Стандарт 802.16-2004. Характеристики физического уровня
Стандарт IEEE 802.16-2004 позволяет стоить сети без хэндоверов на основе технологии OFDM. Как и в сетях LTE, передачу ведут OFDM-символами длиной Tb, разделенных защитными промежутками Tg (рис. 11.1). В сети WiMAX оператор может устанавливать длину Tg = 1/32; 1/16; 1/8; 1/4 Tb в зависимости от максимальной задержки отраженных лучей. В стандарте WiMAX во время защитного промежутка станция передает циклический префикс: конец символа длительностью Tg, что снижает помеховое влияние многолучевого распространения ортогональных составляющих сигнала
Рис. 11.1. OFDM- символ с циклическим префиксом
На рис.11.2 представлена последовательность этапов обработки информационных сигналов на физическом уровне.
Рис 11.2. Функциональные этапы обработки сигналов на физическом уровне Рандомизация означает, что на информационный сигнал накладывают скремблирующий код с тем, чтобы излучаемые сигналы представляли собой шумоподобные последовательности. На рис. 11.3 показан вариант использования технологии STC, когда передачу ведут через две антенны. В частотной области сигнал характеризуют спектральные характеристики (рис.11.3). В нем присутствуют поднесущие для передачи данных, пилотные поднесущие, а по краям полосы расположены защитные интервалы. Пилотные поднесущие используют для оценки и отслеживания каналов. На них передают заранее известные последовательности символов. По краям полосы размещают нулевые поднесущие, расположенные в защитных интервалах. Нулевую амплитуду имеет также центральная частота (DC subcarrier).
Рис.11.3. Описание сигнала в частотной области Сеть WiMAX представляет собой множество базовых станций (БС), каждая из которых в своей соте обслуживает определенной число абонентских станций (АС) по схеме точка-многоточка. В стандарте 802.16-2004 независимо от ширины полосы канала передачу ведут на 256 поднесущих. Из них 56 приходятся на защитные интервалы по краям полосы и центральную поднесущую, на 8 передают пилотные сигналы, на остальных 192 – данные. Так как при изменении ширины полосы и одинаковом числе поднесущих будет меняться разнос между ними Δf, то соответственно меняется и длина символов OFDM (табл. 11.3). Таблица 11.3
WiMAX относится к стандартам с частотно-временным разделением каналов с когерентным приемом. Во временной области информацию передают кадрами. Передача может идти как с частотным, так и с временным дуплексом. Структура кадра стандарта 802.16-2004 при передаче с временным дуплексом приведена на рис. 11.4. Каждый кадр поделен на две части: подкадр вниз (DL, от БС к АС), и подкадр вверх (UL, от АС к БС). Между подкадрами вниз и вверх существует защитный интервал TTG – transmit/receive transition gap, между кадрами – RTG – receive/transmit transition gap. Подкадр вниз начинается с преамбулы, за ней следует заголовок кадра FCH (frame control header). После заголовка передают карты каналов вниз (DL-МАР) и вверх (UL-МАР).
Рис.11.4. Структура кадров при временном дуплексе Информацию в WiMAX передают в виде последовательности пакетов ( burst ). Для каждого пакета задают профиль, т.е. метод модуляции и схему кодирования данных. В сетях стандарта 802.16-2004 пакеты передают по очереди для разных абонентских станций, каждая из которых из всего информационного потока выбирает «свои» пакеты. Для этого в картах нисходящего (DL-МАР), и восходящего (UL-МАР) каналов указывают время передач отдельных burst’ов во временных слотах (по числу OFDM-символов), профиль передачи и идентификатор соединения по соответствующему каналу CID (Connection Identifier). В восходящем субкадре резервируют канальный ресурс для запросов на доступ к сети и к запросам полосы. Кроме того, для синхронизации приемника БС каждая абонентская станция перед передачей своего пакета передает преамбулу (OFDM-символ). Профиль пакета – это список его параметров, включающий метод модуляции, тип FEC (параметров схем избыточного кодирования), а также диапазон значений отношения сигнал/шум в приемном канале конкретной станции, при котором данный профиль можно применять. Базовая станция периодически транслирует список профилей в специальных управляющих сообщениях (дескрипторах нисходящего и восходящего каналов DCD/UCD – downlink channel descriptor / uplink channel descriptor). Каждому профилю в спецификациях WiMAX присвоен номер, который и используют в картах каналов. В WiMAX применяют модуляцию 4-ФМ, 16-КАМ и 64-КАМ. Избыточное кодирование осуществляют с помощью различных сверточных и блочных кодов. Значения сквозных скоростей в кадре при относительной величине защитного интервала Tg / Tb = 1/8 приведены в табл. 11.4. Таблица 11.4
|
