Wi-MAX технологиясы

Екі символдың Т негізіндегі  ұзақтығы жылжу көмегімен жұпсыз тақ импульсына у бөлінеді, квадратурды каналға берілетін (coswt), және жұп – x, синфазалық канал (sinwt). Екі импульсте сәйкес келетін манипуляция жасаушы күштерге түседі, х биполярлық күштері жүйеліліктерді құрған (t) және y(t). Импульс x(t) және y(t) екі фазды (0,л) ФМ тербелісін құрайды. ФМ белгісін жасау әдісі ФМ квадратурды белгісі болып аталады. Символдардың бір уақытта алмасуында модулятор каналдарында ( 10-нан 01-ге, немесе 00-ден 11) ДОФМ белгісі бойынша фаза секірімі болуы мүмкін 180⁰.

1.4-сурет – Квадратуралық модулятор үлгісі

 

1.5-сурет – OQPSK белгілерін құру

 

Бұндай фазаларлың секірісі екі фазалы модуляция жанынан (ФМ-2) орын ала отырып, паразитті амплитудалық модуляцияны тудырады. Белгінің пайда болу нәтижесінде фильтр нөлге дейін қисаяды. Белгілердің бұндай өзгерістері энергияның артуына және байланыс каналдарында бөгеттерге алып келеді.

Төртфазалы ФМ жылжымасы (OQPSK – Offset QPSK) (1.5-сурет) 180⁰-ге фазаның секіруінен сақтайды. Дәл осындай квадратуралық үлгілерде ФМ-4 модулятор секілді, манипуляциялық элементтер x(t), y(t) Т ақпараттық ұзақтығына сүйенеді. Бұндай ағымдағы фазадағы өзгерістер ФМ-4 анықталады. Фаза секірістерінің нәтижесінде 180⁰ кез келген элемент модуляторды синфазалық немесе квадратуралық каналдарда фазаларды 0⁰, +90⁰ немесе -90⁰ өзгерістер енгізеді.

Бастапқы бөлімдерде берілген белгілердің өзара қатынасы көп деңгейлі манипуляциялық импульстердің x(t), y(t) түрлерінде берілген, ал бір каналда жеке деңгейдегі жеке немесе нөлдік деңгейдегі басқа талаптарға сай келеді. Квадратуралық үлгінің шығыс белгісі нәтижесінде тек фаза да ғана емес, сонымен қатар амплитуда да өзгеріске енеді. Сондықтан әрбір каналда амплитудалық манипуляция яғни, амплитуда өзгерісімен квадратуралық манипуляция деп атайды (QASK — Quadrature Amplitude Shift Keying) немесе қарапайым квадратуралық модуляция – КАМ.

Геометриялық түсіндірілмеге сүйене отырып, кез келген белгі КАМ әрбір кеңістікте векторды бейнелеуі әбден мүмкін. Векторлардың соңын ескере отырып, КАМ белгісіне белгі нүктесі ретінде бейне алуға болады, x(t) және y(t) белгісімен анықталады. Белгі нүктелері белгі шоқжұлдыздары түзеді (signal constellation).

1.6-суретте көрсетілгендей модулятордың құрылымдық үлгісі және белгі шокжұлдызы ( 0 және y(t) ±1, ±3) мағынасын қабылдайды (4 деңгейлі КАМ).

 

1.6-сурет – Модулятор үлгісі және КАМ-4 белгі диаграммасы

 

±1, ±3 көлемі мөлшерлерді модуляция деңгейінде анықтайды және салыстырмалы сипаттамаға ие. 16 шоқжұлдызды белгілерді қамти отырып, әр қайсысы берілген ақпараттың төрт талабына сай келіп отырады.

Деңгейлердің қиысуы 36 белгілі нүктелерден ±1, ±3, ±5 шокжұлдызды түзе алады. Бірақ олардың 16 тек қана ITU хаттамаларында қолданылады, біркелкі нүктелердің белгілік кеңістігінде таратылған.

Тәжірибені орындай барынсында КАМ деңгейінің бірнеше тәсілі кездеседі, ең көп таралғанмен әр қайсысының модуляция демеушісі тәсілі ұштасып жатады (SPM — Supersposed Modulation). Берілген үлгіде тап осы тәсілді іске асырушы бірдей деңгейлердің 4 фазаларында модулятор қолданылады (1.6 сурет). Модулятор құрылысты үлгі және диаграмма

Байланыс теориясынан  белгілі немесе сигналдық шоқжұлдызды  нүктелердің бірдей саны жанында  КАМ сигналдарының спектрі ФМ белгілерінің спектріне ұқсаса болып  келгенімен әр түрлі болып та кездесе береді. Нүктелердің үлкен саны жанында сигналдар КАМ жүйелері мен ФМ жүйелері негізгі себептері мына топтарды түзеді, ФМ жүйесінде сигналдық нүктелер арқылы ара қашықтық КАМ жүйесінде белгілі нүктелер аралық ара қашықтық аз болып келеді [12, 15].

