9.1. Современные технологии мобильного WiMAX
9.1.1. Технологии интеллектуальной антенны
Характеристики и принципы построения интеллектуальных антенн
Технологии интеллектуальной антенны включают в себя сложные алгоритмы управления множеством антенн, функционирующих по векторному или матричному принципу (антенны с переключением, решетчатые антенны и т. п.). OFDMA очень подходит для поддержания такой технологии. Фактически система со многими антеннами (MIMO) и FDMA являются основой для следующего поколения широкополосных систем связи.
В целях улучшения системных рабочих характеристик мобильный WiMAX поддерживает весь диапазон технологий интеллектуальной антенны.
Для этого применяются следующие процедуры.
Формирование диаграммы направленности. Формируя диаграмму направленности, система использует множество антенн для передачи сигналов, улучающих охват и емкость системы, и уменьшених вероятности нарушения связи.
Коды пространство-время (STC — Space-Time Code). Используются для того, чтобы обеспечить пространственное разнесение и оптимальный запас на замирание.
Пространственное мультиплексирование (SM — Spatial Multiplexing). Применяется для повышения скоростей и увеличения пропускной способности. При пространственном мультиплексировании множество потоков передаются по множеству антенн. Если приемник также имеет множество антенн и может отделить различные потоки, становится возможно достигнуть высокой производительности по сравнению с отдельной одиночной антенной. Использование системы 2 x 2 MIMO с пространственным мультиплексированием увеличивает пиковую скорость данных вдвое благодаря передаче двух потоков данных. В направлении "вверх" (UL) каждый пользователь имеет только одну передающую антенну. Два пользователя могут передавать совместно в том же самом слоте, как будто два потока пространственно мультиплексированы от двух антенн одного пользователя. Это называется "совместное пространственное мультиплексирование "вверх".
Рабочие характеристики мобильного WiMAX-профиля перечислены в табл. 9.1.
Возможности интеллектуальной антенны
| Направление |
Диаграмма направленности |
Кодирование пространство время |
Пространственное разнесение |
|---|
| "вниз" DL |
$$N_t\ge 2, N_r\ge 1$$ |
$$N_t=2, N_r\ge 1$$ Матрица
|
$$N_t=2, N_r\ge 2$$ Матрица B с вертикальным кодированием
|
| "вверх" UL |
$$N_t\ge 1, N_r\ge 2$$ |
Не определено |
$$N_t=1, N_r\ge 2$$ пространственное мультиплексирование "вверх".
|
$$N_t$$: число, передающих антенн; $$N_r$$ число приемных антенн
Мобильный WiMAX позволяет адаптивный выбор между этими вариантами, чтобы максимизировать преимущества технологий интеллектуальной антенны при различных состояниях канала. Адаптивный переключатель интеллектуальной антенны показан на рис 9.1. Последовательность символов, поступающая на кодер, преобразуется символьным преобразователем в пространственную форму либо мультиплексируется для передачи по подканалам. В соответствии с программой, заложенной в адаптивном преобразователе (например, отражение информации подканалов в пространственный код в соответствии с заданной матрицей), в зависимости от текущего состояния каналов сигналы передаются по разным подканалам. Они могут также использоваться для преобразования подканалов (например, изменять диаграмму направленности элементов адаптивной антенны), что позволяет изменять параметры среды передачи с целью улучшения качества в соответствии с текущим состоянием каналов.
Далее полученные сигналы распространяются по определенному закону (последовательно или в соответствии с заданной матрицей) в устройства обратного преобразования Фурье для пространственно раздельной передачи по радиоинтефейсу. На приемном конце пространственные сигналы объединяются, и происходит обратное преобразование и декодирование.
(рис 9.1) Адаптивный переключатель интеллектуальной антенныПространственное мультиплексирование улучшает пиковую (при наилучших условиях состояния канала) пропускную способность.
Когда канал находится в плохом состоянии, величина коэффициента ошибок пакетов (PER — Packet Error Rate) высокая, и поэтому ограничена зона покрытия, где может быть выдержано расчетное значение PER. Пространственная модуляция (SM) и коды "пространство-время" [55] (STC) обеспечивают большой охват независимо от состояния канала, но не повышают пиковую скорость данных.
Мобильный WiMAX позволяет адаптивное переключение между множеством режимов с несколькими антеннами (MIMO) для того, чтобы максимизировать спектральную эффективность без сокращения зоны покрытия.
Табл. 9.2 показывает теоретические пиковые скорости данных для различных отношений скоростей между направлениями "вниз" и "вверх", в предположении, что канал имеет полосу 10 МГц, а 5 мсек кадры содержат 44 символа (из общего количества 48 OFDMA-символов). В верхней строке таблицы показаны отношения распределения ресурсов "вниз" и "вверх" в (DU/UL). Например, соотношение 1:0 показывает случай, когда сообщение направлено "вниз" ( от базовой станции к мобильной).
Скорость передачи данных для конфигураций MIMO и SIMO
| Отношение DL/UL |
1:0 |
3:2 |
2:1 |
3:2 |
1:1 |
0:1 |
| Пользовательская пиковая скорость |
SIMO 1 x 2 |
DL |
31,68 |
23,04 |
20,16 |
18,72 |
15,84 |
0 |
| UL |
0 |
4,03 |
5,04 |
6,05 |
7,06 |
14,11 |
| MIMO 2 x 2 |
DL |
63,36 |
46,08 |
40,32 |
37,44 |
31,64 |
0 |
| UL |
0 |
4,03 |
5,04 |
6,05 |
7,06 |
14,11 |
| Секторная пиковая скорость |
SIMO 1 x 2 |
DL |
31,68 |
23,04 |
20,16 |
18,72 |
15,84 |
0 |
| UL |
0 |
4,03 |
5,04 |
6,05 |
7,06 |
14,11 |
| MIMO 2 x 2 |
DL |
63,36 |
46,08 |
40,32 |
37,44 |
31,64 |
0 |
| UL |
0 |
8,06 |
10,08 |
12,10 |
14,11 |
28,22 |
MIMO — Multiple-Input, Multiple-Output – система сомногими входами многим выходами
SIMO — Single-Input, Multiple-Output система с одним входом и многими выходами,
Образование каналов проводится по принципу частичного использования поднесущих (PUSC). С применением 2 x 2 MIMO в направлении "вниз" пиковая скорость теоретически удваивается. Максимальная пиковая скорость данных по направлению "вниз" — 63,36 Мбит/с. При совместном пространственном мультиплексировании по направлению "вверх" пиковая общая скорость от объединенного устройства (секторная скорость) удваивается, в то время как скорость передачи от каждого пользователя остается неизменной.
Пользовательская пиковая скорость передачи данных и секторная пиковая скорость по направлению "вверх" — соответственно 14,11 Мбит/с и 28,22 Мбит/с.
Применяя различные соотношения скоростей по направлениям DL/UL, можно адаптировать пропускную способность канала.
Можно отметить крайние случаи использования канала только по направлению "вверх" или только по направлению "вниз", но они редки.
WiMAX-профиль определяет отношение DL/UL в пределах от 3:1 к 1:1 для различных типов трафика. Применяемые пиковые скорости передачи данных вероятнее всего будут находиться между этими двумя крайними случаями.
Пиковая скорость часто используется, чтобы описать емкость канала, и хороша для сравнительных целей. Однако нужно отметить, что практически достижимые пиковые скорости данных могут быть ниже. Это зависит от заданного типа трафика, условий распространения и интерференции.
Варианты разнесения
Для борьбы с замираниями физический уровень OFDMA с помощью адаптивного набора антенн обеспечивает набор вариантов разнесения по различным путям следования (второго и четвертого порядка), т. е. организации нескольких каналов (двух, четырех и т. д.) для передачи и приема одной и той же информации.
Передача информации по нескольким антеннам позволяет увеличить зону покрытия и пропускную способность системы. При этом она сводит к минимуму перерывы в работе связи благодаря формированию направленности лучей и нулевому перекрытию передаваемых сигналов.
Варианты разнесения содержат набор методов, основанных на разнесении второго и четвертого порядка в направлении "вниз" и разнесении второго порядка в направлении "вверх", которые могут гибко варьироваться в зависимости от требуемой емкости и зоны покрытия. Набор может включать в себя алгоритмы с применением обратной связи и без применения обратной связи. Физический уровень OFDMA обеспечивает также пространственное мультиплексирование (SM – Spatial Multiplexing) для максимального использования спектра.
Усовершенствованная система антенн
Физический уровень OFDMA обеспечивает два варианта алгоритмов управления адаптивной антенной системой: сканирование массива разнесения (diversity map scan) и метод прямой сигнализации (direct signaling method).
Сканирование массива распределения разнесения поддерживает все методы распределения поднесущих (с полным использованием поднесущих — FUSC и с частичным использованием несущих — PUSC, смежное распределение — AMC). Метод прямой сигнализации обеспечивает регулировку разделения несущих с помощью сигналов управления.
Рассмотрим метод сканирования массива распределения с применением разделения поднесущих путем смежных перестановок (AMC).
На рис 9.2 показана зона массива распределения адаптивной антенной системы (AAS) для подкадра, передаваемого в направлении "вниз". В этом подкадре образуются секции для обмена без использования антенной системы (non-AAS) и для обмена с использованием AAS. В первых трех подканалах содержится служебная информация, характеризующая данную зону антенной системы. В подканалах с номерами 4 и N-4 ( где N – последний логический номерпредыдушего пакета) размещается массив распределения информации адаптивной анетенной системы. Для передачи этой информации выделяются старшие каналы.
(рис 9.2) Зоны антенной системы и карта ее распределенияЗона non-AAS включает:
преамбулу, которая содержит описания всего подкадра;
заголовок, идентифицирующий подкадр;
DL-карты, которые указывают типы пакетов, их объем и содержание.
