilisee pour protgerles donnes des utilisateurs travers linterface MAC du Wimax Mobile. Les clssont gnres par lauthentification EAP.

Cont rol Message Prot ect ion: Les donnes de contrle sont protges suite lutilisation de lAES ou du MD5.

Fast Handover Support: Lauthentification dans le fast handover est optimis grceau mcanisme du 3-way Handshake. De mme, ce mcanisme permet de luttercontre les attaques de man-in-the-middle.


23/27

Le Wimax Mobile 22

5 TECHNOLOGIE DES ANTENNESINTELLIGENTES

LOFDMA supporte trs bien la technologie des antennes intelligentes. En effet, Mimo-OFDM/OFDMA se prsente comme le futur dans les systmes de communications de nouvellesgnrations.Le Wimax Mobile supporte une grande plage dantennes intelligentes pour aboutir unsystme beaucoup plus performant. Cette technologie inclue :

Beamforming : Le systme utilise multiples antennes pour transmettre les signaux etamliorer sa couverture et sa capacit tout en rduisant la probabilit doutage.

Space-Time Code (STC) : La diversit de transmission comme celle du code dAlamoutiest supporte afin de fournir une diversit spatiale et rduire la margedvanouissement.

Spatial Multiplexing (SM) : Plusieurs flux sont transmis travers diffrentes antennes. Sile rcepteur prsente plusieurs antennes, il sera capable de sparer les flux afindaboutir un dbit beaucoup plus lev que celui atteint avec une seule antenne.

Le Wimax Mobile supporte LAdaptive MIMO Switching (AMS) entre plusieurs modes afin demaximiser lefficacit spectrale sans aucune rduction au niveau de la couverture. La figure ci-dessous prsente les pics thoriques quon peut atteindre pour diffrents taux en DL/UL en

considrant un canal de 10Mhz, une trame de 5 ms avec 44 symboles OFDM de donnes et unesous canalisation PUSC. Avec un systme Mimo 2x2, le dbit thorique en sens descendantdouble. Le pic maximal en DL est de 63.36 Mbps lorsque tous les symboles sont ddis au DLalors quen UL, le pic maximal du dbit est de 14.11 Mbps.


24/27

Le Wimax Mobile 23

6 COMPARAISON WIMAX MOBILE VS LTE

Le tableau ci-dessous prsente les lments cls dune comparaison entre le Wimax Mobile etla LTE. On se focalise dans cette comparaison surtout sur la couche physique.


25/27

Le Wimax Mobile 24

Comparaison Wimax Mobile et LTE

Les paramtres prsents dans ce tableau montrent que les deux technologies prsententquasiment les mmes caractristiques. Par contre, au niveau du march, il existe une diffrenceque ce soit dans le temps dapparition ou de la License. Malgr son manque de maturit, leWimax Mobile se montre comme le premier faire son apparence sur le march alors que leLTE vient dtre plus ou moins standardis.

Suite cette observation, on peut conclure que les fournisseurs de services mobiles onttendance choisir le Wimax Mobile en considrant bien sure sa disponibilit mais nempcheque la plupart des grands fournisseurs utilisant actuellement lUMTS/HSPA opteront pour leLTE.


26/27

Le Wimax Mobile 25

7 CHIFFRES ET CONCLUSION

LA LTE SEMBLE PRENDRE LAVANTAGE DANS CETTE BATAILLE AVEC LE WIMAX:

ON ESTIME UN TAUX ANNUEL MOYEN DE CROISSANCE DE 404 % ENTRE 2010 ET 2014, POUR

ATTEINDRE LES 136 MILLIONS DABONNES FIN 2014

27 OPERATEURS SE SONT PUBLIQUEMENT ENGAGES A DEPLOYER LA LTE, DONT 12 COMPTENT

LANCER UNE OFFRE COMMERCIALE EN CETTE ANNEE (VERIZON AUX USA)

LA SUEDE VIENT DE SE DOTER D UN SITE COMMERCIAL LTE INSTALLE PAR LE CONSTRUCTEUR

ERICSSON ET LOPERATEUR TELIASONERA, DONT LA MISE EN SERVICE EST PREVUE POUR LANNEE

2010

EN FRANCE LARCEP A LANCE UNE CONSULTATION PUBLIQUE EN MARS DERNIER AU SUJET DE

LATTRIBUTION DE DEUX FREQUENCES :

LA BANDE 2,6 GHZ ACTUELLEMENT UTILISEE PAR LE MINISTERE DE LA DEFENSE SERA

LIBEREE (2010 2012)

LA BANDE 800 MHZ UTILISEE PAR LAUDIOVISUEL ET LARMEE SERA LIBEREE EN

DECEMBRE 2011

SELON LE CALENDRIER DE LARCEP, LES LICENCES SERONT ATTRIBUEES EN 2010 POUR

UNE COMMERCIALISATION EN 2011

DAUTRE PART, LE WIMAX EST DEJA DEPLOYE DANS QUELQUES PAYS PAR EXEMPLE :

AUX USA : SPRINT LANCE SON OFFRE COMMERCIALE DE CONNEXION MOBILE HAUT DEBIT PAR

WIMAX. BAPTISE WIMAW XOHM, IL PROMET UN DEBIT DESCENDANT DE 2 A 4 MBITS/S ->

30$ PAR MOIS OFFRE COMPLETE

EN EUROPE : WORLDMAX DEPLOIE A AMSTERDAM LE PREMIER RESEAU COMMERCIAL MOBILE

WIMAX DEUROPE -> ACCES ILLIMITE HAUT DEBIT A 20 EUROS PAR MOIS

EN CONCLUSION, LE CHOIX DE LA TECHNOLOGIE RESTE UN CHOIX ECONOMIQUE ET STRATEGIQUE POUR LES

DIFFERENTS OPERATEURS VUE QUE LA TECHNOLOGIE EST QUASIMENT LA MEME DUN POINT DE VUE

TECHNIQUE.


27/27

Wi Max Final PDF

Documents

Transcript of Wi Max Final PDF