ETSI

1. www.ETSI.org ETSI 制定之 HiperLAN 概論 High Performance Radio LAN 網路前瞻技術實驗室 卓瑩鎗 卓瑩鎗 SilverGun

2. Outline • 機構介紹 FCC ETSI NCC • 頻帶介紹 • 技術概略 • Hiperlan type I Hiperlan type II • 技術詳述 • TDMA OFDM ATM • =================================== • 複習 • Hiperlan家族圖解 • 與802.11比較 • 結論與心得 卓瑩鎗 SilverGun

3. 聯邦通訊署(FCC) • 在國會通訊法立法之下，於1934年設立了聯邦通訊署(FCC)，為獨立之政府機構，直接隸屬於國會。FCC負責州際與國際的Radio、電視、有線、衛星及纜線之通信。FCC仲裁地區包括50州與華盛頓特區，以及波多黎各、關島、維京群島等託管地區。 • WLAN設備必須遵守FCC之規定。FCC管理WLAN所用的頻帶、以及功率為何、使用何種技術、以及不同WLAN設備所能作業的所在。 卓瑩鎗 SilverGun

4. ETSI組織 • 歐洲電信標準協會為一個獨立性、非營利性的機構，負責制訂歐洲電信標準的組織。ETSI目前擁有688個會員，來自55個國家，其中包含了製造業者、網路業者、電信服務業者、電信管理機構、研究機構、和一般用戶，共同參與這個組織。ETSI的目的在制訂出世界性的標準，讓通訊設備能夠達到互通性，並藉此提供企業更大的商機，且制訂出的標準除必須符合市場需求，也必須符合相關團體的利益。 • ETSI負責歐洲之通訊設備，亦如IEEE之於美國 • ITU 聯合國主管通訊事務的機構 • 政治＆法律問題 卓瑩鎗 SilverGun

5. 他山之石可以攻錯 • 中華民國立法院在10月底前3讀通過NCC組織法，10日下午陳水扁正式簽署總統令，公布成立NCC組織法，各政黨必須在生效後15天內完成委員候選人推選名單，2個月時間內組成委員會，預計NCC可望於明年初開始運作。 • NCC中13位委員中包含，傳播界4席、電信業3席、法律2席、財務2席、消費者代表1席與產業界代表1席。傳媒界略占上風。目前被傳聞出線的人選多半出身學界。 • 國家通訊傳播委員會NCC 卓瑩鎗 SilverGun

6. ISM頻帶 Industrial/Scientific/Medical • FCC規定之ISM主要有3個頻帶，分別在900MHz、2.4GHz及5.8GHz。另有兩個Band分別在24GHz及60GHz，此兩個Band的設備很少 • 在1986年，當WLAN產品開始出現時，幾乎所有設備都使用900MHz頻帶 • 2.4GHz WLAN所用RF元件的價格之所以能夠降低，體積能夠縮小，要感謝1800及1900MHz手機的流行 卓瑩鎗 SilverGun

7. ISM (Industrial, Scientific Medical) 頻道 • 902 ~ 928 MHz • 2.4 ~ 2.4835 GHz • 5.725 ~ 5.850 GHz 卓瑩鎗 SilverGun

8. 無執照頻帶 • 當使用無執照頻帶架設無線系統，不需要向FCC申請頻道與功率之使用。FCC雖定有功率限制，但不需要使用執照。因為不需執照故無相關申請花費。 • 這種無執照的自由也是一個主要缺點。因為你不需執照，別人也不需要執照。假如你加裝了WLAN，隔壁也可裝WLAN，而造成互相影響。而且他家的WLAN若功率較大，相當於一種干擾，故可能會讓你家的WLAN無法運作。 卓瑩鎗 SilverGun

9. HiperLAN2首先突破目前無線區域網路在頻譜利用方面的限制。目前大多數產品都工作在2.4GHz的頻段，其缺點是在此頻段只有80MHz的頻寬段可供使用，而且這一頻段的使用已逐漸擁擠。考慮到2.4GHz頻段使用上所面臨的的限制，世界各國的頻譜管理機構紛紛考慮開放5GHz頻段的分配與使用，例如： • 在美國，5.15~5.35和5.725~5.825GHz內可使用頻段已加寬到300MHz。 • 在歐洲，5.15~5.35和5.470~5.725GHz內的可使用頻段也加寬到300MHz。 • 日本也在考慮類似的頻譜分配。 卓瑩鎗 SilverGun

