Опубликован: 02.07.2009 | Доступ: свободный | Студентов: 4618 / 1115 | Оценка: 4.31 / 3.97 | Длительность: 18:18:00
ISBN: 978-5-9963-0104-1
Лекция 10:

Современные технологии и характеристики мобильного WiMAX

Аннотация: Рассмотрены основные технологии, на которых базируется построение системы WiMAX.
Ключевые слова: MIMO, FDMA, wimax, состояние канала, error rate, SM, single-input, емкостью канала, spatial, AMC, AAS, распределение информации, дуплексная связь, FDD, bandwidth allocation, training, BSS, time code, frequency hopping, diversity, MBS, broadcast services, hybrid, field, scientific, AND, technical, математическая модель, IEEE, физический уровень, mac, media, access control, Ethernet, IETF, internet engineering task force, TCP/IP, sip, voip, 3GPP, диапазон, фиксированный доступ, пользователь, доступ, wimax forum, network, working group, группа, service, provider, затраты, цикла, развертывание, эксплуатация, IP, ядро, поддержка, law, телекоммуникации, сеть с коммутацией каналов, базовая технология, стоимость, PHY, архитектура, WAP, MSO, NRM, reference model, сеть доступа, ASN.1, connectivity, объект, распределение функций, изготовитель, логический, отображение, логическая сеть, сеть, аутентификация, NSP, network service, NAP, network access, WiFi, GPP, конвергенция, SLA, service level, централизованная архитектура, радиоканал, адаптивная система

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.

Таблица 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.

Адаптивный переключатель интеллектуальной антенны

увеличить изображение
Рис. 9.1. Адаптивный переключатель интеллектуальной антенны

Пространственное 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).

Таблица 9.2. 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 (SMSpatial Multiplexing) для максимального использования спектра.

Елена Сапегова
Елена Сапегова

для получения диплома нужно ли кроме теоретической части еще и практическую делать? написание самого диплома требуется?

Виталий Гордиевских
Виталий Гордиевских

Здравстивуйте, диплом о профессиональной переподготовке по программе "Сетевые технологии" дает право на ведение профессиональной деятельности в какой сфере? Что будет написано в дипломе? (В образце просто ничего неуказано)

Напимер мне нужно чтоб он подходил для направления 09.03.01 Информатика и вычислительная техника

Дмитрий Одинцов
Дмитрий Одинцов
Россия, г. Екатеринбург
Максим Глотов
Максим Глотов
Россия