wcs 19 Wireless Metropolitan Area Network

อาจารย์พูดถึง

1 WMAN คืออะไร
-ระบบเครือข่ายไร้สายที่ใช้ระหว่างเมือง
-เป้าหมายหลักของ WMANs
๐ ขยายเครือข่ายมีสายมากกว่า 1 สถานที่ โดยปราศจากค่าใช้จ่ายของ การเชื่อมต่อเคเบิ้ลความเร็วสูง
๐ ให้ผู้ใช้เคลื่อนที่ระหว่างเมืองได้
๐ การเชื่อมต่อด้วยความเร็วสูงในพื้นที่ที่ไม่มีการเชื่อมต่อแบบอื่นเข้าถึง

2 Last Mile Wired Connections ดูรูปหน้า 4
๐ การเชื่อมต่อแบบลาสไมล์ เชื่อมต่อระหว่างผลูกค้าและ ISP ส่วนมากใช้สายทองแดง
๐ สายทองแดงมีการเชื่อมต่อแบบดิจิตอลต้องการสัญญาณที่สร้างไปได้ไกลทุกๆ 6,000 ฟุต
๐ ลาสไมล์ส่งสายโทรศัพท์และข้อมูลมีปัญหาเรื่องพาหะ ต้องสามารถกระจ่ยต้นทุนของการติดตั้งสายในพื้นที่ห่างไกล
๐ ไมโครเวฟใช้ความถี่สูงกว่าคลื่นวิทยุ 3-30 GHz ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รู้จักกันในชือ SHF band
๐ หอกระจายคลื่นไมโครเวฟติดตั้งห่างกันประมาณ 35 ไมล์ หรือ 56 กิโลเมตร
๐ Fixed Wireless คือไวร์เลสที่เป็นการเชื่อมต่อลาสไมล์ระหว่างอาคาร
๐ Backhaul connection เป็นการเชื่อมต่อจุดต่อจุดภายในบริษัท

3 Baseband vs. Broadband
๐ Broadband Transmission การส่งหลายช่องสัญญาณที่ความถี่ต่างๆ กัน
๐ Baseband Transmission ควบคุมสื่อการส่งทั้งหมดใน 1 ช่อง ,ส่งเพียงช่องสัญญาณเดียวในหนึ่งหน่วยเวลา
ดังรูปเปรียบเทียบที่หน้า 8

4 Land-Bases Fixed Broadband Wireless
ส่วนใหญ่เป็นการออกแบบเฉพาะงานหรือใน RF ในการเชื่อมต่อ ต้องการช่องความถี่แบบมีไลเซนส์
๐ solutionS
-FSO
-LMDS
-MMDS

5 Free Space Optics
-ต้องมองเห็น, ไร้สาย, จุดต่อจุด, เป็นเทคโนโลยี LOS broadband
-เป็นทางเลือกที่ยอดเยี่ยมแก่ high-speed fiber-optic cable
-สามารถส่งได้ถึง 1.25 Gbps ที่ระยะ 4 ไมลื (6.4 กม.) ในโหมด full-duplex
-ใน IR แทน RF ส่งด้วย low-power IR ผ่านอากาศ
-FSO เป็นเทคโนโลยี LOS
หน้า 11 รูปตัวรับ/ส่ง FSO ในเครื่องเดียวกัน

ข้อดีของ FSO
-ราคาถูก
-ติดตั้งได้เร็ว
-อัตราการส่ง
-ความปลอดภัยดีกว่าเพราะแสงไม่แพร่กระจายเหมือนคลื่น
ข้อเสียของ FSO
-ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศ
-การเป็นประกาย พูดถึงอุณหภมิและตัวแปรอื่นๆที่มีผลต่อความเข้มแสงเป็นเหตุให้เกิดการรบกวนคลื่นวิทยุ
-เพิ่มกำลังส่งสัญญาณเมื่อเจอหมอก
-การขัดขวางสัญญาณ
-อาคารสูงหรือหอคอยทำให้แสงถูกพัดเอนเพราะแรงลมหรือจากแผ่นดินไหว

