Sissejuhatus Wimaxi süsteemi füüsilise kihi ehitamise kontseptsiooni. Raadioliidese tüübid, füüsilised plokkskeemid. tee 802.16 signaalide genereerimiseks ja vastuvõtmiseks.

Veel üks iseseisev töö WiMAXi teemal (süsteemimudel 802.16). Nii et lähme!)

1. Mõisted ja põhimõte

WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) on telekommunikatsioonitehnoloogia, mis on välja töötatud universaalse traadita side pakkumiseks pikkade vahemaade tagant erinevat tüüpi seadmetele. Põhineb IEEE 802.16 standardil.

Nime "WiMAX" (Worldwide Interoperability for Microwave Access, www.wimaxforum.org) lõi WiMAX Forum, organisatsioon, mille asutas 2001. aasta juunis Intel Corporation. Foorumis kirjeldatakse WiMAX-i kui "standardipõhist tehnoloogiat, mis pakub kiiret traadita võrgu juurdepääsu alternatiivina püsiliinidele ja DSL-ile" kiirusega kuni 1 Gbps.

802.16 võrgud sarnanevad traditsioonilistele mobiilsidevõrkudele: mitme kilomeetri raadiuses (kuni 50 km) töötavad tugijaamad, neid ei pea tornidesse paigaldama - katused on selleks üsna sobivad. Kasutajaseade sarnaneb tavalisele satelliittelevisioonile, seda kasutatakse tugijaamaga ühenduse loomiseks. 802.16 standardile vastavat sidet saab rakendada ka ühilduvate seadmete kaudu.

802.16 tehnoloogiat kasutades teenindab tugijaam tuhandeid kasutajaid ja pakub neile erineva tasemega teenuseid (joonis 1). Näiteks piisab 60 T1 võimalustega ärikasutaja (edastuskiirus kuni 2 Mbit/s) ja sadade kodukasutajate samaaegseks tööks. Erinevalt Wi-Fi-st, mis töötab sadade meetrite raadiuses, pakuvad 802.16 seadmed sidet üle 30-50 km ja veelgi enam ribalaiusega kuni 70 Mbit/s.

Joonis 1: IEEE 802.16 pakub mugavaid lahendusi paljudele klientidele

IEEE 802.16 standard reguleerib tööd füüsilisel ja andmesidetasandil. Kogu andmevoog IEEE 802.16 võrkudes on pakettide voog. Peamisel MAC-alamkihil genereeritakse andmepaketid (MAC PDU - MAC Protocol Data Unit, MAC kihi andmeplokid), mis edastatakse füüsilisse kihti, kus need teisendatakse pakettideks ja edastatakse sidekanali kaudu.

Standardi 802.16 esimene versioon töötas sagedusalas 10–66 GHz ja pakkus ainult otsenähtavust. 2003. aasta jaanuaris vastu võetud standardi laiendus 802.16a töötab madalamatel sagedustel – 2–11 GHz, mis võimaldab sidet väljaspool vaatevälja.

WiMAX kasutab tugijaama ja kasutaja seadme vahelise ühenduse loomiseks mehhanismi. Iga ühendus põhineb spetsiaalsel ajastamisalgoritmil, mis suudab iga ühenduse jaoks tagada parameetri QoS (Quality of Service – võrguseadme töökvaliteedi näitajate kogum).

802.16 standard hõlmab laia RF-spektri ulatust ja WiMAX töötab sagedustel alla 66 GHz (kõrgemad sagedused vähendaksid linnakeskkonnas tugijaama leviala mitmesaja meetrini).

2.802.16 standard (protokolli virn)

Enne kui rääkida peamistest osadest, millega lugeja peaks tutvuma, tuleks esitada kogu teabe edastamise skeem.

Virna- andmestruktuur koos elementide juurdepääsu meetodiga LIFO(Viimane sisse - esimene välja, "viimane sisse - esimene välja"). Protokollide komplekt, mida kasutab standard 802.16 (joonis 2).

Joonis 2. 802.16 standard: protokollivirn

Alumine alamkiht tegeleb füüsilise andmeedastusega. Kasutatakse tavapärast kitsasriba raadiosüsteemi tavapäraste signaalimodulatsiooniskeemidega. Füüsilise kihi kohal on teabe alamkiht, mis peidab andmekihi tehnoloogia erinevusi.

Andmeedastuskiht koosneb kolmest alamkihist. Alumine puudutab infokaitset, kus andmeedastus toimub õhu kaudu, mis pole pealtkuulamise eest füüsiliselt kaitstud. Sellel alamtasandil teostatakse digiteerimist, dekrüpteerimist ja juurdepääsuvõtme haldamist. Sellele järgneb MAC alamkihi üldosa (võrguprotokolli arenduslingi kiht). Sellel hierarhia tasemel asuvad põhi- ja lingijuhtimisprotokollid. Siin juhib jaam kogu süsteemi. See jagab abonentidele sissetuleva liikluse edastamise järjekorra ja väljamineva liikluse haldamise. 802.16 alamkiht erineb kõigist 802.x MAC standarditest selle poolest, et see on täielikult ühendusele orienteeritud. Seega on telefoniteenuste osutamisel ja multimeedia edastamisel tagatud teatud teenuse kvaliteet.

Joonis 3. Erinevat tüüpi signaalimodulatsiooni rakendamine .

3. Füüsilise kihi kontseptsioon

Artikli osa on seotud iseseisva töö uurimisplaaniga.

Lairiba traadita võrgud nõuavad laia sagedusspektrit, mida võib leida vahemikus 10 kuni 66 GHz. Millimeeterlainetel on huvitav omadus: nad ei liigu igas suunas (nagu heli), vaid sirgjooneliselt (nagu valgus). Tugijaamal peab olema mitu antenni, mis katavad ümbritseva ala erinevaid sektoreid. Igal sektoril on oma kasutajad. Kuna edastatavate millimeeterlainete signaali tugevus saatjast kaugenedes oluliselt väheneb, väheneb signaali-müra suhe. Sel põhjusel kasutab 802.16 olenevalt abonendijaama kaugusest kolme erinevat modulatsiooniskeemi.

Kasutatakse kahte modulatsiooniskeemi: FDD (Frequency Division Duplex) ja TDD (Time Division Duplex) (joonis 4). Tugijaam saadab perioodiliselt ajapiludeks jagatud kaadreid. Esimene osa ajavahemikest on eraldatud sissetulevale liiklusele. Sellele järgneb eraldaja, mis võimaldab jaamadel vahetada vastuvõtu- ja edastusrežiime, millele järgneb väljuva liikluse intervallid. Jaotatud kellatsüklite arv võib dünaamiliselt muutuda, mis võimaldab kohandada läbilaskevõimet iga suuna liiklusele.

Joonis 4. Ajajaotusega dupleksside

Nagu Ilja Minajevi töös, on mul ka valveintervalli kontseptsioon, sama jaama töörežiimi eraldaja)

Füüsilise kihi huvitav omadus on selle võime pakkida mitu kõrvuti asetsevat MAC-kaadrit üheks füüsiliseks edastuseks – see on võimalus parandada spektri jaotamise tõhusust.

Vigade otseseks parandamiseks füüsilisel tasandil kasutatakse Hammingi koodi (plokkkoodide rühmast hõlmab see kontrollbittide sisestamist sõnumisse). Kõik võrgutehnoloogiad tuginevad lihtsalt kontrollsummadele ja tuvastavad nende abil vigu, nõudes rikutud fragmentide uuesti edastamist. Kuid pikkade vahemaade traadita lairibaühenduse korral ilmneb palju vigu, nii et füüsiline kiht peab nendega hakkama saama.

4. Raadio- süsteemi liidesWIMAX

Kõige keerulisemaks osutus andmete leidmine raadioliideselt. Põhineb liidese määratlusel - süsteemi elementide vahelise interaktsiooni vahendite, meetodite ja reeglite kogum.

Mobiilne WiMAX-tehnoloogia põhineb kahel standardil: IEEE 802.16-2004 raadioliidese standard (Air Interface Standard) ja IEEE 802.16e-2005 standard, mis võeti vastu 7. detsembril 2005 (mängib võtmerolli paikse lairibaraadiovõrgu ehitamisel Euroopa Liidus). linn). Füüsilises kihis määratleb IEEE 802.16-2004 kolm edastusmeetodit: ühe kandja (SC), ortogonaalne sagedusjaotusega multipleksimine (OFDM) ja sagedusjaotusega multipleksimine (OFDMA).

On olemas selline asi nagu "süsteem kiibil" - see klass viitab seadmetele, mis asuvad ühes kiibis, millesse on integreeritud üks või mitu protsessi, teatud hulk mälu, hulk liideseid - see tähendab maksimaalselt on vajalik süsteemile määratud probleemide lahendamiseks. "Süsteemide" arendamine hõlmab arendatava vooluringi optimeerimist. Ülemaailmsed tootjad on keskendunud "süsteemide" arendamisele, mis integreerivad WiMAX-standardi füüsilise ja MAC-kihi põhifunktsioonid. Näiteks on võimalik veenduda, et füüsilisel tasemel kasutatakse OFDM modulatsiooni 256 alamkandjaga ja samal ajal on olemas põhikodeerimise skeem, milles kasutatakse sisekoodi jaoks etteantud algoritmi järgi konvolutsioonilist kodeerimist ja dekodeerimist, ja Reed-Solomoni kood välise koodi jaoks. Süsteemi-kiibil olev raadioliides sisaldab ADC/DAC plokke analoogseks otseühenduseks välise transiiveriga (joonis 5).

Joonis 5. RF transiiveri plokkskeem

Kesksagedust ja väljundvõimsuse taset saab muuta tarkvara abil.

Saatjas saadetakse digitaalne signaal samafaasiliste (I) ja kvadratuursete (Q) komponentide kujul lairiba digitaalse üles-alla (DUC)/(DDC) muundurisse. DUC etapis signaal filtreeritakse ja interpoleeritakse. Saadud edastatud signaal saadetakse kammsuhte vähendamise (CFR) protsessorisse, kus reguleeritakse signaali tippvõimsuse ja keskmise võimsuse suhet (PAPR). Seejärel saadetakse see (DAC) digitaalsignaali teisendamiseks analoogvormingusse.

Signaaliriba kesksageduse esimesel vahesagedusel (IF) määrab DAC, kuna see sisaldab digitaalseid jäme- ja peensegisteid. Analoogsignaal teisendatakse üles teisele vahesagedusele ja seejärel raadiosagedusele (RF), kasutades kahte analoog-üles-muundamise (UC) etappi. Suure leviala tagamiseks võimendatakse RF-signaali kaheastmelises võimsusvõimendis (PA). Võimendatud signaal siseneb antenni läbi duplekseri (raadiosagedusliku edastus-/vastuvõtulüliti (T/R) ajast sõltuvaks dupleksimiseks (TDD)).

Vastuvõtjas võimendatakse vastuvõetud signaali madala müravõimendiga (LNA). Väljundist teisendatakse LNA viimastesse IF-faasidesse, kasutades kaheastmelisi buck-muundureid (DC). Seejärel muundatakse analoogsignaal digitaalseks ja I/Q komponendid genereeritakse analoog-digitaalmuunduri (ADC) väljundis. Järgmisena filtreeritakse ja detsimeeritakse I/Q komponendid ning saadetakse seejärel PHY raadioliidesele edasiseks töötlemiseks.

Sõbra esimese ajaveebi põhjal pean ütlema, et kirjandust on üsna raske otsida ja Internet tekitab palju prügi) kasutatud kirjanduse loendisse oli ainult üks raamat: “WiMAX Encyclopedia. Tee 4G-sse" V. Višnevski, S. Portnõi, Tekhnosphere kirjastus, Moskva 2009. Ma laadisin selle alla 30 minutit, kuid täpset sõnastust on sealt raske leida, nii et jätan lingid praegu oma raamatuteeki teema täielikuma ülevaate saamiseks.