1.7–суретте көрсетілгендей, 16 КАМ жүйелерінің сигналдық шоқжұлдыздары берілген және ФМ -16 сигнал бірдей қуаттылықтары да сипатталады. КАМ жүйесінде сигналдық шоқжұлдыз көршілес нүктелері аралық d ара қашықтығы модуляция деңгейлері берілуімен анықталады:

d=2sin(n/M),

мұнда М — фазалар саны.

 

1.7-сурет – КАМ 16 модуляторының үлгісі

 

М мағыналары арту жанында  бірдей және ФМ-ға қою жүйелерінің мысалмен берілген, М=16 (Ј=4) </КАМ=0.47 және </ ФМ =0,396, ал М=32 (L=6) </ КАМ =0,28, </ФМ=0,174

1.8-сурет – 66 белгілік шоқжұлдыздары

1.6 OFDM технологиясы

OFDM технологиясы тек қана Ресей жазықтарында орнатылып қана қоймай, сонымен қатар жақсы нәтижелер көрсетеді. Мысалы, кең жолақты сымсыз жүйелері, Барнаулда, Екатеринбургте және Пермь қалаларында қолданылып, табысты инсталляцияланған және жақсы жұмыс істейді. Жаңа технологиялардың тартымдылығы олардың қалалық тығыз салынған ғимараттарында қолдануға есептелген. Яғни мегаполистердің ішінде Қарағанды сияқты, Алматы, Ақтау, Астана және де басқа мыңдаған халықпен қалаларда пайдалану ықтималды шешім болып табылады.

КС жүйелерінде сандық арнаның негізгі қиратушы факторы  болып көп сәулелі қабылдаудың  бөгеттері болып саналады. Ғимараттардың  көп қабаттылығынан радиосигналдар тойтарыстарға ұшырап, бөгеттердің  осындай түрі эфирлі қабылдау үшін өте сипаттамалы болып келеді. Мына проблеманың радикальді шешімі ортогональды жиілікті мультиплексациялау технология қолданылады, көп сәулелі қабылдау бөгеттермен күрес үшін арнайы өңделген. Технологиялардың бір түрі – COFDM әдісі – бұл әдіс жақсы белгілі және (DAB) сандық радиоқұрылғылар жүйелерінде кең қолданылуда, мысалға Еуропада, Канадада және Жапонияда. OFDM әдісінде тізбекті сандық ағым көп санды параллельді ағымға түрлендіріледі, әр қайсысы бөлек тасушыға берілед(1.9-сурет).

1.9-сурет – Радиосигнал спектрі бір тасушымен (а) және OFDM (б)

 

Жиіліктік тарау Δf көршілестер тарау аралығында f₁, f₂ ... f_n топталған дара тасушы демодуляторында OFDM бөліс мүмкіншіліктері шарты шығады. Жиіліктік бөліну екі әдіс қолданылады ( тасушының демультиплекстеуі). Біріншісі, жолақты сүзгілер арқасында және екіншісі, сигналдың ортогональды түрленуінің көмегімен.

Біріншісінде жиілікті тарату модуляцияланған тасушылар  арасынан таңдалу үшін, оларды жанындағы  көршіліес жолақтары өзара жабылмауы керек. Бұл шарт орындалады, егер жиілікті таратудың мөлшерін мынадай етіп таңдап алсақ Δf > 2/T_U , мұнда T_U – ақпараттық жұмысшы аралық символы. Бірақ радиоспектрді қолдану нәтижелілігі бәрі-бір шамалы болады.

OFDM стандарты қарама-қарсы асты тасушымен көршілес спектрлердің күшті жабуымен сипатталады, жиіліктін тарауын екі есе азайтады және соншаға ақпараттың сандық таралу тығыздығын жоғарылатады (бит/с)/Гц. Спектрлі топтық астытасушының ортогональді демодуляция әдісінің арқасында көрінер жиіліктің бөгеттері компенсацияланады, оған қарамастан олардың жанындағы жолақтары өзара жабылады.