10. ISM VS UNII • ISM 頻帶的特色是所有的設備都可使用 • UNII頻帶則是純粹作通訊使用 • FHSS(跳頻展頻) ＝>DSSS(直序展頻 )=>OFDM • FCC才在1986年開放ISM • FCC1996年開放 UNII(Unlicensed NII)頻帶 • UNII頻帶在5GHz中共有三段，分別是UNII-1的5.125~5.25GHz，UNII-2的5.25~5.35GHz，UNII-3的5.725~5.825GHz三段 • 5.8GHz微波爐 ? 卓瑩鎗 SilverGun

11. UNII • 輸出功率 ，天線設計 • UNII-1為5.15~5.25GHz，只能做為通訊使用，不見得只有802.11a設備能存在，Bluetooth 2.0及HiperLAN 2都可用這一段頻帶，天線一體成型 • UNII-2為5.25~5.35GHz，亦只能做為通訊使用，其天線不見得必須與設備一體成型 • UNII-3為2.725~2.825GHz，與5.8GHz的ISM頻道的前段有80％重疊 • 新的UNII-2頻段 • 室外網路橋接器的廠商？ 卓瑩鎗 SilverGun

12. 卓瑩鎗 SilverGun

13. Hiperlan家族 • ETSI制定的HiperLAN標準有四個： HiperLAN1和HiperLAN2使用於高速無線區域網路；HiperLink用於室內無線主幹系統；HiperAccess則用於室外對有線通訊設備提供固定的無線接取方式。 • HiperLNA1標準的制定工作已經完成，它使用GMSK的調變方式，與GSM行動電話相同。 • 而HiperLAN2中的調變方式則採用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的技術，在調變技術上是新的突破，也因此提高了無線傳輸的速率。 卓瑩鎗 SilverGun

14. 初生之犢 • HiperLAN2的標準一推出，受到全球各大廠的支持。第一批HiperLAN2的產品於二○○一年上市 • 顯著地提高了傳輸速率，其實體層的傳輸速率能夠達到54Mbps，而使用者實際在使用上的傳輸速率最低也能保持在20Mbps左右，而且能在高傳輸速率下提供QoS控制的能力，對於語音及影像傳輸等應用，提供了新的解決方案。 • 傳輸結構能夠提供各種類型的基礎有線網路(包含乙太網路、IP、ATM和PPP)連接，而且對每一種連接方式都能夠提供安全和加密功能。 • 提供了一套自我頻率管理功能，這是無線區域網路管理上的最新突破，它使得HiperLAN2在實際使用上，其頻率管理變得相當容易而可行。 卓瑩鎗 SilverGun

15. Hiperlan I • 西元1996年 • GMSK調變方式(gaussian modular shift key) • ======上層不在協定之內=========== • 資料鏈結層data link --- 媒體存取控制MAC --- 通道存取控制CAC 實體層physical --- (不是今天探討重點) 卓瑩鎗 SilverGun

16. 通道存取控制CAC • 為了解決資料碰撞collision 必須使用 1碰撞偵測CD  2避免碰撞CA • Elimination Yield Non-Preemptive priority Multiple Access • 消除/生成—優先不可奪取式多重存取 • CSMA : 每一次傳，先檢查通道是否有東西正在傳，如果空閒即可馬上傳，如果正在使用，等待一隨機時間再重新檢查狀態，藉以降低碰撞機率。(沒有優先順序.通訊時間不定) 卓瑩鎗 SilverGun

17. CSMA VS EY-NPMA • EY-NPMA : 支援五種優先權(編號0~4)，每個傳送端都具有一個優先權，彼此競爭通道存取權 • 優先權解析階段(prioritization phase) • || • 競爭階段(contention phase) • || • 傳輸階段 (transmission phase) (只有一個裝置會成功，僅允許連續傳送某個單位時間(random)) 卓瑩鎗 SilverGun

18. 競爭階段 • 又稱為消除階段(Elimination Phase)，所有上一階段下來的Hiperlan裝置會開始發送幾何分布的脈衝，長度在0~12個slot time間 • 脈衝結束後，裝置會開始監聽通道一段時間，確定是否有其他裝置也在發送脈衝信號，有的話就退出競爭行列 • ESVP : Elimination Survival Verification Period • 消除存留校驗時段 卓瑩鎗 SilverGun

19. CSMA EY-NPMA 比較 • 異 : CSMA確保通道存取權公平競爭 EY-NPMA允許高優先權先過 支援某種程度上的real time業務 • 同 : starvation資源匱乏 (EY-NPMA三個階段都會面臨這種問題) 解決方式=>動態改變優先權機制， 增加競爭能力 卓瑩鎗 SilverGun

