WiMAX.t].psV2009-04-12 Ace Liu

© USI proprietary and confidentialASE Group

行動WiMAX系統設計最新動向行動WiMAX系統設計最新動向

V.1.0 2009-04-12 環隆電氣

無線通訊產品事業處

劉尚淳

© USI proprietary and confidential 2

前言

• 電信服務業務的新趨勢– 純語音服務 →→ 數據服務(IP 型態)– 固網方式 →→ 行動與固網之結合

• 頻寬需求的變化– 窄頻 →→寬頻(骨幹與接取網路)

• 服務內容的多元化– 語音或文字(單一型式) →→多媒體– 被動式資訊擷取→→互動式、隨選

方式• 多元服務(Multi-Service)網路架構之

建構– Multiple Single service Networks

→→Single Multi-service Network


寬頻的定義

利用先進通信技術，提供高頻寬與高速度之連線品質，取代

傳統窄頻網路，有效整合語音服務、數據服務及影像服務，

利用充足之頻寬，擴大網際網路之應用 (如: 多媒體及電子商

務)，讓使用者享有高速頻寬，創新、多樣化的電信服務，真

正體驗出天涯若比鄰的撼動。

寬頻的應用服務

高品質的寬頻網路建設提供多樣超值的寬頻電信服務。消費

者無論在電話通信、上網擷取資訊、或觀賞多媒體影像、及

互動式影音娛樂..等，都可享受前所未有的聲、光、影音效果

與服務品質，體驗超高速完美通信生活。

何謂寬頻


通訊科技之演進及服務應用之簡介

• 通訊科技演進之原動力

• 通訊科技演進之概說

• 通訊網路架構圖

• 通訊服務趨勢之走向


通訊科技演進之原動力

• 使網路具有提供新業務的能力,讓服務收費不侷限於傳統之語音及數據業務

• 降低網絡建置成本和維運成本，採用新技術和新設備更新傳統設備

• 優化網路資源, 採用融合的多業務IP傳送網絡提供多種業務的承載能力

• 提高網路的抗災能力, 使網絡有更高的可靠性和異地備援能力

• 使網路可彈性配置, 且有更好之維護機制、以提高運營商對網路管理之能力

• 通信協定國際標準化(例如不須換機換號即可國際漫遊), 以利網路之互通


通訊科技演進之概說(1/2 )

• SONET, SDH, DWDM, OXC• TDM switch, X.25, Frame Relay, ATM switch, NGN VoIP soft switch• Cable-based system• XDSL (ADSL, VDSL, etc.), • 1G/10G Ethernet system • 有線與無線混合系統，包括 multipoint multimegabit distribution service

(MMDS) and local multipoint distribution service (LMDS) • 光纖用戶迴路 (such as, FTTC、FTTH, FTTB, FTTx)• 衛星直播系統(such as, Direct PC)• AMPS, CDMA, 3G CDMA2000, EVDO, GSM, GPRS, EDGE, 3G

UMTS/WCDMA, HSDPA, TD-SCDMA, B3G/4G• Fixed/Wireless Convergence, IP migration• WLAN (WiFi) 802.11, WiMAX 802.16


WMN

Mbps 1 10 1000,1

Out

door

Fixed

Walk

Vehicle

Indo

or

Fixed/Desktop

Walk

Mobility

3G/UM

TS

WLA

N

802.11g

LAN

802.11a

802.11b

Bluetooth

DECT

2G/GSM/GPRS/EDGEAMPS

4G/WiMAX

通訊科技演進之概說 (2/2)


寬頻接取網路架構

• 接取網路提供最後一哩的資料傳送到用戶端，通常也是資料傳輸的瓶頸所在

• 接取端通訊協定

– Switched vs. Shared Access• 傳輸層通訊協定

– ATM vs. TCP/IP• 有線接取方式 vs.無線接取方式


通訊服務趨勢之走向網路融合為網路演進的結果網路簡化、服務多元化

透過IP技術達成核心網路的融合透過支援Multi-service實現接取網路的融合

多元化的服務：應用與其他因素的搭配接取網路（電信網路、電腦網路、廣電網路）設備（行動電話、NB、TV）使用者（企業、個人、家庭）服務提供者（Operator, ISP, CP）法規

Internet

PSTN

1G

網路融合

2G 2.5G

廣電網路

電信網路與IP網路融合

廣電網路與IP網路融合

3G

Triple Play

Voice

Data

Video

Data

Voice

Data

Voice

Video

VoIPApplication

IP-based Video Application

now資料來源：工研院IEK-ITIS計畫(2005/11)

