Проектирование сети беспроводного доступа Wimax

Канальные скорости передачи для полос 6, 7 и 20 МГц для физического уровня WirelessMAN-OFDM, для циклического префикса и для разных видов кодирования и модуляции приведены в таблице 1.3

Таблица 1.3 – Канальные  скорости передачи для WirelessMAN-OFDM

Полоса частот, МГц	BPSK  1/2	QPSK  1/2	QPSK  3/4	16-QAM 1/2	16-QAM 3/4	64-QAM 2/3	64-QAM 3/4
6	2,43	4,86	7,28	9,71	14,57	19,43	21,85
7	2,82	5,65	8,47	11,29	16,94	22,59	25,41
20	8,13	16,26	24,40	32,53	48,79	65,05	73,19

 

Стандарт предусматривает начальную и периодическую частотно-временную синхронизацию. Предполагается , что она осуществляется по сигналу базовой станции. Также  имеется регулировка мощности пользовательской станции.

Для адаптивного кодирования, модуляции  и для регулировки мощности стандарт IEEE 802.16 предусматривает периодические измерения уровня принимаемого сигнала , а также отношения сигнал/(шум+помехи).

Существуют возможность повторной  передачи (ARQ), а также разнесённая передача и поддержка адаптивных антенных систем.

WirelessMAN-OFDMA

Физический уровень WirelessMAN-OFDMA предназначен для работы в условиях не прямого распространения сигнала на частоте несущей до 11 ГГц.

В качестве множественного доступа  в прямом и обратном каналах данный физический уровень использует OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)-множественный доступ с частотно-временным разделением с использование технологии OFDM.

OFDM-символ содержит 2048 поднесущих, из которых для передачи используется только часть. Из них на части поднесущих передают пилот-сигналы, а остальные используют для передачи данных.

Стандарт IEEE 802.16 жестко не регламентирует полосу частот  для WirelessMAN-OFDMA. Вместо этого приведены значения , одному из которых должна быть кратна полоса частот: 1,25; 1,5; 1,75; 2 и 2,75 МГц.

Физический уровень WirelessMAN-OFDMA поддерживает два вида дуплекса: частотный и временной. В случае частотного дуплекса стандарт поддерживает как полнодуплексные пользовательские станции, так и полудуплексные.

Стандарт регламентирует следующие размеры кадра для WirelessMAN-OFDMA: 2,5; 4; 5; 8; 10; 12,5 и 20 мс.

Кадры прямого и обратного каналов  могут содержать одну или более  зон (рисунок 1.8). Зоны в основном отличаются количеством пилот-сигналов и схемами перемежения поднесущих.

     Рисунок 1.8 - Структура кадров прямого и обратного канала

 

В прямом канале возможны следующие зоны:

• PUSC (Partial Usage of Subcarriers)- зона, использующая частотное разнесение при передаче и предусматривающая три частотных сегмента, при этом базовая станция может использовать 1/3, 2/3 или всю полосу частот;
• FUSC (Full Usage of Subcarriers)- зона, использующая частотное разнесение при передаче и предусматривающая только один частотный сегмент;
• Optional FUSC- отличается от зоны FUSC только количеством пилот-сигналов;
• AMC (Adaptive Modulation and Coding)- зона, не использующая частотного разнесения (предполагается использование многопользовательского разнесения).

В обратном канале возможны следующие зоны:

• PUSC- зона, использующая частотное разнесение при передаче и предусматривающая три частотных сегмента, при этом базовая станция может использовать 1/3, 2/3 или всю полосу частот (для обратного канала);
• Optional PUSC- отличается от зоны PUSC только количеством пилот-сигналов;
• AMC - зона, не использующая частотного разнесения                                 ( предполагается использование многопользовательского разнесения).

     Все зоны  имеют приблизительно одинаковые  логические структуры. Для примера  рассмотрим зону PUSC прямого канала и зону PUSC обратного канала. При этом будем предполагать, что базовая станция (сектор) использует всю полосу частот. На рисунке 1.9  показана структура этих зон.

Зона PUSC прямого канала включает следующие основные элементы:

• Преамбулу(так как это первая зона в кадре прямого канала);
• FCH- заголовок кадра, указывающий на местоположение и вид кодирования и модуляции сообщения DL-MAP;
• DL-MAP- расписание кадра прямого канала;
• UL-MAP- расписание кадра обратного канала;
• DL burst #n- пакеты прямого канала.

Зона PUSC обратного канала содержит пакеты обратного канала.

DL-MAP задаёт расписание зон внутри кадра прямого канала, а так же расписание пакетов данных внутри каждой зоны прямого канала. UL-MAP задаёт расписание зон внутри кадра обратного канала, а так же расписание пакетов данных внутри каждой зоны обратного канала.

Зоны PUSC и Optional PUSC обратного канала могут содержать каналы начального доступа и запроса частотно –временного ресурса.

Рис. 9. структура зоны  PUSC прямого и обратного каналов

 

Физический уровень WirelessMAN-OFDMA стандарта IEEE 802.16 определяет три схемы кодирования: блочный свёрточный код; блочный турбокод; свёрточный турбокод.

Предусмотрено три вида модуляции: QPSK; 16-QAM; 64-QAM.

Несколько схем кодирования  и вдов модуляции позволяют осуществлять адаптивное кодирование и модуляцию.

      Канальные  скорости передачи для полос  частот 6 и 7 МГц- для физического  уровня WirelessMAN-OFDMA, для циклического префикса и для разных видов кодирования и модуляции приведены в таблице 1.4.