20. 媒體存取控制MAC • 網路架構 : 點對點Ad-Hoc • 每個節點都要存著RIB(routing information base) • 識別資訊 :  Hiperlan Identifier  character-based hiperlan name • 網路效能問題 : 更新維護頻率 卓瑩鎗 SilverGun

21. Hiperlan II • 調變 : OFDM正交分頻多工 • 語音訊號處理 : DECT(digital enhanced cordless telecommunication) • 資料傳輸 : wireless ATM • 自我頻率管理 • 相容性強 : 行動通訊系統，乙太網路，IP，ATM，PPP等等，每種方式都有對應的加密和頻寬管理機制 • 全球首先納入GPRS UMTS無線網路標準 卓瑩鎗 SilverGun

22. TDMA : 分時多重擷取技術 • TDD : 分時雙工模式 • ======上層不在協定之內=========== • 資料鏈結層data link --- 收斂層Convergence --- 資料連結層DLC 實體層physical --- (不是今天探討重點) 收斂層提供2種不同協定服務 : (packet-based) ; (cell-based) • 網路層若傳一般網路協定，使用封包基礎服務 若傳一般ATM協定，使用ATM細胞基礎服務 卓瑩鎗 SilverGun

23. TDMA • Time Division Multiple Access • 一種使用時槽分割多路傳輸 (TDM) 的數位 (DIGITAL) 無線通訊技術, 將無線電 (RADIO) 頻率切割成為一個一個時槽 (TIME SLOT), 來分配給數個通訊端使用 • 譬如GSM就是 使用 TDMA 來建立通訊 卓瑩鎗 SilverGun

24. 分時多工，是利用時槽的概念，將時間切割頻道，在一段時間內，通話採用某種頻率而在傳送送完封包後，即釋放該頻率給其他需要使用者分時多工，是利用時槽的概念，將時間切割頻道，在一段時間內，通話採用某種頻率而在傳送送完封包後，即釋放該頻率給其他需要使用者 • 1 TDMA易於重新規劃，以適應資料流量、抵抗雜 訊干擾。 2 TDMA每個轉頻器只使用一個載波，因此不會 互相干擾雜訊，衛星轉頻器之傳送訊號功率可 以到達最大極限。3 可以更改每一地面站之脈衝訊號發出時間，因此 每一地面站之負載容量可以更改。 卓瑩鎗 SilverGun

25. OFDM • Orthogonal Frequency Division Multiplexing • 正交頻率多重分割 • 採用一個不連續的多音調技術，將不同頻率之載波中的大量信號合併成單一的信號，而完成信號傳送 • 由於此技術具有在雜波干擾下傳送信號之能力，所以常常會被利用在容易外界干擾，或者是抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質中 • OFDM技術的推出乃是為了提高載波的頻譜利用率，載波相互正交，於是擴頻調製後的頻譜可以相互重疊，因而減小了載波間的相互干擾 卓瑩鎗 SilverGun

26. OFDM技術可實現在5GHz頻段可靠的高速數據傳輸。利用保護時間階段來解決多徑效應產生的干擾，以及藉由時序同步來避免接收和發射之間的頻率誤差，實現可靠正交傳輸。OFDM技術可實現在5GHz頻段可靠的高速數據傳輸。利用保護時間階段來解決多徑效應產生的干擾，以及藉由時序同步來避免接收和發射之間的頻率誤差，實現可靠正交傳輸。 • OFDM除符合數位電纜、DSL、數位化電視，和輸電線聯網產品之使用需求外，也符合IEEE 802.11a 無線區域網路標準。OFDM也被考慮用在4G蜂窩系統 卓瑩鎗 SilverGun

27. FDM與OFDM的頻道分配特徵 FDM的缺點是會浪費頻寬，因為保護頻段無法用來傳送資料，ODFM的 作法是讓頻道部分重疊，但彼此之間不會互相干擾，重疊卻不會干擾 稱之為「正交性」Orthogonality. 卓瑩鎗 SilverGun

28. OFDM的優點與缺點 • OFDM使用多個正交的頻道故頻道之間的區隔可以很小，而節省了頻寬的使用。 • 正交(orthogonal) 意思是指這些小載波雖然重疊性很高，但數學上他是正交的，故彼此不會干擾。 • 頻率偏移(Frequency Offset) 相位雜訊(Phase Noise) • RF的PA (Power Amplifier) 相當耗電。 卓瑩鎗 SilverGun

