WiMAXTecnologia, posizionamento, normativa,

criteri di progettazione e dimensionamento.

Giuseppe Tetti

SOLUZIONI POSSIBILI NELL’ULTIMO MIGLIO

WIRELESS - BWAWIRED

CONNETTIVITA’ BROADBAND PER UTENTI MOBILI

CONNETTIVITA’ BROADBAND PER UTENTI NOMADICIIN AMBIENTI HOME – OFFICE - OUTDOOR

CONNETTIVITA’ BROADBAND PER UTENTI FISSIIN AMBIENTI HOME-OFFICE

BACKHAULING DI SISTEMI DI ACCESSO

BroadbandWirelessAccess

WRANRepeater

TV TransmitterWRAN

Base Station

WirelessMIC

WirelessMIC

WRANBase Station

: CPE

: WRAN Base Station

Typical ~33kmMax. 100km

Scenario di aree rurali e piccoli Comuni

WRAN: Wireless Regional Area Network – 802.22

WiMAX in sintesi

• 802.16d o 802.16-2004 Fixed WiMAX (2004)• 802.16e Mobile WiMAX (2005)• Architettura punto-multipunto (p2m)• Rete Layer 2 bridged• Connection-oriented: prima di trasmettere i dati

BS e MS stabiliscono un collegamento logicounidirezionale, chiamato connection a livelloMAC. Ogni connection è identificata da unconnection identifier (CID), che funge da indirizzotemporaneo per la trasmissione dei dati.

• Trasmissione rigorosamente sincrona senzacollisioni.

WiMAX• WiMAX è una collezione di standard e raccoglie

quanto di meglio l’odierna tecnologia mette adisposizione.

• L’insieme di queste tecnologie tra loro combinatein diversi modi offre una pletora di possibilisoluzioni progettuali.

• Il WiMAX forum ha definito e certificato unnumero limitato di System Profile che definisconoil set di tecnologie che devono essere obbligatoriesia a livello fisico (PHY) che a livello MAC.

414 membri

WIMAX 14/03/08

WiMAX Forum• WiMAX Forum ha definito:

– 5 Fixed Certification Profile– 14 Mobility Certification Profile

• I Certification Profile sono utilizzati per lacertificazione dei prodotti WiMAX.

• WiMAX Forum™ Regulatory WorkingGroup

LAS VEGAS - 31 Mar 2008

WiMAX Forum® prevede133 Milioni

Di utenti WiMAXnel 2012

Link Utili• http://www.wimaxforum.org/home/• http://www.wimax-vision.com/• http://www.wimax-italia.it/• http://www.wimax.com/• http://wimax.fub.it/• http://www.wimaxtrends.com/• http://www.wi-fiplanet.com/wimax/

Allocazione di frequenze WiMAX in ambito internazionale

Le frequenze previste dallo standard 2,3 - 2,5 - 3,3 - 3,5 e 5,8 GHz.

802.11hHIPERLAN2

5.470 – 5.725 MHzMAX 30 dbi EIRP

1 W

2.4 – 2.4835 GHz83.5 MHz

MAX 20 dbi EIRP100 mW

802.11b/g/n

802.16d/e

5.15 a 5.35 GHzMAX 23 dbi EIRP

200 mW

802.11a

(UHF: 300 MHz – 3 GHz e SHF 3 GHz – 30 GHz)

3.4 a 3.6 GHzMAX 43 dbm

Transmitter output

20 W

Concetti di base

Base Station (BS):

Copre una determinata area (cella – settore) e raccoglie il traffico proveniente dalleSubscriber Station alle quali è connessa l’utenza.E’ una sorta di MAN Access Point assimilabile, a grandi linee, al concetto di Root Bridgein 802.11, ma al contrario di questo può trasportare diversi tipi di trame o pacchetti

Concetti di base

Subscriber Station (SS)

Imbusta ed inoltra il traffico proveniente dal Terminal Equipment a cui è connessa versola Base Station che a sua volta inoltra il traffico verso la destinazione finale.E’ una sorta di MAN Bridge-non-Root, ma al contrario del bridge 802.11 può trasportarediversi tipi di trame o pacchetti alle quali è connessa l’utenza.

OUTDOORCPE

INDOORCPE 802.16802.16802.16802.16

MS SS

SS

BS

SS

La Mobile Station impiega unsistema trasmittente/ricevente

incorporato nel DTE

La Base Station impiega antenne omnidirezionalio a settori nel caso in cui si desideri avere

un raggio di copertura radio più esteso

RS

SS

SS

La Subscriber Station impiegaun’antenna Direzionale

puntata verso la Base Station.