Стандарт предусматривает начальную и периодическую частотно-временную синхронизацию. Предполагается, что она осуществляется по сигналу базовой станции. Имеется регулировка мощности пользовательской станции.Для адаптивного кодирования и модуляции,  а так же для регулировки мощности стандарт IEEE 802.16 предусматривает периодические измерения уровня принимаемого сигнала, а также отношения сигнал/(шум+помехи).

Предусмотрена возможность  повторной передачи (ARQ) и гибридной повторной передачи (H-ARQ), а также разнесённая передача и поддержка адаптивных антенных систем.

Таблица 1.4 – Канальные  скорости передачи для WirelessMAN-OFDMA

Полоса частот, МГц	QPSK 1/2	QPSK 3/4	16-QAM 1/2	16-QAM 3/4	64-QAM 2/3	64-QAM 3/4
6	4,99	7,48	9,97	14,96	19,95	22,44
7	5,82	8,73	11,64	17,45	23,27	26,18

 

       MAC-уровень

Уровень МАС осуществляет управление доступом к среде передачи различных пользовательских станций, а также управление параметрами  передачи.

Основные функции уровня МАС  базовой станции и пользовательской станции показаны на рисунках 1.10, 1.11 и 1.12.

        В стандарте IEEE 802.16 реализован уровень МАС с централизованным управлением. Управление передачей данных в прямом и обратном канале осуществляется на базовой станции. Уровни МАС пользовательских станций при передаче данных в обратном канале выполняют решения, принятые на базовой станции.

На базовую станцию и на пользовательские станции поступают пакеты данных SDU (Service Data Unit) с верхних уровней. При этом пакеты данных идут от разных источников или приложений. Поток данных от одного источника (приложения) называют сервисным потоком (Service Fow). Он характеризуется своим набором требований по качеству обслуживания QoS (Quality of Service). На уровне МАС каждый сервисный поток обрабатывается отдельно.

 

 

Рисунок 1.10 - Основные функции  уровня МАС базовой станции при  управлении                                                        передачей в прямом канале

 

Рисунок 1.11 - Основные функции  уровня МАС базовой станции

                          при управлении передачей в  обратном канале

 

Рисунок 1.12 - Основные функции  уровня МАС пользовательской станции  при 

                          управлении передачей

 

Уровень МАС базовой  станции при управлении передачей в прямом канале выполняет следующие основные функции:

• Хранение пакетов данных SDU, поступивших с верхних уровней, в очередях (отдельная очередь для каждого сервисного потока);
• Принятие решения о том, сколько данных и из каких очередей будет передано в текущем кадре;
• Преобразование пакетов данных  SDU в пакеты данных PDU (Protocol Data Unit);
• Отдельное назначение каждому набору пакетов данных PDU одного сервисного потока вида кодирования и модуляции, а также излучаемой мощности ( при этом используется информация о требованияx QoS  этого сервисного потока, количестве и структуре сформированных пакетов данных PDU, а также результатах измерений состояния канала передачи);
• Логическое размещение сформированных наборов пакетов данных PDU сервисных потоков в кадре прямого канала.

Формирование сообщения DL-MAP, содержащего для текущего кадра прямого канала следующую информацию: количество наборов пакетов данных PDU; используемые при их передаче виды кодирования и модуляции; их положение в кадре прямого канала; передача сформированных наборов пакетов данных PDU на физически уровень.

Уровень МАС базовой  станции при управлении передачей  в обратном канале выполняет следующие  основные  функции:

• Принятие решения о том, сколько данных и из каких очередей будет передано в текущем кадре (при этом используется информация о размере очередей на пользовательских станциях);
• Назначение отдельно каждому сервисному потоку вида кодирования и модуляции, а также излучаемой мощности (при этом используется информация о требованиях QoS этого сервисного потока, размере его очереди на пользовательской станции, а также результатах измерений состояния канала передачи);
• Выделение места для передачи сервисных потоков в кадре обратного канала.

Формирование сообщения UL-MAP, содержащего для текущего кадра обратного канала следующую информацию: количество выделенных мест; назначенные виды кодирования и модуляции; положение выделенных мест в кадре обратного канала.

Уровень МАС пользовательской станции при управлении передачей  в обратном канале выполняет следующие основные функции:

• Хранение пакетов данных SDU, поступивших с верхних уровней, в очередях (отдельная очередь для каждого сервисного потока);
• Приём информации, содержащейся в сообщении UL-MAP;
• Принятие решения о том, сколько данных будет взято из очередей, под которые выделено место для передачи в текущем кадре обратного канала;
• Преобразование пакетов данных SDU в пакеты данныхPDU;
• Передача сформированных наборов пакетов данных PDU, а также информации из сообщения UL-MAP на физический уровень.

 

Рассмотрим подробнее  механизмы уровня МАС стандарта IEEE 802.16, позволяющие осуществлять описанные функции.

Формирование пакетов  данных PDU

Приходящие с верхних уровней  пакеты данных SDU имеют в общем случае произвольный размер. Для увеличения эффективности их передачи  на физическом уровне, на уровне МАС, они предварительно преобразуются в пакеты данных PDU.

   Для этого  в стандарте  IEEE 802.16 предусмотрены следующие операции:

• Фрагментация (Fragmentation)- разбиение пакета данных SDU на несколько фрагментов, каждый из которых включается в свой пакет данных PDU;
• Упаковка (Packing)- объединение нескольких пакетов данных SDU или их фрагментов для включения в один пакет данных PDU;
• Объединение(Concatenation) - объединение нескольких формированных пакетов данных PDU в один набор.