Ортогональдық шарттарының  орындалуы үшін, тасуыштардың арасында жиіліктік таралуы тұрақты және мынау мағынаға ие болуы қажет Δf = 1/T_U, яғни T_U аралығында f₂ - f₁ жиіліктің әр түрлілік периодының ішіне бүтін сан кіру керек. Бұл шарт орындалу үшін OFDM модемінде синхронизацияның екі түрін енгізу керек: топталған спектрлердің тасуыш жиіліктерінің синхронизациялану сигналы және демодулятордың функционал блоктарының ырғақты жиіліктердің синхронизациясын арналған сигналдар. Жиіліктердің тасушы тобы дәл қазіргі уақытта параллельді сандық ағынымен биттерді тасымалдаса, онда ол «OFDM символы» деп аталады. [15]

1.7 Wi-MAX технологиясы аясындағы қатынас құру түрлері

Wi-MAX Forum Wi-MAX -қа қатынас құрудың төрт түрін анықтады.

Фиксирленген қатынас  құру (fixed access). Бұл қатынас құру кезінде  тұтынушылық құрылғы қызмет көрсету  контракты бойынша келісілген уақыт  бойы, яғни, контракт біткенше орын ауыстырмауы  тиіс. Қызмет көрсету кезінде тұтынушы қалаған уақытында желіге кіре немесе одан шыға алады, сондай-ақ, өзінің қалауы бойынша «ең жақсы» деген базалық станцияны таңдауына мүмкіндігі бар. Ал, қарапайым жағдайда тұтынушылық құрылғы тек бір ғана базалық станцияның секторымен немесе ұясымен қатынас жасайды. Ол істен шыққан немесе онымен байланысу қиыншылығы туындаған кезде басқа базалық станцияға ауысу процесі автоматты түрде орындалады.

Әр түрлі орындардан қатынас құру (nomadic access). Бұл қатынас  құру түрінде тұтынушылық құрылғы  бір сеанс біткенше бір жерде тұрақтауы тиіс. Ал, егер де ол сол сымсыз желінің басқа жеріне орын ауыстырса, онда желі оның жазылуының атрибуттарын анықтайды және өзге сессия орнатылады. Бірақ, бұл кезде алдынғы пунктте айтылған мүмкіндіктер сақталады.

Ауысу режиміндегі қатынас құру (portable access). Бұл қатынас құру кезінде тутынушылық құрылғы сымсыз желімен шектелген аймақта жаяу жүріс жылдамдығымен жүрген кезде байланыс жасауға мүмкіндік алады. Сессия кезінде байланыс желісінің бір ұяшығынан немесе оның бір секторынан екіншісіне ауысқан кезде басқарудың барлық мүмкіндіктері берілмейді. Яғни, желі мүмкіндіктері шектеулі болып қалады.

Қарапайымдалған мобильді қатынас құру (simple mobile access). Бұл қатынас  құру кезінде сымсыз желі шекарасының  ішінде көлік жылдамдығымен қозғалып келе жатқан құрылғыға шынайы уақытты қажет етпейтін қосымшалар сессиясын тоқтатпауға мүмкіндік береді. Секторлар мен ұяшықтардың арасында орын ауыстыру кезінде басқаруды беру сеансты жоғарыда көрсетілген типті приложениелер үшін үзіліссіз қылады.

Толық мобильді қатынас  құру (full mobile access). Бұл қатынас құру түрі сымсыз байланыс аясындағы территорияда тұтынушылық құрылғы өте үлкен жылдамдықпен қозғалған кезде байланысты қамтамасыз етуге мүмкіндігі бар. Гарант түріндегі басқаруды беру базалық станса секторларын немесе ұяларды ауыстырған кезде барлық қосымшаларға үздіксіз жұмыс жасауға мүмкіндік береді [14, 24].

1.8 Қатынас құру жағынан қарағандағы Wi-MAX технологиясының ерекшеліктері

Wi-MAX технологиясы жоғарыда айтылып өткен қатынас түрлерін қолдайтын кеңжолақты сымсыз технология екені мәлім. Қойылған барлық талаптарға жауап беру мақсатында Wi-MAX-тың екі версиясы көрсетілді. Біріншісі, IEEE 802.16-2004 стандартына негізделген және әртүрлі орындардан фиксирленген, яғни, бір сессия уақытында орын ауыстырмай қолдануға арналған және бірінші стандарттың модификациясы 802.16е-ге базаланған. Wi-MAX Forum-ның пайымдауынша 802.16е спецификациясын қолдайтын тұтынушылық құрылғылар 2007 жылдың басында пайда болуы тиіс болатын.

802.16е-нің параметрлер  жиынтығы немесе профилі туралы әлі официалды түрде ештеңе мәлімденеген жоқ. Ең алғаш мобильді профильдер үшін, күтіліп отырғандай, 2,3 ГГц және 2,5 ГГц жиіліктері арналуы мүмкін. Оның себебі, 3 ГГц жиіліктен төмен жиіліктер ғимарат ішіндегі сымсыз байланыстың аймағын кеңейтуге мүмкіндік береді. Бірақ, сұраныстар көп болған жағдайда одан да үлкен жиіліктер (3,3 ГГц, 3,5 ГГц және 5,8 ГГц) қамтамасыз етілу мүмкіндігі қарастырылған.