Standard kirjeldab piirkondliku ulatusega võrkude ehitamise põhimõtteid sagedusalas kuni 66 GHz – täpsemalt nende füüsilist ja MAC-kihti. Selleks on viis režiimi (vt tabel 1 Põhirežiimid IEEE 802.16-2004 standardis). Neist ainult WirelessMAN-SC on loodud töötama 10–66 GHz vahemikus. See on suunatud põhivõrkudele ("punkt-punkti", "punkt-multipunkt"), mis töötavad otsenähterežiimis (kuna selliste kõrgsageduslike signaalide sumbumine peegeldumisel on väga kõrge) tüüpilise bitiga. vookiirus on 120 Mbit/s ja kanali laius on umbes 25 MHz. See on tegelikult IEEE 802.16-2001 dokumendis kirjeldatud lairibajuurdepääsu raadioliides ühe kandja modulatsiooniga kanali kohta (SC – üks kandja).

Ülejäänud režiimid on mõeldud alla 11 GHz sagedusaladele. Üks neist - WirelessMAN-SCa - on WirelessMAN-SC "madala sagedusega" variatsioon (koos mitmete lisamehhanismidega, eriti 256-positsiooniline kvadratuurmodulatsioon 256-QAM on lubatud). Teine, WirelessHUMAN, on loodud töötama litsentsivabades sagedusalades (peamiselt USA-s). Kuid kaks ülejäänud režiimi – WirelessMAN-OFDM ja WirelessMAN-OFDMA – on IEEE 802.16-2001 suhtes põhimõtteliselt uued meetodid.

Kõiki režiime vahemikus alla 11 GHz eristab kolm iseloomulikku detaili - need on automaatse taasedastuse päringu mehhanismid (ARQ - automaatne kordustaotlus), adaptiivsete antennisüsteemidega töötamise tugi (AAS - adaptiivne antennisüsteem) ja aegruumi kodeerimine ( STC - ruumiaja kodeerimine) AAS-iga töötamisel. Lisaks tsentraliseeritud punkt-mitmepunkti-arhitektuurile on vahemikus alla 11 GHz tugi võrguarhitektuurile (“võrk” - üksteisega suhtlevate süsteemide detsentraliseeritud võrk). Tegelikult on Mesh-võrk IEEE 802.11 standardi kohalike ad-hoc võrkude analoog.

Tabel 1 Põhirežiimid standardis IEEE 802.16-2004

Režiim	Sagedus vahemik, GHz	Valikud	Kahepoolse printimise meetod
WirelessMAN-SC	10-66		TDD/FDD
WirelessMAN-SCa	< 11	AAS/ARQ/STC/	TDD/FDD
WirelessMAN-OFDM	< 11	AAS/ARQ/STC/võrk	TDD/FDD
WirelessMAN-OFDMA	< 11	AAS/ARQ/STC/	TDD/FDD
Traadita INIMENE	< 11, безлицен зионный диапазон*	DFS/AAS/ARQ/Mesh/STC	TDD

*USA-s ja Euroopas.

IEEE 802.16-2004 standardi tunnuseks on WirelessHUMAN (kiire litsentseerimata suurlinnavõrk) režiim. Tegelikult on see režiim IEEE 802.16-2004 standardis kirjeldatud režiimide kohandamine kasutamiseks litsentsivabades sagedusvahemikes (5-6 GHz tsoonis (see vahemik on Venemaal litsentsitud)). Peamised erinevused WirelessHUMANi vahel on ainult ajutise dupleksimise kasutamine, dünaamilise sageduse valiku režiim (DFS) ja sageduskanalite ots-otsani nummerdamise mehhanism.

IEEE 802.16-2004 standardis pööratakse olulist tähelepanu teenuse kvaliteedile (QoS), samuti andmete ja ühenduste kaitse mehhanismidele. Arvestades, et IEEE 802.16 on põhimõtteliselt keskendunud litsentseeritud vahemikes töötamisele, samuti selle peaaegu ülemaailmsele tunnustamisele (Euroopas on ETSI selle omaks võtnud HiperMANi nime all) ning juhtivate VLSI ja telekommunikatsiooniseadmete tootjate toele (ühendatud WiMAX foorumis ), võime suure kindlusega eeldada, et lähiaastatel ootab meid ees uus "traadita revolutsiooni" laine. Ja oma ulatuselt võib see ületada personaalarvutite ja mobiiltelefonide tulekuga tekitatud laineid. Siinkohal on oluline märkida, et Euroopa HiperMAN-standard ja ka WiMAX-foorum arvestab ainult üht IEEE 802.16-2004 standardi režiimi, nimelt OFDM-režiimi sagedusalas alla 11 GHz.

MAC tase

IEEE 802.16 standard reguleerib tööd füüsilisel ja andmesidetasandil. Kõrgema taseme protokollide (ATM, IP jne) toetamiseks pakutakse alamkihti "teenuse teisendamine", mille põhiülesanne on tuvastada ja klassifitseerida andmete tüüp nende tõhusaks edastamiseks IEEE 802.16 võrkude kaudu. Ülekandevoogude optimeerimiseks on ette nähtud spetsiaalne mehhanism pakettide või ülemiste tasemete ATM-rakkude PHS-i (Payload Header Suppression) päiste korduvate fragmentide eemaldamiseks.

PHS-mehhanism võimaldab vabaneda üleliigse teabe edastamisest: saatmisotsas teisendatakse teatud reeglitele vastavad rakenduste paketid IEEE 802.16 MAC-taseme andmestruktuurideks ja vastuvõtvas otsas taastatakse.

Kogu andmevoog IEEE 802.16 võrkudes on pakettide voog. Peamisel MAC-alamkihil genereeritakse andmepaketid (MAC PDU -MAC-protokolli andmeüksus, MAC-kihi andmeplokid), mis seejärel edastatakse füüsilisele kihile, kapseldatakse füüsilistesse pakettidesse ja edastatakse sidekanali kaudu. MAC PDU pakett sisaldab päist ja andmevälja (mis võib olla või mitte), millele võib järgneda CRC kontrollsumma. PDU päis on 6 baiti ja seda võib olla kahte tüüpi – üldine ja ribalaiuse päringu päis. Ühist päist kasutatakse pakettides, millel on andmeväli. See päis määrab ühenduse identifikaatori (CID), päise tüübi, päise kontrollsumma ja selle, kas andmeväli sisaldab alampäiseid või ARQ-sõnumeid.

Ribalaiuse päringu päist (ka 6 baiti) kasutatakse siis, kui SS palub tugijaamal allalingi kanalis ribalaiust eraldada või seda suurendada. Sel juhul näitab päis CID-d ja vajaliku ribalaiuse suurust (baitides, välja arvatud füüsilised paketipäised). Triibupäringu päiste järel ei ole andmevälja.

Andmeväli võib sisaldada: MAC-i alampäiseid, juhtsõnumeid ja ülemiste tasemete tegelikke rakendusandmeid, mis on teisendatud CS-i alamkihis. MAC-i alamrubriike võib olla viit tüüpi – pakendamine, killustatus, kanali varustamise kontroll, aga ka Mesh-võrgu alamrubriigid ja Fast Feedback kanali alamrubriik.

Juhtteated on IEEE 802.16 süsteemi esmane juhtimismehhanism. Kokku on reserveeritud 256 tüüpi juhtsõnumeid, millest on kasutusel 48. Juhtteadete formaat on lihtne - teate tüübi väli (1 bait) ja suvalise pikkusega andme (parameetri) väli.

Paketiprofiilide kirjeldus, juurdepääsukontroll, krüptograafilised kaitsemehhanismid, dünaamilised muutused süsteemi töös jne. (st kõik juhtimis-, juurdepääsu-, päringu- ja kinnitusfunktsioonid) rakendatakse juhtsõnumite kaudu. Allpool käsitletavad üleslingi/allalingi kaardid (UL-/DL-MAP) on samuti juhtsõnumid.

Juurdepääsu kanalile pakub eranditult tugijaam eelneval nõudmisel. AS-i esialgne lähtestamine ja kanalipäring toimuvad konkureeriva juurdepääsumehhanismi alusel spetsiaalselt määratud ajavahemike järel. BS määrab AS-ile kanalitele juurdepääsu aja ja kestuse sõltuvalt andmetüüpidest ja prioriteetidest. Konkreetse SS-i kanaliressurssi saab muuta BS-st pärimise (pollingu) abil (st BS annab SS-le akna ressursside pärimiseks) või SS-ilt tulevate spetsiaalsete juhtsõnumitega järgmise andmeedastuse ajal.

WirelessMAN-OFDM režiim

Füüsilises kihis pakub IEEE 802.16 standard kolme põhimõtteliselt erinevat andmeedastusmeetodit: ühe kandja modulatsioonimeetod (SC, vahemikus alla 11 GHz - SCa), modulatsioonimeetod, mis kasutab ortogonaalseid kandjaid OFDM (ortogonaalne sagedusjaotusega multipleksimine) ja multipleksimismeetod (mitmepöördus), kasutades ortogonaalseid OFDMA (ortogonaalne sagedusjaotusega mitmikpöördus) kandjaid.

OFDM-režiim on andmevoo moduleerimise meetod ühes sageduskanalis (1-2 MHz või rohkem laius) kesksagedusega fc. Kanaliteks jagunemine, nagu SC puhul, on sagedus.

Joonis 2 OFDM sümbol

Iga alamkandjat moduleeritakse sõltumatult, kasutades kvadratuur-amplituudmodulatsiooni. Üldine signaal arvutatakse Fourier pöörd-kiire teisenduse (IFFT) meetodil.

Alates kaadri teisest paketist lähtestatakse PRP generaator tugijaama identifitseerimisnumbri BSID, paketiprofiili identifikaatori DIUC (allalingi intervall kasutuskood) ja kaadri numbri alusel (Joonis 3 PRP generaatori lähtestamisvektori moodustamine OFDM jaoks allavoolu randomiseerimine). Ülesvoolus toimub kõik sarnaselt, ainsa erinevusega, et PSP generaatori lähtestamine vastavalt joonisel 3 näidatud skeemile PSP generaatori lähtestamisvektori moodustamine allavoolu OFDM voo randomiseerimiseks toimub esimesest paketist ( DIUC asemel kasutatakse UIUC-d – üleslingi intervalli kasutuskood).

Joonis 3 PRP generaatori lähtestamisvektori moodustamine allavoolu OFDM voo randomiseerimiseks

Andmete kodeerimine hõlmab kaheastmelist konkateneeritud koodi – Reed-Solomoni kodeerijat Galois väljast GF (256) ja konvolutsioonikoodrit. Põhikujul töötab Reed-Solomoni kood 239-baidiliste lähteandmete plokkidel, moodustades neist 255-baidise kodeeritud ploki (lisades 16 kontrollbaiti). See kood on võimeline taastama kuni 8 kahjustatud baiti. Kuna tegelikult kasutatakse lühema pikkusega K andmeplokke, lisatakse nende ette (239 - K) null baiti. Pärast kodeerimist need baidid eemaldatakse. Kui on vaja vähendada kontrollsõnade arvu, et vähendada taastatavate T baitide arvu, kasutatakse ainult esimest 2T kontrollbaiti. IEEE 802.16 toe jaoks vajalikud ühendatud koodisuvandid on näidatud tabelis 2 Põhirežiimid IEEE 802.16-2004 standardis.