3.5G

4G

3.75G

3.9G


WiMAX 系統介紹


16e 的新增功能及優點

• OFDMA – 結合了時分和頻分多址技術。終端可以在上下行鏈路中只使用幾個子載

頻，所以將發射功率集中在這幾個子載頻內• 行動式WiMAX採用端對端網路架構

– 兼具模組化、彈性、擴展性與延伸性，並滿足安全性、行動性、服務品質(QoS)與服務應用等功能的考量下，定義WiMAX端對端的網路系統架構

• 訊框架構 – PUSC/FUSC• 區段與基地台規畫 –

– 部分頻譜重用(Fraction Frequency Reuse)• 排列及排列區間• MIMO天線技術提升傳輸品質• HARQ快速反應錯誤並重傳• MAC加強行動特性• 收斂子層支援IP封包• 通用子層新增服務類型

– Hand Over, Sleep, Idle and Ranging code• 安全子層進行把關動作


WiMAX網路架構功能 (一)

•在服務和應用方面，須要支援語音、多媒體服務、緊急求助電話和監聽服務。此架構須獨立於服務提供者，以應付多變的應用，並能在服務等級協議(SLA)基準下，提供資源管理和不同業者之間的溝通標準。為了現有的多媒體服務能繼續服務，須將現有的多媒體閘道器轉換成IP網路上的資訊，以順利地在WiMAX網路傳送，並提供IP網路的廣播(Broadcast)和群播(Multicast)服務。

•在安全方面，以802.16安全為基礎，在移動台(MS)和WiMAX網路之間必須要有強壯和永久的認證機制，以合理長度的金鑰機制，保証資料的完整性、機密性和不可否認性(Non-repudiation)。此架構並能支援虛擬私人網路(VPN)或現有的IP網路的安全機制。

•在移動方面，不能妨礙不同技術間的換手(Handover)，如WiFi、3GPP、3GPP2和DSL等，此架構須要支援IPv4和IPv6網路，而MS可以擁有多個IP並同時使用IPv4和IPv6的服務。需在以車速行進間，達成無間隙(Seamless)的換手，為了達成路由最佳化和負載平衡，此架構須提供動態HA(Home Agent)功能。


WiMAX網路架構功能 (二)

•在服務品質(QoS)方面，須要支援不同等級的QoS，如不同使用者的QoS或不同服務流(Service Flow)的QoS，還有許可控制(Admission Control)和頻寬管理。

•在擴展性和延伸性方面，WiMAX架構須讓使用者可自動或手動決定網路服務的提供者，並包含多樣的連線方式，如無線或有線。可支援不同規模的基地台(Base Station, BS)，如Pico、Micro和Macro BS，提供彈性的布建方法，可有效分配頻寬和負載平衡。

•至於在管理方面，依據公開工業標準和IP標準，作為客戶端管理。

•最後是效能方面，須提供檔頭壓縮，或承載資料(Payload)壓縮。

•從上面所列的功能來觀察可知，為了支援可移動的IEEE 802.16e，WiMAX後端的骨幹網路結合了許多現階段IETF參考標準或現有的網路協定，並加上無間隙的換手功能，實現可移動的IP無線網路，並做到不中斷的資料流，才能呈現WiMAX完整的網路架構。


WiMAX網路架構實體• 如圖所示，RP R1指的是在MS和ASN之間，實體空氣介面上的通訊協定和程序；RP

R2指的是在MS和CSN之間的通訊協定和程序，用以認證、授權服務和IP設定管理。這個路徑指的是邏輯上的路徑，並不是實體路徑；RP R3指的是在ASN和CSN之間的控制和流程協定，支援AAA決策實行和移動管理能力。並且包括承載資料平台間的通道建立，用以傳輸在CSN和ASN之間的資料封包；R4包含控制和承載資料協定的流程，負責協調在不同的ASN之間的移動管理；R6包含控制和承載資料協定的流程，負責溝通BS和ASN–GW的路徑。藉由相關的通訊協定，根據MS移動觸發的事件，建立、修改和刪除資料路徑；R8指的是在BS之間中，一連串控制訊息的通訊協定和流程，以確保快速並穩定的MS換手程序。並在換手程序中，利用彼此之間的控制協定，可允許BS間資料流暫時的流通。


