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Bluetooth, Wimax, Wibro, WCDMA

1. Bluetooth, Wimax, Wibro, WCDMA. 2. 3. 1. 3. 1. 2. 3. 네트워크의 종류. 1. IEEE 802.3 DIX 2.0 (ethernet-2). 2. IEEE 802.15.1. IEEE 802.11b, a, g ( 고정형 ). 3. 1. IEEE 802.16e (WiMAX) IEEE 802.16e-2005 (WiBro). 3. 1. 2. 3. PAN 의 종류. 1. 2. * UWB: Ultra Wideband. 3. 1. 3. 1.

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Bluetooth, Wimax, Wibro, WCDMA

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Presentation Transcript

  1. 1 Bluetooth, Wimax, Wibro, WCDMA 2 3 1 3 1 2 3

  2. 네트워크의 종류 1 IEEE 802.3 DIX 2.0 (ethernet-2) 2 IEEE 802.15.1 IEEE 802.11b, a, g (고정형) 3 1 IEEE 802.16e (WiMAX) IEEE 802.16e-2005 (WiBro) 3 1 2 3

  3. PAN의 종류 1 2 * UWB: Ultra Wideband 3 1 3 1 2 3 IrDA 무선 키보드/마우스 2 m 반경, 1.15Kbps-4Mbps 점대점연결 유선 PAN 무선 블루투스 헤드셋

  4. WiFi / Wimax, Wibro • 무선 인터넷 망(고정형 무선 인터넷) • WiFi (IEEE 802.11b: 2.4 GHz, 11 Mbps, • IEEE 802.11g: 2.4 GHz, 54 Mbps, • IEEE 802.11a: 5 GHz, 54 MHz) • 전파거리  약 100 m • 무선 인터넷망은 AP라는 일종의 무선 안테나를 통해서 인터넷에 접속하는 방식 • AP를 중심으로 수십 미터를 주파수 도달거리로 설정하여 핫스팟이라는 지역을 만든다. • 무선모뎀이 장착된 노트북이 핫스팟 지역에 들어오게 되면 무선 LAN에 접속을 할 수 있다 • 고정된 상태에서 AP에 접속되기 때문에 고정형 무선 인터넷이라 부른다.

  5. WiFi / Wimax, Wibro • 무선 모바일 인터넷망(이동형 무선인터넷) • 고정형 WiMax(IEEE 802.16a: 2-11 GHz, 75 Mbps, • 개활지: 반경 약 50 Km, 도심: 2 Km) • WiMax (IEEE 802.16e: 이동성지원, 시속 60 Km, • 15 Mbps) • Wibro (IEEE 802.16e-2005: 이동성지원, 시속 60km/h, 약 1 Mbps) 전파거리  약 48 Km • Wi-Fi망은 건물 내에서 사용되도록 개발되었다. 그러나 도시나 넓은 지역을 지원하는데 어려움이 있다. • 무선 모바일망인 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)와 WiBro(Wireless Broadband)는 수십 킬로미터 지역에서 인터넷 접속이 가능한 모바일 망이다.

  6. 등장배경 최근 홈 네트워크 및 유비쿼터스 10 m 내외의 단거리에서 사용하는 개인 무선네트워크에 대한 해결방안으로 WPAN (WPAN, Wireless Personal Area Network) 기술. WPAN이란? 무선링크를 사용하는 개인영역 무선 네트워크 PC, 개인 휴대 정보 단말기, 무선 프린터, 저장 장치, 무선 전화기, 페이저, 셋톱 박스 등의 휴대용 장비들을 지원하기 위해 설계된 근거리 무선 네트워크로서 정의 ZigBee 기술, 초광대역 기술, 블루투스 기술. WPAN과 홈네트워킹 기술

  7. 무선 LAN 노트북 컴퓨터와 같은 휴대형 장치들로 구성 WPAN에서 처럼 저전력과 이동성이라는 특성은 강조되지 않음. 커버 범위와 전력소모 무선 LAN의 경우: 100 mW의 전송전력을 사용했을 때 100 m 정도 무선장치에 의한 전력소모가 커서 휴대형 장치들이 고정된 장소에서 사용하도록 설계 WPAN의 경우: 1 mW의 전력으로 10 m 정도의 커버범위를 가지며, 주로 배터리를 사용하고 전력소모가 낮음. WPAN과 무선 LAN과의 비교