Tabel 2 Põhirežiimid standardis IEEE 802.16-2004

Modulatsioon	Andmeplokk enne kodeerimist, bait	Reed-Saalomoni kodeerija	Konvolutsioonikooderi kodeerimiskiirus	Kogu kodeeringu kiirus	Andmeplokk pärast kodeerimist, bait
BPSK	12	(12,12,0)	1/2	1/2	24
QPSK	24	(32,24,4)	2/3	1/2	48
QPSK	36	(40,36,2)	5/6	3/4	48
16-QAM	48	(64,48,8)	2/3	1/2	96
16-QAM	72	(80,72,4)	5/6	3/4	96
64-QAM	96	(108,96,6)	3/4	2/3	144
64-QAM	108	(120,108,6)	5/6	3/4	144

Joonis 4 Konvolutsioonkooderi vooluahel

Reed-Solomoni kodeerijat ei kasutata kahepositsioonilise BPSK modulatsiooniga (näiteks kõlarite algse lähtestamise või ribapäringu ajal). Samuti jäetakse see vahele, kui kasutatakse osa OFDM-i alamkanalitest. Sel juhul võetakse konvolutsioonikodeerimise kiirus võrdseks üldise kodeerimiskiirusega (vt tabel 2 Põhirežiimid standardis IEEE 802.16-2004) (vastavalt korrutatakse algse andmeploki suurus kasutatud alamkanalite arvuga , jagatud 16-ga).

Lisaks kirjeldatud kodeerimismehhanismile näeb standard ette valikulise plokk-turbo koodide (Hammingi koodide ja paarsuskontrolli alusel) ja konvolutsiooniliste turbokoodide kasutamise.

Pärast kodeerimist järgneb põimimisprotseduur – bittide segamine OFDM-sümbolile vastava kodeeritud andmete ploki sees. See toiming viiakse läbi kahes etapis. Esimese eesmärk on tagada külgnevate bittide jaotamine mittekülgnevate kandjate vahel. Teises etapis eraldatakse kõrvuti asetsevad bitid jada erinevateks osadeks. Kõik see on tehtud selleks, et sümbolis esinevate grupivigade korral kahjustatakse mittekülgnevaid bitte, mida saab dekodeerimise käigus kergesti taastada.

Joonis 5 BPSK, QPSK, 16-QAM ja 64-QAM halli vektordiagrammid (modulatsiooni sümboli esitus)

Pärast põimimist algab modulatsiooni etapp. Valitud modulatsiooniskeemi (BPSK / QPSK / 16-QAM / 64-QAM) alusel esitatakse plokk modulatsioonisümbolitele vastavate bitirühmade jadana (igaüks 1 / 2 / 4 / 6 bitti). Igale rühmale omistatakse Q- ja I väärtused hallide vektordiagrammidest (joonis 5, hallid vektorskeemid (modulatsioonisümbolite esitus) BPSK, QPSK, 16-QAM ja 64-QAM jaoks), mida kasutatakse seejärel kandja otse moduleerimiseks. .

Pärast modulatsioonisümbolite määramist OBPF abil arvutatakse raadiosignaal ise ja edastatakse saatjale. Vastuvõtmisel tehakse kõik protseduurid vastupidises järjekorras.

Punkt-mitmepunkti arhitektuuriga võrkude füüsilise kihi OFDM-režiimis ei erine edastuskaadri struktuur põhimõtteliselt palju SC-režiimist. Nagu kõrgsageduspiirkonnas, toimub teabevahetus kaadrite jada kaudu. Iga kaader (Joonis 6 Ajalise dupleksiga OFDM-kaadrite struktuur) on jagatud kaheks alamkaadriks – allavoolu (DL – BS-ist BS-i) ja ülesvoolu (UL – BS-ist BS-i). Eraldamine ülesvoolu ja allavoolu kanaliteks – nii aeg (TDD) kui ka sagedus (FDD). Viimasel juhul edastatakse DL ja UL samaaegselt, erinevates sagedusvahemikes.

Joonis 6 Ajalise dupleksiga OFDM-kaadrite struktuur

Allavoolu alamkaader sisaldab preambulat, kaadri juhtimispäist (FCH) ja andmepakettide jada. Allalingi preambul – kahest OFDM-sümbolist koosnev pakett (pikk preambul), mis on ette nähtud sünkroonimiseks. Esimene OFDM-i sümbol kasutab kandjaid, mille indeksid jaguvad 4-ga, teine ​​kasutab ainult paariskandjaid (modulatsioon - QPSK).

Preambulale järgneb kaadri juhtimise päis - üks OFDM-sümbol koos BPSK modulatsiooniga ja standardse kodeerimisskeemiga (kodeerimiskiirus - 1/2). See sisaldab niinimetatud allalingi kaadri prefiksit (DLFP), mis kirjeldab DL-i alamkaadri esimese (või mitme algse) paketi profiili ja pikkust.

Esimene pakett sisaldab levisõnumeid (mõeldud kõigile kõlaritele) – DL-MAP, UL-MAP pakettide asukohakaardid, DCD/UCD allalingi/üleslingi kanalite kirjeldused ja muu teenuseteave. Igal paketil on oma profiil (kodeerimisskeem, modulatsioon jne) ja see edastatakse täisarvu OFDM-sümbolite abil. Kõikide pakettide alguspunktid ja profiilid peale esimese sisalduvad DL-MAP-is.

Allavoolu alamkaader sisaldab vaidlusintervalli, mis sisaldab perioode AS-i esialgseks initsialiseerimiseks (võrku sisenemiseks) ja edastusribalaiuse taotlemiseks. Sellele järgnevad tugijaama poolt teatud abonendijaamadele edastamiseks määratud ajapilud. Nende pesade (lähtepunktide) jaotus sisaldub UL-MAP sõnumis. Oma ajapilus olev kõlar alustab edastust lühikese preambula edastamisega (üks OFDM-i sümbol, kasutab ainult paariskandjaid). Sellele järgneb MAC tasemel genereeritud teabepakett ise.

OFDM-kaadrite kestus võib olla 2,5; 4; 5; 8; 10; 12,5; ja 20 ms. Tugijaama määratud raami ehitusperioodi ei saa muuta, kuna sel juhul nõuaks see kõigi kõlarite uuesti sünkroonimist.

Ühenduse loomise taotlus ei erine IEEE 802.16 standardis üldtunnustatud taotlusest, välja arvatud täiendav kontsentreeritud päringu režiim (Region6Focused). See on mõeldud ainult jaamadele, mis on võimelised juhtima üksikuid alamkanaleid. Selles režiimis saab kõneleja võistlusintervallide ajal (määratletud UL-MAP-is) edastada 46-bitise lühikoodi ühel 48-st alamkanalist, millest igaüks sisaldab nelja kandjat. Kokku on kaheksa koodi. Koodide ja alamkanalite tabel on toodud IEEE 802.16 standardi tekstis. Koodi ja kanalite numbrid valib vahelduvvool juhuslikult.

Pärast koodisõnumi kättesaamist annab BS SS-le intervalli "tavalise" juurdepääsupäringu (MAC-taseme päringu päis) edastamiseks - võimaluse korral. Kuid erinevalt teistest mehhanismidest ei näita UL-MAP-i BS seda taotlenud jaama identifikaatorit, vaid annab päringu koodi, alamkanali numbrid ja pöördusintervalli seerianumbri, mille jooksul päring edastati. Nende parameetrite põhjal määrab AC, et edastusribalaiuse taotlemise intervall on talle ette nähtud. 4-bitise juurdepääsupäringu koodi edastamise hetk valitakse juhuslikult, vastavalt ülalkirjeldatud algoritmile konkureerivale juurdepääsukanalile juurdepääsu saamiseks.

Pange tähele, et OFDM-režiimis saab kanaliressurssi pakkuda mitte ainult ajapiirkonnas, vaid ka eraldi alamkanalites (alamkanalite rühmades), kui tugijaam ja abonendijaamad seda funktsiooni toetavad. Selle valiku üks olulisemaid rakendusi on Mesh-võrk.

MESH võrk

Formaalselt on võrguvõrk OFDM-režiimis IEEE 802.16 võrgutopoloogia tüüp ja selle füüsiline kiht on OFDM. Seetõttu ilmnevad erinevused Meshi võrgu ja juba käsitletud režiimide vahel mitte ainult ja mitte niivõrd füüsilisel tasandil. Põhiline erinevus Mesh-võrgu ja seni vaadeldud punkt-multipunkt-arhitektuuri vahel seisneb selles, et kui viimasel juhul saab AS suhelda ainult BS-ga, siis Mesh-võrgus on võimalik AS-de vahetu interaktsioon. Kuna IEEE 802.16 standardi võrgud on keskendunud laia sagedusega kanalitega töötamisele, ei kaasatud Mesh-võrke standardisse peer-to-peer kohalike võrkude loomise eesmärgil - selleks on olemas IEEE 802.11 rühma standardid. Põhjus on erinev – on vaja tööriista lairibavõrgu ehitamiseks, milles liiklust saab edastada mitmest jaamast koosneva ahela kaudu, kõrvaldades sellega edastusprobleemid otsese nähtavuse puudumisel. Sellest tulenevalt on kõik juhtimismehhanismid, mis põhimõtteliselt võimaldavad ehitada detsentraliseeritud hajutatud võrku, endiselt orienteeritud puulaadsele arhitektuurile, millel on spetsiaalne tugijaam (juursõlm) ja domineerivad BS-AS vood.

Mesh-võrgus on kõik jaamad (sõlmed) formaalselt võrdsed. Peaaegu alati toimub Mesh-võrgu liikluse vahetamine väliskeskkonnaga aga ühe kindla sõlme kaudu (Joonis 7 Mesh-võrgu näide). Sellist sõlme nimetatakse Meshi võrgu tugijaamaks, see vastutab mõnede Meshi võrgu haldamiseks vajalike funktsioonide eest. Sellisel juhul võib juurdepääsu kontroll toimuda kas hajutatud juhtimismehhanismi alusel või tsentraliseeritud viisil, BS kontrolli all. Võimalik on ka nende meetodite kombinatsioon.

Joonis 7 Võrguvõrgu näide

Mesh-võrgu põhikontseptsioon on naabrid. Konkreetse sõlme naabrid on kõik sõlmed, mis saavad sellega otseühenduse luua. Nad kõik moodustavad naabruskonna keskkonna. Naabersõlmede kaudu antud sõlmega ühendatud sõlme nimetatakse teist järku naabriteks. Võib olla kolmandat järku naabrid jne.

Võrgusilmas pole üles-/allalinkide kontseptsiooni. Kogu vahetus toimub raamide kaudu. Jaamad edastavad sõnumeid kas neile eraldatud ajapiludes (vastavalt eelnevale kanalite määramisele) või juurdepääsukanalitele suvalisel (juhuslikul) viisil. Igal sõlmel on kordumatu 48-bitine MAC-aadress.

Lisaks määratakse jaamadele Mesh-võrgus tuvastamiseks 16-bitine võrguidentifikaator. Iga sõlm salvestab pidevalt kõigi oma naabrite kohta andmete loendi (näitab kaugust, suunaantenni sektorit, side jaoks vajalikku saatja ligikaudset võimsust, signaali levimise viivitust jne) ja edastab need võrku etteantud sagedusel. Võrku hallatakse iga sõlme loendite koguarvu põhjal.

Võrguvõrgu kaader jaguneb juht- ja andme-alamkaadriks (Joonis 8 Mesh-võrgu kaadri struktuur). Juhtiva alamraami pikkus on muutuv väärtus, mille määrab BS. Juht alamkaader on MAC-kihi pakettide kogum, selle erinevusega, et kohe pärast üldist MAC-paketi päist on võrgu alampäis Mesh. Juhtimisalaraam võib olenevalt rakendatavatest funktsioonidest olla kahte tüüpi - võrgu juhtimine ja sidekanalitele juurdepääsu ajastamise juhtimine. Alamraamid kasutavad alati QPSK modulatsiooni kodeerimiskiirusega 1/2.

Joonis 8 Võrguvõrgu raami struktuur

Juhtimise alamraamid sisaldavad intervalle uute seadmete võrku ühendamiseks (võrgukirje) ja järgmisi võrgukonfiguratsiooni teateid. "Võrgukonfiguratsiooni" tüüpi sõnumid sisaldavad kogu vajalikku teavet võrgu koostise kohta. Nad rakendavad ka juhtimisprotseduure. Need sõnumid genereerib iga sõlm ja edastab need võrgu kaudu oma naabrite kaudu. Edastatud teabe hulgas on iga sõlme naabrite loendid, tugijaama identifitseerimisnumber ja selle naabrite arv, kanali juurdepääsugraafiku edastamise loogilise kanali number, sõlme kaugus (naabrusaste) tugijaamast. , jne.