Profile A架構


Profile B架構


Profile C架構


16e Profile架構比較

1.多餘的RRM控制訊息2.多餘的換手控制訊息

1.易發展pico等級的BS2.不同廠商ASNGW和BS

互通較容易3.明顯的IP核心網路與無

線資源管理

1.分散式2.分為ASNGW和BS3.換手控制在BS4.RRM在BS

Profile C

1.IP和無線資源分工不清楚2.大量布建花費較貴3.無R6介面

1.架構簡單2.適合少量布建

結合ASNGW和BSProfile B

1.ASNGW負擔較重2.不同廠商ASNGW與BS

互通較困難3.製造者較少

1.易發展pico等級的BS2.可支援Soft換手3.較少的RRM控制訊息

1.集中化2.分為ASNGW和BS3.換手控制在ASNGW4.RRM在ASNGW

Profile A

缺點優點描述ASN Profile

WiMAX網路技術規範Release1.0版於2007年3月正式發布，重點放在R2、R3、R4和R6介面的說明，當介面開放時，各家廠商將會投入研發能量，目標則是將產品導入WiMAX產業鏈中。目前R2/R3/R4介面將實作於IP核心網路的設備，所以目前電信業者為了與已存在設備相容，架設WiMAX核心網路時會優先使用較大的廠商所提供設備，如北電(Nortel)、諾基亞(Nokia)和摩托羅拉(Motorola)等廠商，而規模較小的廠商可能就以R6介面為切入點，製作BS與各大廠的ASN-GW相接，擴展WiMAX BS的市場。

從架構圖可以發現Profile A和Profile C很類似，都將ASN的功能分成ASN-GW和BS，而Profile B 沒有ASN-GW和BS的關念，所以在這三種Profile架構圖中可以看出，不同的Profile有不同的優缺點


HSDPA

• 要注意的是，3GPP R5標準並非完全只在訂立HSDPA的技術規範，其中也開始引入IP多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem；IMS），只是在市場行銷推展上HSDPA是更顯要的重點。同樣的，3GPP R6標準中也不光是只有HSUPA，雖然HSUPA是R6中的關鍵提升，但除此之外還有其他相關提升，包括：整合WLAN網路的運作，增加多媒體廣播多播服務（Multimedia Broadcast Multicast Service；MBMS）、將原有IMS進行強化，例如增加了PoC（Push to Talk over Cellular）、GAN（Generic Access Network）等等新功效機制。

•

3.5G+ 系統介紹


• 緊接在HSDPA之後的是HSUPA，HSUPA的全稱為High-Speed Uplink Packet Access（高速上行封包存取），很明顯是與HSDPA對稱的強化設計，HSDPA是強化原有3G（WCDMA）的下行傳輸速率，而HSUPA則是強化上行傳輸速率，按理HSDPA與HSDPA應當同時登場，不過依據應用與市場的需要，提升下行速率的重要性優先於上行，所以先推出HSDPA，之後再提出HSUPA，HSUPA也俗稱3.75G。

• 在原有的WCDMA上，上行速率只有384kbps，而增入了HSUPA後上行速率最高可以到5.76Mbps。且從3GPP（3rd Generation Partnership Project）的官方正式標準來看，WCDMA為1999年發佈的3GPP R99（附註1）與2000年發佈的3GPP R4（附註2），而HSDPA則為2002年發佈的3GPP R5，至於HSUPA則是2004年發佈的3GPP R6。

•HSUPA


HSDPA vs HSUPA• 至上下行速率不是？此，各位可能會有另一個疑惑：HSDPA將下行提升到

14.4Mbps，但HSUPA只將上行提升到5.6Mbps，如此依然是不對稱的對此答案是肯定的，無論就技術或應用而言，都不容易、也不必要達成上下完全對稱一致的設計。

• 除了理論極限速率不同之外，HSUPA與HSDPA間還有其他的不同嗎？答案一樣是肯定，HSDPA的多種加快下行速率的手法中，有一種是採行新的調變方式（對WCDMA系統而言是新的，過去未曾有過的），即是使用16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）調變，相對的HSUPA並沒有使用此一新調變手法，依舊是用過去WCDMA原有的調變方式：QPSK（Quadraturephase-shift keying）。

• 也因為依舊只使用QPSK調變，不像HSDPA可以選擇用過去的QPSK或新增入的16QAM，所以HSUPA也就沒有「可自我因應、適應的調變與編碼機制」（Adaptive Modulation and Coding；AMC）, 因為沒有其他調變方式可選，自然不用因應調整。

• 此外，HSDPA的傳輸時間間隔（Transmission Time Interval；TTI）為2mS（毫秒），HSUPA一般為10mS，但也可選用2mS。傳輸通道的類型上HSDPA屬於共享式（Shared），HSUPA則是專屬式（Dedicated）。再者，HSDPA的分組排程以容量分配為主，HSUPA則是以功率控制為主；HSDPA在下行時不支援軟性換手，但HSUPA的上行則支援軟性換手。