На рисунке показаны: обычный пакет, широковещательный (предназначенный пользователям всей зоны) и групповой (предназначенный отдельной группе пользователей).
Зона, состоящая из оставшихся каналов, включает в себя элементы информации массива распределения для адаптивной антенной системы AAS.
В пределах этой секции на рисунке в подканалах с номерами k+10 и k+17 размещается массив распределения адаптивной антенной системы. Для передачи этой информации выделяются специальные подканалы. Для метода разделения поднесущих PUSC/FUSC выделяются старшие каналы. Для метода смежной перестановки разделения AMC предназначены четвертый канал от начала и четвертый от конца.
На рис 9.2 показана конфигурация с четырьмя антеннами при использовании разделения поднесущих передается в сообщениях. Сообщения содержат преамбулу зоны антенной системы и карту распределения зоны ( карта DL AAS зоны рспределения), которая повторена четыре раза, чтобы обеспечить четыре группы (четыре антенны).
В части формата, передающего информацию зоны адаптивной антенной системы, содержится месторасположение базовой станции, которое используется при выделении полосы для абонентской станции. В режиме дуплексной передачи с временным разделением (TDD) базовая станция может извлечь информацию, которая обеспечивает формирование диаграммы направленности луча антенны, также запрос абонентской станции, для инициализации вызова и запрос выделения полосы. В режиме дуплексной связи с частотным разделением (FDD) это делается с помощью сообщений обратного запроса абонентской станции и ответа на запрос. Ответное сообщение содержит индикатор напряженности поля полученного сигнала, данные об интерференции вместе со значением коэффициента сигнал/шум. Эта информация передается от абонентской станции к базовой.
При использовании метода прямой сигнализации информация передается по подканалам доступа, специально выделенным в процессе распределения ресурса BWAA (bandwidth allocation/access). Расположение информации в формате передается в UL-картах и DL-картах.
В методе прямой сигнализации предусмотрены четыре специальных кодовых сообщения: обучения обратного соединения RLT (reverse link training), доступа в обратном соединении RLA (reverse link access), обучения прямого соединения FLT (forward link training) и инициирования прямого соединения FLI (forward link initiation). С их помощью устанавливается формат обмена.
Это происходит следующим образом. Первые два сообщения (RLA и RLT) использует MS, вторые два — базовая станция (BSS). Для начальной инициализации или запроса полосы MS посылает сообщение RLA в канале BWAA. Оно предшествует сообщениям запроса полосы или начального доступа и используется BSS для точной настройки своей антенной системы на данную MS. В ответ MS передает сообщение FLI — уникальный код для каждой MS (BSS может сама инициировать соединение, послав FLI). FLI транслируется в подканале, выделенном для данной MS. Каждая мобильная станция сканирует все подканалы и, обнаружив по кодовой последовательности адресованное ей сообщение начальной инициализации, отправляет в ответ в том же канале (в отведенном для нее временном интервале) последовательность RLT, предназначенную для точной настройки антенн BSS на MS в данном подканале. В результате, выполнив все необходимые подстройки, BSS и MS устанавливают соединение, в течение которого происходит обмен данными.
Причем пакетам данных предшествуют тренировочные последовательности FLT (со стороны BSS) и RLT (со стороны MS).
Передача информации с разнесением
OFDMA обеспечивает разнесение второго (по двум антеннам) и четвертого порядка по направлению "вниз" и второго порядка — по направлению "вверх". В основе разнесения положен принцип пространственновременного кодирования (STC — Space Time Coding) и код со скачкообразной перестройкой частоты (FHDC — Frequency Hopping Diversity Code).
Стандарт не определяет число используемых антенн, поэтому не устанавливает методы указанного выше кодирования. Однако пространственное кодирование в настоящее время основано на алгоритме Аламоути (S.M. Alamouti) [55].
Этот алгоритм предназначен для передачи потоков сигналов по двум антеннам. Он основан на том, что потоки передаются попеременно по каждой из антенн. Порядок передачи определяется двумерной матрицей $$(i, j)$$, где $$i$$ — номер антенны, а $$j$$ — номер потока сигналов. Для того чтобы не было интерференции между этим потоками, каждый поток преобразовывается. На приемном конце одноименные потоки, полученные по разным антеннам, складываются с применением весовых коэффициентов, отображающих текущее качество каждой составляющей. Для преобразований более четвертого порядка аналогично применяются матрицы и преобразования четвертого порядка.
Механизм кода со скачкообразной перестройкой частоты заключается в том, что при переходе к другой антенне поток может быть передан по другому каналу со сменой набора поднесущих. При этом используется информация, заложенная в матрицу.
9.1.2. Частичное повторное использование частоты
Чтобы максимально использовать спектр, мобильный WiMAX позволяет частичное повторное использование частоты, то есть работу нескольких сот на одной и той же частоте. Однако следует отметить, что такой режим может привести к большой межканальной интерференции, особенно на краях сот.
Пользователи мобильного WiMAX могут работать по подканалам, которые занимают только небольшую долю всей полосы пропускания канала. Базовая станция соты, у которой возникают проблемы пограничной межканальной интерференции, может реконфигурировать подканал. Поэтому при проектировании сот можно не применять традиционное планирование частоты.
В мобильном WiMAX гибкое повторное использование подканала облегчается принципом образования подканала — сегментацией и перестановкой поднесущих, рассмотренными раннее.
Кадры "вниз" или "вверх" внутри соты могут содержать больше чем один тип зоны переключения, как показано на рис 9.3, и работа происходит со всеми доступными по заданной структуре подканалами, в то время как пользователи на краю соты работают только с частью доступных подканалов.
На рис 9.3 F1, F2 и F3 представляют собой различные наборы подканалов в одном и том же диапазоне частоты. При такой конфигурации обеспечивается полное использование спектра для пользователей, находящихся в центре соты, и частичное использование спектра для пользователей, находящихся на краю соты. Повторное использование подканалов может планироваться и динамически оптимизироваться по всей соте или по секторам в соответствии с нагрузкой или интерференцией.
(рис 9.3) Частичное повторное использование частот
9.1.3. Групповая рассылка и широковещательное обслуживание
Групповая рассылка и широковещательное обслуживание (MBS — Multicast and Broadcast Service), предоставляемые мобильным WiMAX, удовлетворяют следующим требованиям:
высокая скорость передачи данных,
широкая зона покрытия, осуществляемая на одной частоте (SFN — Single Frequency Network);
гибкое распределение радиоресурсов;
низкое потребление мощности;
рассылка данных в дополнение к видео- и аудиоинформации;
малое время переключения каналов.
Профиль WiMAX определяет способы начальной установки служб MBS. Они могут быть организованы в рамках служб, предназначенных для однонаправленных соединений, и включаться в кадры по направлению "вниз", или могут быть созданы специализированные кадры для этих служб.
Рис. 9.4 показывает зону MBS, которая поддерживает однонаправленную, широковещательную и групповые службы по обоим направлениям (DL/UL).
(рис 9.4) Отображение MBS, встроенных в WiMAXЭта структура обеспечивает гибкий размер зон MBS-кадра, позволяя таким образом наращивать радиоресурсы для MBS в соответствии с трафиком. Отметим, что возможно создание нескольких зон MBS.
Имеется один дескриптор (описатель) размещения информационных элементов (IE) в зоне MBS. Мобильная станция получает доступ к протоколу доступа, чтобы идентифицировать зоны MBS и местоположения связанных списков объектов в каждой зоне согласно протоколу доступа. Эта станция затем может последовательно читать списки и устанавливать соединения. Информационный элемент зоны определяет физическую конфигурацию и местоположение каждой зоны с помощью параметров OFDMA.
Область гибридного автоматического запроса на повторную передачу (HARQ — Hybrid Automatic ReQuest) обеспечивает функционирование, когда блоки данных передаются по нескольким каналам. В этом случае при искажении информации, передаваемой по данному каналу, она передается по другому каналу. Смена каналов осуществляется планировщиком.
9.2. Параметры системы "мобильный WiMAX"
Поскольку мобильный WiMAX основан на наращиваемом OFDMA, он может гибко создавать конфигурации, которые приспособленные для работы с системами, имеющими различные пропускные способности, благодаря настройке системных параметров. Приводимые ниже характеристики можно рассматривать как некоторый пример для оценки рабочих характеристик. Приведенные ниже таблицы содержат следующие сведения: табл. 9.3 — рабочие характеристики системы, табл. 9.4 является итогом рассмотрения параметров OFDMA и табл. 9.5 показывает модель распространения, применяемую для оценки параметров мобильноого WiMAX.