Selliste sõnumite kaudu edastatakse kindlaksmääratud sagedusel võrgu deskriptor - tabel, mis kirjeldab täielikult praeguseid võrguparameetreid. Nende hulgas on kaadrite kestus, juhtalamkaadri pikkus, detsentraliseeritud ressursside eraldamise teadete intervallide arv, ressursside eraldamise alampakettide sagedus, paketiprofiilid, kodeerimise tüüp, loogiliste kanalite vastavus füüsilistele jne. Võrgu deskriptor edastatakse tugijaamast selle naabritele, sealt järgmise naabrusastmega sõlmedesse jne. Võrgukirjelduse edastamise sagedus normaliseeritakse.

"Võrgusisene" on intervall, mille jooksul uus sõlm saab saata sõnumi (NENT), mis näitab oma kavatsust võrguga ühenduse luua (analoogselt punkt-mitmepunktilise võrgu konkurentsiintervalliga). Enne seda peab see saama teate võrgu konfiguratsiooni kohta, valima sõlme, millega ühenduse luua, sellega sünkroonima ja alles seejärel päringu saatma. Vastuseks sõlm kas keelab juurdepääsu või määrab uuele sõlmele autentimisprotseduuride jaoks võrgu ID, kanali ja ajapilu.

Kanaliressursside jaotus Mesh-võrgus võib olla tsentraliseeritud või detsentraliseeritud (hajutatud). Detsentraliseeritud jaotust saab omakorda koordineerida BS-ga ja koordineerimata

Detsentraliseeritud ressursside jaotamine tähendab, et eraldamine toimub ühes naabrite rühmas (st jaamade vahel, mis on võimelised üksteisega otse suhtlema). Koordineeritud detsentraliseeritud levitamise korral vahetavad sõlmed üksteisega spetsiaalseid levitamise juhtsõnumeid (distributed Schededling – DSCH). Koordineerimine seisneb selles, et iga jaama poolt selliste teadete väljastamise periood on kindlaks määratud ja naabritele teada. Koordineeritud DSCH-sõnumid edastatakse juurdepääsujärjekorra kontrolli alamkaadrites võrgu deskriptoris määratud intervallidega. Koordineerimata DSCH-teated edastatakse andmete alamkaadris.

DSCH-sõnumid on taotlused kanali ressursi hankimiseks ja vastussõnumid koos vaba ressursi (andme alamkaadri ajapilu) pakkumisega (kinnitusega). Ressursi pakub naaber konkreetse ühenduse jaoks.

Tsentraliseeritud ressursside jaotus eeldab puulaadset võrgutopoloogiat, mille ülaosas on BS. Seda rakendatakse kahte tüüpi sõnumite kaudu - tsentraliseeritud konfiguratsiooni CSCF ja tsentraliseeritud ajakava CSCH. Need juhtsõnumid paigutatakse juurdepääsugraafiku juhtimise alamraami algusesse. Kasutades CSCH keskseid planeerimissõnumeid, määrab iga sõlm oma alamsõlmede liiklusnõudluse (st mille liiklus tugijaamast (kuni) läbib seda sõlme) ja edastab oma nõudluse kõrgema taseme sõlmele kuni tugijaamani. Pärast nõudluse analüüsimist saadab tugijaam välja CSCH-teate, mis teavitab iga sõlme eraldatud ribalaiusest (bps) üles- ja allavoolu suunal. Nende andmete põhjal taotleb (või määrab) iga sõlm ise DSCH detsentraliseeritud ajastamissõnumite kaudu oma naabersõlmedelt (või nende jaoks) olevate pakettide asukohta andme alamkaadris.

WiMAXIEEE 802.16

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) on telekommunikatsioonitehnoloogia, mis on välja töötatud universaalse traadita side pakkumiseks pikkade vahemaade tagant paljude seadmete jaoks (alates tööjaamadest ja sülearvutitest kuni mobiiltelefonideni) ja nende loogilise ühenduse – kohaliku võrgu – jaoks.

Eelised.

Tehnoloogia eelised (lühidalt):

Majanduslik efektiivsus

Mitmekülgsus ja töökindlus

Paindlik, hõlpsasti juurutav ja skaleeritav

Katvusala loomine vaatevälja puudumise tingimustes

Sisaldab algselt IP-protokolli, mis võimaldab teil selle hõlpsalt ja läbipaistvalt globaalsetesse võrkudesse integreerida

Võrreldes juhtmega (xDSL, T1), traadita või satelliitsüsteemidega, peaksid IEEE 802.16 võrgud võimaldama operaatoritel ja teenusepakkujatel jõuda kulutõhusalt mitte ainult uute potentsiaalsete kasutajateni, vaid laiendama ka info- ja sidetehnoloogiate valikut kasutajatele, kellel on juba fikseeritud (fikseeritud) ) juurdepääs.

Standard ühendab endas operaatoritaseme tehnoloogiaid (paljude alamvõrkude ühendamiseks ja neile juurdepääsu võimaldamiseks Internetile) ning viimase miili tehnoloogiaid (viimane segment teenusepakkuja võrku sisenemise kohast kasutaja arvutisse), mis loob universaalsuse ja selle tulemusena suurendab süsteemi töökindlust.

Traadita tehnoloogiad on paindlikumad ja sellest tulenevalt hõlpsamini juurutavad, kuna neid saab vastavalt vajadusele skaleerida.

Katvusulatus on raadiosidesüsteemi oluline näitaja. Praegu nõuavad enamik traadita lairiba andmeedastustehnoloogiaid otsest nähtavust võrguobjektide vahel. WiMAX, kasutades OFDM tehnoloogiat, loob levialad tingimustes, kus puudub otsenähtavus kliendi seadmest tugijaamani, samas kui vahemaad mõõdetakse kilomeetrites.

WiMAX-tehnoloogia sisaldab algselt IP-protokolli, mis võimaldab selle lihtsalt ja läbipaistvalt kohalikesse võrkudesse integreerida.

Toimimispõhimõte.

Ühendused tugijaama ja kliendi vastuvõtjaga toimuvad mikrolainevahemikus 2–11 GHz. See ühendus võimaldab ideaaltingimustes andmeedastust kiirusega kuni 20 Mbit sekundis ega nõua, et tugijaam ja kliendi vastuvõtja oleksid nähtavuse ulatuses. Püsiühendus luuakse naabertugijaamade vahel, kasutades sagedust 6–66 GHz nähtavuse kauguse jaoks. See ühendus võimaldab ideaaltingimustes andmeedastust kuni 120 Mbit/s. Piiratud vaateväli on puuduseks. Kuid see kehtib ainult tugijaamade kohta. Vähemalt üks tugijaam peab olema pidevalt ühendatud pakkuja võrguga kiire juhtmega lairibaühenduse kaudu. Mida rohkematel jaamadel on juhtmega ühenduse kaudu juurdepääs teenusepakkuja võrgule, seda suurem on edastamise kiirus ja usaldusväärsus. IEEE 802.16 võrk on väga sarnane traditsioonilistele mobiilsidevõrkudele.

Töörežiimid.

Töörežiimid (lühidalt)_:

Fikseeritud WIMAX töötab režiimis 6 kuni 66 GHz. Puudused: nõuab tugijaama vaatevälja (lauatelefonide puhul)

NomadicWiMax (kaasaskantavale, sülearvutile) seansijuurdepääs võimaldab kliendi seadmeid seansside vahel vabalt liigutada ning taastab ühenduse teenusepakkuja võrguga ja kohaliku võrguga, kasutades teisi WImaxi torne.

PortableWiMax lisas kliendi vastuvõtjale võimaluse lülituda automaatselt ühelt tugijaamalt teisele ilma ühendust kaotamata. Vastuvõtja kiiruspiirangud kuni 40 km/h

MobileWiMax Kliendivastuvõtja liikumiskiirus kuni 120 km/h

1) Inimestele kahjulike ülikõrgete sageduste kasutamine.

2) Hajaasustusaladel puudub potentsiaalne kasutajate arv.

3) Standardi liiga kiire areng

4) Konkurentsivõimeliste tehnoloogiate kättesaadavus

Fikseeritud WiMAX - fikseeritud juurdepääs. Standard kasutab sagedusvahemikku 10-66 GHz. See sagedusvahemik nõuab lühilainete tugeva sumbumise tõttu otsest nähtavust saatja ja signaali vastuvõtja vahel. Teisest küljest võimaldab see sagedusvahemik vältida üht raadioside põhiprobleemi – signaali mitmeteelist levikut. Samas on antud sagedusvahemikus sidekanalite laius üsna suur (tüüpväärtus on 25 või 28 MHz), mis võimaldab saavutada edastuskiirusi kuni 120 Mbit/s.

Nomadic WiMAX . Seansi (rändlus) juurdepääs lisas seansside kontseptsiooni juba olemasolevale Fikseeritud WiMAX-ile. Seansside olemasolu võimaldab kliendi seadmeid seansside vahel vabalt liigutada ja

taastage ühendus, kasutades teisi WiMAX-torne kui need, mida kasutati eelmise seansi ajal. See režiim on mõeldud peamiselt kaasaskantavatele seadmetele, nagu sülearvutid ja pihuarvutid. Seansside kasutuselevõtt võimaldab vähendada ka klientseadme energiatarbimist, mis on oluline ka kaasaskantavate seadmete puhul.

Kaasaskantav WiMAX . Kaasaskantava WiMAX-režiimi jaoks on lisatud võimalus lülitada klient automaatselt ühelt WiMAX-tugijaamalt teisele ilma ühendust kaotamata. Selle režiimi puhul on kliendi seadmete liikumiskiirus siiski piiratud - 40 km/h. Küll aga saab juba sellisel kujul kliendiseadmeid kasutada teel (autos sõites läbi piiratud kiirusega elamurajoonides, jalgrattal, jalgsi jne). Selle režiimi tutvustus

muutis otstarbekaks kasutada WiMAX-tehnoloogiat nutitelefonides ja taskupersonaalarvutites.

Mobiilne WiMAX lubatud suurendada kliendi seadmete liikumiskiirust

rohkem kui 120 km/h. Mobiilse režiimi peamisteks saavutusteks võib pidada järgmisi tegureid:

Vastupidavus mitmeteelise signaali levimisele ja enesehäiretele

Time Division Duplex (TDD) tehnoloogia, mis võimaldab tõhusalt töödelda asümmeetrilist liiklust ja lihtsustab keerukate antennisüsteemide haldamist, edastades seansi kanalite vahel.

Selle tehnoloogia puudused on järgmised:

Inimestele kahjulike ülikõrgete sageduste kasutamine

Potentsiaalsete kasutajate vähesus hajaasustusaladel

Standardarendus liiga kiire

Konkurentsivõimeliste tehnoloogiate kättesaadavus

Viimase aasta jooksul on ajakirjanduses aeg-ajalt ilmunud teavet uutest kordaminekutest uue traadita sidestandardi 802.16 ehk, nagu seda sageli nimetatakse, WiMAX, väljatöötamisel. Ja pärast sügist Inteli arendajafoorumit (IDF), kus teatati valdkonna esimesest WiMAX-tehnoloogiat toetavast kiibist koodnimega Rosedale, suurenes uue traadita võrgustandardi ümber käiv hüpe veelgi. Õli valasid tulle väited, et uus standard (täpsemalt selle laiendus 802.16e) vahetab lähiajal välja Venemaal juba populaarseks saanud traadita võrgustandardi 802.11b/g. Ka segadust oli küllaga, mis on standardi kehtestamise etapis üsna loomulik. Tõepoolest, 802.16, 802.16a, 802.16d, 802.16c, 802.16e proovige neid numbreid ja tähti välja mõelda! Proovime koos välja mõelda, mis on see uus traadita lairiba standard, mis analüütikute prognooside kohaselt saab lähiajal laialt levima nii sideoperaatorite kui ka lõppkasutajate seas.