• 除了差別外，事實上HSDPA與HSUPA也有許多共通點，否則在技術命名時也不會如此對稱，HSDPA與HSUPA都使用新建立的通道來傳輸，而不是使用原有WCDMA的通道，同時兩者也都支援HARQ（Hybrid Automatic Repeat-reQuest）。


• 在HSDPA、HSUPA之後的是HSPA+，或寫成HSPA Plus，同時也有人稱為HSPA Evolved，所謂HSPA+即是原有HSPA的加強版，而HSPA正是同時指HSDPA與HSUPA，預估HSPA+將列入官方正式標準的3GPP R7中，3GPP R7的技術規格標準預計今（2007）年就會正式頒布。

• 就目前而言HSPA+的具體提升內容並不詳確，不過最受人重視的依舊是速率方面的表現，HSPA預計會再次將上下行的速率再次提升，下行增至28Mbps，上行增至11Mbps，等於將原有HSPA的速率進行倍增。

• 同樣的，3GPP的官方標準不可能只納入HSPA+一項新技術，與HSPA+一同納入3GPP R7的技術推測將有：天線陣列（Antenna Array）、Beamforming、多進多出（Multiple-input multiple-output communications；MIMO）。

• 值得注意的是，HSDPA現階段的理論極速：14.4Mbps也不是最終目標，而只是第一階段（Phase 1）的目標，下一階段預計把下行速率增至42Mbps，此一規劃很可能列入HSPA+中實現，然42Mbps又比HSPA+設定的28Mbps高出甚多，此一預期能否達成仍多所疑問。

•HSPA+


•在HSPA+之後的將是HSOPA，全稱為High-Speed OFDM Packet Access，顧名思義這將是3G系統首次採用正交分頻多工（Orthogonal frequency-division multiplexing；OFDM）調變技術，此外HSOPA也被人稱為Super 3G，HSOPA將是升級至3GPP LTE過程中的一個部分。也因為使用OFDM調變，等於將「空中介面系統，Air Interface System」完全翻新，原有的空中介面系統將無法再相容延續，採行HSOPA預計須大幅更替、換新原有的3G系統設備。

•HSOPA的原初提案者是北方電訊（Nortel），除了運用OFDM技術外也會使用R6階段就導入的MIMO，讓3G基地台系統可擴增10倍以上的用戶服務數，並在因應每一個用戶端服務的功耗成本將更低，且預估相同的5MHz通道內能夠有37Mbps的下行傳輸率。

•HSOPA與之前的3G系統相比（也含HSDPA、HSUPA等），在頻寬的調配上更具彈性，原有的頻寬固定為5MHz，新的HSOPA則允許1.25MHz〜20MHz間的縮放調整，在頻寬利用率上要比3GPP R6好上2〜4倍，同時尖峰的下行速率將達100Mbps，上行則達50Mbps。

•再者，傳輸延遲（Latency）的時間也縮短，從RAN到終端用戶間的時間約20mS，此表現與同時使用HSPDA、HSUPA的系統相近，但卻大大超越最原初的WCDMA（不具備HSDPA、HSUPA）。也因為自HSOPA開始速率又再次大幅拉升，使得前端應用層面也開始有更高層次的主張，在Triple Play之後改提倡Quadruple Play，即是除了原有的Voice、Data、Video外，再加上高速互動性的應用程式，更簡單地說即是跳脫過去純傳輸資料的工作，也開始用充沛的頻寬支援分散式、網路式執行的應用程式。

•HSOPA


•在HSOPA之後的就是3GPP LTE，LTE的全稱為Long Term Evolution（長時間演化、長期改進），是進入4G前的最後一個階段，也等於是3G的最末尾一次的技術提升。要提醒的是，，3GPP LTE只是一個俗稱，並非正式的稱呼，3GPP LTE的技術提案預計會列入3GPP R8正式標準中。

•就目前所知，3GPP LTE會強化無線頻譜資源的利用率，在每20MHz的頻寬內可以達到100Mbps的下行傳輸速率，以及50Mbps的上行傳輸速率，並且在每5MHz的頻寬內可以同時服務達200個通話使用者。在小型IP封包的傳輸上其傳輸延遲能低於5mS，言下之意是加速傳輸的反應速度。

