Terminali radiomobili IEEE802.16e: criticità e sviluppi

Sommario

INTRODUZIONE ...7

1 STANDARD E CERTIFICAZIONE...11

1.1 Principali caratteristiche del livello Fisico ... 11

1.1.1 La trama radio ... 11

1.1.2 Modulazioni... 15

1.1.3 Ranging... 15

1.1.3 Supporto di AAS e MIMO ... 17

1.1.4 Power Control ... 18

1.1.5 Misure Radio... 22

1.2 Principali Aspetti Del Livello MAC ... 24

1.2.1 Convergence Sublayer... 26

1.2.2 Servizi di Scheduling ... 29

1.3 Descrizione di alcune procedure radio ... 31

1.3.1 Accesso alla Rete ... 31

1.3.2 Periodic Ranging... 44

1.3.3 Handover Ranging... 45

1.3.4 Richiesta e Allocazione delle Risorse ... 46

1.4 Supporto della Mobilità nel sistema WiMAX ... 52

1.4.1 Handover ... 53

Sommario

3

1.5 Sleep Mode ... 68

1.5.1 Power Saving Class of type I... 72

1.5.2 Power Saving Class of type II ... 74

1.5.3 Power Saving Class of type III... 75

1.6 Sicurezza nel sistema WiMAX ... 77

1.6.1 Autenticazione... 78

1.6.2 Sicurezza nell’ Interfaccia Radio WiMAX ... 82

1.6.3 Cifratura e incapsulamento dei pacchetti... 84

1.7 Il processo di Certificazione ... 86

1.7.1 Le Wave ... 88

1.7.2 Gli Strumenti di Testing... 94

2 CHIPSET ... 99

2.1 Struttura dello stack radio di un terminale... 100

2.2 Chip Base-Band ... 102 2.2.1 Sequans ... 104 2.2.2 Runcom... 107 2.2.3 Beceem ... 111 2.2.4 Posdata... 113 2.2.5 Intel ... 115 2.2.6 Fujitsu ... 118 2.3 Chip RF ... 123 2.3.1 NXP... 123 2.3.2 Texas Instruments ... 124 2.3.3 Sierra Monolitics... 125

3 CRITICITÀ DEI POWER AMPLIFIER ... 128

3.1 Misure del PAR effettuate sul segnale OFDMA ... 132

3.2 PA per Terminali Mobile WiMAX ... 143

Sommario

4

3.2.3 TriQuint TGA2730-SM... 147

3.3 Soluzioni per limitare il consumo dei PA per WiMAX ... 148

3.3.1 Metodo brevettato da Beceem ... 149

3.3.2 Metodo brevettato da Sequans ... 150

3.4 I PA nelle altre tecnologie radiomobili ... 152

3.4.1 PA per terminali GSM ... 152

3.4.2 PA per terminali 3G ... 154

3.4.3 PA per terminali Wi-Fi ... 158

3.5 Riepilogo... 160

4 COESISTENZA CON ALTRE TECNOLOGIE ...165

4.1 Interferenza tra Bluetooth e WiMAX... 166

4.2 Schema per garantire la coesistenza ... 168

CONCLUSIONI ...177

APPENDICE A ...182

A.1 SC-FDMA ... 185

A.2 La trama radio... 190

Introduzione

La sempre crescente diffusione di Internet e il costante aumento della

richiesta dei servizi offerti dalla Rete hanno fatto nascere l’esigenza

di avere una possibilità di accesso sempre più capillare nel territorio

e in completa mobilità. A questo va aggiunta la sempre più forte

tendenza da parte degli operatori di telecomunicazione alla

convergenza dei servizi voce e video sulla rete. In questo scenario

l’avvento della tecnologia WiMAX inizialmente è stato visto come

un’ottima soluzione per offrire un’accesso in modalità fissa o

nomadica in banda larga, soprattutto nelle zone di difficile

raggiungibilità da parte delle infrastrutture cablate. Con il rilascio da

parte dell’IEEE dello standard 802.16e, che ha aggiunto alla versione

“d” le funzioni di supporto alla mobilità degli utenti, si è cominciato

a guardare alla tecnologia WiMAX anche come una possibile

Introduzione

8

protagonista nella sfida della telefonia mobile di quarta per la

fornitura di servizi di connettività in condizioni di completa mobilità.

In particolare vi sono due operatori che hanno decisamente puntato

su WiMAX per fornire servizi di connettività mobile: Sprint negli

stati uniti e KT in Corea del Sud, fortemente sponsorizzata da

Samsung, soprattutto per il lancio della tecnologia WiBro, che è

quella che ha ispirato lo sviluppo dello standard 802.16e. In questi

paesi la situazione normativa rende disponibile la frequenza intorno

ai 2.5 GHz che rende plausibile l’ipotesi di poter fornire un servizio

di full mobility, poiché, a differenza della frequenza a 3.5 GHz

allocata per il WiMAX in Europa, permette di ottenere delle

prestazioni accettabili in termini di propagazione anche in scenari

urbani e in condizioni indoor.

Nelle analisi svolte finora sul possibile utilizzo del WiMAX in

questo senso si è notata una certa carenza di approfondimenti sulle

criticità e sugli sviluppi dei terminali.

Il presente lavoro di tesi, svolto in collaborazione con Telecom Italia

Lab, ha come obiettivo quello di indagare le principale

problematiche inerenti l’introduzione di questa tecnologia nel

terminale mobile.

Il lavoro è stato svolto nell’ambito del processo di valutazione della

tecnologia IEEE 802.16e intrapreso da Telecom Italia: in particolare

si è cercato di sondare i maggiori produttori di chipset per

Introduzione

9

piattaforme di sviluppo di terminali WiMAX mobile cercando di

capire i tempi di disponibilità dei prodotti e le cause dei ritardi

rispetto alle dichiarazioni iniziali.

Nel primo capitolo della tesi viene fatta una panoramica sui

principali aspetti dello standard IEEE802.16e che coinvolgono più

direttamente il funzionamento dei terminali. In più viene fatta una

breve descrizione del processo di certificazione definito dal WiMAX

Forum mettendo in luce le features necessarie per l’ottenimento della

certificazione nelle diverse fasi.

Nel secondo capitolo viene poi fatta una descrizione della struttura

dello stack di trasmissione di un terminale WiMAX e vengono

illustrati i risultati della ricerca effettuata sui chipset disponibili sul

mercato in questo momento, mettendo in risalto le features che li

differenziano.

Nel terzo capitolo viene analizzata la criticità degli amplificatori di

potenza in presenza di segnale OFDM/OFDMA che si rivela la

principale causa del notevole consumo di potenza riscontrato sullo

stack di trasmissione.

Nel quarto capitolo si va poi a descrivere un possibile schema che

assicuri coesistenza all’interno di un handset o di un cellulare del

chipset WiMAX con i chipset Bluetooth e Wi-Fi.