Arengu ajalugu

IEEE 802.16 standardi ajalugu ulatub aastasse 2001, mil tegelikult algas aktiivne töö uue traadita lairiba standardi loomisel. 2001. aasta detsembris võeti vastu IEEE 802.16-2001 standardi esimene versioon, mis nägi algselt ette töösagedusala 10-66 GHz.

See standard kirjeldas lairiba traadita side korraldust punkt-mitmepunkti topoloogiaga ja selle eesmärk oli luua suurlinna mastaabis fikseeritud traadita võrke (Metropolitan Area Network, MAN). Seetõttu nimetatakse seda standardit ka WirelessMANiks. Füüsilisel tasandil eeldas IEEE 802.16-2001 standard ainult ühe kandesageduse (Single-Carrier, SC) kasutamist, mille tulemusena lisati protokolli nimele tähed SC ehk WirelessMAN-SC. .

Side sagedusvahemikus 10-66 GHz on lühikeste lainepikkuste kiire sumbumise tõttu võimalik ainult saatja ja signaali vastuvõtja vahelises vaateväljas. See oli üks WirelessMAN-SC protokolli funktsioone. Selliste omadustega sagedusvahemik (st vastuvõtja ja saatja otsenähtavus ning peegelduste kallal töötamise võimatus) võimaldas vältida raadioside üht peamist probleemi - signaali mitmesuunalist levikut. Selles sagedusvahemikus kasutatavate sidekanalite laius on üsna suur (tüüpväärtus 25 või 28 MHz), mis võimaldab saavutada kõrgeid (umbes 120 Mbit/s) andmeedastuskiirusi.

Vajadus ehitada traadita võrk ainult otsenähtavasse tsooni on viinud selleni, et 802.16 standardseadmed pole laialt levinud. Seetõttu võeti mõnevõrra hiljem, 2003. aasta jaanuaris vastu standardi 802.16 laiendus nimega 802.16a-2003. See nägi ette sagedusvahemiku 2–11 GHz kasutamise. Selle standardi eesmärk oli ka luua suurlinna mastaabis traadita püsivõrke. Eeldati, et sellest standardist saab alternatiiv traditsioonilistele lairibajuurdepääsu lahendustele viimase miili jaoks – kaabelmodemid, xDSL ja T1/E1 kanalid. Lisaks plaaniti 802.16a võrke kasutada lisatehnoloogiana 802.11b/g/a pääsupunktide ühendamiseks Internetti.

Peamine erinevus 802.16a standardi ja 802.16 põhistandardi vahel seisnes erineva sagedusvahemiku kasutamises, mis ei nõua vastuvõtja ja saatja vahelist vaatevälja. Selliste traadita võrkude leviala on palju laiem kui standardsete 802.16 võrkude oma. Jättes praegu protokolli 802.16a üksikasjad välja, märgime vaid, et sagedusvahemiku 2–11 GHz kasutamine nõudis ka signaali füüsilisel tasemel kodeerimise ja moduleerimise tehnika olulist läbivaatamist.

Standardi 802.16a loogiline jätk oli 802.16d standard, mis nägi ette võimaluse juurutada püsijuurdepääsu siseruumides.

802.16d standard võeti lõpuks vastu 2004. aasta juulis ja see sai nimeks 802.16-2004, misjärel ei olnud enam vaja kaaluda eraldi standardeid, st 802.16d ja 802.16a, kuna standardi lõplik versioon sisaldas nii 802.16d ja 802.16a standardid.

Hetkel on väljatöötamisel IEEE 802.16e standard, mis käsitleb rändlusprobleeme erinevate traadita standarditega võrkude vahel, et kasutaja saaks liikuda IEEE 802.11 standardi traadita võrkudest IEEE 802.16 võrkudesse ja tagasi ilma sideseanssi kahjustamata.

Rändlusprobleemide lahendamine näib olevat väga oluline traadita tehnoloogiate edasiseks arendamiseks. Täna saavad IEEE 802.11 võrkude kasutajad kasutada traadita juurdepääsuteenuseid ainult siis, kui nad on levialas või juurdepääsutsoonis. Sellisest piirkonnast lahkudes kaotavad nad ühenduse loomise võimaluse. IEEE 802.16e tehnoloogiat kasutades on kasutajatel võimalus optimaalselt ühenduda: IEEE 802.11 kaudu sobivas levialas, IEEE 802.16 kaudu suurlinna WMAN-võrgu levialas.

Kui IEEE 802.16 protokoll on kandjataseme protokoll, siis IEEE 802.16e protokoll on suunatud lõppkasutajatele, mobiilsetele ja selles mõttes on see alternatiiv 802.11a/b/g standarditele. Inteli ekspertide sõnul saab lähitulevikus sisseehitatud IEEE 802.16e võimalustega sülearvuti või pihuarvutiga kasutaja pidevalt ühenduses olla kõikjal linnas. Lisaks võimaldab IEEE 802.16 kasutuselevõtt üleeuroopalise standardina aktiivsetel reisijatel nautida rändlust kogu Euroopas.

IEEE 802.16 kõige aktiivsemat reklaamimist viib nüüd läbi WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – mittetulundusühing, mis moodustati Intel Corporationi algatusel juhtivate telekommunikatsiooniseadmete tootjate (Airspan Networks, Alvarion Ltd, Aperto) osalusel. Networks, Fujitsu Microelectronics America, Intel, OFDM Forum, Proxim Corporation, Wi-LAN, Inc. jne).

WiMAX organisatsiooni eesmärk on edendada lairibavõrkudele juurdepääsu võimaldavate juhtmevabade seadmete arendamist, võrkude kiiret kasutuselevõttu üle maailma, 802.16 seadmete sertifitseerimist ja spetsifikatsioonide koostamist, mis on mõeldud erinevate tootjate seadmete ühilduvuse tagamiseks. Analüütikute sõnul esindavad WiMAXi liikmed enam kui 75% lairiba traadita juurdepääsu seadmete tootjate turust.

802.16 eelised

Algusest peale oli standard 802.16 kavandatud arenema raadioliideste komplektina, mis põhines ühisel Medium Access Control (MAC) protokollil, kuid millel on erinevad füüsilise kihi spetsifikatsioonid olenevalt kasutatavast spektriosast. Protokolli MAC kiht töötati välja punkt-multipunkt topoloogiaga juurdepääsuvõrkudele, et saavutada kiire signaaliedastus nii ülesvoolu UpLink voos (voos abonendilt tugijaama) kui ka allavoolu DownLink voos. voog (voog tugijaamast abonendile).

Traadita lairibaühendusel pole DSL-i ja kaabelühenduste puudusi. IEEE 802.16 võrke on lihtsam juurutada ja nende leviala on suurem; nende ülesehitus on väga sarnane traditsioonilistele mobiilivõrkudele: neil on ka tugijaamad, mis töötavad kuni 50 km raadiuses, kuid neid ei pea paigaldama tornidesse, neile sobivad üsna hästi katused. Tugijaama ühendamiseks kasutajaga on vaja ainult ruumidesse paigaldatud kasutajaseadmeid. Sellest seadmest saadetakse signaal standardse Etherneti kaabli kaudu kas otse ühte arvutisse või 802.11 pääsupunkti või kohalikku juhtmega Etherneti võrku.

Paljude kodu- ja ärikasutajate jaoks jääb lairibajuurdepääs DSL-i ja kaabelinfrastruktuuri kaudu kättesaamatuks. Paljud kasutajad asuvad väljaspool DSL-teenuse pakkujate teeninduspiirkonda ja/või neid ei hõlma lairibajuurdepääsu võimaldav kaabelinfrastruktuur (näiteks jaemüügipinnad ei ole sageli juhtmega ühendatud). Traadita lairibaühendus võib aidata ületada kõik need takistused. Traadita ühenduse olemuse tõttu vajavad need ühendused vähem kasutuselevõtuaega, neid on lihtsam skaleerida ja need on paindlikumad, võimaldades neil teenindada kasutajaid, keda juhtmega lairibaühenduse alternatiivid ei teeninda või ei ole rahul.

802.16 standard pakub vaieldamatuid eeliseid ärikasutajatele, eriti neile, kes vahetavad sageli operaatorit või neile, kes alustavad oma äri nullist. Selle asemel, et oodata nädalaid T1- või DSL-liinide installimist, et luua lairibaühendus, saate traadita lairibaühenduse palju kiiremini.

Paindlikkus pole IEEE 802.16 standardi ainus eelis. Selle mastaapsuse võimalused äratavad märkimisväärset imetlust. Standard pakub ulatuslikku skaleeritavust, et toetada sadu tuhandeid kasutajaid ühest tugijaamast ja eristab teenusetasemeid.

Üks tugijaam IEEE 802.16 võrgus suudab teenindada suurt hulka kasutajaid ja pakkuda neile erinevat tüüpi teenuseid. Näiteks on ühe tugijaama üks sektor võimeline tagama andmeedastuskiirused, mis on piisavad enam kui 60 T1 kanalite kaudu ühendatud ettevõtte (andmeedastus kiirusega kuni 2 Mbit/s) ja sadade DSL-kanalitega ühendatud elamute samaaegseks teenindamiseks. . Tavalisel tugijaamal on kuni kuus sektorit.

802.16 Füüsilise kihi üksikasjad

Nagu juba märgitud, on standardi 802.16a/d üks omadusi võimalus töötada kaudse nähtavuse tingimustes. See saavutatakse OFDM-tehnoloogia (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) kasutamisega, mis võimaldab tõhusalt võidelda sellise negatiivse nähtusega nagu multipath signaali häired. Multipath signaali häirete mõju seisneb selles, et signaali mitmekordse peegelduse tulemusena looduslikelt takistustelt võib sama signaal jõuda vastuvõtjani erineval viisil. Kuid sellistel leviteedel on ka erinev pikkus ja seetõttu on signaali sumbumine erinevatel leviteedel erinev. Järelikult on vastuvõtupunktis tekkiv signaal paljude erineva amplituudiga ja ajas üksteise suhtes nihutatud signaalide superpositsioon (interferents), mis võrdub erineva faasiga signaalide liitmisega.

Mitmeteeliste häirete tagajärg on vastuvõetud signaali moonutamine. Mitmeteelised häired on omane igat tüüpi signaalidele, kuid sellel on lairibasignaalidele eriti negatiivne mõju. Fakt on see, et lairibasignaali kasutamisel lisanduvad häirete tagajärjel teatud sagedused faasis, mis viib signaali suurenemiseni, ja mõned, vastupidi, antifaasis, põhjustades signaali nõrgenemist antud sagedus.

Rääkides signaali edastamisel tekkivatest mitmeteelistest häiretest, eristatakse kahte äärmuslikku juhtumit. Neist esimeses ei ületa maksimaalne viivitus erinevate signaalide vahel ühe sümboli kestust ja häired tekivad ühe edastatava sümboli sees. Teisel juhul on maksimaalne viivitus erinevate signaalide vahel suurem kui ühe sümboli kestus ning häirete tulemusena lisanduvad erinevaid sümboleid esindavad signaalid ning tekib nn sümbolitevaheline häire (ISI).

Sümbolitevahelised häired mõjutavad signaali moonutusi kõige negatiivsemalt. Kuna sümbol on signaali diskreetne olek, mida iseloomustavad kandesageduse, amplituudi ja faasi väärtused, siis signaali amplituud ja faas muutuvad erinevate sümbolite puhul, mis tähendab, et algse signaali taastamine on äärmiselt keeruline.

Mitmeteelise levimise mõju vältimiseks või pigem selle osaliseks kompenseerimiseks kasutatakse sagedusekvalaisereid, kuid andmeedastuskiiruse kasvades kas sümbolikiiruse suurenemise või kodeerimisskeemi komplitseerimise tõttu ekvalaiseri kasutamise efektiivsus väheneb.