29. ATM • Asynchronous Transfer Mode非同步傳輸模式 • ATM技術在傳送資料時，先將資料(包括語音、數據以及視訊)切割成一個一個固定長度的封包(cell)，然後利用光纖傳送到目的地。 • 到達目的地之後，再重組回原來的資料。對於語音、數據以及視訊資料都是採取同一種處理方式，所以ATM允許在同一個網路上，同時傳遞不同形式的資料包括語音、數據以及視訊。 卓瑩鎗 SilverGun

30. 實體層 • 類似IEEE802.11a 頻帶5GHZ 速率54mbps • 在高速數據傳輸中使用OFDM的技術，主要在於降低符號間干擾(Inter Symbol Interference)以提高整體傳輸速率。由於在時間擴散環境中，訊號傳送可能經過多個路徑的傳送後才到達目的地，這多重路徑傳送所造成的影響，是先後傳送的符號之間彼此重疊而造成干擾，其嚴重程度往往依傳輸速率的快慢而定，在高速率傳輸時，時間延遲可能佔有傳輸符號相當大的比例，形成所謂的符號間干擾，造成通訊品質的降低。 卓瑩鎗 SilverGun

31. 資料連結控制層DLC • 包括一堆子層 • MAC媒體傳取控制，EC差錯控制，RLC無線連結控制，ACF關聯控制功能，RRC無線資源控制功能，DCC用戶連結控制功能 • MAC : 廣播控制，接入控制，uplink/downlink • EC : 可靠性=>ARQ自動重送機制來進行錯誤資料重送，至於語音等服務可以啟動丟失機制 (神奇點 : 如果需要，可以允許上層程式要求恢復丟失資料) 卓瑩鎗 SilverGun

32. RLC : 這個協定在負責擷取點和無線裝置間的交換控制訊號 (神奇點 : 可以同時請求多個連結鏈路，並且支持不同服務品質) • ACF : 認證，密鑰管理，關聯，加密種子 • RRC : 動態頻率選擇，省電功能，功率控制 監視uplink中許久未發射訊號的裝置，催眠他 • DCC : 建立和釋放用戶連接 卓瑩鎗 SilverGun

33. 收斂層Convergence • 主要功能 : 將上層應用層的服務請求與資料連結層做對應與配對 • 不要小看這些動作=>固定長度資料服務填充，分割重組等等，各式通訊協定的封包格式都在這裡做轉換 • 良好的通透性(transparency) • 兼容性 卓瑩鎗 SilverGun

34. 功能與優勢 • 前向錯誤糾正技術 • 鏈結導向傳輸模式 • 服務品質控制 • 自動頻率分配 • 軟式交遞機制 卓瑩鎗 SilverGun

35. 前向錯誤糾正技術 • 錯誤糾正與編碼 • 19個頻道 上下間隔為20mhz ，每個再分解52子頻道，其中48個傳數據，4個傳送同步導波 • 每一層級都能糾正一定比例的錯誤，以比噪音高得多的信號強度來進行高速率傳送，環境很差時就用較低的信號噪音比(SNR)來進行低速率傳送 卓瑩鎗 SilverGun

36. 鏈結導向傳輸模式 • 在真正進行用戶資料傳送之前，必須先協議，設定通訊頻寬，傳輸延遲等參數 • 針對多媒體無線通訊應用 • 其它無線區域網路 : 大多都是非連結導向通訊協定，也不採用前向錯誤糾正 卓瑩鎗 SilverGun

37. 服務品質控制 • 賦予AP很大的權力 • 掌管，調度，排程資料通道使用權 • 當無線裝置欲傳送資料，必須先傳request給AP，由AP來動態配置資料通道給無線裝置，然後才開始傳送 • Request碰撞訊息都很短，再重新送一次即可，不會影響多大的品質 卓瑩鎗 SilverGun

38. 自動頻率分配 • 無線電資源管理 • 涵蓋範圍重疊的部份 • 室內10~50公尺 室外150公尺 • AP監視周圍的無線電使用狀況，自動選擇未被使用的無線電頻道 • 免於規劃 卓瑩鎗 SilverGun

39. 其他 • 軟式切換機制 : 會先偵測無線裝置handover狀況才切換過去 • 支援多束天線 : 增加C/I(channel to interface) 提高效能 (神奇點 : 可支援七束天線) • 省電機制 : 由無線裝置來設定睡眠期，無線裝置針對反應時間和低功率要求，選擇不同睡眠週期 卓瑩鎗 SilverGun