Access Service Network Core Service Network

WiMAX NETWORK REFERENCE MODEL

SINTESI DELLO SCAMBIO TRA MS-SS, BS, ASN-GW E CSN

QoS parametersARQ parametersUser Data Type

(ATM, IPV4, IPV6, 802.3, etc.)User Data CID

EAPAUTHENTICATION SERVERSUPPLICANT AUTHENTICATOR

SUPPORTO TDD & FDD NEL WIMAX

da 2,5 a 20 mstipicamente 5 ms

Contiene 48 simboli della durata di 102,9 microsecondiOgni simbolo trasporta un numero di bit variabile sulla basedella modulazione definita (BPSK, QPSK, 16QAM, 16QAM)Le porzioni DL e UL sono variabili

Symbol

BPSK= Binary Phase Shift KeyingQPSK= Quadrature Phase Shift KeyingQAM= Quadrature Amplitude ModulationSNR= Signal to Noise Ratio

BPSKSNR = 6 dB

QPSKSNR = 9 dB

16QAMSNR = 16 dB

64 QAMSNR = 22 dB

CONTEMPORANEITA’ DI DIFFERENTI TIPI DI CODIFICHE E MODULAZIONI

Fonte: "WiMAX's technology for LOS and NLOS environments",WiMAX Forum Whitepaper,http://www.wimaxforum.org/news/downloads/WIMAXNLOS

Speed in MbpsLarghezza di banda

LE VELOCITA’ DELLO STANDARD WIMAX

Code Rate: Esprime la quantità di informazioni di codifica aggiunte alla informazione originale

LARGHEZZE DI BANDA PREVISTE DALLO STANDARD WIMAX:1,5 - 3,5 - 5 - 7- 8,75 - 10 - 20 - 25 - 28 MHz

OFDM• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) appartiene alla

famiglia di schemi di tramissione nota con il nome di multicarriermodulation, basata sull’idea di dividere un dato flusso ad elevatà velocitàin tanti flussi paralleli a velocità più bassa ognuno modulato su unaportante separata denominata subcarrier.

• Questa tecnica minimizza il cosiddetto intersymbol interference (ISI).

OFDM• OFDM costituisce una tecnica di gestione efficiente dello spettro che seleziona le

subcarrier in modo tale che risultino ortogonali fra loro rispetto alla durata delsimbolo, questa tecnica elimina il cosiddetto intercarrier interference (ICI).

• ORTOGONALITA’• Grazie alla particolare spaziatura di frequenza adottata (Ortogonalità), i picchi di

ogni subcarrier coincidono con il valore “nullo” (teorico) di tutte le altreagevolando i processi di riconoscimento del segnale al ricevitore. Le subcarrierssono distanziate di 1/Ts (Ts = durata del simbolo)

T91,4 microsec=10.94 KHz

11,4

Orthogonal Frequency Division Multiplexing Orthogonal Frequency Division Multiple Access

WIMAX 14/03/08

WIMAX 14/03/08

SS6

SS4

SS3

SS2

SS1

SS5

SS8

SS7

SCHEMA DIDATTICO RIFERITO AL FUNZIONAMENTO DELLO STANDARD 802.16

3-11-19-27

7-15-23-31

1-9-17-25

1-14-22-30

4-12-20-28

8-16-24-32

5-13-21-29

2-10-18-26

BS

LA STAZIONE BASECOMUNICA CON PIU’SUBSCRIBER STATIONCONTEMPORANEAMENTE

Utilizzo delle antenne

WiMAX include il supporto di unampia gamma di tipologie di antenna. Si parla di advanced antenna systems

(AAS) che include numerose soluzionicome:transmit diversity,beamforming,spatial multiplexing.

Antenna adattiva (Adaptive Beam Antenna)Opzione del MAC di 802.16a che prevede il servizio AAS (Adaptive Antenna Systems).

Sono antenne che adattano dinamicamente il lobo e migliorano la copertura radio.

La stazione ricevente effettua una valutazione della qualità del canale e fornisce unFeedback alla stazione trasmittente

La stazione trasmittente modifica il lobo di radiazione in base alle indicazioni ricevute

Lo standard IEEE 802.16 prevede particolari messaggi a livello di MAC e per il controllodei burst per la gestione di sottosistemi AAS.