Selle tulemusena kasutatakse suuremate edastuskiiruste korral andmete kodeerimise meetodit, mis seisneb selles, et edastatavate andmete voog jaotatakse mitme sagedusega alamkanalite vahel ja edastamine toimub paralleelselt kõigil neil alamkanalitel. Sel juhul saavutatakse suur edastuskiirus just tänu andmete samaaegsele edastamisele üle kõigi kanalite ja edastuskiirus eraldi alamkanalis võib olla väike.

Kuna iga sageduse alamkanali andmeedastuskiirust ei saa muuta liiga suureks, loob see eeldused sümbolitevaheliste häirete tõhusaks summutamiseks.

Kanalite sagedusjaotuse puhul on vajalik, et üksiku kanali laius oleks ühelt poolt piisavalt kitsas, et minimeerida signaali moonutusi eraldi kanali sees, ja teisest küljest piisavalt lai, et tagada vajalik edastuskiirus. Lisaks on alamkanaliteks jagatud kanali kogu ribalaiuse säästlikuks kasutamiseks soovitav paigutada sageduse alamkanalid võimalikult tihedalt, kuid samal ajal vältida kanalitevahelisi häireid, et tagada kanalite täielik sõltumatus üksteisest. Sageduskanaleid, mis vastavad loetletud nõuetele, nimetatakse ortogonaalseteks. Kõigi sageduste alamkanalite kandesignaalid (õigemini neid signaale kirjeldavad funktsioonid) on üksteise suhtes ortogonaalsed.

On oluline, et kuigi sageduse alamkanalid ise võivad osaliselt kattuda, tagab kandesignaalide ortogonaalsus kanalite sageduse sõltumatuse üksteisest ja seega kanalitevaheliste häirete puudumise (joonis 1).

Riis. 1. Näide sageduskanalite kattumisest ortogonaalsete kandjatega

Seda meetodit lairibakanali jagamiseks ortogonaalseteks sageduslikeks alamkanaliteks nimetatakse ortogonaalseks sagedusjaotusega multipleksimiseks (OFDM). Selle rakendamiseks edastusseadmetes kasutatakse pöördkiire Fourier' teisendust (IFFT), mis teisendab eelnevalt n-kanaliteks multipleksitud signaali aja esitusest sageduslikuks (joonis 2).

Iga IFFT valim esindab alamkandjat, mis on allutatud faasi- (BPSK, QPSK) või kvadratuuramplituudi (QAM16 või QAM64) modulatsioonile, mis võimaldab suurendada teabe andmeedastuskiirust.

Sageduse alamkandjate rühma, mis praegu kannab bitivooge, nimetatakse OFDM-sümboliks.

OFDM-tehnoloogiat ei kasutata ainult 802.16 protokollis. Näiteks 802.11g protokoll kasutab ka OFDM-tehnoloogiat, kuid võrreldes 802.11g protokolliga pakub 802.16 protokoll andmeedastuseks kasutatava sagedusriba laiuse paindlikumat jaotamist. Pealegi saab seda teha nii alamkandjate arvu vähendamise kui ka nende kitsendamise teel. Standardi minimaalne signaali laius on 1,25 MHz ja maksimaalne 20 MHz. Loomulikult sagedusressursi vähenedes edastuskiirus väheneb, kuid see funktsioon ise võimaldab teil kasutada sagedusspektrit eraldi fragmentidena, mitte tervikuna, nagu 802.11g protokollis rakendatakse.

Mürakindluse suurendamiseks andmeedastuse ajal pakub 802.16 protokoll selliseid traditsioonilisi tehnoloogiaid nagu konvolutsiooniline kodeerimine Viterbi dekodeerimisega ja Reed-Solomoni koodid.

Selle tulemusena tuvastas 802.16a standard kolme tüüpi füüsilise kihi ühendusi, mis erinevad signaali modulatsiooni meetodi poolest (tabel 1):

• WirelessMAN-SC füüsiline kiht ühe kandesagedusega;
• WirelessMAN-OFDM ortogonaalne sagedusjaotus 256 kanaliks koos multipleksimisega. Mitmekordse juurdepääsu rakendamine andmeedastusmeediumile toimub tänu ajajaotuse tehnoloogiale (Time Division Multiple Access, TDMA);
• WirelessMAN-OFDMA Ortogonaalne skaleeritav sagedusjaotusega multipleksimine. Kasutatakse jaotust 2048 sageduslikuks alamkandjaks. Kollektiivjuurdepääs andmeedastusmeediumile realiseeritakse mitme alamkandja sageduse kombineerimisel ühte edastuskanalisse ja eraldades see konkreetsele vastuvõtjale (OFD Multiple Access, OFDMA).

WirelessMAN-SC füüsiline kiht on mõeldud kasutamiseks signaalide vastuvõtja ja vastuvõtja vaateväljas. Ülejäänud kahte taset, mis põhinevad kanalite ortogonaalsel sagedusjaotusel, saab kasutada võrkude ehitamiseks, kasutades punkt-mitmepunkti topoloogiat mitte-nähtavuse tingimustes.

Kahest OFDM-i kihist on WirelessMAN-OFDM-i kihti tehnilisest aspektist mõnevõrra lihtsam rakendada ja seetõttu on see seadmete tootjatelt rohkem tuge saanud.

Ortogonaalse sagedusjaotuse korral 256 kanaliks multipleksimisega (WirelessMAN-OFDM) kasutatakse 256 IFFT näidist, millest 192 alamkandjat on informatiivsed, st kasutatakse andmeedastuseks, 8 alamkandjat on ette nähtud side omaduste mõõtmiseks. kanalit ja kasutatakse pilootsümbolite (pilootsümbolite) edastamiseks ning ülejäänud 56 alamkandja sagedust saab kasutada valveintervallide korraldamiseks, mille kestus on 1/4, 1/8, 1/16 või 1/32 OFDM-ist. signaali kestus.

Sidekanali laius võib olla erinev ja varieeruda vahemikus 1,25 kuni 20 MHz.

WirelessMAN-OFDMA tüüpi multipleksimisega kanalite ortogonaalne sagedusjaotus on kanalite skaleeritav sagedusjaotus, see tähendab, et alamkandjate arv ei ole sel juhul fikseeritud ja võib olla 512, 1024 ja 2048. Olenevalt alamkandjate arvust, muutuvad nii kanali laius kui ka alamkanalite arv (tabel .2).

Üks standardi 802.16 omadusi on selle kohanemisvõime väliste häiretega. Süsteem kohandub igal ajahetkel kanali omadustega. Näiteks energia-ideaalses kanalis töötavad kõik OFDM-i alamkandjad QAM64 modulatsiooni ja 3/4a, tagades maksimaalseks edastuskiiruseks 74,81 Mbit/s. Halvimatel edastustingimustel kasutatakse kõigi alamkandjate puhul QPSK modulatsiooni ja kiirusega 1/2 konvolutsioonikodeerimist. Edastuskiirus on 1,04 Mbit/s. Kokku pakub protokoll seitset erinevat modulatsioonitüüpide ja konvolutsioonilise kodeerimiskiiruse kombinatsiooni, mille tulemusena saavutatakse protokolli nõutav mürakindlus ja suur valik võimalikke edastuskiirusi (tabelid 3 ja 4).

Tabel 4. Edastuskiiruse sõltuvus sidekanali laiusest ja modulatsiooni tüübist

Märkimisväärne erinevus standardi 802.16 ja 802.11 vahel on võimalus kasutada konfliktide lahendamisega protokolli. Standardi 802.11 seadmed töötavad Etherneti põhimõtetel: neil kõigil on võrdsed õigused juurdepääsuks raadioteele ja olles püüdnud samal ajal sidet luua, lahendavad nad konflikte, korrates juhusliku aja möödudes meediumi hõivamise katseid. Standardsetes 802.16 võrkudes on spetsiaalne seade - operaatori tugijaam, mis jagab oma alluvatele juurdepääsuõigusi raadiokeskkonnale. Tänu sellele on võimalik raadiosagedusressursse efektiivsemalt kasutada ja tagada tõhus andmeedastus.

Tugijaamad (BS) kasutavad tavaliselt ajajaotusega multipleksimist (TDM), milles igale abonendijaamale (SS) eraldatakse järjestikused ajapilud. Abonendid jagavad ühist kanalit, kasutades TDMA (Time Division Multiple Access) skeemi.

Dupleksandmevahetuse rakendamiseks kasutatakse kahte tehnoloogiat: aegjaotusega dupleks (TDD) allavoolu (DownLink) ja ülesvoolu (UpLink) (sel juhul kasutatakse ühist sidekanalit) ja sagedusjaotusega dupleks (FDD), kui alla- ja ülesvoolu. vood toimivad erinevatel kanalitel ja andmevahetust saab teostada samaaegselt.

Arenguväljavaated

Uuringufirma Intex Management Service (IMS) prognoosi kohaselt ulatuvad 802.16 standardi seadmete müügimahud 2008. aastal 2,8 miljardi dollarini.

Intel Communications Groupi peadirektor Sean Maloney usub, et WiMAX-tehnoloogia võib täiendada traadita LAN-i võimalusi, ühendades Wi-Fi juurdepääsukeskused Internetiga ja pakkudes alternatiivset viimase miili traadita lahendust lairiba Interneti-ühenduse jaoks kontorites ja kodudes. "Traadita ühenduse teenuse pakkujad ja telekommunikatsiooniseadmete tootjad võtavad WiMAX-tehnoloogiat aktiivselt kasutusele, kuna see annab tohutu majandusliku kasu viimase miili ühendustele paljudes maailma osades, kus juhtmega ühendused oleksid ülemäära kallid," ütleb Sean Maloney.

Esimesed kaubanduslike WiMAX-seadmete näidised (mitte WiMAX-eelsed) peaksid turule ilmuma enne 2005. aasta keskpaika. Venemaa operaatorid ehitavad aga IEEE 802.16 võrke, ootamata täismahus WiMAX-seadmeid. Esimese WiMAX-i-eelse võrgu Venemaal käivitas Oil-Telecom. Võrgustik asub Udmurtias ja selle klient on naftaettevõtte TNK-BP Udmurtneft struktuuriüksus. Oil-Telecom kasutas Ameerika ettevõtte Airspan Networks, Inc. toodetud seadmeid, mis töötasid vahemikus 3,4-3,8 GHz. Võrk koosneb kaheksast tugijaamast, mis on paigaldatud Udmurtia suurimatesse linnadesse Iževskisse, Votkinskisse, Igrasse, Sarapulisse, aga ka Udmurtneft Kiengopskoje ühte põhivälja.

Moskva alternatiivne operaator Komet on alustanud abonentide ühendamist uusimal WiMAX-tehnoloogial põhineva lairiba raadiopöördusvõrguga. Võrk vastab IEEE 802.16 (pre-WiMAX) standardile ja on esimene selline võrk Moskvas. Kometi suurlinna WiMAX-võrgus on 11 tugijaama ning 2005. aasta jooksul on operaatoril plaanis paigaldada veel kümme tugijaama, mis tõstab nende koguarvu 21-ni.

Esimene projekt WiMAX-i valdkonnas föderaalses mastaabis on lähenemas, selle viib ellu aastatel 2005-2006 Moskva firma MediaSeti (kaubamärk UNITLINE).

802.16 standard annab operaatoritele ühtse reguleeriva raamistiku, mis on skaleeritud tuhandete kasutajate toetamiseks ühest tugijaamast ja pakkudes mitut taset teenust.

802.16 standardil on palju eeliseid: võimaldades vähemate variatsioonidega standarditel põhinevate toodete masstootmist, vähendab see seadmete kulusid ja standarditud seadmete kättesaadavus suurendab konkurentsi, mis omakorda võimaldab tellijatel valida, millise teenusepakkuja eest maksta. raha. Vähearenenud traadiga infrastruktuuriga piirkondades, sealhulgas paljudes arengumaades, on standardi 802.16 tähtsus tingitud nii rakendamise lihtsusest kui ka sellel põhinevate lahenduste madalast maksumusest.