40. 複習開始 卓瑩鎗 SilverGun

41. 技術詳述 • 在錯誤糾正與編碼技術上，HiperLAN利用了同步和前向錯誤糾正(Forward Error Correction)技術。 • 在其使用的頻譜中共有十九個頻道，每個頻道的頻道間隔為20MHz，每個頻道又再分解成五十二個子頻道，其中四十八個子頻道用於傳送數據之用，其他四個用以做為傳送系統同步導波之用。 • 為使系統同步，HiperLAN2在數據傳送方面採用了數據串行排序和前向錯誤糾正(FEC)的做法。 卓瑩鎗 SilverGun

42. 在其他的高速無線區域網路中，大多並不採用FEC，但在HiperLAN2卻使用了多級的FEC，在每一級都能糾正一定比例的錯誤，以提高整體的傳送品質。在其他的高速無線區域網路中，大多並不採用FEC，但在HiperLAN2卻使用了多級的FEC，在每一級都能糾正一定比例的錯誤，以提高整體的傳送品質。 • HiperLAN2具備偵測傳輸環境的好壞，自動調整FEC和調變的符號波形，以比噪音高得多的信號強度進行高速率傳送，而在環境因素相當不好時，又能以較低的訊號噪音比進行較低速率之傳送。 卓瑩鎗 SilverGun

43. 在數據傳送協定方面，HiperLAN2提供鏈結導向(Connection Oriented)的傳送模式，也就是在真正進行用戶資料傳送之前，進行通訊的兩端便先行建立起鏈結，並事先進行諸如通訊頻寬、傳輸延遲等參數的協議，並保證之後的傳輸不會受到干擾或影響，以達到一定的服務品質(QoS)需求。 • 其他無線區域網路大多是採用非鏈結導向(Connectionless Oriented)通訊協定的做法上，顯然針對多媒體無線通訊應用的需求，給予更多設計上的考慮。 卓瑩鎗 SilverGun

44. QoS的議題很廣，包括頻寬、錯誤率、時間延遲等等。 QoS的議題很廣，包括頻寬、錯誤率、時間延遲等等。 • 行動端發起要求要進行資料傳輸的情況之下，行動端在分配的隨機存取通道特定時間上送出要求資料通道之要求，其他移動終端亦有可能在同時發送訊號而造成碰撞的情形，但由於碰撞訊息都很短，故對QoS影響不大，行動端只要將碰撞的訊息重送便可。 卓瑩鎗 SilverGun

45. 在無線電資源管理與應用上，HiperLAN2具備自動頻率分配的能力。為實現連續的涵蓋範圍，AP收發訊號之涵蓋範圍都會有重疊的地方。AP監視其周圍的HiperLAN2無線電使用狀況，並自動選擇未被使用的無線電頻道使用，這樣的功能免除了對無線電頻率使用之規劃，使得系統的架設變得相對容易。 • 當一個移動終端由一個AP漫遊到另一個AP的涵蓋範圍時，如果在另一個無線電通道上偵測到更好的通道時，則它會開始切換到新的AP，新的AP從原先AP獲得移動終端連接的狀況並繼續進行通訊。 卓瑩鎗 SilverGun

46. 在通訊保密方面，HiperLAN2具備了安全通訊的能力，進行的方法是首先使用Diffe Hellman密碼交換協定交換秘密通訊密碼，而後通過秘密通訊密碼或公開密碼完成移動終端與AP之間的交互認證 • 無線區域網路技術與產品勢必將往更高的傳輸速率發展，而由於頻譜使用的狀況在900MHz、2.4GHz已逐漸擁擠，將會往更高頻率以及更寬頻寬發展。在HiperLAN2的54Mbps、5.GHz之後，相信還會出現性能更為優異的標準與產品 卓瑩鎗 SilverGun

47. 複習結束 卓瑩鎗 SilverGun

48. Hiperlan家族圖解 卓瑩鎗 SilverGun

49. HiperLan/1 • 頻段：5 G • 速率：23.5 Mbps • 距離：50 M • 用於高速的區域網路 • 調變方式 • GMSK: 23.5 Mbps 卓瑩鎗 SilverGun

50. HiperLan/2 • 頻段：5 G • 速率：54 Mbps • 距離：50 M • 用於高速的區域網路 • 調變方式：OFDM • 特色: • 高頻寬 • 連結導向 • ＱｏＳ • 自動頻道分配 • 安全機制 • 支援省電模式 卓瑩鎗 SilverGun