FSO Application
-การเชื่อมต่อแบบลาสไมล์ -การเชื่อมต่อด้วยความเร็วสูง กับ ISP หรือ เครือข่ายอื่นๆ
-การเชื่อต่อแลน - การเชื่อมต่อแลนระหว่างอาคาร
-Fiber-optic backup - ส่งลิงค์ซ้ำในกรณีที่เคเบิ้ลพัง
-Backhaul - การเชือ่มมือถือ จาก BS ไป wired ไป PSTN

6 Local Multipoint Distribution Service (LMDS)
เทคโนโลยีการจำกัด broadband ของบริการไร้สายในวงกว้าง เช่น
-อินเตอร์เน็ตความเร็วสูง
-การส่งไฟล์มัลติมีเดียแบบเรียลไทม์
-Remote access ไป LAN
-Interactive VDO, VDO on demand, VDO conferencing
-Telephone service





-สามารถส่งจาก 51 ถึง 155 Mbps downstream และ 1.54 Mbps upstream ผ่านระยะทางมากกว่า 5 ไมล์ (8 กม.)

-ความถี่
๐ ขึ้นอยู่กับความถี่สูง ใช้สัญยาณด้วยพลังงานต่ำ ผ่านระยะทางสั้น
-LDMS ใช้ความถี่ต่อไปนี้
๐ 27.5 GHz และ 28.35 GHz (850 MHz)
๐ 29.1 GHz และ 29.25 GHz (150 MHz)
๐ 30 GHz, 31.075 GHz และ 31.225 GHz

-สถาปัตยกรรม
๐ cells
๐ LMDS ที่จำกัดเทคโนโลยีไร้สายสำหรับอาคาร
๐ ปัจจัยที่กำหนดขนาดเซลล์

# LOS - เชื่อมต่อ LOS โดยตรงระหว่างตัวรับและตัวส่ง
# ความสูงขอบงเสาอากาศ
# overlapping cells ปรับปรุงการเข้าถึงของ LMDS
# ฝนตก - สัญญาณได้รับผลกระทบจากน้ำแล้วความเเรงลดลง

๐ สัญญาณ LMDS กระจายจากฮับวิทยุที่ปล่อยผ่านกลุ่มของพาหะ พื้นที่ที่มี LMDS นั้นต้องใช้ความถี่ที่มี license
๐ ฮับติอต่อกับสำนักงานกลางของ service provider ทำให้สามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่นๆ เช่น อินเตอร์เน็ตได้
๐ ระบบ LMDS สามารถใช้ TDMA และ FDMA
๐ เทคนิค modulation ที่ใช้คือ QPSK และ QAM

ข้อดีของ LMDS
-ราคาถูก พื้นที่ที่ให้บริการ และ จุข้อมูลได้สูง

ข้อเสียของ LMDS
-LMDS ต้องการ LOS ระหว่างอาคาร
-สัญญาณ LMDS อาจถูกรบกวนจากฝนและหมอกได้

7 Multichannel Multipoint Distribution Service (MMDS)
เป็นเทคโนโลยี fixed broadband แบบไร้สายเหมือน LDMS
-สสามารถส่งวีดีโอ เสียงและสัญญาณข้อมูลที่ 1.5 ถึง 2 Mbps downstream และ 320 Kbps upstream ที่ระยะทาง 35 ไมล์ หรือ 56 กม.
- MMDS บางครั้งเรียกว่า wireless cable ที่แพร่ภาพได้ถึง 300 ช่อง
-การเข้าถึงอินเตอร์เน็ตแบบ MMDS เป็นทางเลือกแก่เคเบิ้ลโมเด็มและ ADSL

