Комп’ютерні мережі архітектури WiMAX (стр. 6 из 8)
Пілотні несучі модулюються за допомогою BPSK. Значення сигналів на цих несучим визначаються на підставі двійкової ЛРП
з характеристичним багаточленом 
, причому в спадному субкадрі 
– номер символу відносно початку кадру, у висхідному – номер символу відносно початку пакета. Початкові стани регістра зрушення, що реалізує ЛРП, для спадного й висхідного потоків різні ( 
і 
, відповідно). Властиво значення BPSK-символів обчислюються як 
; 
у спадному каналі й 
; 
– у висхідному.Після визначення модуляційних символів за допомогою ОБПФ обчислюється сам радіосигнал і передається в передавач. При прийомі всі процедури роблять у зворотному порядку.
У режимі ODFM на фізичному рівні для мереж з архітектурою «точка-багато точка» кадрова структура передачі принципово мало чим відрізняється від режиму SC. Так само як й у високочастотній області, інформаційний обмін відбувається за допомогою послідовності кадрів (фреймів). Кожен фрейм ділиться на два субкадра – спадний (DL – від БС до АС) і висхідний (UL – від АС до БС). Поділ на висхідний і спадний канали – як тимчасове (TDD), так і частотне (FDD). В останньому випадку DL й UL транслюються одночасно, у різних частотних діапазонах.
Спадний субкадр включає преамбулу, що управляє заголовок кадру (FCH) і послідовність пакетів даних. Преамбула в спадному каналі – посилка із двох OFDM-символів (довга преамбула), призначена для синхронізації.
Рисунок 13 – Генерація послідовності, що модулює, для пілотних несучих
Рисунок 14 – Структура OFDM-кадрів при тимчасовому дуплексуванні
Перший OFDM-символ використає несучі з індексами, кратними 4, другий – тільки чесні несучі (модуляція QPSK).
За преамбулою треба керуючий заголовок кадру – один OFDM-символ з модуляцією BPSK і стандартною схемою кодування (швидкість кодування – 1/2). Він містить так званий префікс кадру спадного каналу (DLFP), що описує профіль і довжину першого (або декількох початкових) пакету в DL-субкадрі.
У перший пакет входять широкомовні повідомлення (призначені всім АС) – карти розташування пакетів DL-MAP, UL-MAP, дескриптори спадні/висхідних каналів DCU/UCD, інша службова інформація. Кожен пакет має свій профіль (схема кодування, модуляція й т.д.) і передається за допомогою цілого числа OFDM-символів. Точки початку й профілі всіх пакетів, крім першого, утримуються в DL-MAP.
Спадний субкадр містить інтервал конкурентного доступу, що включає періоди для початкової ініціалізації АС (входження в мережу) і для запиту смуги передачі. Далі випливають тимчасові інтервали, призначені БС певним АС для передачі. Розподіл цих інтервалів (точки початку) утримується в повідомленні UL-MAP. АС у своєму тимчасовому інтервалі починає трансляцію з передачі короткої преамбули (один OFDM-символ, використає тільки парні несучі). За ним треба властиво інформаційний пакет, сформований на канальному рівні.
Тривалість OFDM-кадрів може становити 2,5; 4; 5; 8; 10; 12,5; і 20 мс. Заданий базовою станцією, період побудови кадрів не може змінюватися, оскільки в цьому випадку буде потрібно десинхронізація всіх АС.
Запит на встановлення з'єднання не відрізняється від прийнятого в стандарті ІEEE 802.16, за винятком додаткового режиму «концентрованого» запиту. Він призначений тільки для станцій, здатних працювати з окремими субканалами. У цьому режимі в інтервалах конкурентного доступу (заданих в UL-MAP) АС може передати короткий 4-розрядний код на одному з 48 субканалів, кожний з яких включає чотири несучих. Усього передбачено вісім кодів. Таблиця кодів і підканалів наведена в тексті стандарту ІEEE 802.16. Код і номери каналу АС обираються випадковим чином.
Одержавши кодове повідомлення, БС надає АС інтервал для передачі «звичайного» запиту на надання доступу (заголовки запиту канального рівня) – якщо це можливо. Однак на відміну від інших механізмів, БС в UL-MAP не вказує ідентифікатор її станції, що запросила, а приводить номера коду запиту, підканалу, а також порядковий номер інтервалу доступу, протягом якого був переданий запит. По цих параметрах АС і визначає, що інтервал для запиту з передачі призначений їй. Вибір моменту для передачі 4-розрядного коду запиту доступу відбувається випадковим образом, по описаному вище алгоритму звертання до каналу конкурентного доступу.