  8. 저가이면서 하나의 칩셋으로 구성할 수 있고, 매우 저전력이며, 다수의 노드들 간에서 자가 구성(self-organizing)기능을 갖춘 애드혹 네트워크에 대한 필요성 대두. 2000년에 IEEE 802.15 워크그룹에서 ZigBee 기술표준이 제안되어, 2003년에 12월 IEEE 802.15.4 표준으로 채택. (무선 센서 네트워크) 유비쿼터스 네트워크 - 사용자 요구에 맞추어 (컴퓨터 중심  인간중심) - 보이지 않도록 알아서 센싱 ZigBee 기술

  9. ZigBee 기술

  10. IEEE 802.15.4/LR-WPAN) WLAN 또는 블루투스에서는 고려하지 못했던 아주 낮은 전력 소모와 가격으로 산업용, 가정용, 의학용 응용을 목표로 제정한 표준 IEEE 802.15.4 (LR-WPAN)

  11. 근거리 무선 네트워킹 기술의 특성 비교

  12. 블루투스의 개념 1999년 IEEE 802.15.1 블루투스 표준 휴대폰, MP3 플레이어,가정용 오디오 헤드세트, 차량용 오디오. 블루투스(Bluetooth 2.0) 기술을 이용한 스테레오 헤드셋 제품 블루투스 (Bluetooth) 기술

  13. 피코넷? 하나의 주(master) 디바이스와 7개까지의 종속(slave) 디바이스로 구성된 기본 네트워크 단위 종속 디바이스의 동작 주 디바이스가 폴링(polling) 신호를 보냈을 경우 주 디바이스가 이전 패킷에 대하여 브로드캐스트 패킷을 보냈을 경우, 종속 디바이스가 미리 예약을 하였을 때에만 데이터 전송이 가능 블루투스 구조

  14. Scatternet 이란? 피코넷은 최대 7개까지의 종속 노드로 구성되는데, 만일 디바이스 수가 7개를 넘게 되면 여러 개로 확장되어 구성되는 네트워크 Scatternet. 3개의 피코넷으로 구성된 Scatternet B12, B13, B23 : 브리지 역할 블루투스 Scatternet

  15. 블루투스 • Bluetooth 계층 구조

  16. 블루투스 • 무선층(radio layer) • 대역 • 79개의 채널의 2.4 GHz ISM 대역 • FHSS • 물리층 의 주파수 도약 확산 스펙트럼 방식 (FHSS) • 초당 1,600번 도약 • 다른 주파수로 도약하기 전 625μs(1/1,600s)동안 주파수 사용 • 거주시간(dwell time)은 625 μs • 변조 • GFSK(가우시안 대역 필터)라고 불리는 FSK 사용 • 비트 1은 반송 주파수보다 높은 값으로 표현 • 비트0은 반송 주파수보다 낮은 값으로 표현 fc = 2402 + n (MHz) n = 0,1,2,3,…,78

  17. 블루투스 • 기저대역층(baseband layer) • LAN에서의 MAC 부계층과 비슷 • 마스터와 슬레브는 타임 슬롯(time slot)을사용 통신 • 타임 슬롯 길이는 거주시간(625 μs)와동일 • TDMA • 접근 방식으로 TDMA 사용 • TDD-TDMA(time division duplexing TDMA) • 반이중 양방향 통신

  18. 블루투스 • 단일-슬래이브 통신 μs • 마스터는 짝수 슬롯 (0,2,4,…) 사용 • 슬레이브는 홀수 슬롯(1,3,5,..) 사용 • 슬롯타임 = 625 μs, 도약과 제어(Hop)=259 μs, 데이터전송=366 μs • 데이터크기 = 366 비트 (1 MHz 대역폭, 1 비트/Hz)

  19. 블루투스 • 다중-슬래이브 통신 • 예약 기능이 있는 Poll/Selection과 유사 • 마스터 슬레이브 1, 슬레이브 1  마스터 • 마스터  슬레이브 2, 슬레이브 2  마스터