รูปแบบ
-MMDS hib ถูกติดตั้งไว้ที่จุดสูง ใช้สถาปัตยกรรมแบบ point-to-point ที่เป็นการสื่อสารแบบมัลติเพล็กซ์ แก่ผู้ใช้หลายคน
-หอส่งสัญญาณมีการทำงานแบบแบ็คฮอลแกเครือข่ายของพาหะ และเครือข่ายพาหะจึงติดต่ออินเตอร์เน็ต
-สัญญาณ MMDS สามารถเดินทางได้ในระยะไกล ที่จัดหาบริการแก่ในพื้นที่ด้วย radio transmitters จำนวนหนึ่ง
-ขนาดเซลล์ของ MMDS มีรัศมี 35 ไมล์หรือ 56 กม.
-Pizza box antenna : 13*13" ถูกใช้เป็นตัวรับ เป้าหมายอยู่ที่ฮับรับสัญญาณ MMDS ได้
-เคเบิ้ลทำงานจาก antenna ไปถึง MMDS wireless modem โดยที่โมเด็มสามารถเชื่อมต่อกับเครื่องคอมฯหรือ LAN

ข้อดีของ MMDS
-สัญญาณแรง
-ขนาดเซลล์
-ต้นทุน

ข้อเสียของ MMDS
-ข้อจำกัดทางกายภาพ ต้องการ LOS โดยตรงระหว่างตัวส่งและตัวรับ
-การแบ่งปันความถี่ : ผู้ใช้ต้องแบ่งช่องความถี่กัน
-ความปลอดภัย
-การเข้าถึงเทคโนโลยี

8 IEEE 802.16 (WiMAX)
มาตรฐานของเครือข่าย wireless broadband metropolitan area
-802.16 สนับสนุนการเสริมความสามารถของ MAC Protocol โดยที่ BS สามารถสื่อสารกับ BS อื่นๆ และ สื่อสารโดยตรงกับ SS ได้
-WiMAX Forum สนับสนุนการทำงานของ 802.16 โดยการทดสอบและพิสูจน์เครื่องมือต่างๆ
-WiMAX ย่อมาจาก worldwide interoperability for microwave access

8.2 A WiMAX system consist of
-WiMAX tower เหมือนคอนเซปต์ของ cell-phone tower คือ single WiMAX tower สามารถให้บริการครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ถึง 3,000 ตารางไมล์ (ประมาณ 8,000 ตาราง กม.)
-WiMAX receiver - ตัวรับและเสาอากาศมาในรูปกล่องขนาดเล็กหรือ PC Memory card หรือฝังไว้ในแลปทอปเป็น WiFi access ในปัจจุบัน

8.3 WiMMAX Scenario
หน้า 38 แสดงการทำงานของ WiMAX

8.4 WiMAX Applications
เหมาะกับแอพพลิเคชัน backhaul สำหรับภาคธุรกิจ
-เป็นแอพพลิเคชันแบบลาสไมล์
-สนับสนุน voice , vdo และการส่งผ่าข้อมูล
-เหมาะกับ VoIP
-vendor สร้าง CPE ได้
-สามารถถูกใช้งานเป็นเครือข่าย point-to-point โดย broadband access ให้ถึงชุมชนและพื้นที่ห่างไกล
-WiMAX CPE สนับสนุน TV(vdo), โทรศัพท์(เสียง) และข้อมูลในเครือข่ายเดียวกัน
-WiMAX MAC layer ใช้งานง่ายสำหรับให้พาหะทำงานในเครือข่าย
-ระยะของเครือข่าย WiMAX จะวัดเป็นไมล์
-operator โทรศัพท์มือถือ ใช้เครือข่าย WiMAX ได้ง่าย

9 Standards Family Overview
๐ มาตรฐาน 802.16-2001 และ 802.16-2004 กำหนด interface สำหรับ fixed , point-to-multipoint broadband WMANs
๐ 802.16a ใช้ 2 GHz ถึง 11 GHz band
๐ 802.16c ให้ความชัดเจนเกี่ยวกับประสิทธภาพการทดสอบและประเมินผล
๐ 802.11e กำหนดเพื่อ mobile ของ WiMAX