Відзначимо, що в режимі OFDM канальний ресурс може надаватися не тільки в тимчасовій області, але в окремих підканалах (групах підканалів), якщо БС й абонентські станції підтримують таку можливість.
Стандарт 802.16e-2005 увібрав у себе усі раніше версії й на даний момент надає наступні режими:
– Fіxed WіMAX – фіксований доступ;
– Nomadіc WіMAX – сеансовий доступ;
– Portable WіMAX – доступ у режимі переміщення;
– Mobіle WіMAX – мобільний доступ.
Fіxed WіMAX. Фіксований доступ являє собою альтернативу широкополосним провідним технологіям. Стандарт використає діапазон частот 10–66 Ггц. Цей частотний діапазон через сильне загасання коротких хвиль вимагає прямої видимості між передавачем і приймачем сигналу. З іншого боку, даний частотний діапазон дозволяє уникнути однієї з головних проблем радіозв'язку – багатопроменевого поширення сигналу. При цьому ширина каналів зв'язку в цьому частотному діапазоні досить велике (типове значення – 25 або 28 МГЦ), що дозволяє досягати швидкостей передачі до 120 Мбіт/с.
Рисунок 15 – Режим Fіxed WіMAX
Nomadіc WіMAX. Сеансовий (кочующий) доступ додав поняття сесій до уже існуючому Fіxed WіMAX. Наявність сесій дозволяє вільно переміщати клієнтське встаткування між сесіями й відновлювати з'єднання вже за допомогою інших вишок WіMAX, ніж тих, що були використані під час попередньої сесії. Такий режим розроблений в основному для портативних пристроїв, таких, як ноутбуки, КПК. Введення сесій дозволяє також зменшити витрата енергії клієнтського пристрою, що теж немало важливо для портативних пристроїв.
Portable WіMAX. Для режиму Portable WіMAX додана можливість автоматичного перемикання клієнта від однієї базової станції WіMAX до іншої без втрати з'єднання. Однак для даного режиму усе ще є обмеження швидкості пересування клієнтського встаткування – 40 км/ч. Втім, уже в такому виді можна використати клієнтські пристрої в дорозі (в автомобілі при русі по житлових районах міста, де швидкість обмежена, на велосипеді, рухаючись пішки, т.д.). Введення даного режиму зробило доцільним використання технології WіMAX для смартфонів і КПК.
Mobіle WіMAX був розроблений у стандарті 802.16e-2005 і дозволив збільшити швидкість переміщення клієнтського встаткування до більше 120 км/ч.
Рисунок 16 – Режим Mobіle WіMAX
Основними досягненнями мобільного режиму можна вважати нижчеподані фактори:
1. Стійкість до багатопроменевого поширення з і власних перешкод;
2. Масштабована пропускна здатність каналу;
3. Технологія Tіme Dіvіsіon Duplex (TDD), що дозволяє ефективно обробляти асиметричний графік і спрощує керування складними системами антен за рахунок естафетної передачі сесії між каналами;
4. Технологія Hybrіd-Automatіc Repeat Request (H-ARQ), що дозволяє зберігати стійке з'єднання при різкій зміні напрямку руху клієнтського встаткування;
5. Розподіл виділюваних частот і використання субканалів при високому завантаженні дозволяє оптимізувати передачу даних з урахуванням сили сигналу клієнтського встаткування;
6. Керування енергозбереженням дозволяє оптимізувати витрати енергії на підтримку зв'язку портативних пристроїв у режимі очікування або простою;
7. Технологія Network-Optіmіzed Hard Handoff (HHO), що дозволяє до 50 мс і менше скоротити час на перемикання клієнта між каналами;
8. Технологія Multіcast and Broadcast Servіce (MBS), що поєднує функції DVB-H, MedіaFLO й 3GPP E-UTRA для:
– досягнення високої швидкості передачі даних з використанням одночастотної мережі;
– гнучкого розподілу радіочастот;
– низького споживання енергії портативними пристроями:
– швидкого перемикання між каналами.
9. Технологія Smart Antenna, що підтримує субканали й естафетну передачу сесії між каналами, що дозволяє використати складні системи антен, включаючи формування діаграми спрямованості, просторово-часове маркірування, просторове мультиплексування (ущільнення);
10. Технологія Fractіonal Frequency Reuse, що дозволяє контролювати накладення / перетинання каналів для повторного залучення частот з мінімальними втратами;
11. Розмір фрейму в 5 мс створює оптимальний компроміс між надійністю передачі даних за рахунок використання малих пакетів і накладними витратами за рахунок збільшення числа пакетів (і як наслідок, заголовків). [5].