Параметры системы мобильного WiMAX
| Параметры |
Значения |
|---|
| Число 3-х секторных сот |
19 |
| Рабочая частота |
2500 МГЦ |
| Дуплекс |
TDD |
| Ширина полосы канала |
10 МГц |
| Расстояние базовая станция - базовая станция |
28 км |
| Минимальное расстояние от мобильной станции к базовой |
36 метров |
| Модель антенны |
70° (-3 дБ) с отношением "вперед - назад" 20дБ |
| Высота антенны базовой станции |
32 метра |
| Высота антенны терминала мобильной станции |
1,5 метра |
| Коэффициент усиления антенны базовой станции |
15 дБ |
| Коэффициент усиления антенны мобильной станции |
-1дБ |
| Максимальная мощность усилителя базовой станции |
43 Дб |
| Максимальная мощность усилителя терминала мобильной станции |
23 дБ |
| Приемные и передающие антенны базовой станции |
2 или 4 приемных антенны 2 или 4 передающих антенны
|
| Приемные и передающие антенны мобильной станции |
1 передающая антенна 2 принимающие антенны
|
| Коэффициент шума базовой станции |
4 дБ |
| Коэффициент шума мобильной станции |
7 дБ |
Параметры OFDMA
| Параметры |
Значения |
|---|
| Системная полоса канала |
10 МГц |
| Частота дискретизации ( $$F_\varphi$$ в МГц) |
11,2 |
| Размер преобразования Фурье ( $$N_{FFT}$$ ) |
1024 |
| Разнос частот поднесущих |
10,94 кГц |
| Полезное время символа ( $$T_b=1/f$$ ) |
91,4 микросекунды |
| Защитное время ( $$T_g=T_b/8$$ ) |
11,4 микросекунды |
| Продолжительность OFDMA-символа ( $$T_s= T_b+ T_g$$ ) |
102,9 микросекунд |
| Длительность кадра |
5 миллисекунд |
| Число символов в кадре |
48 |
| Частичное использование поднесущих. Направление "вниз" |
Нулевые поднесущих |
184 |
| Поднесущие пилот сигнала |
120 |
| Поднесущие данных |
720 |
| Подканалы |
30 |
|
|
| Частичное использование поднесущих. Направление "вверх" |
Нулевые поднесущих |
184 |
| Поднесущие пилот сигнала |
280 |
| Поднесущие данных |
560 |
| Подканалы |
35 |
|
|
Модель распространения
| Параметры |
Значения |
|---|
| Модель распространения |
COST 231 Suburban |
| Замирание отклонение по нормальному закону |
8дБ |
| Взаимная корреляция замираний между базовыми станциями |
0,5 |
| Потери на распространение |
10 дБ |
COST — Cooperation in field Of Scientific and Technical Research (Европейское сотрудничество в области научно-технических исследований). COST 231 Suburban — математическая модель распространения радиосигналов [63].
9.3. Архитектура мобильного WiMAX
IEEE в стандарте 802.16 определил только физический уровень и уровень доступа к среде (MAC — Media Access Control). Такой подход удовлетворял технологии беспроводных Ethernet, которые использовали протоколы IETF (Internet Engineering Task Force) — такие как наборы протоколов верхнего уровня, например, TCP/IP, SIP, VoIP. Для беспроводной связи применяются другие протоколы, например, набор протоколов 3GPP, поддерживающие широкий диапазон интерфейсов и протоколов. Они касаются не только радиотракта, но также взаимодействия между сетями, между оборудованием различных производителей для проведения роуминга и взаимных расчетов между компаниями, предоставляющими услуги беспроводной связи. Производители, осознав эти потребности, сформировали дополнительные рабочие группы по разработке стандартов сети и эталонных моделей для открытых межсетевых интерфейсов.
Две из них сосредоточились на исследовании вопросов создания спецификаций для создания сетей с различным видом доступа [4]:
фиксированный доступ (fixed access);
сеансовый доступ (nomadic access);
доступ в режиме транспортировки (portable access);
упрощенный мобильный доступ (simple mobile access);
полнофункциональный доступ (full mobile access).
Первые два вида связи подразумевают, что пользователь находится в фиксированной и ограниченной зоне. В первом случае он связывается с одной и той же базовой станцией.
Во втором случае подразумевается, что пользователь может связываться с различными базовыми станциями, но оставаться в этой зоне на время сеанса.
Доступ во время транспортировки допускает перемещение с ограниченной скоростью в пределах ограниченного числа зон и перемещения в каждом местоположении. При этом возможно ограничение видов сервиса, предоставляемых непрерывно при перемещении.
При упрощенном и полнофункциональном мобильном доступе пользователь может перемещаться по всем сотам сети с высокой скоростью.
Упрощенный мобильный доступ гарантирует непрерывность для некоторого набора услуг, а полнофункциональный мобильный доступ обеспечивает ее для всех видов услуг.
Рабочие группы, которые называются WiMAX Forum's Network Working Group (сетевая рабочая группа) и Service Provider Working Group (рабочая группа поставщиков услуг), определили требования и расставили приоритеты по разработке стандартов сети.
Архитектура мобильного WiMAX построена на платформе "Все — IP" (All-IP).
Принятая технология основана на передаче и коммутации пакетов без использования каналов традиционной телефонии. Такой подход предполагает, что будут уменьшены затраты на всех "этапах жизненного цикла" (проектирование, развертывание и эксплуатация) сети. Использование принципа "Все — IP" означает, что общее ядро сети может не поддерживать обе известные технологии — коммутацию пакетов и сетей — со всеми задачами, которые влечет поддержка обеих технологий. Дальнейшие преимущества принципа "Все — IP" основаны на прогнозах роста сети. Их часто называют законом Мура ("Moore's Law"). Он утверждает, что развитие обработки информации на основе компьютерных технологий происходит быстрее, чем средств телекоммуникации. Причина в том, что обработка информации не ограничена установкой и модернизацией аппаратуры, как это происходит в сетях с коммутацией каналов.
Выбор принципа базовой технологии пакетной коммутации предполагает низкую стоимость, высокую степень наращиваемости, быстрое развитие функциональных возможностей, т. е. все преимущества систем, основанных на использовании программного обеспечения.
Для того чтобы успешно развивать коммерческие системы, были разработаны спецификации физического уровня и доступа к среде (802.16-PHY/MAC) для радиоинтерфейса. Они обеспечивают с помощью системной архитектуры поддержку базовой сетью набора необходимых функций.
Прежде чем вдаваться в детали архитектуры, рассмотрим несколько основных принципов.
Архитектура базируется на структуре, принятой в пакетной коммутации и процедурах, которые основаны на стандарте IEEE 802.16 и поправках к нему в соответствии со стандартами IETF (Internet Engineering Task Force).
Архитектура позволяет отделить архитектуру системы доступа от услуг IP-связи.
Архитектура обеспечивает модульность и гибкость, для создания множества вариантов сети, таких как:с изменением шага наращивания от маленького до очень большого (от редкого до самого плотного радиопокрытия) сетей WiMAX;
использование радиосред распространения, которые работают в лицензированных или освобождаемых диапазонах в городских, пригородных и сельских районов
применяющие различного вида топологии (иерархические , без узлов и с узлами);
поддерживающими все виды доступа , упомянутого ранее.
Поддержка услуг и приложений. Архитектура включает поддержку:
а) речи, услуг мультимедиа или других принятых официально услуг, таких как экстренная помощь и законный перехват информации (система оперативно-розыскных мероприятий);
б) доступ к различным прикладным услугам поставщика, например Интернету;
в) мобильная телефонная связь с использованием VoIP;
г) поддержка взаимодействия и шлюзов, позволяющих доставку общепринятых (традиционных) услуг, передаваемых через IP (службы коротких сообщений SMS, службы доступа к приложениям беспроводной связи — WAP), к сети WiMAX;
д) поддержка групповой и широковещательной доставки информации IP через сеть WiMAX.
Взаимодействие и роуминг. Это также ключевые моменты архитектуры сети мобильного WiMAX, от которых зависит множество сценариев. В частности, будут поддерживаться:
а) произвольная архитектура взаимодействия с существующими беспроводными сетями, такими как 3GPP, DSL и MSO (мультисервисный оператор, имеющий возможность совмещать услуги телефонии, мультимедиа, кабельного телевидения и т. п.), системами, базирующимися на наборе протоколов Интернета;
б) глобальный роуминг между операторами WiMAX, включая обеспечение повторного использования частот, последовательное использование системы опознавания установление подлинности и ведение учета (AAA — Authentication, Authorization and Accounting), составление индивидуальных и общих счетов и урегулирование претензий;
в) использование различных платежных механизмов, таких как сообщение имени и пароля пользователя, цифровая подпись, модуль абонентской идентификации (SIM — Subscriber Identity Module), универсальный модуль SIM (USIM — Universal SIM) и сменный модуль идентификации пользователя (RUIM — Removable User Identity Module).
Участники WiMAX Forum создали эталонную модель сети WiMAX - NRM (Network Reference Model), которая представляет собой логическую архитектуру сети. NRM определяет функциональные объекты и эталонные точки, через которые взаимодействуют между собой эти функциональные объекты. Архитектура разработана с целью унификации поддержки, необходимой для всего диапазона развития сети и используемых сценариев (например, от фиксированной сети к сеансовой — транспортирующей — простой мобильной и далее к полнофункциональной мобильной сети).
Рис. 9.5 иллюстрирует NRM, состоящий из следующих логических объектов: мобильной станции (MS), сети доступа к услуге (ASN — Access Service Network), сети взаимодействия с услугой (CSN — Connectivity Service Network) и выделенных эталонных точек для взаимодействия между логическими объектами. Рис. 9.5 дает ключевые нормативные точки R1–R5. Каждый объект представляет группу других функциональных объектов. Эти функции могут быть реализованы отдельным физическим устройством или распределены по многим физическим устройствам.
Группировка и распределение функций по физическим устройствам функциональных объектов (таких как ASN) улучшает выбор их реализации; изготовитель может выбрать любую физическую реализацию функций, либо индивидуальную, либо комбинированную, удовлетворяющую функциональным требованиям и требованиям по взаимодействию.
Цель NRM состоит в том, чтобы допустить множество путей реализации функциональных объектов и достичь взаимодействия между различными реализациями. Взаимодействие основано на определении протоколов связи и реализации процессов обработки между функциональными объектами, чтобы достигнуть выполнения в полном объеме функций, например, безопасности или управления и администрирования.
Таким образом, эталонная точка является набором функций управления и средств их выполнения.
Логический объект — сеть доступа к услугам (ASN) — определяет логическую границу и предоставляет удобный способ описать совокупность функциональных объектов, которые связаны единой задачей, и соответствуют потокам сообщений, связанных с выполнением услуг доступа.
