Комп’ютерні мережі архітектури WiMAX (стр. 5 из 8)

Для роботи алгоритмів БПФ/ОБПФ бажано, щоб кількість точок відповідала

. Тому число несучих вибирають рівним мінімальному числу , переважаючому . У режимі OFDM стандарту ІEEE 802.16 , відповідно . Із них 55 утворять захисний інтервал на границях частотного діапазону каналу. Центральна частота каналу ( ) і частоти захисних інтервалів не використаються (тобто амплітуди відповідних їм сигналів дорівнюють нулю).

З інших 200 несучих вісім частот – пілотні (з індексами

), інші розбиті на 16 підканалів по 12 несучим у кожному, причому в одному підканалі частоти розташовані не підряд. Наприклад, підканал 1 становить несучі з індексами -100, -99, -98, -37, -36, 1, 2, 3, 64, 65, 66. Розподіл на підканали необхідно, оскільки в режимі WіrelessMAN-OFDM передбачена (опціонально) можливість роботи не у всіх 16, а в одному, двох, чотирьох і восьми підканалах – і схеми множинного доступу OFDMA. Для цього кожен підканал і кожна група підканалів мають свій індекс (від 0 до 31).

Тривалість корисної частини

OFDM-символу залежить від ширини смуги каналу BW і системної тактової частоти (частоти дискретизації) ; . Співвідношення нормується залежно від ширини смуги каналу і приймає значення 86/75 (BW кратне 1,5 МГЦ), 144/125 (BW кратне 1,25 МГЦ), 316/275 (BW кратне 2,75 МГЦ), 57/50 (BW кратне 2 МГЦ) і 8/7 (BW кратне 1,75 МГЦ і у всіх інших випадках).

Захисний інтервал при OFDM-модуляції – потужний засіб боротьби з межсимвольними перешкодами (межсимвольної інтерференції, МСІ), що виникають внаслідок неминучих у міських умовах перевідбиттів і багатопроменевого поширення сигналу. МСІ приводить до того, що в приймачі на прямо, що поширюється сигнал, накладається перевідбитий сигнал, що містить попередній символ. При модуляції OFDM перевідбитий сигнал попадає в захисний інтервал і шкоди не заподіює. Однак цей механізм не запобігає внутрісимвольній інтерференції – накладення сигналів з тим самим символом, що прийшли з фазовою затримкою. У результаті інформація може повністю спотворитися або (наприклад, при фазовому зрушенні 180^°) просто зникнуть. Для запобігання втрати інформації при проваллі окремих символів або їхніх фрагментів стандарт ІEEE 802.16–2004 передбачає ефективні засоби канального кодування.

Кодування даних на фізичному рівні включає три стадії – рандомізацію, перешкодозахисне кодування й перемежування. Рандомізація відбувається майже так само, як у попередньому стандарті, тобто на блоки даних накладається псевдовипадкова послідовність, вироблювана регістром зрушення з характеристичним багаточленом

.

У спадному потоці генератор ПСП ініціалізується початковим заповненням

. Починаючи із другого пакета кадру генератор ПСП ініціалізується на основі ідентифікаційного номера базової станції BSІ, ідентифікатора профілю пакета DІUC і номера кадру. У висхідному потоці все відбувається аналогічно, з тією лише різницею, що ініціалізація генератора ПСП за схемою на рисунку 10.

Рисунок 10 – Формування вектора ініціалізації ПСП для рандомізації спадного потоку OFDM

Кодування даних спочатку відбувається за допомогою коду Ріда-Соломона над

, а потім дані кодуються надточним кодом. У базовому виді код Ріда-Соломона оперує блоками вихідних даних по 239 байт, формуючи з них кодований блок розміром 255 байт (додаючи 16 перевірочних байт). Такий код здатний відновити до 8 ушкоджених байт. Оскільки реально використаються блоки даних меншої довжини , перед ними добавляються ( ) нульових байт. Після кодування ці байти віддаляються. Якщо необхідно скоротити число перевірочних символів, так щоб зменшити число відновлюваних байт , використаються тільки перші перевірочних байтів. Обов'язкові для підтримки в ІEEE 802.16–2004 варіанти кодування наведені в таблиці 3.

Таблиця 3. Основні режими в стандарті ІEEE 802.16–2004

Модуляція	Блок даних до кодування, байт	Код Ріда-Соломона	Швидкість сверточного кодування	Сумарна швидкість кодування	Блок даних після кодування, байт
BPSK	12	(12,12,0)	1/2	1/2	24
QPSK	24	(32,24,4)	2/3	1/2	48
QPSK	36	(40,36,2)	5/6	3/4	48
16-QAM	48	(64,48,8)	2/3	1/2	96
16-QAM	72	(80,72,4)	5/6	3/4	96
64-QAM	96	(108,96,6)	3/4	2/3	144
64-QAM	108	(120,108,6)	5/6	3/4	144

Після кодера Ріда-Соломона дані надходять у надточний кодер з послідовностями, що породжують (генераторами коду)

(для виходу X) і (для Y) – так званий стандартний код NASA. Його базова швидкість кодування – 1/2, тобто з кожного вхідного біта він формує пару кодованих біт X й Y. Упускаючи з послідовності пар елементи або , можна одержувати різні швидкості кодування. Так, швидкості 2/3 відповідає послідовність , швидкості 3/4 – , 5/6 – .

Кодер Ріда-Соломона не використається із двопозиційною модуляцією BPSK (наприклад, при початковій ініціалізації АС або запиті смуги). Він також пропускається, коли використається частина субканалів OFDM. У цьому випадку швидкість надточного кодування приймається рівної загальної швидкості кодування (відповідно, розмір вихідного блоку даних множиться на число використовуваних субканалів, ділення на 16).

Рисунок 11. Схема надточного кодера

Крім кодування необхідна процедура перемежування – перемішування бітів у межах блоку кодування даних, що відповідає OFDM-символу. Ця операція проводиться у дві стадії. Ціль першої – зробити так, щоб суміжні біти виявилися рознесеними в різні половини послідовності. Все це робиться для того, щоб при групових помилках у символі ушкоджувалися несуміжні біти, які легко відновити при декодуванні. Перемежування реалізується відповідно до формул:

де

і – номер початкового -го біта після першої й другої стадії перемежування, відповідно; – число кодованих біт в ODFM-символі (при заданому числі субканалів), – 1/2 числа біт на несущу (1/2/4/6 біт для BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM, відповідно, для BPSK ). Функція – це найбільш ціле число, не переважаюче .

Після перемежування починається стадія модуляції. Виходячи з обраної схеми модуляції (BPSK / QPSK / 16-QAM / 64-QAM), блок представляється у вигляді послідовності груп біт, що відповідають модуляційним символам (по 1/2 / 4/6 біт). Кожній групі ставиться у відповідність значення

і з векторних діаграм Грея, які потім використаються при безпосередній модуляції несучої.

Рисунок 12 – Векторні діаграми Грея (подання модуляційних символів) для BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM

Для усереднення амплітуд квадратурних символів використаються нормалізовані значення

і , т.д. помножені на коефіцієнти (для QPSK , для 16-QAM , для 64-QAM ).