SISTEMI DI ANTENNA A SETTORE (Outdoor)

SISTEMI SETTORIZZATI(Cella suddivisa in settori)

Aumento della copertura

Riuso delle frequenze

Riduzione delle interferenze

La banda di frequenze impiegatada un settore deve essere diversada quella impiegata da un settoreadiacente.

120degree

120degree

120degree

SISTEMI DI ANTENNA A SETTORE (Outdoor)

1 1 12

12 2

3

2

3 54

34 4 4

35

6

55

66 6

MODELLO 4Copertura: 360°Thrughput: 6 X BS

MODELLO 1Copertura: 60°Thrughput: 1 X BS

MODELLO 2Copertura: 360°Thrughput: 1 X BS

MODELLO 3Copertura: 360°Thrughput: 2 X BS

5 642 31

UTILIZZO DI ANTENNE A SETTORE PER MIGLIORARE LA COPERTURA E/O IL THROUGHPUT AGGREGATO

IF ASSY

5 642 31

MODEM-BASE STATION

5 642 31

IF ASSY

5 642 31

MODEM-BASE STATION

5 642 31

IF ASSY

5 642 31

MODEM-BASE STATION

5 642 31

IF ASSY

5 642 31

RF TRANSMITTER-RECEIVER

MODEM-BASE STATION

RF TRANSMITTER-RECEIVER RF TRANSMITTER-RECEIVER RF TRANSMITTER-RECEIVER

Sicurezza• Riservatezza: Utilizzo di algoritmi di cifratura AES (Advanced

Encryption Standard) and 3DES (Triple Data Encryption Standard) Lechiavi di cifratura sono generate durante la fase di autenticazione erigenerate periodicamente.

• Autenticazione: WiMAX utilizza un framework di autenticazionebasato su EAP, che supporta varie possibilità: username/password,digital certificates, smart cards. I terminali WiMAX hanno uncertificato X.509 integrato che contiene la loro chiave privata il MACaddress.

• digital certificates that contain their public key and MAC address.• Gestione delle Chiavi: Privacy and Key Management Protocol

Version 2 (PKMv2) è utilizzato per la gestione delle chiavi PKM usacertificati X.509 e l’algoritmo RSA (Rivest-Shamer-Adleman).

• Integrità: sono utilizzati i seguemti meccanismi: AES-based CMAC oMD5-based HMAC.

WiMAX definisce il concetto di serviceflow: è un flusso unidirezionale dipacchetti con un particolare set diparametri di QoS identificato da unservice flow identifier (SFID).

I parametri di QoS possono essere:traffic priority,maximum sustained traffic rate,maximum burst ratescheduling type,maximum delay,tolerated jitter

WiMAX definisce 5 tipologie di servizi

Terminologia Mobile IP

HA, Home Agent

Mantiene una associazione tral’home” IP address del Mobile Node edil suo Care of Address (loaned address)

nella “foreign network”.

Redirige ed effettua il tunneling dei pacchettiverso il “Care Of Address” nella

“foreign network”.

Opera come un router:

Effettua il “Look up” della rotta verso l’MN

Inoltra I pacchetti sulla “tunnel interface”

Effettua il fast switching del pacchetto sultunnel

CN, Correspondent Node

“Destination IP host” in sessione con un “Mobile Node”.

HA

FA

CN

InternetCOA

MN

MN, Mobile NodeUn IP host che mantiene la connettivitàdi rete tramite il suo “home” IP address,

indipendentemente da quale subnet (or network)esso è connesso.

MN

FA, Foreign AgentMette a disposizione un punto indirizzabiledi collegamento al “Mobile Node” chiamato

“Care Of Address (COA)”

Mantiene la percezione di tutti I“visiting Mobile Nodes”.

Opera coma un “relay” tra ilMobile Node ed il suo Home Agent

Riceve tutti I pacchetti per il Mobile Nodedall’Home Agent del Mobile Node.

Effettua la “Decapsulation”delacchetto dal tunnel

Effettua il “Look up” della visitor tableUse l’ARP entry per raggiungere il MN

LAYER 3 MOBILITY IN IEEE 802.16e

WIMAX 14/03/08

PRODOTTI GIA’ DISPONIBILI

Alcatel WiMAX 802.16eBase Station Overview(Evolium 9100)

Alvarion 4Motion Base Station

Supports 802.16e-2005 in multiple bands and profiles

Support of 4-antenna spatial processing per sector

WiMax Chips - ASIC – Semiconductors

SEQUANS BECEEM ALTERA INTEL FUJiTSU

Field-programmable gate array

WIMAX 14/03/08

Il bando di gara per l’assegnazione dei diritti d’uso delle frequenzeWiMax nella banda 3.4 – 3.6 GHz.