  20. 블루투스 프레임 형식(기저대역) • 1-슬롯 625 μs – 259 μs = 366 μs  366 비트 • 2-슬롯 3×625 μs – 259 μs = 1,616 μs  1616 비트 • 5-슬롯 5×625 μs – 259 μs = 2,866 μs  2866 비트 • 접근 코드(access code) • 피코넷의 프레임간의 구별 • 헤더 • 주소 : 7개까지 슬래이브 지정 (0: 마스터가 브로드캐스트) • 유형 : 상위 계층 데이터 유형 정의 • F (1비트) : 흐름 제어 (F=1, 수신버퍼가 꽉 참) • A(1비트) : 확인 응답(정지-대기 ARQ 사용, 0과 1로 충분) • S(1비트) : 순서 번호 (0과 1) • HEC. : 헤더 오류 정정 • 페이로드 • 0~2,740비트의 길이

  21. L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol) 기저대역 프로토콜에 대한 링크기능을 제공 상위레벨 프로토콜에 다중화 기능,QoS 등의 기능을 제공. 길이: 위 계층에서 넘어오는 데이터의 크기 (바이트 단위로 지정) Channel ID: 유일 무이한 가상 채널 식별자 패킷의 단편화와 재조립 블루투스 프레임 형식(L2CAP)

  22. 와이브로란? 와이브로(WiBro, Wireless Broadband Internet)는 무선 광대역 휴대인터넷 서비스 휴대형 단말기를 통하여 언제, 어디서나, 정지 및 이동 중에도 고속으로 인터넷에 접속하여 필요한 정보나 멀티미디어 컨텐츠(contents)를 이용할 수 있도록 하는 데이터통신 서비스. 와이브로(WiBro) 기술

  23. (와이맥스등장 배경) Wi-Fi (IEEE 802.11b) 의 최대 단점은 커버리지가 협소하고, 이동하며 사용할 수 없다는 점 넓은 지역에서 무선 브로드밴드 네트워크를 구축하기 위한 새로운 무선 데이터통신 기술에 대한 필요성으로 등장  와이맥스(WiMAX): 802.16 규격 802.16a는 고정형 와이맥스로 2~11GHz의 대역을 사용하며, 75 Mbps의 전송속도 개활지에서 45 km, 도심에서 2 km까지 커버리지를 구현. 802.16e는 기존 802.16a에 이동성을 강화한 것 시속 60 km에서도 15 Mbps 속도로 데이터 통신이 가능 와이맥스 기존의 Wi-Fi에 비해 그 기능과 커버리지가 확장된 개념의 기술 고정 무선서비스 기술과 이동 무선서비스 기술(모바일 와이맥스)로 구분 와이맥스의 커버리지는 50 km까지 확대, 전송속도 또한 70 Mbps까지 가능. 와이맥스와 와이브로

  24. 와이브로는 모바일 와이맥스에 해당하는 표준, 우리나라가 독자적으로 개발한 기술. 와이브로는 2.3 GHz 주파수 대역을 이용하여 60 km/h 이상 이동 시에도 끊김 없는 무선인터넷 서비스의 제공이 가능. ( 가입자당 전송속도는 약 1 Mbps) 휴대인터넷(와이브로) 서비스의 데이터 전송률은 무선전화보다 높고, 이동성은 무선 LAN보다 높음 와이브로는 전파 전달 거리가 최대 30마일(48 Km) 무선 LAN인 와이파이(WiFi)의 신호 전송거리 : 200피트 와이브로기술 및 서비스 특성(1)