Hiljuti moodustati 802.16 standardi kallal töötamiseks veel üks rühm; spetsiaalne võrgusilma komitee uurib võimalusi tugijaama leviala kvaliteedi edasiseks parandamiseks. Võrgu võre topoloogia võimaldab edastada andmeid punktist punkti, vältides künkaid ja muid takistusi. Täheldatakse ühe tugijaama katvuse kvaliteedi olulist paranemist isegi väikese andmeedastuse korral kogu võrgu kujunduses. Kui selle rühma ettepanek vastu võetakse, muutub see töörühmaks F ja see hakkab välja töötama standardit 802.16f.

Teine rändlusekspertide rühm, kes uurib heterogeensete 802 võrkude vahelisi vahetustega seotud probleeme, on IEEE 802 Handoff Study Group, mida juhib Inteli kommunikatsiooniinsener D. J. Johnston. Selle rühma kõige olulisem ülesanne on töötada välja protseduur, mis võimaldab mobiilseadmetel lülituda ühest tugijaamast teise, ühest 802 võrgust teise (näiteks 802.11b võrgust 802.16 võrku) ja isegi traadiga võrk 802.16 võrku. 802.11 või 802.16. Eesmärk on standardiseerida kommutatsioonid, et seadmed saaksid ühest võrgutüübist teist tüüpi võrku liikudes koos töötada.

Täna saavad 802.11 võrkude kasutajad hoones või pääsupunktis ringi liikuda ja ühenduses püsida, kuid kui nad liiguvad kaugemale, siis ühendus katkeb. 802.16e seadmete abil saavad kasutajad olla kogu aeg ühenduses: kasutades 802.11 tehnoloogiat pääsupunkti levialas ja seejärel 802.16 tehnoloogiat, kui nad lahkuvad sellest piirkonnast ja lülituvad WiMAX-põhisele võrgule. Lisaks avab ühtse standardi olemasolu kaubakomponentide tarnijatele, mis võimaldab seadmete tootjatel koondada oma jõupingutused ainult süsteemi projekteerimisele, selle asemel et lahendust algusest lõpuni välja töötada.

Viimastel aastatel on lairiba traadita juurdepääsu turul osalejad propageerinud ühtset traadita juurdepääsu standardit kõigi WiMAX-konsortsiumi olemasolevate võrgutehnoloogiate jaoks. Analüütikud ennustavad sellele helget tulevikku ning üks sellistel seadmetel põhinev projekt on juba ellu viidud. Võimalik, et järgmine toimub Venemaal.

Taust

Umbes viis aastat tagasi jõudsid lairiba traadita juurdepääsu (BWA) turul osalejad järeldusele, et vaja on ühtset standardit. Vajadus ei tekkinud tühjast kohast - BWA süsteemide “loomaaed”, mis kasutavad omavahel mitteühilduvaid füüsiliste ja andmesidekihtide protokolle ning rakendavad erinevaid võrguturvalisuse tagamise meetodeid, ei sobinud kellelegi. IEEE raames on alanud töö linna traadita võrkude uue standardi (Wireless MAN) kallal...

IEEE 802.16 WirelessMANi standard traadita suurlinnavõrkude jaoks

IEEE 802.16 lairiba traadita juurdepääsu (BWA) töörühm töötab välja standardeid, annab praktilisi juhiseid ja toetab lairibaühenduse traadita pealinnavõrkude arendamist. IEEE 802.16 on IEEE 802 LAN/MAN standardikomitee struktuuriüksus, mis on esimene rahvusvaheline traadita võrgu standardite foorum.

Töötades välja IEEE 802.16 standardi, mis kirjeldab traadita suurlinnavõrkude õhuliidest, kavatseb Elektri- ja Elektroonikainseneride Standardite Ühing (IEEE-SA) arendada lairiba traadita juurdepääsu tehnoloogiat ja muuta see laiemaks.

IEEE 802.16 kirjeldab esimese miili/viimase miili ühenduvust traadita suurlinnavõrkudes. See standard rõhutab sagedusspektri tõhusat kasutamist vahemikus 10–66 GHz (hiljemates versioonides 2–11 GHz) ja määratleb MAC (Medium Access Control) kihi, mis toetab füüsilise kihi spetsifikatsioone kindlaksmääratud sagedusvahemikus. IEEE 802.16 on loodud pakkuma koostalitlusvõimet erinevate tarnijate seadmete vahel, et operaatorid saaksid kasutada erinevate tarnijate lahendusi, mis suurendab konkurentsi ja vähendab seadmekulusid.

Allikas: IEEE 802.16 lairiba traadita juurdepääsu standardite töörühm

Välja antud standardi 802.16 algversioon hõlmas 1066 GHz sagedusvahemikku. Raadiolainete levimise iseärasused selles vahemikus piiravad süsteemide võimet töötada otsenähtavuse tingimustes, mistõttu tüüpilises suurlinnakeskkonnas kaotavad operaatorid paratamatult umbes pooled abonentidest, kes asuvad baasi tööpiirkonnas. jaam (ülejäänud pool jääb reeglina hoonete ja muude linnarajatiste poolt raadiosignaalidele suletud).

Sellega seoses on IEEE välja töötanud täienduse 802.16 standardile (802.16a), mis võimaldab töötada spektri madalamas sageduspiirkonnas, sagedusalas 2–11 GHz, ja võimaldab seega operaatoritel loota tugijaamade suuremale levialale. .

Pärast 802.16 standardi esimeste versioonide loomist lõid Fujitsu Microelectronics America, Intel ja Nokia konsortsiumi World Interoperability for Microwave Access Forum (WiMAX Forum). Praegu hõlmab see enam kui sada ettevõtet üle maailma, kes on ühel või teisel viisil juhtmevaba tehnoloogia turuga seotud (vt külgriba).

WiMAXi konsortsium

WiMAX (World Interoperability for Microwave Access) konsortsiumi ülemaailmne eesmärk on edendada lairiba traadita juurdepääsuvõrgu tehnoloogiaid, kasutades ühtset standardit. Samal ajal on vaja sertifitseerida erinevate tootjate seadmete ja tehnoloogiate omavahelist ühilduvust ja vastavust sellele ühtsele standardile, mida IEEE 802.16 väidab end olevat. Lõppkokkuvõttes kavatseb WiMAX luua lairibaühenduse segmendis konkurentsivõimelisema turukeskkonna ja lihtsustada selliste võrkude kasutuselevõttu, kasutades erinevate tarnijate seadmeid.

WiMAX-konsortsium koosneb valdkonna juhtidest, kes propageerivad kõigi traadita lairiba juurdepääsuvõrkudes kasutatavate lahenduste koostalitlusvõimet.

Praegu osaleb WiMAXis 104 ettevõtet üle maailma. Maailma kaubamärkide Intel, Alcatel, Siemens, AT&T, WiLAN jt hulgas on ka Venemaa traadita võrkude seadmete tootja InfiNet Wireless Ltd. , mis loodi hiljuti CompTeki projekti Revolution põhjal.

WiMAXi töö põhineb järgmistel põhimõtetel:

• IEEE 802.16 tugi
• Ettepanekud ja juurdepääsumallide (profiilide) pakkumine 802.16 piires
• Ühilduvustasemete sertifitseerimine nii võrgu kui ka kärje tasemel
• Standardi ülemaailmse tunnustuse saavutamine
• Traadita lairibaühenduse tehnoloogia laialdase kasutamise edendamine

WiMAXi kontseptsiooni kohaselt peaksid uuest standardist kasu saama kõik lairiba traadita juurdepääsu turul osalejad: operaatorid, kes saavad kasutada erinevate tarnijate seadmeid; seadmete tootjad, kellel on võimalus oma toodete valikut laiendada; komponentide tootjad, kes suudavad toota rohkem partiisid, ja lõpuks lõppkasutajad, kellel on suuremad võimalused kiiremaks ja odavamaks juurdepääsuks.

Allikas: WiMAX Foorum

IT-tööstuse hiiglane Intel on teatanud ka oma plaanist radikaalselt vähendada kulusid ja suurendada lairiba traadita juurdepääsu tehnoloogiate, sealhulgas traadita suurlinnavõrgu (WMAN) 802.16 tehnoloogiate kättesaadavust. Ettevõte näeb Wi-MAX-sertifikaadiga süsteeme liikumapaneva jõuna järgmise viie miljardi kasutaja ühendamisel Internetti, mis Inteli esindajate sõnul "toob sisse tõelise revolutsiooni lairiba traadita juurdepääsus".

Inteli esitatud kontseptsioon hõlmab eelkõige standardiseeritud pooljuhtkomponentide loomist odava ja ühilduva riistvara jaoks 802.16 standardi territoriaalsete võrkude jaoks. 802.16 pooljuhte, mida sertifitseerib WiMAX Forum, mis vastutab 802.16 tehnoloogia ühilduvuse ja koostalitlusvõime eest, arendavad ja kasutavad ettevõtted kasvavast traadita seadmete tootjate ja teenusepakkujate ökosüsteemist.

INTEL kutsub Venemaad üles kiirendama traadita tehnoloogiate rakendamist

Intel Corporationi vanemasepresident ja tehnoloogiadirektor Patrick Gelsinger kutsus 22. aprillil 2004. aastal Inteli ülemaailmse programmi osana juhtmevaba tehnoloogia päeva, mille eesmärk on toetada uusimate telekommunikatsioonilahenduste juurutamist kogu maailmas. agentuurid ja IT-ettevõtted, et kiirendada traadita juurdepääsu tehnoloogiate rakendamist. Samal ajal teatas ta, et korporatsioon toetab algatust uusima WiMAX-tehnoloogia reklaamimiseks Venemaa turul.

See Inteli ühe tippjuhi avaldus, aga ka Moskvas toimunud "traadita tehnoloogia päeva" toimumine näitas Inteli huvi meie riigis töötamise vastu ja valmisolekut edendada IT-taristu arendamist Venemaal. Ja see probleem ei kaota oma tähtsust.

Nii ilmus hiljuti 64 maailma riigi reitingute nimekiri, mille koostas Economist Intelligent Unit (Euroopa juhtivat majandusajakirja The Economist tootva kirjastuse infojaoskond). Selles on Venemaa ettevõtete atraktiivsuse ja Interneti-majanduse täiustatud meetodite kasutamise valmiduse poolest 55. kohal. On iseloomulik, et viimase aasta jooksul on meie riigi positsioon selles edetabelis ainult halvenenud (2003. aastal oli riik selles reitingunimekirjas 48. kohal). Selle näitaja järgi jääb Venemaa maha sellistest riikidest nagu Portugal, Eesti, Kreeka, Tšehhi, Ungari, Lõuna-Aafrika Vabariik, Läti, Poola, Leedu, Slovakkia, Bulgaaria, Tai, Türgi, India, Peruu, Rumeenia, Egiptus, Sri Lanka , Ukraina, rääkimata maailma majanduslikult kõige arenenumatest riikidest.

Inteli uus algatus on suunatud WiMAX-tehnoloogia edendamisele Venemaa turul. See viiakse läbi traadita andmevõrkude töörühma kaudu tihedas koostöös Venemaa ühe juhtiva avalik-õigusliku ja riikliku infokommunikatsiooni valdkonna ühinguga Dokumentaaltelekommunikatsiooni Assotsiatsioon (ADE). Selle töörühma raames tegutseb Intel koos teiste Venemaa ja välismaiste IT-ettevõtetega: Alvarion, Comptek jne., nad töötavad valitsusasutustele ettepanekute kallal töötada välja raadiosagedusspektri valdkonna poliitika WiMAXi laiemaks rakendamiseks. tehnoloogia Venemaal. Selleks, et Venemaa kasutajad saaksid selle tehnoloogia eeliseid täielikult ära kasutada, on vaja tagada WiMAX-sertifikaadiga seadmete võime suhelda erinevate tootjate seadmetega, samuti vastavus meie riigis kasutatavale raadiosagedusspektrile.