9.1 Mode of Operation
๐ Non LOS ใช้ความถี่ต่ำกว่า
๐ LOS ใช้ความถี่สูงกว่า

9.2 IEEE 802.16
-ห่าง 50 กม จาก BS
-ความเร็ว 70 Mbps
-ช่องความถี่ 2-11 และ 10-66 (licensed และ inlicensed band)
-กำหนด MAX และ PHY layer และเน้น PHY layer

9.3 802.16 Standards ดูตารางหน้า 44

9.4 802.16 สำหรับ Broadband Wireless Access
-DSL complement

๐ DSL ใช้ไม่ได้กรณี poor copper
๐ DSL OPEX สูงมาก กรณีความหนาแน่นประชากรต่ำ
๐ สำนักงานกลางอยู่ห่างไกลจาก DSL
๐ CLEC bypassing incumbent

-DSL competition ถ้าใช้ ADSL ได้ จะเหมาะสมที่สุด

9.5 some differences
9.6 เปรียบเทียบ 802.11 และ 802.16
ดูที่หน้า 47-48 ตามนั้นเลย

9.7 WiMAX Protocol Stack
-Physical Layer (PHY)
ดูรูปหน้า 52 ประกอบ
ในเฟรมแบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ downlink และ uplink ผู้ใช้ส่งกลับ BS จะขึ้นอยู่กับผู้ใช้ application ที่ต้องการ bandwidth มากน้อยแค่ไหน ต้องการความเร็วเท่าใด ต้องจอง timeslot นั้นโดยที่ผู้ใช้อาจขอว่าจอง bandwidth
,phy layer เน้นมาตรฐาน wirelessMAB-SC (single carrier) และ wirelessMAB-SCa (single-carrier access),
802.16 สนับสนุน non-LOS application

-TDD และ FDD
TDD ใช้ bandwidth เหมือนกันสำหรับ uplink และ downlink ควบคุมโดย timing
FDD ใช้ความถี่ต่างกันสำหรับ uplink แบะ downlink
-OFDM
ขยายมาจาก FDM, ใช้ bandwidth สูงมาก

รูปหน้า 64 แสดงถึง BS เดียวกัน แต่อุปกรณ์ของผู้รับสามารถรับได้หลายแบบ

-MAC Layer
MIMO คือ วิธีการที่เสาอากาศเปลี่ยนใช้หลายๆ ตัวและส่งข้อมูลด้วยประสิทธิภาพที่สูงขึ้น และส่งได้หลาย channel

9.8 สรุป เริ่มตั้งแต่หน้า 71
wireless ทุก protocol ต้องมี frame ในการสื่อสาร
WiMAX ต้องใช้ร่วมกับเทคโนโลยีอื่นๆ เช่นไวร์เลสแลน
WiMAX มีข้อดีที่รองรับย่านความถี่ได้กว้างขึ้น
WiMAX รองรับย่านความถี่ที่ไวร์เลสแลนรองรับไม่ได้
WiMAX รองรับย่านความถี่ที่ไม่รบกวนไวร์เลสได้
** WiMAX เกิดใหม่แต่ต้องใช้กับเทคโนโลยีเก่าได้ และพยายามหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดปัญหา
คาดว่าในอนาคตใช้เทคโนโลยี่นี้อย่างแพร่หลาย
สรุปว่า WMAN เป็นกลุ่มของเทคโนโลยีที่ใช้ไวร์เลสเชื่อมต่อในพื้นที่ขนาดใหญ่เช่น เมือง โดยไม่ต้องวางสายเคเบิ้ล
เทคนิคที่ใช้ใน USA เป็นหลัก
-FSO
-LMDS
-MMDFS
แต่ WiMAX ใช้ได้ทั่วโลก

~The End~
Reference : Wireless# Guide to Wireless Communications Second Edition By: Jorge Olenewa and Mark Ciampa