(рис 9.5) Эталонная модель WiMAX
ASN представляет границу для функционального взаимодействия WiMAX с клиентом, возможности по взаимодействию в выполнении функций услуг и объединения функций, реализованных разными производителями. Отображение функциональных объектов в логические сети доступа к услугам (ASN) может быть выполнено различными способами.
WiMAX Forum в процессе разработки спецификаций заложил принципы, которые предоставляют возможность производителям использовать самые разнообразные пути по их выполнению.
Сеть взаимодействия с услугой (CSN — Connectivity Service Network) определена как набор функций, которые обеспечивают взаимодействие абонента(ов) WiMAX с услугой через IP. Она может содержать такие сетевые элементы, как маршрутизаторы, опознавание, аутентификация и учет стоимости, базы пользовательских данных и шлюзы взаимодействия.
CSN может быть реализована как часть сети поставщика прикладных услуг (NSP — Network Service Provider).
Сетевые спецификации для систем, основанных на WiMAX, базируются на принципах архитектуры, перечисленных ниже:
а) логическое разделение между процедурами адресации IP, процедурами маршрутизации и управления взаимодействием, а также соответствующими протоколами, для того чтобы позволить использование примитивов (программных модулей) в различных сценариях как автономных и взаимодействующих с окружением единиц;
б) поддержка совместного использования ASN-сети поставщиком доступа услуг (NAP — Network Access Provider) одного из множества поставщиков услуг (NSP — Network Service Provider);
в) поддержка одной сети взаимодействия с услугами (CSN — Connectivity Service Network) для управления многими сетями доступа к услугам ASN;
г) поддержка средств обнаружения и выбора мобильной станцией или станцией обслуживания одного из доступного поставщика услуг NSP;
д) поддержка доступа к назначенному сервису с помощью функций взаимодействия;
е) спецификация определенных эталонных точек между различными группами сетевых функциональных объектов — между ASN, между ASN и CSN, между CSN и в особенности между MS, ASN и CSN, чтобы сделать возможными взаимодействия аппаратуры различных производителей;
ж) поддержка развития взаимодействия между различными моделями использования (подвергается разумным техническим предположениям и ограничениям);
з) предоставление возможности различным производителям аппаратуры комбинировать различные объекты на различных физических носителях. Рис. 9.6 показывает несколько объектов в пределах сети доступа к услуге и их функциональную группировку, места протоколов и эталонных точек, как это определено в спецификациях;
и) поддержка некоторых частных сценариев отдельных операторов, разработанных на сети доступа с ограниченными услугами базовой сети, например, основных услуг Интернета без роуминга.
Архитектура WiMAX позволяет обеспечить IP- и Ethernet - услуги в мобильном варианте, гибко и согласованно поддержать работу операторов, использующих аппаратуру разных изготовителей.WiMAX-сети имеют следующие свойства, рассмотренные ниже.
(рис 9.6) Архитектура Мобильной WiMAX сети на основе IP
Безопасность
Архитектура сети WiMAX базирует свою безопасность на учете типа оператора и топологии сети и выполняет различные сценарии. В частности, она поддерживает:
а) в части безопасности; строгое соответствие процедур аутентификации оборудования между мобильной станцией и сетью WiMAX базируясь на стандарте IEEE 802.16
б) все механизмы аутентификации в домашней и визитной сети, которые базируются на последовательных и расширяемых процедурах аутентификации;
г) механизмы безопасности, которые обеспечивают сохранение целостности данных, защиту откликов, конфиденциальность, обнаружение несогласованности используемых ключей;
д) использование мобильной станцией таких механизмов, как инициирование или закрепление за терминалами дополнительных возможностей, например, виртуальной частной сети (VPN );
е) механизм управления IP-адресами между мобильной станцией (станцией услуги) и визитной или домашней сетью поставщика услуг.
Мобильность и передача вызова (хэндовер)
Архитектура сети WiMAX поддерживает множество возможностей мобильности и хэндовера. Она предполагает реализацию:
а) передачи вызова сетям с различными технологиями — WiFi, 3 GPP, DSL или MSO (Multi Service Operator) — если мобильная станция допускает работу в нескольких режимах;
б) поддержки различных версий протокола IP (IPv4 или IPv6), связанных с беспроводным доступом. В пределах такой архитектуры должна быть встроена система, снабжающая мобильную станцию адресами IP для обеих версий протокола (IPv4 и IPv6);
в) поддержки роуминга между сетями поставщиков услуг;
г) применения механизмов плавного (без перерыва) хэндовера для быстро передвигающихся средств и широко используемых услуг, а также следующих услуг:динамические и статические конфигурации домашнего адреса;
динамическое назначения домашнего агента (промежуточного устройства с адресом и возможностью реализации некоторых услуг, не предоставляемых центральными средствами); это назначение обеспечивает оптимизацию маршрутизации и регулирования нагрузки;
назначение домашнего агента по административным соображениям (например, для совместных или лимитированных расчетов).
Расширение и наращиваемость, выбор зоны покрытия и оператора
Архитектура мобильного WiMAX имеет широкие возможности для расширения и наращивания, а также гибкость в выборе оператора. В частности, предполагается:
а) простое изменение параметров при проектировании сетей доступа к услугам и основной сети, как в сторону увеличения, так и уменьшения; это касается зоны покрытия или емкости системы;
б) возможность приспосабливаться к любой топологии: индивидуальной ("сними трубку и говори"), иерархической и/или соединений со многими промежуточными узлами;
в) обеспечение возможности работы с различными ретрансляционными линиями, проводными и беспроводными, имеющими различные временные задержки и характеристики и пропускную способность;
г) поддержка развития инфраструктуры;
д) поддержка поэтапного внедрения IP-услуг, которые должны наращиваться в соответствии с возрастанием числа активных пользователей и числа услуг, используемых каждым абонентом;
е) поддержка наращивания числа базовых станций и их ввода в сеть для различной емкости и зоны покрытия, например, пико- и макросотовых;
ж) поддержка декомпозиции и интеграции функций сети взаимодействия с услугой доступа к сети при разработке и по заявке пользователей для создания схем баланса нагрузки и эффективности использования спектра и сетевых ресурсов (CSN — Connectivity Service Network).
Способность оборудования различных производителей к взаимодействию
Другой важный аспект архитектуры сети мобильного WiMAX — поддержка взаимодействия оборудования различных изготовителей при реализации функций сети доступа. Такое взаимодействие должно включать:
а) транзит через BS к оборудованию, выполняющему функции доступа к сети;
б) применение различных элементов реализации функций сети доступа (возможно, различных изготовителей) и базовой сети, с минимальным ухудшением или без него в части выполняемых функций и по пропускной способности. Стандарт IEEE 802.16 определяет несколько подуровней конвергенции. Архитектура сети мобильного WiMAX поддерживает различные типы подуровней конвергенции: Ethernet CS, IPv4 CS и IPv6 CS.
Качество обслуживания
Сеть мобильного WiMAX имеет средства для поддержки различных механизмов обеспечения качества обслуживания. В частности, она предоставляет возможность гибкой поддержки одновременной работы различных наборов IP-услуг.
Архитектура поддерживает:
а) дифференцированные уровни качества обслуживания — грубой настройкой (для пользователя) и тонкой настройкой (поток услуг пользователя);
б) управление доступом;
в) управление полосой пропускания;
г) политику операторов, основанную на их соглашении по гарантированному обслуживанию (SLA — Service Level Argument). Это включает политику по отношению к отдельным пользователям, группам пользователей, учет таких факторов, как местоположение, время дня и т. п.
Для управления политикой между операторами широко используются возможности стандартов, действующих в отношении Интернета. Конфигурации сети доступа к услугам определены профилями, включающими распределенную и централизованную архитектуру. Кроме того, WiMAX-форум разрабатывает взаимодействие как внутри сетей доступа, так и между сетями доступа, выполненными на оборудовании различных изготовителей.
9.4. Краткие итоги к лекции 9
Технологии мобильного WiMAX включают в себя применение сложных антенн – антенны с переключением, решёчатые антенны.
При управлении сложными антеннами применяются процедуры: формирования диаграмм направленности, коды пространство-время, пространственное мультиплексирование.
Пространственное мультиплексирование улучшает пиковую пропускную способность радиоканала.
Использование адаптивных антенн позволяет на физическом уровне применять многочисленные варианты разнесения с помощью организации нескольких каналов для передачи одной и той же информации.
Для управления адаптивной системы антенн организуется массив распределения, в котором указываются данные необходимые для управления каждой антенной.
В системе WiMAX применяется повторное использование каналов, где в центре соты пользователи используют весь спектр, а по краям соты только часть подканалов.
Системой WiMAX обеспечивается групповая и широковещательная доставка. Эти службы поддерживается с помощью отображения зон в памяти.
На первых этапах предполагаются различные виды доступа: использование в ограниченной зоне, ограничение скорости передвижения, ограничение служб при перемещении и полнофункциональная система.
Эталонная модель WiMAX включает сеть доступа к услугам, сеть взаимодействия с услугой.
Архитектура мобильного WiMAX построена на платформе "Все-IP" (All-IP). Принятая технология основана на передаче и коммутации пакетов без использования каналов традиционной телефонии.
Архитектура сети WiMAX поддерживает множество возможностей мобильности и хэндовера. Она предполагает реализацию передачи вызова сетям с различными технологиями
Архитектура мобильного WiMAX имеет широкие возможности для расширения и наращивания, а также гибкость в выборе оператора.
Сеть мобильного WiMAX имеет средства для поддержки различных механизмов обеспечения качества обслуживания. В частности, она предоставляет возможность гибкой поддержки одновременной работы различных наборов IP-услуг.