•同樣的，3GPP LTE與之前談論的HSOPA一樣，講究頻譜資源的運用、調度彈性，每個通道允許1.25MHz〜20MHz不等的調整縮放。另外，基地台方面將針對5公里、30公里等覆蓋距離進行最佳化，並最遠可以達100公里的覆蓋距離，在100公里的距離內仍然能夠有可以接受的傳輸速率。進一步的，3GPP LTE也會強化與過往系統（即是指GSM、GPRS、WCDMA等等）的共存並用性。

•除這些外，3GPP LTE將是一個完全以IP方式運作的無線行動網路，此稱之為「All IP Network；AIPN」，不像現有的3G系統是在交換式線路運作外再部分加搭IP式網路來提供數據、多媒體服務。此外在空中介面方面也換新，預計3GPP R8會改用E-UTRA（Evolved UTRA，UTRA為UMTS Terrestrial Radio Access），原有的3G則是用UTRA，同時也如HSOPA般使用OFDM調變，包括下行部分可以使用QPSK、16QAM、64QAM等調變方式，上行則允許使用QPSK與16QAM，這些都比HSDPA、HSUPA更為進步。

•3GPP LTE


2G/3G 的技術演進


• WiMAX關鍵因素– 3GPP2與WiMAX藍圖中，都規劃在2010年前後大舉切入市場，並提供類似的頻寬及行動性。未來將

不是單純之3G與WiMAX之爭，而是3G+Wi-Fi與WiMAX+Wi-Fi之爭。

– 在大部分歐洲國家，2.5GHz已經發給3G業者，所以WiMAX無法在此頻段提供服務

– 參與WiMAX技術之大廠利用跳蛙策略，希望藉由WiMAX的OFDMA及SOFDMA優越 Performance，直接跳過3G Mobile Data Access 的價值，因此最大挑戰在於電信市場的獨立垂直整合價值鏈。

至此，相信各位已可明顯感受到：3.xG與Mobile WiMAX間的濃濃火藥味，WiMAX早在2004年標準（IEEE 802.11d）就納入OFDM，並完全取代更早先的WiMAX標準（IEEE 802.16a），這使得3G必須在HSDPA、HSUPA、HSPA+之後也開始引進OFDM。同樣的，WiMAX開始將MIMO納入選用功效後也同樣逼迫3G加速納用MIMO技術。

除此之外，WiMAX是資訊陣營發起的標準，一起頭就採行完全IP化的運作，3G為了競爭，同時也為了強化數據與多媒體方面的服務，在後端架構中逐漸納入IP運作，但主體與前端仍是傳統電信的交換式網路，如此也使3G必須往全面IP化的方向演化。所以，「OFDM調變、MIMO組態、全IP化運作」等是3G與WiMAX所一致發展的方向，也是強化無線通訊的不二法門，目前來看似乎WiMAX的技術較為領先，然而3G卻有市場先佔優勢，不過各位也認為3G與WiMAX技術先進，事實上早在Wi-Fi的IEEE 802.11a就已經用上OFDM，如今各種新技術只是相同手再精進而已。同樣的，MIMO也在PHS系統上早有運用，如今新的Wi-Fi（IEEE 802.1n）也採用WiMAX,3G也採用。

因此，3.xG與Mobile WiMAX之間的競賽其實是時間的競賽，誰能在時間內達到更優異的技術表現、更低廉的建置成本、營運成本、更大的市場規模，誰就能勝出。因此，HSDPA將讓行動電話營運業者（Operator）與無線網際網路服務供應商（Wireless Internet Service Provider；WISP）間的競爭也會更加激烈，未來兩者間的差別將愈來愈小，且在競爭與整併的過程中，WISP可能會佈建更多的Wi-Fi基地台，或佈建WiMAX基地台來迎戰WCDMA/HSDPA。


行動WiMAX系統架構設計與規格剖析

資料來源：資策會


WiMAX Devices Evolving

SiP ModuleOn-board Design

Mini Card(MC/HMC)USB

Express Card (EC)Others

Outdoor ModemIndoor Modem/IAD

WiMAX Devices

Form Factor


目前WiMAX 16e 技術上遇到的問題

• 從M-Taiwan & US Sprint Deployment Status 知道:

–WiMAX骨幹 (Backbone)建設還未成熟

–WiMAX 網路涵蓋範圍不夠廣

–基站 (BS ) 安裝密度不夠

–用戶端 (MS）的發射功率不夠大

–基站/用戶端相容性(IOT)問題已逐漸解決, 所以使用在固定式(Fixed )的應用已沒甚問題,但Hand Over, HARQ, QoS, Network Management 還是使移動式(Mobility)沒法發揮16e的功效,這個問題尤其發生在大都會16e的佈建