  25. 셀룰라 전화 다중접속기술 FDMA TDMA CDMA

  26. 이동전화 통화과정 ① 이동전화(A)에서 상대방 전화번호(B)를 누르면 ②가까운 기지국 A(BS-1)에서 송신지 전화번호(A)와 수신지 전화번호(B)를 접수하여 이동전화교환국 A(MSC-1)로 보낸다. ③ MSC-1이 A에 대한 정보를 방문자위치정보 데이터베이스(O-VLR)에게 요청하여 사용할 수 있는 사람인지를 확인한다. ④기지국 A(BS-1)는 이동전화교환국 A(MSC-1)의 지시를 받아 다중접근방식을 이용하여 채널을A에게 할당한다. ⑤ MSC-1은 홈 위치정보 데이터베이스(T_HLR)에 접속하여 B가 현재 어디에 있는지를 물어본다. ( B가 있는 위치는 이미 B를 관할하는 T_VLR과 T_HLR에 등록되어 있는 상태이다. ) ⑥ MSC-1은 B가 있는 이동전화교환국 B(MSC-2)로 호출신호를 넘겨준다. ⑦ MSC-2는 T_VLR로부터 B에 대한 정보를 얻을 수 있다. ⑧ MSC-2는 자기 구역 내의 모든 기지국으로 호출 신호를 보내고, 각 기지국은 자기 구역 내의 모든 이동전화에게 호출신호를 보낸다. ⑨ B는 가장 신호가 강하게 들어오는 기지국 B(BS-2)로 자기의 위치를 알리는 응답신호를 보낸다. ⑩ BS-2는 MSC-2로 B가 응답하였음을 알린다. ⑪ BS-2는 MSC-2의 지시를 받아 B에게 CDMA 방식 등을 이용하여 채널을 지정하고 B에게 벨소리를 내도록 지시한다. ⑫ MSC-1과 MSC-2 사이에 연결이 설정된다. ⑬ B가 통화키를 누르면(슬라이드를 밀면 ?) 벨이 중단되고 기지국 BS-2는 이동전화교환국(MSC-2)에게 B가 응답했음을 보고한다. 그러면 이동전화교환국 MSC-2와 MSC-1이 연결된 상태에서 통화가 시작된다.

  27. 셀룰라 전화 (다중접속 기술)

  28. CDMA • CDMA 접근 방법 • CDMA(Code Division Multiple Access) • 모든 단말은 동시에 동일한 주파수의 전 대역폭을 사용하여 송신 • 송신기는 고유의 난수와 신호를 XOR 하여 송신 • 수신기가 의사 난수(pseudo random number)를 알면 상관함수(correlation function)를적용하여 신호를 추출 • DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)에서 Chip Sequence • 단점 • 수신기의 높은 복잡도(수신기는 신호가 감지되면 무조건 수신) • 수신 측에서 모든 신호가 같은 세기를 가져야 함 • 장점 • 간섭(예 : 백색잡음)은 코드화 되지 않음 • 암호화(encryption)가 쉽게 통합됨  보안 강화

  29. CDMA • CDMA에서 코드 • 좋은 자기 상관: 자기 자신과 곱해진 벡터의 내적의 절대값은 클 수록 좋다. 벡터의 내적(inner product) a = (a1, a2, …, an) b = (b1,b2,….,bn) a*b = a1 b1 + a1 b1 +…+ an bn (2) 직교 코드 (orthogonal): 다른 코드와는 직교해야 함. (예) 두 벡터, (2,5,0) * (0,0,17) = 0+0+0 = 0 이므로 직교함 (1,2,3)*(4,2,-6) = 4+4-18 = -10 (직교 안함)

  30. CDMA • CDMA 이론 • 송신기 A • 데이터 Ad = 1, key Ak = 010011 (assign: „0“= -1, „1“= +1) • 송신신호 As = Ad * Ak = 1 * (-1, +1, -1, -1, +1, +1) (-1, +1, -1, -1, +1, +1) • 송신기 B • 데이터 Bd = 0, key Bk = 110101 (assign: „0“= -1, „1“= +1) • 송신신호 Bs = Bd * Bk = -1 * (+1, +1, -1, +1, -1, +1) (-1, -1, +1, -1,+1, -1) • 두 코드의 직교성: Ak * Bk = (-1, +1, -1, -1, +1, +1) * (+1, +1, -1, +1, -1, +1) = 0 • 두 신호는 동일한 주파수대역에서이용하여 전송되기 때문에 신호가 겹침 • C = As + Bs = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) • 수신기는 A의 송신 신호를 복구하고 싶어함 • 비트 단위로 Ak를 적용(inner product) • C*Ae = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) * (-1, +1, -1, -1, +1, +1)= 2 + 0 + 0 + 2 + 2 + 0 = 6 • 결과가 0보다 큼 => 원래 신호는“1” • B 신호 복원 • C*Be = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) * (+1, +1, -1, +1, -1, +1) = -2 + 0 + 0 - 2 - 2 + 0 = -6, • 0보다 작음 => 원래 신호는 “0”

