Технология WiMax (стр. 5 из 12)

Труд учитывать поправки и дополнения взяла на себя рабочая группа IEEE 802.16d. Непосредственно к работе по созданию единого документа, с учетом всех поправок она приступила к 11 сентября 2003 года[20]. Не прошло и года, как 24 июня 2004 года был официально утвержден новый стандарт – IEEE 802.16-2004, заменяющий собой документы IEEE 802.16-2001, IEEE 802.16c-2002 и IEEE 802.16a-2003. Дата его публикации – 1 октября 2004 года.

Структура и особенности стандарта IEEE 802.16-2004

Новый документ – это компиляция уже существующих стандартов, однако с достаточно серьезными изменениями и уточнениями в отдельных главах. Главным образом они затронули главы, входившие ранее в IEEE 802.16a. Стандарт описывает принципы построения сетей регионального масштаба в диапазонах до 66 ГГц – точнее, их физический и канальный уровни. Для этого предусмотрено пять режимов (см табл. 2). Из них только WirelessMAN-SC предназначен для работы в диапазоне 10-66 ГГц. Он ориентирован на магистральные сети («точка-точка», «точка-многоточка»), работающие в режиме прямой видимости (так как затухание столь высокочастотных сигналов при отражении очень велико) с типичными скоростями потока данных 120 Мбит/с и шириной канала порядка 25 МГц. Это фактически описанный в документе IEEE 802.16-2001 радиоинтерфейс широкополосного доступа с модуляцией одной несущей на канал (SC[21]), который рассматривался выше.

Таблица 2

Основные режимы в стандарте IEEE 802.16-2004

Режим	Частотный диапазон, ГГц	Опции	Метод дуплексирования
WirelessMAN-SC	10-66	TDD/FDD
WirelessMAN-SCa	<11	AAS/ARQ/STC	TDD/FDD
WirelessMAN-OFDM	<11	AAS/ARQ/STC/Mesh	TDD/FDD
WirelessMAN-OFDMA	<11	AAS/ARQ/STC	TDD/FDD
WirelessHUMAN	<11	DFS/AAS/ARQ/Mesh/STC	TDD

Остальные режимы разработаны для диапазонов менее 11 ГГц. Один из них – WirelessMAN-SCa – это «низкочастотная» вариация WirelessMAN-SC (с рядом дополнительных механизмов, в частности допускается 256-позиционная квадратурная модуляция 256-QAM). Другой, WirelessHUMAN, предназначен для работы в безлицензионных диапазонах (США и Европа). Зато два оставшиеся режима – WirelessMAN-OFDM и WirelessMAN-OFDMA – это принципиально новые по отношению к IEEE 802.16-2001 методы, и на них-то мы обратим особое внимение.

Отметим, что все режимы диапазона ниже 11 ГГц отличают три характерных детали – это механизмы автоматического запроса повторной передачи (ARQ[22]), поддержка работы с адаптивными антенными системами (AAS[23]) и пространственно-временное кодирование (STC[24]) при работе с AAS. Кроме того, помимо централизованной архитектуры «точка-многоточка», в диапазоне ниже 11 ГГц предусмотрена поддержка архитектуры Mesh-сети[25]. Фактически Mesh-сеть является аналогом ad-hoc-сетей стандарта IEEE 802.11. Примечательно, что если в документе IEEE 802.16a шла речь о диапазоне 2-11 ГГц, то в новом стандарте нижняя граница так четко не оговаривается[26].

Еще одна особенность стандарта – режим WirelessHUMAN[27]. Основные отличия этого режима – это использование только временного дуплексирования, режим динамического распределения частот (DFS[28]) и механизм сквозной нумерации частотных каналов. Однако поскольку в России (да и в Беларуси) безлицензионных диапазонов в гигагерцовой области нет, и ничего подобного нам не грозит, подробно останавливаться на данном режиме не будем.

Принципиально, что существенное внимание в стандарте IEEE 802.16-2004 уделено качеству обслуживания (QoS), а также механизмам защиты данных и соединений. Учитывая, что IEEE 802.16 принципиально ориентирован на работу в лицензируемых диапазонах, а также его фактическое общемировое признание (в Европе он принят ETSI под именем HiperMAN) и поддердку ведущих производителей оборудования (объединившихся в WiMAXForum), можно с большой уверенностью предположить, что в ближайшие годы нас ожидает новая волна «беспроводной революции»[29].