Wi-MAX-тың бұл екі әдісі қазіргі нарықтың фиксирленген және мобильді қатынас құру түрлеріне мұқтаждығын көрсетеді. Қатынас құрудың бұл екі типіне әртүрлі талаптар қойылатындықтан, оларды реализациялау жолдары да, шешу жолдары да әртүрлі болады. Екі спецификацияда да қолданылатын бірнеше функциялар 802.16е стандартына қосылу ықтималдығы өте жоғары. Себебі, мобильдік сервистер бұдан тек ұтыста болады. Бұл функциялардың арасында MIMO жақсартылған демеуіші және адаптивті антенналық жүйе (AAS) бар. Олар өткізу қабілетін арттырады және тікелей көрінісі жоқ жүйелердің сезімталдылығын арттырады.

802.16-2004 және 802.16е стандардарттарының  ең басты айырмашылығы-мультиплексорлеу  техникасы: бірнеше стандартта  ортогональды жиіліктік бөлулі  мультиплексорлеу (OFDM) қолданылады,  ал екіншісінде ортогональды  жиілік бөлулі көптік қатынас  құру (OFDMA) немесе масштабталған OFDMA қолданылады (Scalable OFDMA-SOFDMA).

802.11-2004 параметрлер жиынтығы  бағытталған антенналар қолданылатын  фиксирленген қатынас құруға  жақсырақ сәйкес келеді. Оның  себебі: OFDM SOFDMA-ге қарағанда қарапайымырақ  болып келеді. OFDM көптасушылар көмегімен (Multi carier - MCM) техниканың жеке жағдайы екенін еске сала кетейік. МСМ-ның басты жұмыс жасау принципі негізгі биттер ағынын басқа өзара параллель төмен жылдамдықты ағыншаларға бөліп, сосын оны көптеген тасымалдаушыларды модуляциялау мақсатында қолдануға негізделген. Бұл кезде, кезкелген модуляция түрін қолдануға болады.

Фурье жіктеуі жиілік диапазонын спектрлері жабылса да ортогональді болып қала беретін тасымалдағыштарға  бөлуге көмектеседі. Соңғысы символды беру периодында тасымалдағыштардың әрқайсысы бүтін саға ие болады дегенді білдіреді. OFDMA әдісінде тасымалдағыштардң жиынтығы N топтарға бөлінеді.

OFDMA әдісі антенналар  типтері әртүрлі тұтынушылық  құрылғыларды басқаруды жақсартуға  мүмкіндік береді. Ол қабылдап–таратқыш  антенналардың бір-біріне бөгеулігін кемітіп, тікелей көрінушілік жоқ кездегі қабылдауды әлдеқайда жақсартады. Бұл мобильді тұтынушыларға үлкен мәнге ие.

Ал, бір оператордан  келесісіне өту (roaming), оны екі стандартта да, яғни 802.16-2004 және 802.16е жүзеге асыруға болады. [13, 24]

1.9 Wi-MAX стандартының қауіпсіздігі

Барлық сымсыз технологиялардың дамуы жоғарыда айтылған – позитивті  жағы. Бірақ мамандарда сымсыз желілермен және Wi-MAX стандартына сұрақтар көптеп туындайды, сонымен қатар стандарттың ақпараттық қауіпсіздігіне. Өйткені сымсыз желілерінде кең аумақты пайдалануы мен қатар қаскүнемдердің көпшілігін шапшаң тартады.

Мамандар айтуы бойынша  сымсыз желілерде қауіпсіздігі сымды  желілерге қарағанда деңгейі  төмен емес дейді. Өйткені оған көптеген аспаптармен қол жеткізеді. Мысалы: бірегей идинтификатор жасауға болады (Service Set Identifier) және шифрлеу тәртібі қосып (Wired Equivalent Privacy) оған тағыда 802.1х ең жаңа стандартты пайдаланып, қауіпсіздік қамтамасыз етунің жақсарған механизмдермен иеленген, WEP технологияларынан басқа да технологиялар толы, оларды пайдалану WEP-тің «үстінен» қауіпсіздігінің қосымша деңгейлерін жасайды (жеке желілер немесе IPSec). Виртуалды жеке желілердің (VPN) аудентификацияға арналған қуатты құралдар және шифрлеулерді қосады, динамикалық шифрлеу кілттерімен айырбастау негізінде жасалған. Алысталған пайдаланушылармен мәліметтермен айырбасқа арналған қорғалған туннельдерді қалыптастырып, дәл осылай кәсіпорының ішінде де.