Задачи и упражнения к части 4
Провести частичное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести частичное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести полное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести полное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести распределение поднесущих для направления "вверх" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести распределение поднесущих для направления "вверх" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
9.1. Современные технологии мобильного WiMAX
9.1.1. Технологии интеллектуальной антенны
Характеристики и принципы построения интеллектуальных антенн
Технологии интеллектуальной антенны включают в себя сложные алгоритмы управления множеством антенн, функционирующих по векторному или матричному принципу (антенны с переключением, решетчатые антенны и т. п.). OFDMA очень подходит для поддержания такой технологии. Фактически система со многими антеннами (MIMO) и FDMA являются основой для следующего поколения широкополосных систем связи.
В целях улучшения системных рабочих характеристик мобильный WiMAX поддерживает весь диапазон технологий интеллектуальной антенны.
Для этого применяются следующие процедуры.
Формирование диаграммы направленности. Формируя диаграмму направленности, система использует множество антенн для передачи сигналов, улучающих охват и емкость системы, и уменьшених вероятности нарушения связи.
Коды пространство-время (STC — Space-Time Code). Используются для того, чтобы обеспечить пространственное разнесение и оптимальный запас на замирание.
Пространственное мультиплексирование (SM — Spatial Multiplexing). Применяется для повышения скоростей и увеличения пропускной способности. При пространственном мультиплексировании множество потоков передаются по множеству антенн. Если приемник также имеет множество антенн и может отделить различные потоки, становится возможно достигнуть высокой производительности по сравнению с отдельной одиночной антенной. Использование системы 2 x 2 MIMO с пространственным мультиплексированием увеличивает пиковую скорость данных вдвое благодаря передаче двух потоков данных. В направлении "вверх" (UL) каждый пользователь имеет только одну передающую антенну. Два пользователя могут передавать совместно в том же самом слоте, как будто два потока пространственно мультиплексированы от двух антенн одного пользователя. Это называется "совместное пространственное мультиплексирование "вверх".
Рабочие характеристики мобильного WiMAX-профиля перечислены в табл. 9.1.
Возможности интеллектуальной антенны
| Направление |
Диаграмма направленности |
Кодирование пространство время |
Пространственное разнесение |
|---|
| "вниз" DL |
$$N_t\ge 2, N_r\ge 1$$ |
$$N_t=2, N_r\ge 1$$ Матрица
|
$$N_t=2, N_r\ge 2$$ Матрица B с вертикальным кодированием
|
| "вверх" UL |
$$N_t\ge 1, N_r\ge 2$$ |
Не определено |
$$N_t=1, N_r\ge 2$$ пространственное мультиплексирование "вверх".
|
$$N_t$$: число, передающих антенн; $$N_r$$ число приемных антенн
Мобильный WiMAX позволяет адаптивный выбор между этими вариантами, чтобы максимизировать преимущества технологий интеллектуальной антенны при различных состояниях канала. Адаптивный переключатель интеллектуальной антенны показан на рис 9.1. Последовательность символов, поступающая на кодер, преобразуется символьным преобразователем в пространственную форму либо мультиплексируется для передачи по подканалам. В соответствии с программой, заложенной в адаптивном преобразователе (например, отражение информации подканалов в пространственный код в соответствии с заданной матрицей), в зависимости от текущего состояния каналов сигналы передаются по разным подканалам. Они могут также использоваться для преобразования подканалов (например, изменять диаграмму направленности элементов адаптивной антенны), что позволяет изменять параметры среды передачи с целью улучшения качества в соответствии с текущим состоянием каналов.
Далее полученные сигналы распространяются по определенному закону (последовательно или в соответствии с заданной матрицей) в устройства обратного преобразования Фурье для пространственно раздельной передачи по радиоинтефейсу. На приемном конце пространственные сигналы объединяются, и происходит обратное преобразование и декодирование.
(рис 9.1) Адаптивный переключатель интеллектуальной антенныПространственное мультиплексирование улучшает пиковую (при наилучших условиях состояния канала) пропускную способность.
Когда канал находится в плохом состоянии, величина коэффициента ошибок пакетов (PER — Packet Error Rate) высокая, и поэтому ограничена зона покрытия, где может быть выдержано расчетное значение PER. Пространственная модуляция (SM) и коды "пространство-время" [55] (STC) обеспечивают большой охват независимо от состояния канала, но не повышают пиковую скорость данных.
Мобильный WiMAX позволяет адаптивное переключение между множеством режимов с несколькими антеннами (MIMO) для того, чтобы максимизировать спектральную эффективность без сокращения зоны покрытия.
Табл. 9.2 показывает теоретические пиковые скорости данных для различных отношений скоростей между направлениями "вниз" и "вверх", в предположении, что канал имеет полосу 10 МГц, а 5 мсек кадры содержат 44 символа (из общего количества 48 OFDMA-символов). В верхней строке таблицы показаны отношения распределения ресурсов "вниз" и "вверх" в (DU/UL). Например, соотношение 1:0 показывает случай, когда сообщение направлено "вниз" ( от базовой станции к мобильной).
Скорость передачи данных для конфигураций MIMO и SIMO
| Отношение DL/UL |
1:0 |
3:2 |
2:1 |
3:2 |
1:1 |
0:1 |
| Пользовательская пиковая скорость |
SIMO 1 x 2 |
DL |
31,68 |
23,04 |
20,16 |
18,72 |
15,84 |
0 |
| UL |
0 |
4,03 |
5,04 |
6,05 |
7,06 |
14,11 |
| MIMO 2 x 2 |
DL |
63,36 |
46,08 |
40,32 |
37,44 |
31,64 |
0 |
| UL |
0 |
4,03 |
5,04 |
6,05 |
7,06 |
14,11 |
| Секторная пиковая скорость |
SIMO 1 x 2 |
DL |
31,68 |
23,04 |
20,16 |
18,72 |
15,84 |
0 |
| UL |
0 |
4,03 |
5,04 |
6,05 |
7,06 |
14,11 |
| MIMO 2 x 2 |
DL |
63,36 |
46,08 |
40,32 |
37,44 |
31,64 |
0 |
| UL |
0 |
8,06 |
10,08 |
12,10 |
14,11 |
28,22 |
MIMO — Multiple-Input, Multiple-Output – система сомногими входами многим выходами
SIMO — Single-Input, Multiple-Output система с одним входом и многими выходами,
Образование каналов проводится по принципу частичного использования поднесущих (PUSC). С применением 2 x 2 MIMO в направлении "вниз" пиковая скорость теоретически удваивается. Максимальная пиковая скорость данных по направлению "вниз" — 63,36 Мбит/с. При совместном пространственном мультиплексировании по направлению "вверх" пиковая общая скорость от объединенного устройства (секторная скорость) удваивается, в то время как скорость передачи от каждого пользователя остается неизменной.
Пользовательская пиковая скорость передачи данных и секторная пиковая скорость по направлению "вверх" — соответственно 14,11 Мбит/с и 28,22 Мбит/с.
Применяя различные соотношения скоростей по направлениям DL/UL, можно адаптировать пропускную способность канала.
Можно отметить крайние случаи использования канала только по направлению "вверх" или только по направлению "вниз", но они редки.
WiMAX-профиль определяет отношение DL/UL в пределах от 3:1 к 1:1 для различных типов трафика. Применяемые пиковые скорости передачи данных вероятнее всего будут находиться между этими двумя крайними случаями.
Пиковая скорость часто используется, чтобы описать емкость канала, и хороша для сравнительных целей. Однако нужно отметить, что практически достижимые пиковые скорости данных могут быть ниже. Это зависит от заданного типа трафика, условий распространения и интерференции.
Варианты разнесения
Для борьбы с замираниями физический уровень OFDMA с помощью адаптивного набора антенн обеспечивает набор вариантов разнесения по различным путям следования (второго и четвертого порядка), т. е. организации нескольких каналов (двух, четырех и т. д.) для передачи и приема одной и той же информации.
Передача информации по нескольким антеннам позволяет увеличить зону покрытия и пропускную способность системы. При этом она сводит к минимуму перерывы в работе связи благодаря формированию направленности лучей и нулевому перекрытию передаваемых сигналов.
Варианты разнесения содержат набор методов, основанных на разнесении второго и четвертого порядка в направлении "вниз" и разнесении второго порядка в направлении "вверх", которые могут гибко варьироваться в зависимости от требуемой емкости и зоны покрытия. Набор может включать в себя алгоритмы с применением обратной связи и без применения обратной связи. Физический уровень OFDMA обеспечивает также пространственное мультиплексирование (SM – Spatial Multiplexing) для максимального использования спектра.
Усовершенствованная система антенн
Физический уровень OFDMA обеспечивает два варианта алгоритмов управления адаптивной антенной системой: сканирование массива разнесения (diversity map scan) и метод прямой сигнализации (direct signaling method).
Сканирование массива распределения разнесения поддерживает все методы распределения поднесущих (с полным использованием поднесущих — FUSC и с частичным использованием несущих — PUSC, смежное распределение — AMC). Метод прямой сигнализации обеспечивает регулировку разделения несущих с помощью сигналов управления.
Рассмотрим метод сканирования массива распределения с применением разделения поднесущих путем смежных перестановок (AMC).
На рис 9.2 показана зона массива распределения адаптивной антенной системы (AAS) для подкадра, передаваемого в направлении "вниз". В этом подкадре образуются секции для обмена без использования антенной системы (non-AAS) и для обмена с использованием AAS. В первых трех подканалах содержится служебная информация, характеризующая данную зону антенной системы. В подканалах с номерами 4 и N-4 ( где N – последний логический номерпредыдушего пакета) размещается массив распределения информации адаптивной анетенной системы. Для передачи этой информации выделяются старшие каналы.
(рис 9.2) Зоны антенной системы и карта ее распределенияЗона non-AAS включает:
преамбулу, которая содержит описания всего подкадра;
заголовок, идентифицирующий подкадр;
DL-карты, которые указывают типы пакетов, их объем и содержание.