Meenutagem, et aasta tagasi korraldas Intel Moskvas samalaadse ürituse, mille eesmärk oli arendada Venemaa traadita tehnoloogia turgu. Seejärel esinesid Venemaa pealinnas ettekannetega Intel Corporationi asepresident, Intel Communications Groupi peadirektor Sean Maloney ja ettevõtete tehnoloogiagrupi asepresident, Inteli tööstustehnoloogia programmide direktor Frank Spindler. Intel on selliseid üritusi korraldanud juba üle kolme aasta ja need on keskendunud eelkõige arenevatele turgudele. Nende algatuste põhieesmärk on teavitada äriringkondade esindajaid ettevõtte paljulubavatest teaduse arengutest traadita tehnoloogiate valdkonnas, lisaks koostöö tugevdamisele valitsusasutuste ja IT-sektori üle järelevalvet teostavate osakondadega.

Intel esitleb 802.16 tehnoloogia juurutamist kolmeastmelise protsessina. See algab fikseeritud välisantennide paigaldamisega. See muudab traadita võrgutehnoloogiad kiiresti arenevatele turgudele kättesaadavaks ja kiirendab lairibateenuste kasutuselevõttu, ilma et oleks vaja kaabelvõrke. Siis, nagu ettevõte usub, viib tehnoloogia areng kiiresti siseantennide tekkeni, mis muudab selle veelgi atraktiivsemaks operaatoritele, kes soovivad lihtsustada seadmete paigaldamist kasutajatele. Kolmandas etapis tutvustatakse kaasaskantavatesse lahendustesse sisseehitatud WiMAX-sertifikaadiga sidet kasutajatele, kes peavad liikuma teeninduspiirkondades või nende vahel.

Inteli esimesed WiMAX-sertifikaadiga pooljuhid põhinevad IEEE 802.16d standardil, mis tagab fikseeritud antennide abil kiire traadita ühenduse.

Intel teeb Inteli pooljuhtidel põhineva WiMAX-sertifikaadiga 802.16 riistvara arendamiseks ja juurutamiseks koostööd mitmete juhtivate telekommunikatsiooniettevõtetega, sealhulgas Airspan Networks, Alvarion, Aperto Networks ja Redline. Siemens Mobile ja Proxim peavad Inteliga läbirääkimisi ka koostöövaldkondade üle WiMAX-tehnoloogia turul. Märtsi lõpus teatati, et Intel ja Alcatel sõlmisid kokkuleppe WiMAXi juhtmevaba lairibatoodete ühiseks arendamiseks ja turustamiseks. Selle koostöö viljad peaksid ilmnema 2004. aasta teisel poolel.

Ka operaatorite poolt on tuntav huvi uue tehnoloogia vastu. Mitmed suured telekommunikatsiooniettevõtted kaaluvad 802.16 seadmete testimist ja nende tutvustamist oma teenindatavatel turgudel. Jutt käib BT-st (Suurbritannia), Iberbandast (Hispaania), MVS Netist (Mehhiko), Neotecist (Brasiilia), PCCW-st (Hongkong), Reliance Infocommist (India), UK Broadbandist (UK) jt.

Uut standardit Venemaal edendades teeb Intel koostööd valitsuse, raadiosageduslubade komitee ja eraettevõtete esindajatega. „Lairibaside ja traadita juurdepääsu uusimate lahenduste juurutamise vallas on Venemaal ainulaadne võimalus mitte ainult õppida lääne partneritelt, vaid teha uusimate tehnoloogiate kasutuselevõtuga hiiglaslik hüpe edasi ja neist mööduda, olles kõrgetasemeline. nende uuenduste kasutamisel pioneeride esirinnas,” usub Inteli asepresident ja müügi- ja turundusgrupi direktor Jason Chen.

WiMAX-i rakendamise näide

Intel koos Siemens Business Servicesi ja Alvarioniga katsetas hiljuti USA-s Houstonis Warner Robinsis WiMAXi traadita lairibatehnoloogiat. Arendajate sõnul salvestatakse võimas signaal enam kui kahekümne kilomeetri kaugusel ning sidekiirus on üle 6 Mbit/s, mis võrdub nelja kuni viie T1 liini või 20 DSL liiniga. Traadita lairiba signaali vastuvõttu testiti maakonnas viies kohas.

Majanduslikust vaatenurgast näeb WiMAX-tehnoloogia samuti väga atraktiivne välja. Siemens Business Services hindab, et pilootprogrammis kasutatud seadmed, mis võimaldasid lairiba traadita juurdepääsu enam kui 200 ruutmiilile, maksid vähem kui 20 000 dollarit. Sama kvaliteediga juurdepääsu pakkumine juhtmega tehnoloogia abil maksaks miljoneid dollareid.

Intel loodab, et Houstoni maakonna pilootprojekt on eeskujuks teistele linnadele ja maakondadele, kes soovivad traadita tehnoloogiat kasutada. Vahepeal viib Siemens Business Services läbi teostatavusuuringut ja loob ärimudelit traadita lairibateenuse pakkumiseks Houstoni maakonnas. See aitab kohalikel omavalitsustel koostada plaani eraorganisatsioonide meelitamiseks sarnaseid teenuseid pakkuma.

Tuletage meelde, et 1990. aastate lõpus investeerisid mitmed suured sideettevõtted võimsate lairiba traadita võrkude kasutuselevõtmisse suuri investeeringuid, kuid projekt lõppes finantskatastroofiga. Erinevate tootjate mittestandardsete seadmete kasutamine tõi kaasa suured kulud ja takistas võrgu kasvu. Kuna WiMAX-seadmed põhinevad väljakujunenud tööstusstandarditel ja on palju odavamad, loodab Intel olla edukas traadita lairibavõrkude juurutamisel, eriti kaugetes piirkondades, kus kaabel- ja DSL-võrgud pole saadaval. Intel on juba teatanud, et hakkab tootma WiMAX-i pooljuhtseadmeid.

Uued omadused

"WiMAX konsortsiumi põhieesmärk on luua ja edendada traadita transpordistandardit kõigile olemasolevatele võrgutehnoloogiatele: ATM, Ethernet, Ethernet, SDH ja LocalLoop. Samal ajal määratakse lõppkasutajale osutatava teenuse tüüp ainult abonendikomplekti seadmete abil," märkis oma kõnes juhtmevaba juurdepääsu seminaril, mis toimus näituse "Svyaz-Expocomm 2004" raames, CompTeki müügijuht Sergei Martšenko. WiMAX tagab erinevate tootjate seadmete ühilduvuse, mis lõppkokkuvõttes peaks viima lahenduste kulude vähenemiseni, mis omakorda toob kaasa "lairiba traadita juurdepääsuvõrkude massilise rakendamise".

Lisaks on see tema hinnangul võrguoperaatorite jaoks ka investeerimisriski vähendamine, kuna teatud müüjalt seadmeid ostes jääb kasutaja siiski oma võimu alla ja riskib rahast ilma jääda, kui tootja joonlaua “sulgeb”. Tõepoolest, selle pessimistliku stsenaariumi kohaselt jääb tarbija ilma tarnija toetuseta ja ilma võimaluseta oma võrku laiendada. Kui ilmub ühtne 802.16 standard, eeldatakse operaatoril täiendavaid vabadusastmeid – ühe müüja seadmete tootmise lõpetamise korral saab ta üle minna konkurentide toodetele, mis ühilduvad varem paigaldatud seadmetega. .

Kommenteerides 802.16 standardi põhifunktsioone, märkis Sergei Martšenko, et meediumile juurdepääsu tase sõltub suuresti abonendile edastatavate andmete tüübist (voog, Ethernet või IP). Samal ajal töötavad 802.16 standardi seadmed (nagu 802.x seeria varasemate standardite seadmed) andmesidekihil, st OSI mudeli teisel tasemel.

Lisaks hõlmab standard 802.16 tsentraliseeritud võrguhaldust. See tähendab, et abonendi lisamiseks operaatori võrku peab selle võrgu administraator sisestama abonendi seadme (selle seerianumbri ja MAC-aadressi) vaid andmebaasi, määrama sellele teatud juurdepääsutaseme, teatud andmeedastussagedusalad (garanteeritud). või mitte). Abonendi poolele paigaldatud seadmed “haakuvad” tugijaama külge, saavad sealt konfiguratsioonifaili ja kõik seadistused, mille administraator on andmebaasi sisestanud. Sel juhul võib abonendikomplekti liides olla mis tahes analoogliin, digitaalne voog või IP, kõik sõltub ainult abonendiüksuse tüübist.

Laiendustega standard 802.16 katab kogu sagedusvahemiku 266 GHz, kuid praktikas hakkavad sertifitseerimist taotlevad seadmed Sergei Martšenko sõnul tööle sagedusvahemikes 2.42,5; 3,5 ja 56 GHz, see tähendab nendes sagedusalades, mis pole enamikus maailma riikides, välja arvatud Venemaal, litsentseeritud. Samal ajal on 802.16a ja 802.16e spetsifikatsioonides (veel kinnitamata) võimalik töötada peegeldustega, st mitte vaateväljas (Non-Line - of-Site, NLOS). Kuid selles on tootjate nipp ja mõned (võib-olla teadlikumad neist) tõlgendavad lühendit NLOS kui "Near-Line-of-Site", mida võib tõlkida kui "peaaegu mitte otsest nähtavust".

"On selge, et kui raadiolainete levimise teel on sein või muu takistus või muu takistus, millest neil on võimatu läbida, siis on sellistes tingimustes side loomine lihtsalt võimatu," ütleb Sergei Martšenko. Kuigi tagasipeegelduste tõttu näiteks hoonetelt või muudelt ehitistelt saab side luua ka kaudses nähtavuses. Kasutades OFDM modulatsiooni 256 alamkandjaga, mis on “pesastatud” nendes 428 MHz, osa neist sagedustest (ja seetõttu mõned andmed), jah ja see jõuab.Võrreldes 802.11 standardiga, mis kasutab ainult 52 alamkandjat, on sel juhul eduka suhtluse tõenäosus suurenenud.Kuid igal juhul mitte-nähtav side ei ole garanteeritud, sel juhul on parem kontrollida selle teostatavust kohapeal."

Lisaks sisaldab laiendus 802.16e mobiilsust – eeldatakse, et see toetab nii püsi- kui ka mobiilseid juhtmevabasid seadmeid (pihuarvutid, sülearvutid, mobiiltelefonid jne). Lisaks kanali laiusele sõltuvad andmeedastuskiirused ilmselgelt suuresti kaugustest. Seega, kui kanalis laiusega 28 MHz on maksimaalne kiirus 135 Mbit/s saavutatav 25 km kaugusel, siis vahemaadel on kiirus umbes 60 Mbit/s muutuva ribalaiusega 1,5 kuni 20 MHz 710 km. 802.16e laienduse raames ehitatud mobiilivõrgud võimaldavad töötada 5 megahertsisel kanalil kiirusel kuni 15 Mbit/s kuni 5 km kaugusel.

WiMAX laiendused

Standard	802.16	802.16a	802.16e
Kinnitatud	detsember 2001	jaanuar 2003	~ 2004. aasta keskpaik
Vahemik	10 66 GG	2 11 GHz	26 GHz
Töötingimused	Vaateväli		Oskab töötada peegelduste kallal
Kiirus	32 135 Mbit/s 28 MHz kanalis	Kuni 75 Mbit/s 20 MHz kanalis	Kuni 15 Mbit/s 5 MHz kanalis
Modulatsioon	QPSK, 16QAM ots 64QAM	OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM	OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM
Liikuvus	Parandatud	Fikseeritud, kaasaskantav	Mobiilne
Kanali laius	20, 25 ja 28 MHz	Mõõdetav 1,5 20 MHz	Mõõdetav 1,5 20 MHz
Tüüpiline katteraadius	25 km	7-10 km, Max raadius 50 km	25 km