Канальный уровень IEEE 802.16-2004

Стандарт IEEE 802.16 регламентирует работу на физическом и канальном уровнях. Для поддержки протоколов верхнего уровня (ATM, IP и т.д.) предусмотрен подуровень «преобразования сервиса», основная задача процедур которого – распознать и классифицировать тип данных для эффективной их передачи через сети IEEE 802.16. Для оптимизации транслируемых потоков предусмотрен специальный механизм удаления повторяющихся фрагментов заголовков PHS пакетов или ATM-ячеек верхних уровней. Механизм PHS позволяет избавиться от передачи избыточной информации: на передающем конце пакеты приложений в соответствии с определенными правилами преобразуются в структуры данных канального уровня IEEE 802.16, на приемном – восстанавливаются.

Весь поток данных в сетях IEEE 802.16 – это поток пакетов. На основном подуровне канального уровня формируются пакеты данных (MACPDU), которые затем передаются на физический уровень, инкапсулируются в физические пакеты и транслируются через канал связи. Пакет PDU включает заголовок и поле данных (его может и не быть), за которым может следовать контрольная сумма CRC. Заголовок PDU занимает 6 байт и может быть двух типов – общий и заголовок запроса полосы пропускания. Общий заголовок используется в пакетах, у которых присутствует поле данных. В этом заголовке указывается идентификатор соединения (CID), тип и контрольная сумма заголовка, а также приводится информация о наличии в поле данных подзаголовков и сообщений ARQ.

Заголовок запроса полосы (также 6 байт) применяется, когда АС просит у БС выделить или увеличить ей полосу пропускания в нисходящем канале. При этом в заголовке указывается CID и размер требуемой полосы (в байтах, без учета заголовков физических пакетов). Поля данных после заголовков запроса полосы нет.

Поле данных может содержать: подзаголовки MAC, управляющие сообщения и собственно данные приложений верхних уровней, преобразованные на CS-подуровне. МАС-подзаголовки могут быть пяти типов – упаковки, фрагментации, управления предоставлением канала, а также подзаголовки Mesh-сети и подзаголовок канала быстрой обратной связи[30].

Управляющие сообщения – это основной механизм управления системой IEEE 802.16. Всего зарезервировано 256 типов управляющих сообщений, из них используются только 48. Формат управляющих сообщений прост – поле типа сообщения (1 байт) и поле данных (параметров) произвольной длины.

Доступ к каналу предоставляется исключительно базовой станцией по предварительному запросу. Начальная инициализация АС и запрос канала происходят на основе механизма конкурентного доступа в специально отведенных для этого временных интервалах. БС назначает АС время и длительность доступа к каналам в зависимости от типов данных и приоритетов. Канальный ресурс конкретной АС может изменяться посредством опроса (поллинга) со стороны БС или специальных управляющих сообщений со стороны АС при очередной передаче данных. Как видим различия в стандартах IEEE 802.16-2002 и IEEE 802.16 на канальных уровнях весьма несущественны.

3.3Режим WirelessMAN-OFDM

На физическом уровне стандарт IEEE 802.16 предусматривает три принципиально различных метода передачи данных: метод модуляции одной несущей (SC, а в диапазоне ниже 11 ГГц – SCa), метод модуляции посредством ортогональных несущих OFDM[31] и метод множественного доступа посредством ортогональных несущих OFDMA[32].

Режим OFDM – это метод модуляции потока данных в одном частотном канале (шириной 1-2 МГц и более) с центральной частотой

. Деление же на каналы, как и в случае SC – частотное. Напомним, что при модуляции данных посредством ортогональных несущих в частотном канале выделяются поднесущих так, что , где - целое число из диапазона (в данном случае ). Расстояние между ортогональными несущими , где - длительность передачи данных в символе.

Помимо данных OFDM-символ включает защитный интервал длительностью

, так что общая длительность OFDM-символа (см. рис. 3.9). Защитный

OFDM-символ

Рис. 3.9

интервал представляет собой копию оконечного фрагмента символа. Его длительность

может составлять и от .

Каждая поднесущая модулируется независимо посредством квадратурной амплитудной модуляции. Общий сигнал вычисляется методом быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) как