На рисунке показаны: обычный пакет, широковещательный (предназначенный пользователям всей зоны) и групповой (предназначенный отдельной группе пользователей).
Зона, состоящая из оставшихся каналов, включает в себя элементы информации массива распределения для адаптивной антенной системы AAS.
В пределах этой секции на рисунке в подканалах с номерами k+10 и k+17 размещается массив распределения адаптивной антенной системы. Для передачи этой информации выделяются специальные подканалы. Для метода разделения поднесущих PUSC/FUSC выделяются старшие каналы. Для метода смежной перестановки разделения AMC предназначены четвертый канал от начала и четвертый от конца.
На рис 9.2 показана конфигурация с четырьмя антеннами при использовании разделения поднесущих передается в сообщениях. Сообщения содержат преамбулу зоны антенной системы и карту распределения зоны ( карта DL AAS зоны рспределения), которая повторена четыре раза, чтобы обеспечить четыре группы (четыре антенны).
В части формата, передающего информацию зоны адаптивной антенной системы, содержится месторасположение базовой станции, которое используется при выделении полосы для абонентской станции. В режиме дуплексной передачи с временным разделением (TDD) базовая станция может извлечь информацию, которая обеспечивает формирование диаграммы направленности луча антенны, также запрос абонентской станции, для инициализации вызова и запрос выделения полосы. В режиме дуплексной связи с частотным разделением (FDD) это делается с помощью сообщений обратного запроса абонентской станции и ответа на запрос. Ответное сообщение содержит индикатор напряженности поля полученного сигнала, данные об интерференции вместе со значением коэффициента сигнал/шум. Эта информация передается от абонентской станции к базовой.
При использовании метода прямой сигнализации информация передается по подканалам доступа, специально выделенным в процессе распределения ресурса BWAA (bandwidth allocation/access). Расположение информации в формате передается в UL-картах и DL-картах.
В методе прямой сигнализации предусмотрены четыре специальных кодовых сообщения: обучения обратного соединения RLT (reverse link training), доступа в обратном соединении RLA (reverse link access), обучения прямого соединения FLT (forward link training) и инициирования прямого соединения FLI (forward link initiation). С их помощью устанавливается формат обмена.
Это происходит следующим образом. Первые два сообщения (RLA и RLT) использует MS, вторые два — базовая станция (BSS). Для начальной инициализации или запроса полосы MS посылает сообщение RLA в канале BWAA. Оно предшествует сообщениям запроса полосы или начального доступа и используется BSS для точной настройки своей антенной системы на данную MS. В ответ MS передает сообщение FLI — уникальный код для каждой MS (BSS может сама инициировать соединение, послав FLI). FLI транслируется в подканале, выделенном для данной MS. Каждая мобильная станция сканирует все подканалы и, обнаружив по кодовой последовательности адресованное ей сообщение начальной инициализации, отправляет в ответ в том же канале (в отведенном для нее временном интервале) последовательность RLT, предназначенную для точной настройки антенн BSS на MS в данном подканале. В результате, выполнив все необходимые подстройки, BSS и MS устанавливают соединение, в течение которого происходит обмен данными.
Причем пакетам данных предшествуют тренировочные последовательности FLT (со стороны BSS) и RLT (со стороны MS).
Передача информации с разнесением
OFDMA обеспечивает разнесение второго (по двум антеннам) и четвертого порядка по направлению "вниз" и второго порядка — по направлению "вверх". В основе разнесения положен принцип пространственновременного кодирования (STC — Space Time Coding) и код со скачкообразной перестройкой частоты (FHDC — Frequency Hopping Diversity Code).
Стандарт не определяет число используемых антенн, поэтому не устанавливает методы указанного выше кодирования. Однако пространственное кодирование в настоящее время основано на алгоритме Аламоути (S.M. Alamouti) [55].
Этот алгоритм предназначен для передачи потоков сигналов по двум антеннам. Он основан на том, что потоки передаются попеременно по каждой из антенн. Порядок передачи определяется двумерной матрицей $$(i, j)$$, где $$i$$ — номер антенны, а $$j$$ — номер потока сигналов. Для того чтобы не было интерференции между этим потоками, каждый поток преобразовывается. На приемном конце одноименные потоки, полученные по разным антеннам, складываются с применением весовых коэффициентов, отображающих текущее качество каждой составляющей. Для преобразований более четвертого порядка аналогично применяются матрицы и преобразования четвертого порядка.
Механизм кода со скачкообразной перестройкой частоты заключается в том, что при переходе к другой антенне поток может быть передан по другому каналу со сменой набора поднесущих. При этом используется информация, заложенная в матрицу.
9.1.2. Частичное повторное использование частоты
Чтобы максимально использовать спектр, мобильный WiMAX позволяет частичное повторное использование частоты, то есть работу нескольких сот на одной и той же частоте. Однако следует отметить, что такой режим может привести к большой межканальной интерференции, особенно на краях сот.
Пользователи мобильного WiMAX могут работать по подканалам, которые занимают только небольшую долю всей полосы пропускания канала. Базовая станция соты, у которой возникают проблемы пограничной межканальной интерференции, может реконфигурировать подканал. Поэтому при проектировании сот можно не применять традиционное планирование частоты.
В мобильном WiMAX гибкое повторное использование подканала облегчается принципом образования подканала — сегментацией и перестановкой поднесущих, рассмотренными раннее.
Кадры "вниз" или "вверх" внутри соты могут содержать больше чем один тип зоны переключения, как показано на рис 9.3, и работа происходит со всеми доступными по заданной структуре подканалами, в то время как пользователи на краю соты работают только с частью доступных подканалов.
На рис 9.3 F1, F2 и F3 представляют собой различные наборы подканалов в одном и том же диапазоне частоты. При такой конфигурации обеспечивается полное использование спектра для пользователей, находящихся в центре соты, и частичное использование спектра для пользователей, находящихся на краю соты. Повторное использование подканалов может планироваться и динамически оптимизироваться по всей соте или по секторам в соответствии с нагрузкой или интерференцией.
(рис 9.3) Частичное повторное использование частот
9.1.3. Групповая рассылка и широковещательное обслуживание
Групповая рассылка и широковещательное обслуживание (MBS — Multicast and Broadcast Service), предоставляемые мобильным WiMAX, удовлетворяют следующим требованиям:
высокая скорость передачи данных,
широкая зона покрытия, осуществляемая на одной частоте (SFN — Single Frequency Network);
гибкое распределение радиоресурсов;
низкое потребление мощности;
рассылка данных в дополнение к видео- и аудиоинформации;
малое время переключения каналов.
Профиль WiMAX определяет способы начальной установки служб MBS. Они могут быть организованы в рамках служб, предназначенных для однонаправленных соединений, и включаться в кадры по направлению "вниз", или могут быть созданы специализированные кадры для этих служб.
Рис. 9.4 показывает зону MBS, которая поддерживает однонаправленную, широковещательную и групповые службы по обоим направлениям (DL/UL).
(рис 9.4) Отображение MBS, встроенных в WiMAXЭта структура обеспечивает гибкий размер зон MBS-кадра, позволяя таким образом наращивать радиоресурсы для MBS в соответствии с трафиком. Отметим, что возможно создание нескольких зон MBS.
Имеется один дескриптор (описатель) размещения информационных элементов (IE) в зоне MBS. Мобильная станция получает доступ к протоколу доступа, чтобы идентифицировать зоны MBS и местоположения связанных списков объектов в каждой зоне согласно протоколу доступа. Эта станция затем может последовательно читать списки и устанавливать соединения. Информационный элемент зоны определяет физическую конфигурацию и местоположение каждой зоны с помощью параметров OFDMA.
Область гибридного автоматического запроса на повторную передачу (HARQ — Hybrid Automatic ReQuest) обеспечивает функционирование, когда блоки данных передаются по нескольким каналам. В этом случае при искажении информации, передаваемой по данному каналу, она передается по другому каналу. Смена каналов осуществляется планировщиком.
9.2. Параметры системы "мобильный WiMAX"
Поскольку мобильный WiMAX основан на наращиваемом OFDMA, он может гибко создавать конфигурации, которые приспособленные для работы с системами, имеющими различные пропускные способности, благодаря настройке системных параметров. Приводимые ниже характеристики можно рассматривать как некоторый пример для оценки рабочих характеристик. Приведенные ниже таблицы содержат следующие сведения: табл. 9.3 — рабочие характеристики системы, табл. 9.4 является итогом рассмотрения параметров OFDMA и табл. 9.5 показывает модель распространения, применяемую для оценки параметров мобильноого WiMAX.