–電源消耗功率 ( IC製程的演進及智慧型電源管理的應用 )

–導入16m and 16j 是否能加強16e 的功能


• 在都會區的最後一哩面臨現有寬頻有線網路ADSL/FTTH/Cable Modem的競爭

• 現有的 3G+卡產品, 如HSDPA, HSUPA, HSPA+也逐漸增強在資料Data上載/下載(Uplink/Downlink ) 的流量, 基站（Base Station )在這部份上的昇級也逐漸在進行, 其傳輸速度即可接近 WiMAX ( HSxPA現有技術的延伸是3G 業者想採用的, LTE也是未來的4G標準 )

• 受全球金融風暴, 經濟不景氣, Operator/Carrier也會拖延 WiMAX的怖建計劃, 消費者也會對新產品比較保守

• WiMAX設備價格影響市場大小

• WiMAX 相關應用的產品尚未到位

目前WiMAX 16e 應用環境上遇到的問題


Mobile Technology Evolving

NOW


Future Mobile Technology – 4G

Verizon, AT&T

Ericsson, Nokia

2010

1.25~20Mhz

100Mbps

250Mbps

OFDMA (DL)/Single-Carrier OFDMA(UL)

3GPP

Long Term Evolution

LTE

(Nil)

Qualcomm

2009

5, 10Mhz

75Mpbs

288Mbps

OFDMA

3GPP2

Ultra Mobile Broadband

UMB

5,10,20MhzBW

KT, Sprint, KDDIMain Operators

WiMAX ForumCamp

Intel/SamsungTechnology Provider

2010Estimate Commercial Schedule

75MbpsUL Peak

100MbpsDL Peak

S-OFDMABase Standard

WiMAX – 802.16m

Source: WiMAX Forum, 3GPP, 3GPP2,


Today’s Mobile TechnologyAttribute TD-SCDMA 1xEVDO Rev A HSDPA Mobile WiMAX (WiBro)

Base Standard WCDMA CDMA20004S-95 WCDMA IEEE 802.16e - 2005

Duplex Method TDD FDD FDD TDD

Downlink TDMA TDM CDM-TDM

Uplink CDMA CDMA CDMA

BW 5MHZ 1.25MHz 5.0MHz Scalable 5,7,8.75,10Mhz

Frame Size DL TBD 1.67 ms 2ms

DL TBD 6.67 ms 2,10ms

Modulation DL QPSK/8PSK/16QAM QPSK/8PSK/16QAM QPSK/16QAM QPSK/ 16QAM/ 16QAM

Modulation UL BPSK, QPSK/8PSK BPSK, QPSK/8PSK 8PSK/QPSK QPSK/ 16QAM

Coding Turbo Turbo CC, Turbo CC, Turto

DL Peak 3.1Mbps 3.1 Mbps 14 Mbps46 Mbps, DL/UL=332 Mbps, DL/UL=1

(10 MHz BW)

UL Peak 900K 1.8 Mbps 5.8Mbps7 Mbps, DL/UL=14 Mbps, DL/UL=3

(10 MHz BW)

Main Operators China Mobile Verizon Main GSM operators inthe world KT, Sprint, KDDI,

Source: WiMAX Forum, 3GPP, 3GPP2, 2008

OFDMA

5ms TDD


16m Technology Overview• Duplex scheme – Both TDD and FDD• Normalized peak data rate

- DL >= 8.0 ( bps/HZ )- UL >= 2.8 ( bps/Hz )

• Max. data latency – 10ms• Max. handover interruption time

– Intra-frequency: 30ms– Inter-frequency: 100ms

• Modulation – DL : QPSK/16QAM/64QAM– UL : QPSK/16QAM

• Bandwidth ( BW ) – 5/10/20Mbps• Multi-antenna transmission

– DL MIMO 2 x2 ( Matrix A & Matrix B )– Beamforming ( 2 x 2 )– UL Collaborative SM for two MSs with single antenna

• Control Signaling– DL: Compressed MAP with sub-maps– UL: Initial/Periodic/Handover ranging, Bandwidth Request, Fast

Feedback/CQI channel, Sounding


應該儘快導入16m & 16j• Multihop relay (MR) network has the following benefits:

– Throughput Enhancement

– Coverage Extension

– Save MS Power

– Load Balancing

系統複雜度增加設備價格較便宜布建快速布建範圍完整Auto Configuration

中繼站

設備價格貴功能完備布建範圍完整

基地台

干擾訊號一併放大布建範圍不完整

設備價格最便宜布建快速

功率放大器

缺點優點

現行WiMAX網路系統布建方案之比較


New IEEE WiMAX Standards的加入

• 2007年3月完成初版Requirement

• Next generation of WiMAX2• 將投入 ITU 競爭 4G 標準

802.16m

• 2007年3月對D4進行Revcom

• Bridging extension for 802.1D to WiMAX802.16k

• 2007年8月完成D1• 預定2008年3月發

表

• Multi-hop relay for WiMAX• Compatible to 802.16e MS802.16j

• 2007年3月對D1進行 Sponsor Ballot

• 802.16f 管理資訊基底 (MIB) 的修訂與補充

• 支援 802.16e 無線網路管理802.16i


• 改善 WiMAX Radio Access 機制供免執照頻寬 (Unlicensed Band) 運轉之用

802.16h


• 定義管理面相關流程與服務 (如系統管理、資源管理、交遞管理、互通性測試等等)

• 用於 WiMAX 網路管理之用

802.16g

• 2005年12月標準發表

• 定義管理資訊基底 (MIB)• 支援 802.16-2004 無線網路管理

802.16f

狀態內容項目


Relay Topology (defined in 802.16j)

Source : IEEE 802.16j TG

In-building Coverage

Coverage on Mobile Vehicle


16j Categories

• Frame structure• Network entry / Connections & addressing• BW request• Construction & transmission of MAC PDUs• Measurement & reporting• Mobility management• RRM, Scheduling & Interference control• Security• HARQ• Modulation & coding, AAS / MIMO• Others: Definitions, Evaluation methodology• Hardware cost is similar with Mobile Station


WiMAX殺手級應用剖析Source : XOHM

• 2G/3G cellular + 16e 手持式裝置• 持續取代傳統 MMDS/LMDS 與 Propriety BWA 的市場 ( 長

距離 Backhual 應用 )• Mobile TV/ VoIP /Skype /Goggle Phone 的應用


AAA

PDG

WiMAX使用者及電信業者需求考量


Top 10 Worldwide 16e WiMAX Deployment Investment

Source: WiMAX Forum

5.Bayannt Al-OulaUS$100M

1. SprintUS$5,000M

6. BSNLUS$1,000M

3. KDDIUS$3,800M

2. TaiwanUS$660M

7 Summa TelecomUS$100M

7. BurraqUS$80M

9. Sacrtel

10. EmbratelUS$3,000M

.8. Enforta

4. TATA

.KT Wirbo


Top 7 Global WiMAX Operator Investment

$1,000Telsima, SOMA, MOTO, SamsungBSNL, TATA, RelianceIndia

Source: World Carries, 2007, Complied by MIC, Novenber 2007The latest figures will be updatedThe Investment Assumed before 2010

$80Alcatel-Lucent, HuaweiBurraqPakistan

$100Samsung, ZTEBayannt, Al-OulaSaudi Arabia

$100Samsung, Alcatel-Lucent, HuaweiScartel, Summa TelecomRussia

$660Motorola, NEC, Alvarion, Nortel, Alcatel-Lucent

大眾電信, 創一投資, 威邁思電信, 大同電信, 遠傳電信, 威達有線電視

Taiwan

$3,800Fujitsu, SamsungKDDI( UQC )Japan

$5,000Motorola, Samsung, NokiaSprint/ClearWireUSA

Investment (US$ million)BTS VendorOperatorsCounty


4 Angles To Evaluate A Technology

– Spectral Efficiency* Increase without modifications to antenna systems* protocol and scheduling efficiency

– License Bands* paired / unpaired, FDD / TDD, use of scattered allocations

– Compatible dimensions and frequency bands– MIMO systems

* Space Time Coding (STC) to increase range* Spatial Multiplexing (SM) to increase capacity

– Smart Antennas

– Operator Profile* Greenfield or existing network

– Area Profile* Urban/suburban/rural* Indoor hot spots (pico / femto cells)

Antennas

Sites

Spectrum

*Source: “Next Generation Mobile Networks”, NGMN White Paper, Dec. 2006

Capacity

Coverage

Complexity

Cost

1

2

3

4


Technology ChoicesLTE is targeted to exceed HSPA and mobile WiMAX in all aspects,

but now WiMAX and HSPA still have advantage in timing leading

Cost

Complexity

Coverage

Capacity

LTEWiMAXHSPA

1

2

3

4

Source: 2008 WPBU “4G technology” by Ace; 2007 Altran Technology & Media, A Consulting Firm founded by MIT professor Arthur Dehon Little