Il diritto d’uso ha una durata di 15 anni

BANDO RILASCIATO IL 19-10-2007 sulla Gazzetta Ufficiale n°122(5° Serie Speciale) da inizio alla prima fase della gara

La seconda fase (dei rilanci) è iniziata il 13 Febbraio 2008

Le aree di estensione geografica macro regionali sono 7, per ciascunadelle quali vengono assegnati n. 2 diritti d’uso:

1. Lombardia, Province Autonome di Trento e Bolzano2. Valle d’Aosta, Piemonte, Liguria, Toscana3. Friuli Venezia Giulia, Veneto, Emilia Romagna, Marche4. Umbria, Lazio, Abruzzo, Molise5. Campania, Puglia, Basilicata, Calabria6. Sicilia7. Sardegna

BANDO DI GARA DEL MINISTERO COMUNICAZIONI :LE MACRO REGIONI

Delibera AGCOM pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 135 del13 giugno 2007.

Rilascio di 3 diritti d’uso complessivi delle frequenze disponibili nellabanda 3.4 – 3.6 GHz, indicati come Blocco A, Blocco B e Blocco C

Ampiezza frequenziale pari a 2 x 21 MHz.

(Blocco A e Blocco B) sono rilasciabili per aree di estensionegeografica macroregionale.

(Blocco C) è rilasciabile a livello regionale con suddivisione provincialenel caso delle Province Autonome di Trento e Bolzano).

I diritti d’uso delle frequenze di gara hanno una durata di 15 annia partire dalla data di rilascio, sono rinnovabili e non possono essereceduti a terzi senza la preventiva autorizzazione del Ministero.

BANDO DI GARA DEL MINISTERO COMUNICAZIONI :

ESEMPI DI POSSIBILI CONFIGURAZIONI DELLE LICENZE DA 2 X 21 MHz

A43.5 MHz

A63.5 MHz

A53.5 MHz

A73.5 MHz

A93.5 MHz

A83.5 MHz

A13.5 MHz

A33.5 MHz

A23.5 MHz

A103.5 MHz

A123.5 MHz

A113.5 MHz

A27.0 MHz

A17.0 MHz

A37.0 MHz

A47.0 MHz

A67.0 MHz

A57.0 MHz

WIMAX 14/03/08

Blocchi A e B: Importi minimi per Macroregione per ciascun diritto d’uso, suddivisi per i

due blocchi A e B

MACROREGIONE IMPORTO MINIMO€ BLOCCO A

IMPORTO MINIMO€ BLOCCO B

Lombardia + Bolzano + Trento 3.295.000,00 3.295.000,00Valle d’Aosta + Piemonte + Liguria + Toscana 2.826.000,00 2.836.000,00

Friuli Venezia Giulia + Veneto + Emilia Romagna + Marche 3.477.000,00 3.487.000,00Umbria + Lazio + Abruzzo+Molise 2.272.000,00 2.282.000,00

Campania + Puglia + Basilicata + Calabria 2.985.000,00 2.955.000,00Sicilia 1.171.000,00 1.201.000,00

Sardegna 422.000,00 412.000,00

BANDO DI GARA DEL MINISTERO COMUNICAZIONI :BASE D’ASTA PER LA ACQUISIZIONE DELLE LICENZE D’USO

Blocco C: Importi minimi per Regione per ciascun diritto d’uso.

In ciascuna Regione viene assegnato n. 1 diritto d’uso.

REGIONE IMPORTO MINIMO €BLOCCO C

Piemonte 1.282.000,00Valle d’Aosta 40.000,00

Lombardia 2.990.000,00Provincia Autonoma di Bolzano 153.000,00Provincia Autonoma di Trento 152.000,00

Veneto 1.418.00,00Friuli Venezia Giulia 355.000,00

Liguria 455.000,00Emilia Romagna 1.284.000,00

Toscana 1.059.000,00Umbria 237.000,00Marche 430.000,00Lazio 1.629.000,00

Abruzzo 336.000,00Molise 80.000,00

Campania 1.387.000,00Puglia 950.000,00

Basilicata 147.000,00Calabria 471.000,00Sicilia 1.201.000,00

Sardegna 412.000,00

BANDO DI GARA DEL MINISTERO COMUNICAZIONI :BASE D’ASTA PER LA ACQUISIZIONE DELLE LICENZE D’USO

Gara WiMax in sintesi:

hanno partecipato 48 aziende

29 Aziende candidate alla Fase 2

49,8 Milioni di Euro di licenze

Inizio asta al migliore offerente a partire dal 13-02-08

Ritirati Wind e Toto, aggiudicatarie 11 aziende

Asta conclusa a 136 milioni di euro – tra le cifre più alted’Europa e pari al 176% in più rispetto alla base d’asta.

