Hiperlan家族图解-网路前瞻技术试验室-中正大学

www.ETSI.orgETSI制定之HiperLAN概論HighPerformanceRadioLAN

網路前瞻技術實驗室卓瑩鎗Hiperlan-1SilvergunSilverGun

www.ETSI.orgETSI制定之HiperLOutline機構介紹FCCETSINCC頻帶介紹技術概略HiperlantypeIHiperlantypeII技術詳述TDMAOFDMATM===================================複習Hiperlan家族圖解與802.11比較結論與心得2SilvergunSilverGunOutline機構介紹FCCETSINCC2Si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。3SilvergunSilverGun聯邦通訊署(FCC)在國會通訊法立法之下，於1934年設立了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4SilvergunSilverGunETSI組織歐洲電信標準協會為一個獨立性、非營利性的機構，負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

NCC5SilvergunSilverGun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ISM頻帶Industrial/Scientific/MedicalFCC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2.4GHzWLAN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6SilvergunSilverGunISM頻帶Industrial/Scientific/MeISM(Industrial,ScientificMedical)頻道

902~928MHz2.4~2.4835GHz5.725~5.850GHz7SilvergunSilverGunISM(Industrial,ScientificMe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。8SilvergunSilverGun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。9SilvergunSilverGunHiperLAN2首先突破目前無線區域網路在頻譜利用方面的限ISMVSUNIIISM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)=>OFDMFCC才在1986年開放ISMFCC1996年開放UNII(UnlicensedNII)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?10SilvergunSilverGunISMVSUNIIISM頻帶的特色是所有的設備都可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，Bluetooth2.0及HiperLAN2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？11SilvergunSilverGunUNII輸出功率，天線設計11SilvergunSilv12SilvergunSilverGun12SilvergunSilverGunHiperlan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(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)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。13SilvergunSilverGunHiperlan家族ETSI制定的HiperLAN標準有四個初生之犢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。14SilvergunSilverGun初生之犢HiperLAN2的標準一推出，受到全球各大廠的支HiperlanI西元1996年GMSK調變方式(gaussianmodularshiftkey)======上層不在協定之內===========資料鏈結層datalink---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)15SilvergunSilverGunHiperlanI西元1996年15SilvergunS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CD2避免碰撞CAEliminationYieldNon-PreemptivepriorityMultipleAccess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)16SilvergunSilverGun通道存取控制CAC為了解決資料碰撞collision必須使CSMAVSEY-NPMAEY-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(prioritizationphase)||競爭階段(contentionphase)||傳輸階段(transmissionphase)(只有一個裝置會成功，僅允許連續傳送某個單位時間(random))17SilvergunSilverGunCSMAVSEY-NPMAEY-NPMA:支援五競爭階段又稱為消除階段(EliminationPhase)，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slottime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:EliminationSurvivalVerificationPeriod消除存留校驗時段18SilvergunSilverGun競爭階段又稱為消除階段(EliminationPhase)CSMAEY-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realtime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19SilvergunSilverGunCSMAEY-NPMA比較異:CSMA確保通媒體存取控制MAC網路架構:點對點Ad-Hoc每個節點都要存著RIB(routinginformationbase)識別資訊:HiperlanIdentifiercharacter-basedhiperlanname網路效能問題:更新維護頻率20SilvergunSilverGun媒體存取控制MAC網路架構:點對點Ad-Hoc20SilHiperlanII調變:OFDM正交分頻多工語音訊號處理:DECT(digitalenhancedcordlesstelecommunication)資料傳輸:wirelessATM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GPRSUMTS無線網路標準21SilvergunSilverGunHiperlanII調變:OFDM正交分頻多工21STDMA: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datalink---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22SilvergunSilverGunTDMA:分時多重擷取技術22SilvergunSilvTDMATimeDivisionMultipleAccess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(TIMESLOT),來分配給數個通訊端使用譬如GSM就是使用TDMA來建立通訊23SilvergunSilverGunTDMATimeDivisionMultipleAcc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1TDMA易於重新規劃，以適應資料流量、抵抗雜 訊干擾。

2TDMA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。24SilvergunSilverGun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OFDMOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing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25SilvergunSilverGunOFDMOrthogonalFrequencyDivisOFDM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IEEE802.11a無線區域網路標準。OFDM也被考慮用在4G蜂窩系統26SilvergunSilverGunOFDM技術可實現在5GHz頻段可靠的高速數據傳輸。利用保護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.27SilvergunSilverGunFDM與OFDM的頻道分配特徵FDM的缺點是會浪費頻寬，因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(FrequencyOffset)相位雜訊(PhaseNoise)RF的PA(PowerAmplifier)相當耗電。28SilvergunSilverGunOFDM的優點與缺點OFDM使用多個正交的頻道故頻道之間的區ATMAsynchronousTransferMode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。29SilvergunSilverGunATMAsynchronousTransferMode非實體層類似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(InterSymbolInterference)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。30SilvergunSilverGun實體層類似IEEE802.11a頻帶5GHZ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/downlinkEC: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)31SilvergunSilverGun資料連結控制層DLC包括一堆子層31SilvergunSilRLC: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32SilvergunSilverGunRLC:這個協定在負責擷取點和無線裝置間的交換控制訊號3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33SilvergunSilverGun收斂層Convergence主要功能:將上層應用層的服務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34SilvergunSilverGun功能與優勢前向錯誤糾正技術34SilvergunSilver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35SilvergunSilverGun前向錯誤糾正技術錯誤糾正與編碼35SilvergunSilv