Conclusion – Technology

• WiMAX has advantage in capacity limited scenarios– higher peak data rate– higher spectral efficiency– higher average date rate available per user

• HSPA has advantage in coverage limited scenarios– greater link budget and MAPL– greater cell range and area– more users covered per cell/sector

• LTE aims at gaining advantage over HSPA and mWiMAX in all areas – capacity, coverage and complexity

• All three technologies have their place and will co-exist in the mid-term, but 3GPP driven technologies appear firmly in the lead

• Improvements in technology performance and resulting link budget (e.g. 802.16m) can give advantage to WiMAX particularly for Greenfield operators –but LTE will have advantage of 3GPP heritage

• 3GPP and 3GPP2 networks will migrate towards OFDMA technology (e.g. LTE, CDMA Rev. C)


行動WiMAX新興市場商機

• 第三世界國家, 寬頻基礎缺乏, 即需 WiMAX當作經濟實用的Internet網路, 又俱有 VoIP與QoS的功能

• 發展中國家, 有線寬頻建設來不及, 直接切入WiMAX網路是最快又最有效建置

• 已發展中國家, WiMAX提供給第二類電信業者一個與3G業者競爭業務的機會

• 對工業國家或極度開發國家, WiMAX是一個選項, 可有可無.但WiMAX就像是” 鄉村包圍城市” 的產業,如果能風雲湧起, 未來必也能帶來一番榮景.


WiMAX 產品一覽表及應用技術

WiMAX PC Card/CPE

802.16e ( 2.5, 3.5 GHz )

WiMAX PC Card/CPE

802.16e ( 2.5, 3.5 GHz )

WiMAX Indoor/outdoor CPE 802.16d (3.3, 3.5GHz , 5.8GHZ)

+WiFi/ VoIP Option)

WiMAX Indoor/outdoor CPE 802.16d (3.3, 3.5GHz , 5.8GHZ)

+WiFi/ VoIP Option)

WiMAX Indoor CPE w/ VoIP+WiFi

802.16e ( 2.5, 3.5 GHz)

WiMAX Indoor CPE w/ VoIP+WiFi

802.16e ( 2.5, 3.5 GHz)

WiMAX Mini Card/ HMC/ SDIO/CF802.16e ( 2.5, 3.5 GHz)

WiMAX Mini Card/ HMC/ SDIO/CF802.16e ( 2.5, 3.5 GHz)

Q1-07 Q2-07 Q3-07 Q4-07 Q1- 08 Q2-08 Q3-08 Q4-08Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct

WiMAX 16e USB Dongle /PCI Express

802.16e (2.5, 3.5 GHz )

WiMAX 16e USB Dongle /PCI Express

802.16e (2.5, 3.5 GHz )

WiMAX Femto/Pico Base Station 802.16e/16j/16m

(2.5,3.5GHz)

WiMAX Femto/Pico Base Station 802.16e/16j/16m

(2.5,3.5GHz)

16e UMPC16e UMPC

16e Rugged PDA16e Rugged PDA

16d Fixed 16e SISO 16e MIMO 16e module 16e application

16e Smart Phone16e Smart Phone


USI Core Competency

Consumer• Photo Printer• Digitizer Tablet• Flat Panel Device Control Board

Car Electronics• Regulator• Telematics• LED Lighting• Tire Pressure Monitoring System (TPMS)

• Power & Thick Film Hybrid

• Wi-Fi (NIC, AP/RG)• Bluetooth • WiMAX• UWB• Wi-Fi ADSL• Skype Phone

CommunicationComputing• Desktop M/B• Notebook M/B• Smart Handheld• UMPC• POS• Array System• NAS• Server


SiP Module

Module Design

PackageAssembly

Testing

Material

ModuleAssembly

RF Circuit Design Antenna Design

Mechanical Design Thermal Simulation

Electrical Simulation Stress Simulation

Bumping / WLCSP / FC

FCBGA

FCCSP

Wire Bonding

Leadframe: SOP / QFP / LQFP / QFN

Laminate: PBGA / HSBGA / FBGA

Build up Substrate

Laminate Substrate

High Density SMT

F/C Bonding

COB

Laser Trimming

En-capsulation

System Integration

Driver porting (e.g. WinCE and Linux)

ASE Group SiP Module Capability

SW FAE SupportIntel Bulverde

TI OMAPSamsung S3CXXFreescale IMX21

WinCELinux

Wafer Probing

Functional Test

Module Test

Final Test

OS

Platform

WiMAX.t].psV2009-04-12 Ace Liu

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