Параметры системы мобильного WiMAX
| Параметры |
Значения |
|---|
| Число 3-х секторных сот |
19 |
| Рабочая частота |
2500 МГЦ |
| Дуплекс |
TDD |
| Ширина полосы канала |
10 МГц |
| Расстояние базовая станция - базовая станция |
28 км |
| Минимальное расстояние от мобильной станции к базовой |
36 метров |
| Модель антенны |
70° (-3 дБ) с отношением "вперед - назад" 20дБ |
| Высота антенны базовой станции |
32 метра |
| Высота антенны терминала мобильной станции |
1,5 метра |
| Коэффициент усиления антенны базовой станции |
15 дБ |
| Коэффициент усиления антенны мобильной станции |
-1дБ |
| Максимальная мощность усилителя базовой станции |
43 Дб |
| Максимальная мощность усилителя терминала мобильной станции |
23 дБ |
| Приемные и передающие антенны базовой станции |
2 или 4 приемных антенны 2 или 4 передающих антенны
|
| Приемные и передающие антенны мобильной станции |
1 передающая антенна 2 принимающие антенны
|
| Коэффициент шума базовой станции |
4 дБ |
| Коэффициент шума мобильной станции |
7 дБ |
Параметры OFDMA
| Параметры |
Значения |
|---|
| Системная полоса канала |
10 МГц |
| Частота дискретизации ( $$F_\varphi$$ в МГц) |
11,2 |
| Размер преобразования Фурье ( $$N_{FFT}$$ ) |
1024 |
| Разнос частот поднесущих |
10,94 кГц |
| Полезное время символа ( $$T_b=1/f$$ ) |
91,4 микросекунды |
| Защитное время ( $$T_g=T_b/8$$ ) |
11,4 микросекунды |
| Продолжительность OFDMA-символа ( $$T_s= T_b+ T_g$$ ) |
102,9 микросекунд |
| Длительность кадра |
5 миллисекунд |
| Число символов в кадре |
48 |
| Частичное использование поднесущих. Направление "вниз" |
Нулевые поднесущих |
184 |
| Поднесущие пилот сигнала |
120 |
| Поднесущие данных |
720 |
| Подканалы |
30 |
|
|
| Частичное использование поднесущих. Направление "вверх" |
Нулевые поднесущих |
184 |
| Поднесущие пилот сигнала |
280 |
| Поднесущие данных |
560 |
| Подканалы |
35 |
|
|
Модель распространения
| Параметры |
Значения |
|---|
| Модель распространения |
COST 231 Suburban |
| Замирание отклонение по нормальному закону |
8дБ |
| Взаимная корреляция замираний между базовыми станциями |
0,5 |
| Потери на распространение |
10 дБ |
COST — Cooperation in field Of Scientific and Technical Research (Европейское сотрудничество в области научно-технических исследований). COST 231 Suburban — математическая модель распространения радиосигналов [63].
9.3. Архитектура мобильного WiMAX
IEEE в стандарте 802.16 определил только физический уровень и уровень доступа к среде (MAC — Media Access Control). Такой подход удовлетворял технологии беспроводных Ethernet, которые использовали протоколы IETF (Internet Engineering Task Force) — такие как наборы протоколов верхнего уровня, например, TCP/IP, SIP, VoIP. Для беспроводной связи применяются другие протоколы, например, набор протоколов 3GPP, поддерживающие широкий диапазон интерфейсов и протоколов. Они касаются не только радиотракта, но также взаимодействия между сетями, между оборудованием различных производителей для проведения роуминга и взаимных расчетов между компаниями, предоставляющими услуги беспроводной связи. Производители, осознав эти потребности, сформировали дополнительные рабочие группы по разработке стандартов сети и эталонных моделей для открытых межсетевых интерфейсов.
Две из них сосредоточились на исследовании вопросов создания спецификаций для создания сетей с различным видом доступа [4]:
фиксированный доступ (fixed access);
сеансовый доступ (nomadic access);
доступ в режиме транспортировки (portable access);
упрощенный мобильный доступ (simple mobile access);
полнофункциональный доступ (full mobile access).
Первые два вида связи подразумевают, что пользователь находится в фиксированной и ограниченной зоне. В первом случае он связывается с одной и той же базовой станцией.
Во втором случае подразумевается, что пользователь может связываться с различными базовыми станциями, но оставаться в этой зоне на время сеанса.
Доступ во время транспортировки допускает перемещение с ограниченной скоростью в пределах ограниченного числа зон и перемещения в каждом местоположении. При этом возможно ограничение видов сервиса, предоставляемых непрерывно при перемещении.
При упрощенном и полнофункциональном мобильном доступе пользователь может перемещаться по всем сотам сети с высокой скоростью.
Упрощенный мобильный доступ гарантирует непрерывность для некоторого набора услуг, а полнофункциональный мобильный доступ обеспечивает ее для всех видов услуг.
Рабочие группы, которые называются WiMAX Forum's Network Working Group (сетевая рабочая группа) и Service Provider Working Group (рабочая группа поставщиков услуг), определили требования и расставили приоритеты по разработке стандартов сети.
Архитектура мобильного WiMAX построена на платформе "Все — IP" (All-IP).
Принятая технология основана на передаче и коммутации пакетов без использования каналов традиционной телефонии. Такой подход предполагает, что будут уменьшены затраты на всех "этапах жизненного цикла" (проектирование, развертывание и эксплуатация) сети. Использование принципа "Все — IP" означает, что общее ядро сети может не поддерживать обе известные технологии — коммутацию пакетов и сетей — со всеми задачами, которые влечет поддержка обеих технологий. Дальнейшие преимущества принципа "Все — IP" основаны на прогнозах роста сети. Их часто называют законом Мура ("Moore's Law"). Он утверждает, что развитие обработки информации на основе компьютерных технологий происходит быстрее, чем средств телекоммуникации. Причина в том, что обработка информации не ограничена установкой и модернизацией аппаратуры, как это происходит в сетях с коммутацией каналов.
Выбор принципа базовой технологии пакетной коммутации предполагает низкую стоимость, высокую степень наращиваемости, быстрое развитие функциональных возможностей, т. е. все преимущества систем, основанных на использовании программного обеспечения.
Для того чтобы успешно развивать коммерческие системы, были разработаны спецификации физического уровня и доступа к среде (802.16-PHY/MAC) для радиоинтерфейса. Они обеспечивают с помощью системной архитектуры поддержку базовой сетью набора необходимых функций.
Прежде чем вдаваться в детали архитектуры, рассмотрим несколько основных принципов.
Архитектура базируется на структуре, принятой в пакетной коммутации и процедурах, которые основаны на стандарте IEEE 802.16 и поправках к нему в соответствии со стандартами IETF (Internet Engineering Task Force).
Архитектура позволяет отделить архитектуру системы доступа от услуг IP-связи.
Архитектура обеспечивает модульность и гибкость, для создания множества вариантов сети, таких как:с изменением шага наращивания от маленького до очень большого (от редкого до самого плотного радиопокрытия) сетей WiMAX;
использование радиосред распространения, которые работают в лицензированных или освобождаемых диапазонах в городских, пригородных и сельских районов
применяющие различного вида топологии (иерархические , без узлов и с узлами);
поддерживающими все виды доступа , упомянутого ранее.
Поддержка услуг и приложений. Архитектура включает поддержку:
а) речи, услуг мультимедиа или других принятых официально услуг, таких как экстренная помощь и законный перехват информации (система оперативно-розыскных мероприятий);
б) доступ к различным прикладным услугам поставщика, например Интернету;
в) мобильная телефонная связь с использованием VoIP;
г) поддержка взаимодействия и шлюзов, позволяющих доставку общепринятых (традиционных) услуг, передаваемых через IP (службы коротких сообщений SMS, службы доступа к приложениям беспроводной связи — WAP), к сети WiMAX;
д) поддержка групповой и широковещательной доставки информации IP через сеть WiMAX.
Взаимодействие и роуминг. Это также ключевые моменты архитектуры сети мобильного WiMAX, от которых зависит множество сценариев. В частности, будут поддерживаться:
а) произвольная архитектура взаимодействия с существующими беспроводными сетями, такими как 3GPP, DSL и MSO (мультисервисный оператор, имеющий возможность совмещать услуги телефонии, мультимедиа, кабельного телевидения и т. п.), системами, базирующимися на наборе протоколов Интернета;
б) глобальный роуминг между операторами WiMAX, включая обеспечение повторного использования частот, последовательное использование системы опознавания установление подлинности и ведение учета (AAA — Authentication, Authorization and Accounting), составление индивидуальных и общих счетов и урегулирование претензий;
в) использование различных платежных механизмов, таких как сообщение имени и пароля пользователя, цифровая подпись, модуль абонентской идентификации (SIM — Subscriber Identity Module), универсальный модуль SIM (USIM — Universal SIM) и сменный модуль идентификации пользователя (RUIM — Removable User Identity Module).
Участники WiMAX Forum создали эталонную модель сети WiMAX - NRM (Network Reference Model), которая представляет собой логическую архитектуру сети. NRM определяет функциональные объекты и эталонные точки, через которые взаимодействуют между собой эти функциональные объекты. Архитектура разработана с целью унификации поддержки, необходимой для всего диапазона развития сети и используемых сценариев (например, от фиксированной сети к сеансовой — транспортирующей — простой мобильной и далее к полнофункциональной мобильной сети).
Рис. 9.5 иллюстрирует NRM, состоящий из следующих логических объектов: мобильной станции (MS), сети доступа к услуге (ASN — Access Service Network), сети взаимодействия с услугой (CSN — Connectivity Service Network) и выделенных эталонных точек для взаимодействия между логическими объектами. Рис. 9.5 дает ключевые нормативные точки R1–R5. Каждый объект представляет группу других функциональных объектов. Эти функции могут быть реализованы отдельным физическим устройством или распределены по многим физическим устройствам.
Группировка и распределение функций по физическим устройствам функциональных объектов (таких как ASN) улучшает выбор их реализации; изготовитель может выбрать любую физическую реализацию функций, либо индивидуальную, либо комбинированную, удовлетворяющую функциональным требованиям и требованиям по взаимодействию.
Цель NRM состоит в том, чтобы допустить множество путей реализации функциональных объектов и достичь взаимодействия между различными реализациями. Взаимодействие основано на определении протоколов связи и реализации процессов обработки между функциональными объектами, чтобы достигнуть выполнения в полном объеме функций, например, безопасности или управления и администрирования.
Таким образом, эталонная точка является набором функций управления и средств их выполнения.
Логический объект — сеть доступа к услугам (ASN) — определяет логическую границу и предоставляет удобный способ описать совокупность функциональных объектов, которые связаны единой задачей, и соответствуют потокам сообщений, связанных с выполнением услуг доступа.
(рис 9.5) Эталонная модель WiMAXASN представляет границу для функционального взаимодействия WiMAX с клиентом, возможности по взаимодействию в выполнении функций услуг и объединения функций, реализованных разными производителями. Отображение функциональных объектов в логические сети доступа к услугам (ASN) может быть выполнено различными способами.