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36SilvergunSilverGun

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，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37SilvergunSilverGun服務品質控制賦予AP很大的權力37SilvergunSilv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38SilvergunSilverGun自動頻率分配無線電資源管理38SilvergunSilver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(channeltointerface)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39SilvergunSilverGun其他軟式切換機制:39SilvergunSilverGu複習開始40SilvergunSilverGun複習開始40SilvergunSilverGun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(ForwardErrorCorrection)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。41SilvergunSilverGun技術詳述在錯誤糾正與編碼技術上，HiperLAN利用了同步和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。

42SilvergunSilverGun在其他的高速無線區域網路中，大多並不採用FEC，但在Hipe在數據傳送協定方面，HiperLAN2提供鏈結導向(ConnectionOriented)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(ConnectionlessOriented)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。43SilvergunSilverGun在數據傳送協定方面，HiperLAN2提供鏈結導向(ConnQoS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。44SilvergunSilverGunQoS的議題很廣，包括頻寬、錯誤率、時間延遲等等。44Si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。45SilvergunSilverGun在無線電資源管理與應用上，HiperLAN2具備自動頻率分配在通訊保密方面，HiperLAN2具備了安全通訊的能力，進行的方法是首先使用DiffeHellman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46SilvergunSilverGun在通訊保密方面，HiperLAN2具備了安全通訊的能力，進行複習結束47SilvergunSilverGun複習結束47SilvergunSilverGunHiperlan家族圖解

48SilvergunSilverGunHiperlan家族圖解48SilvergunSilverHiperLan/1

頻段：5G速率：23.5Mbps距離：50M用於高速的區域網路調變方式GMSK:23.5Mbps49SilvergunSilverGunHiperLan/149SilvergunSilverGuHiperLan/2

頻段：5G速率：54Mbps距離：50M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

50SilvergunSilverGunHiperLan/250SilvergunSilverGuHiperLink

頻段：17G速率：155Mbps距離：150M用於室內外皆可主要作為無線網路中骨幹的部分51SilvergunSilverGunHiperLink51SilvergunSilverGunHiperAccess

頻段：5G速率：25Mbps距離：5KM用於室外目的對於有線的通訊設備提供無線的連接方式52SilvergunSilverGunHiperAccess52SilvergunSilverG系列標準規範

53SilvergunSilverGun系列標準規範53SilvergunSilverGunHiperLAN/2運作方式54SilvergunSilverGunHiperLAN/2運作方式54SilvergunSil55SilvergunSilverGun55SilvergunSilverGun與IEEE802.11比較

56SilvergunSilverGun與IEEE802.11比較56SilvergunSiHiperLAN/2與802.11a在規格上十分相似，同樣使用5GHz頻段、OFDM技術、傳輸速率54Mbps，但其實兩者使用的傳輸協定相差甚多，HiperLAN2可提供不同等級的QoS，以提供語音、視訊、多媒體或是VoIP等等不同類型之應用。57SilvergunSilverGunHiperLAN/2與802.11a在規格上十分相似，同下圖所示為5GHzUNII相關的標準。其中HiperLAN/2為歐洲ETSI組織之下的BRAN(BroadbandRadioAccessNetworks)部門所定義。不過雖然HiperLAN具備QoS等優點，但叫好不叫座。連HiperLAN/2背後的最大功臣易利信亦改為著重802.11a的開發。原因:IEEE以802.11家族系列標準＋Wi-Fi聯盟認證手法，成功打敗HiperLAN

但是:易利信將Bluetooth部門賣給西門子公司58SilvergunSilverGun下圖所示為5GHzUNII相關的標準。其中HiperLAN59SilvergunSilverGun59SilvergunSilverGun60SilvergunSilverGun60SilvergunSilverGunQOSissue802.1p:它是運作在網路第二層的機制，可以讓QoS執行在IEEE802的網路技術上，如Ethernet、FDDI和TokenRing等等。會依據封包的優先權來把封包加以標記起來，標記的方式就是在封包內容中加上一個記號，而802.1p只能運作於區域網路中。ResourceReservationProtocol在QoS機制來說是一個非常重要的通訊協定，而這個協定主要用來在網路上傳遞QoS的訊息，而RSVP是使用整合性的服務來傳送Q