Формирование каналов и основные процедуры

8.3.7. Структура кадра TDD

Документы рассматриваемого стандарта для физического уровня 802.16e PHY предусматривают дуплексную работу по принципу "дуплексная передача с временным разделением" (TDD — Time Division Duplex) и полудуплексную передачу по принципу "полудуплекс с частотным разделением" (HDFDD – Half-Duplex — Frequency Division Duplex).

Однако в первую очередь был разработан профиль, относящийся к TDD. Профили для принципа FDD будут предназначены только для тех стран, где считается, что частотные методы работы предпочтительны для данной местности.

Чтобы обеспечить устойчивую работу, TDD требует широко развитой системы синхронизации. Однако он предпочтителен по следующим соображениям:

• предоставляет возможность регулировки отношения скоростей "вверх" и "вниз" и тем самым эффективного обслуживания асимметричного трафика/ Принцип FDD обеспечивает передачу в каждом направлении с фиксированной скоростью, и в общем случае скорость по направлению "вниз" равна скорости по направлению "вверх";
• обеспечивает взаимодействие с системой антенн MIMO и другими прогрессивными технологиями антенн;
• в отличие от FDD, который требует парных каналов, принцип TDD требует только одного канала по направлениям "вверх" и "вниз". Это обеспечивает лучшую адаптацию в выделяемом спектре;
• реализация приемопередатчиков для TDD менее сложна, поэтому устройства, реализующие этот принцип, дешевле.

Рис. 8.8 отображает структуру кадра для дуплекса c временным разделением (TDD). Каждый кадр разделен на два подкадра — "вниз" и "вверх", отделенных промежутком передача/прием и прием/передача (TRG — Transmit/Receive Guard period и RTG — Receive/Transmit Guard period) для предупреждения конфликтов.

Рис. 8.8. Структура кадра OFDM Wi MAX по принципу TDD

Для нормальной работы в кадре содержится следующая информация.

Преамбула: используется для синхронизации, является первым OFDM-символом кадра. Преамбула содержит адреса отправителя и получателя и данные, необходимые для синхронизации.

Заголовок управления кадром (FCH — Frame Control Header): следует за преамбулой. Он обеспечивает информацию подсистемы мобильной связи о конфигурации кадра, такую как длина сообщения, схема кодирования и используемые подканалы.

Карты распределения информации для направлений DL-MAP and ULMAP: информация о закреплении каналов и другая управляющая информация для направления "вниз" (DL) и "вверх" (UL).

Порядок расположения информации UL (Ranging): указывает местоположение: данных о подканале, передаваемые по направлению "вверх", время распространения по замкнутой петле, информации для настройки частоты, информации управления мощностью и информацию для запросов на дополнительное расширение полосы пропускания.

UL индикатор качества канала (CQICH — Channel Quality Indicator) предназначен для передачи информации обратной связи о состоянии канала.

Подтверждение UL ACK — информация подтверждения сообщений, которые поступили по направлению "вниз".

8.4. Основные процедуры WiMAX

8.4.1. Процедуры физического уровня WiMAX

Система мобильного WiMAX для того, чтобы увеличить объем и область применения мобильной связи, первая внедрила такие современные решения, как адаптивная модуляция и кодирование (AMC — Adaptive Modulation and Coding), гибридный автоматический повторный запрос (HARQ — Hybrid Automatic Repeat Request) и индикатор качества канала (CQI — Channel Quality Indicator).

Мобильный WiMAX поддерживает различные виды модуляции. Для направления "вниз" (DL) обязательной является поддержка QPSK (Quadrature Phase Shift Keying — квадратурно-фазовая манипуляция), 16 QAM и 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation — квадратурно-амплитудная модуляция).

В направлении "вверх" (UL) может применяться 64 QAM. Для кодирования могут использоваться:

• сверточное кодирование (CC— Convolution Code);
• сверточное турбокодирование (CTC — Convolution Turbo Code) с переменной скоростью кода и повторным кодированием;
• блочное турбокодирование (BTC — Block Turbo Code);
• кодирование низкой плотности с проверкой на четность (LDPC — Low Density Parity Check Code).

Табл. 8.5 приводит информацию о применяемых схемах кодирования и схемах модуляции, реализуемых в мобильном WiMAX.

Комбинации различных модуляций и кодовых скоростей обеспечивают очень удобную настройку пропускной способности системы для передачи данных. Программа-планировщик базовой станции определяет соответствующую скорость данных (или параметры пакета). Это определяется для каждого подмножества пакетов на основе размера буфера, состояния канала по оценке в приемнике и т. д.

Канал индикатора качества канала (CQI) используется для того, чтобы обеспечить передачу информации о состоянии канала от пользовательских терминалов к программе-планировщику базовой станции. Информация о состоянии, передаваемая по каналу CQI, может включать в себя оценку интерференции и коэффициента сигнал/шум, выбор частоты и способа работы антенн (MIMO) для отдельного канала. При дуплексном режиме с временным разделением для адаптации каналов может использоваться процедура более точного измерения состояния каналов (периодическое зондирование состояния каналов).

Для улучшения пропускной способности системы применяется гибридный автоматический повторный запрос (HARQ — Hybrid Automatic Repeat Request), который позволяет использовать N каналов в старт-стопном режиме с поблочным повторением. В этом методе после отправки кадра передатчик делает паузу, в течение которой ожидается прием подтверждения. В зависимости от типа подтверждения (положительное — ACK или отрицательное — NAK) источник передает следующий кадр или повторяет предыдущий. Многоканальный старт-стопный режим с небольшим числом каналов — эффективный простой протокол, который минимизирует память.

WiMAX реализует сигнализацию, которая позволяет работу в асинхронном режиме, что обеспечивает устойчивость передачи в условиях переменной задержки. При ретрансляции сигналов это дает больше гибкости программе-планировщику, но требует размещения лишней информации в заголовке при каждой ретрансляции.

Гибридный автоматический повторный запрос (HARQ) вместе с каналом индикатора качества канала (CQICH) и адаптивной модуляцией и кодированием создают возможность для AMC (Adaptive Modulation and Coding) — помехоустойчивой линии связи. Эта линия с большим энергетическим запасом, обеспечивающая мобильную связь в различной окружающей среде при скорости передвижения свыше 120 км/час.

Табл. 8.6 показывает скорости передачи данных для каналов на 5 и 10 МГц с PUSC-подканалами. Продолжительность кадра — 5 миллисекунд. Каждый кадр имеет 48 OFDM-символов, из них 44 предназначены для передачи данных. Выделенные значения — это скорости данных для необязательного способа модуляции 64 QAM в направлении "вверх" (UL).