  31. 셀룰라 전화 기술 (가입자 현황)

  32. 무선 통신 시스템의 주파수 할당 (MHz)

  33. 셀룰라 전화 기술의 진화 W-CDMA Wibro 기반 3.5 G 중국 IMT-DS(Direct Sequence): WCDMA (Wideband) 유럽 개발 IMT-MC(Multi Carrier): CDMA-2000 북미개발 IMT-TC(Time Code): CDMA + TDMA IMT-FT(Frequency-Time): TDMA + FDMA 코드리스 전화 IMT-SC(Single Carrier): TDMA 미국 IMT-2000의 목표 2 GHZ 대역, 2 MHz 대역폭 이동차량: 144 Kbps, 보행자: 384 Kbps 고정위치: 2 Mbps, 인터넷 인터페이스 지원

  34. AMPS (Advanced Mobile Phone System) AMPS는FDMA를 사용하는 아날로그 방식 AMPS reverse communication band

  35. GSM (Global System for Mobile Communication) GSM은 TDMA + FDMA를 사용하는 디지털 방식 GMSK는 FSK와 유사한 형식

  36. CDMA-One (IS-95) CDMA-One은 CDMA/DSSS + FDMA를 사용하는 디지털 방식 기지국  이동국 이동국  기지국 Mcps : Megachips / second DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum

  37. CDMA-One (IS-95) CDMA-One은 CDMA/DSSS + FDMA를 사용하는 디지털 방식 기지국  이동국 이동국  기지국 Mcps : Megachips / second DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum

  38. WCDMA (ULTRA FDD) • 직접 수열 확산 사용 • 상향 링크와 하향링크는 서로 다른 주파수 사용 (FDD: Frequency Division Duplex) • 상향링크 1920-1980 MH • 하향링크 2110-2170 MHz • 타임 슬롯은 사용자를 구분하지 않고 주기적인 전송 기능 지원 • 랜덤 접속 방식 (Slotted Aloha) • chipping rate: 3.840 Mchip/s

  39. WCDMA • 프레임 구조 (ULTRA-FDD) 무선 프레임 0 1 2 ... 12 13 14 10 ms 타임 슬롯 TFCI Pilot FBI TPC 상향링크 DPCCH 666.7 µs 2,560chips, 10bits Data 하향링크 DPDCH 666.7 µs 2,560chips, 10*2kbits (k = 0...6) Data1 TPC TFCI Data2 Pilot 하향링크 DPCH 666.7 µs DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH FBI : Feedback Information TPC : Transmit Power Control TFCI : Transport Format CombinationIndicator DPCCH : Dedicated Physical Control Channel DPDCH : Dedicated Physical Data Channel DPCH : Dedicated Physical Channel 2,560chips, 10*2kbits (k = 0...7) 이 슬롯 구조는 사용자 분리가 아니라, 주기적인 기능 수행을 위한 용도!

  40. TD-CDMA (ULTRA TDD) • - 상향 링크와 하향 링크를 시간 축에서 분리 • - 슬롯당 2,560 chips • - 직접 수열 확산 : 1-16 • - UL/DL으로 대칭 또는 비대칭 슬롯 할당(각 방향당 최소 1개) • - 정밀한 동기화 필요 • - 좀 더 단순한 전력제어(초당 100~800 수행) • - Type 2 burst 구조 (예) 무선 프레임 0 1 2 ... 12 13 14 10ms 타임 슬롯 데이터 1,104 chips 미드앰블 256 chips 데이터 1,104 chips GP 666.7µs 트래픽 버스트 GP: guard period 96 chips 2,560 chips

  41. WCDMA와 CDMA2000

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