Nove giorni di rialzi per quella che è stata definita l’asta dei record: 136 milioni di euro – tra le cifrepiù alte d’Europa e pari al 176% in più rispetto alla base d’asta.

Risultati Gara WiMax “La competizione nell’asta è stata elevatissima – ha dichiarato il Ministro delle comunicazioni Paolo

Gentiloni – a testimonianza sia dell’interesse per questa nuova tecnologia di banda larga senza fili, siadell’impegno che le imprese vincitrici vorranno sostenere per far partire in Italia i servizi WiMax”.

Ha resistito, ovviamente, Telecom Italia (a differenza di Wind, Mediaset e Fastweb, tutteritirate, non HANNO PARTECIPATO, BT Italia, Tiscali) che si è aggiudicata 3 licenze macroregionali:nell’area 4 (Umbria-Lazio-Abruzzo-Molise), nell’area 5 (Campania-Puglia-Basilicata-Calabria), e inSardegna.

Telecom Italia punta quindi sul centro-sud dove più forte è la necessità di infrastrutture che colmino ildigital-divide, che interessa comunque circa 4,2 milioni di cittadini.

Il grande vincitore è però Ariadsl, che con un esborso di 47,5 milioni di euro si portata a casa 6licenze macroregionali, una per ogni macroarea in cui il ministero ha diviso il territorio nazionaletranne la Sicilia.

Nell’isola, le due licenze macroregionali sono andate una ad A.F.T., l’altra a Tourist Ferry Boat-Temix-Medianet Comunicazioni, grazie a un’offerta di circa 5 milioni di euro.

Altre 3 licenze macroregionali – per l’area 1 (Lombardia, Bolzano, Trento), 2 (Valle d'Aosta-Piemonte-Liguria-Toscana) e 3 (Friuli Venezia Giulia, Veneto, Emilia Romagna, Marche) – sono andate aeVia (gruppo Retelit) che, a differenza di Telecom ha invece puntato al settentrione. Il gruppo Retelit,che gestisce una rete nazionale in fibra ottica per trasporto e comunicazioni multimediali, ha speso intutto circa 23 milioni di euro.

A.F.T. – con un investimento di circa 34 milioni di euro – ha letteralmente fatto man bassa di licenzeregionali, aggiudicandosi, oltre a una delle due macrolicenze siciliane, i diritti d’uso regionali inLombardia, Piemonte, Veneto, Lazio, Abruzzo, Molise, Campania, Basilicata, Calabria e Sardegna.

AREA (sono 7) WINNER 1 WINNER 2

Lombardia, Province Autonome di Trento e Bolzano eVia (Retelit) Ariadsl

Valle d’Aosta, Piemonte, Liguria, Toscana eVia (Retelit) Ariadsl

Friuli Venezia Giulia, Veneto, Emilia Romagna, Marche eVia (Retelit) Ariadsl

Umbria, Lazio, Abruzzo, Molise Telecomitalia Ariadsl

Campania, Puglia, Basilicata, Calabria Telecomitalia Ariadsl

Sicilia A.F.T. Tourist-Ferry Boat-Temix-Medianet Comunicazioni

1.Sardegna Telecomitalia Ariadsl

REGIONI (sono 21) WINNER

Piemonte A.F.T.

Valle d’Aosta Ribes Informatica-Hal Service-Lan Service-Informatica System-Tex97-B.B.Bell

Lombardia A.F.T.

Provincia autonoma di Bolzano BrennerCom

Provincia autonoma di Trento MGM Productions

Veneto A.F.T.

Friuli Venegia Giulia Assomax

Liguria MGM Productions

Emilia Romagna Infracom

Toscana MGM Productions

Umbria A.F.T.

Marche City Carrier

Lazio A.F.T.

Abruzzo A.F.T.

Molise A.F.T.

Campania A.F.T.

Puglia A.F.T.

Basilicata A.F.T.

Calabria A.F.T.

Sicilia Ariadsl

Sardegna A.F.T.

Grazie per la cortese attenzione

giuseppe.tetti@ncp-italy.com