WiMAX Forum в процессе разработки спецификаций заложил принципы, которые предоставляют возможность производителям использовать самые разнообразные пути по их выполнению.
Сеть взаимодействия с услугой (CSN — Connectivity Service Network) определена как набор функций, которые обеспечивают взаимодействие абонента(ов) WiMAX с услугой через IP. Она может содержать такие сетевые элементы, как маршрутизаторы, опознавание, аутентификация и учет стоимости, базы пользовательских данных и шлюзы взаимодействия.
CSN может быть реализована как часть сети поставщика прикладных услуг (NSP — Network Service Provider).
Сетевые спецификации для систем, основанных на WiMAX, базируются на принципах архитектуры, перечисленных ниже:
а) логическое разделение между процедурами адресации IP, процедурами маршрутизации и управления взаимодействием, а также соответствующими протоколами, для того чтобы позволить использование примитивов (программных модулей) в различных сценариях как автономных и взаимодействующих с окружением единиц;
б) поддержка совместного использования ASN-сети поставщиком доступа услуг (NAP — Network Access Provider) одного из множества поставщиков услуг (NSP — Network Service Provider);
в) поддержка одной сети взаимодействия с услугами (CSN — Connectivity Service Network) для управления многими сетями доступа к услугам ASN;
г) поддержка средств обнаружения и выбора мобильной станцией или станцией обслуживания одного из доступного поставщика услуг NSP;
д) поддержка доступа к назначенному сервису с помощью функций взаимодействия;
е) спецификация определенных эталонных точек между различными группами сетевых функциональных объектов — между ASN, между ASN и CSN, между CSN и в особенности между MS, ASN и CSN, чтобы сделать возможными взаимодействия аппаратуры различных производителей;
ж) поддержка развития взаимодействия между различными моделями использования (подвергается разумным техническим предположениям и ограничениям);
з) предоставление возможности различным производителям аппаратуры комбинировать различные объекты на различных физических носителях. Рис. 9.6 показывает несколько объектов в пределах сети доступа к услуге и их функциональную группировку, места протоколов и эталонных точек, как это определено в спецификациях;
и) поддержка некоторых частных сценариев отдельных операторов, разработанных на сети доступа с ограниченными услугами базовой сети, например, основных услуг Интернета без роуминга.
Архитектура WiMAX позволяет обеспечить IP- и Ethernet - услуги в мобильном варианте, гибко и согласованно поддержать работу операторов, использующих аппаратуру разных изготовителей.WiMAX-сети имеют следующие свойства, рассмотренные ниже.
(рис 9.6) Архитектура Мобильной WiMAX сети на основе IP
Безопасность
Архитектура сети WiMAX базирует свою безопасность на учете типа оператора и топологии сети и выполняет различные сценарии. В частности, она поддерживает:
а) в части безопасности; строгое соответствие процедур аутентификации оборудования между мобильной станцией и сетью WiMAX базируясь на стандарте IEEE 802.16
б) все механизмы аутентификации в домашней и визитной сети, которые базируются на последовательных и расширяемых процедурах аутентификации;
г) механизмы безопасности, которые обеспечивают сохранение целостности данных, защиту откликов, конфиденциальность, обнаружение несогласованности используемых ключей;
д) использование мобильной станцией таких механизмов, как инициирование или закрепление за терминалами дополнительных возможностей, например, виртуальной частной сети (VPN );
е) механизм управления IP-адресами между мобильной станцией (станцией услуги) и визитной или домашней сетью поставщика услуг.
Мобильность и передача вызова (хэндовер)
Архитектура сети WiMAX поддерживает множество возможностей мобильности и хэндовера. Она предполагает реализацию:
а) передачи вызова сетям с различными технологиями — WiFi, 3 GPP, DSL или MSO (Multi Service Operator) — если мобильная станция допускает работу в нескольких режимах;
б) поддержки различных версий протокола IP (IPv4 или IPv6), связанных с беспроводным доступом. В пределах такой архитектуры должна быть встроена система, снабжающая мобильную станцию адресами IP для обеих версий протокола (IPv4 и IPv6);
в) поддержки роуминга между сетями поставщиков услуг;
г) применения механизмов плавного (без перерыва) хэндовера для быстро передвигающихся средств и широко используемых услуг, а также следующих услуг:динамические и статические конфигурации домашнего адреса;
динамическое назначения домашнего агента (промежуточного устройства с адресом и возможностью реализации некоторых услуг, не предоставляемых центральными средствами); это назначение обеспечивает оптимизацию маршрутизации и регулирования нагрузки;
назначение домашнего агента по административным соображениям (например, для совместных или лимитированных расчетов).
Расширение и наращиваемость, выбор зоны покрытия и оператора
Архитектура мобильного WiMAX имеет широкие возможности для расширения и наращивания, а также гибкость в выборе оператора. В частности, предполагается:
а) простое изменение параметров при проектировании сетей доступа к услугам и основной сети, как в сторону увеличения, так и уменьшения; это касается зоны покрытия или емкости системы;
б) возможность приспосабливаться к любой топологии: индивидуальной ("сними трубку и говори"), иерархической и/или соединений со многими промежуточными узлами;
в) обеспечение возможности работы с различными ретрансляционными линиями, проводными и беспроводными, имеющими различные временные задержки и характеристики и пропускную способность;
г) поддержка развития инфраструктуры;
д) поддержка поэтапного внедрения IP-услуг, которые должны наращиваться в соответствии с возрастанием числа активных пользователей и числа услуг, используемых каждым абонентом;
е) поддержка наращивания числа базовых станций и их ввода в сеть для различной емкости и зоны покрытия, например, пико- и макросотовых;
ж) поддержка декомпозиции и интеграции функций сети взаимодействия с услугой доступа к сети при разработке и по заявке пользователей для создания схем баланса нагрузки и эффективности использования спектра и сетевых ресурсов (CSN — Connectivity Service Network).
Способность оборудования различных производителей к взаимодействию
Другой важный аспект архитектуры сети мобильного WiMAX — поддержка взаимодействия оборудования различных изготовителей при реализации функций сети доступа. Такое взаимодействие должно включать:
а) транзит через BS к оборудованию, выполняющему функции доступа к сети;
б) применение различных элементов реализации функций сети доступа (возможно, различных изготовителей) и базовой сети, с минимальным ухудшением или без него в части выполняемых функций и по пропускной способности. Стандарт IEEE 802.16 определяет несколько подуровней конвергенции. Архитектура сети мобильного WiMAX поддерживает различные типы подуровней конвергенции: Ethernet CS, IPv4 CS и IPv6 CS.
Качество обслуживания
Сеть мобильного WiMAX имеет средства для поддержки различных механизмов обеспечения качества обслуживания. В частности, она предоставляет возможность гибкой поддержки одновременной работы различных наборов IP-услуг.
Архитектура поддерживает:
а) дифференцированные уровни качества обслуживания — грубой настройкой (для пользователя) и тонкой настройкой (поток услуг пользователя);
б) управление доступом;
в) управление полосой пропускания;
г) политику операторов, основанную на их соглашении по гарантированному обслуживанию (SLA — Service Level Argument). Это включает политику по отношению к отдельным пользователям, группам пользователей, учет таких факторов, как местоположение, время дня и т. п.
Для управления политикой между операторами широко используются возможности стандартов, действующих в отношении Интернета. Конфигурации сети доступа к услугам определены профилями, включающими распределенную и централизованную архитектуру. Кроме того, WiMAX-форум разрабатывает взаимодействие как внутри сетей доступа, так и между сетями доступа, выполненными на оборудовании различных изготовителей.
9.4. Краткие итоги к лекции 9
Технологии мобильного WiMAX включают в себя применение сложных антенн – антенны с переключением, решёчатые антенны.
При управлении сложными антеннами применяются процедуры: формирования диаграмм направленности, коды пространство-время, пространственное мультиплексирование.
Пространственное мультиплексирование улучшает пиковую пропускную способность радиоканала.
Использование адаптивных антенн позволяет на физическом уровне применять многочисленные варианты разнесения с помощью организации нескольких каналов для передачи одной и той же информации.
Для управления адаптивной системы антенн организуется массив распределения, в котором указываются данные необходимые для управления каждой антенной.
В системе WiMAX применяется повторное использование каналов, где в центре соты пользователи используют весь спектр, а по краям соты только часть подканалов.
Системой WiMAX обеспечивается групповая и широковещательная доставка. Эти службы поддерживается с помощью отображения зон в памяти.
На первых этапах предполагаются различные виды доступа: использование в ограниченной зоне, ограничение скорости передвижения, ограничение служб при перемещении и полнофункциональная система.
Эталонная модель WiMAX включает сеть доступа к услугам, сеть взаимодействия с услугой.
Архитектура мобильного WiMAX построена на платформе "Все-IP" (All-IP). Принятая технология основана на передаче и коммутации пакетов без использования каналов традиционной телефонии.
Архитектура сети WiMAX поддерживает множество возможностей мобильности и хэндовера. Она предполагает реализацию передачи вызова сетям с различными технологиями
Архитектура мобильного WiMAX имеет широкие возможности для расширения и наращивания, а также гибкость в выборе оператора.
Сеть мобильного WiMAX имеет средства для поддержки различных механизмов обеспечения качества обслуживания. В частности, она предоставляет возможность гибкой поддержки одновременной работы различных наборов IP-услуг.
Задачи и упражнения к части 4
Провести частичное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести частичное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести полное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести полное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести распределение поднесущих для направления "вверх" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
Провести распределение поднесущих для направления "вверх" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:а) 128;
б) 512;
в) 1024;
г) 2048.
