Wi-MAX технологиясы

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2013 в 15:59, курсовая работа

Описание работы

Население планеты Земля насчитывает 6,75 миллиарда человек, 4,05 из которых пользуются различными видами телефонной сотовой связи, 3,5 миллиарда пользуются Интернетом и только полмиллиарда обладают широкополосным мультимедийным доступом в различные сети. Современные технологии и прогресс человечества в целом диктуют стремительный рост широкополосного доступа. Однако этот рост сдерживают различные факторы, в том числе — необходимость огромных финансовых вложений в инфраструктуру всемирных сетей.

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ БЕСПРОВОДНОГО АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА
1.1 Сравнение ключевых технологий WiMAX и HSPA
1.2 Сравнение ключевых технологий WiMAX и LTE
1.3 Сравнение ключевых технологий WiMAX и Wi-Fi
2. ШИРОРОКОПОЛОСНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ДОСТУП ПОД УПРАВЛЕНИЕМ СТАНДАРТА IEEE 802.16
2.1 Стандарт 802.16: стек протоколов
2.2 Стандарт 802.16: физический уровень
2.3 Стандарт 802.16 протокол подуровня МАС
2.4 Стандарт 802.16: структура кадра
3. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕМОВ OFDM И МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА OFDMA
3.1 Особенности применения модемов OFDM.
3.2 MESH-сеть
3.3 Особенности применения многостанционного доступа OFDMA
4. УСЛУГИ И АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ Mobile WiMAX
4.1 Услуги сетей технологии Mobile WiMAX.
4.2 Принципы построения сетей WiMAX
4.3 Решения WiMAX с усовершенствованными функциями и рабочими характеристиками.
5. РАЗРАБОТКА СЕТИ WiMAX ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УСЛУГИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА В ИНТЕРНЕТ.
5.1 Выбор характеристик радиоинтерфейса
5.2 Расчет частотных каналов
5.3. Определения размерности кластера
5.4 Расчет частотных каналов, которые используются для обслуживания абонентов БС
5.5 Расчет допустимой нагрузки БС
5.6 Расчет числа абонентов, обслуживающихся одной БС
5.7 Расчет количества БС
5.8 Расчет радиуса зоны обслуживания БС
6. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ СЕТИ
6.1 Расчет величины защитного расстояния
6.2 Расчет уровня сигнала на входе приемника
6.3 Расчет вероятности ошибки
6.4 Расчет эффективности использования радиоспектра
7. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ БАЗОВЫХ АБОНЕНТСКИХ СТАНЦИЙ
7.1 Выбор оборудования абонентских станций
7.2 Выбор оборудования базовых станций
8 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ РАЗВЕРТЫВАНИИ СЕТИ
8.1 Особенности географического положения Егорьевского района Московской области
8.2 Воздействие радиочастотного поля на организм человека
9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ Mobile WiMAX
9.1 Расчет себестоимости разработки
9.2 Оценка экономической эффективности внедрения проектируемой информационной сети
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Файлы: 1 файл

kerrektysidocx.docx

— 925.89 Кб (Скачать файл)

Очевидно, что перед  применением приведенной формулы  информационные несущие должны быть перенумерованы так, чтобы их индексы  укладывались в диапазон 0–1535 (последнее  значение соответствует физическому  индексу 1702), т.е. пронумерованы подряд, без учета пилотных частот. Поскольку в четных и нечетных символах расположение пилотных частот различно, распределение информационных несущих для них также нужно вычислять независимо.

В режиме PUSC весь доступный  диапазон подразделяется на 60 подканалов. По определению, для работы используется лишь часть из них, но не менее 12. Подканалы  группируются в шести сегментах, из них три базовых (сегменты 0, 1 и 2), каждый включает 12 подканалов (0–11, 20–31 и 40–51 подканалы, соответственно). Очевидно, исходя из требования минимума в 12 подканалов, не базовые сегменты могут использоваться лишь совместно с базовыми. Деление на сегменты введено, чтобы БС было проще сообщать, в каких подканалах она работает (достаточно сообщить номера сегментов).

Рисунок 14 – Структура  кластера

Символ в режиме PUSC формируется по следующему принципу. Всего предусмотрено 2048 частот, из них  центральная (с индексом 1024) и защитные (184 нижних и 183 верхних) не используются. Оставшиеся 1680 несущих последовательно разбивают на 120 кластеров, каждый содержит 14 несущих. После этого последовательные физические кластеры перенумеровываются в "логические" в соответствии с формулой LogicalCluster = RenumberingSequence [(PhysicalCluster+13 IDcell) mod 120], где RenumberingSequence (х) – соответствующий элемент приведенной в стандарте IEEE 802.16 последовательности перестановок, IDcell – определяемый на МАС-уровне идентификатор отдельного сегмента БС (задаваемая базовой станцией целая переменная в диапазоне 0–31). Эта операция фактически означает перемежение – распределение последовательных групп несущих по всему диапазону физического канала. Далее логические кластеры разбиваются на шесть групп (0–23, 24–39, 40–63, 64–79, 80–103, 104–119), по 24 и 16 кластеров. Большие группы соответствуют большим сегментам (по умолчанию, группа 0 соответствует сегменту 0, группа 2 – сегменту 1, группа 4 – сегменту 2). В каждом кластере определяются пилотные несущие – для четных символов это 5-я и 9-я несущие, для нечетных – 1-я и 13-я (рисунок 14).

Таким образом, набору подканалов в пределах сегмента или  нескольких сегментов оказывается  поставленным в соответствие набор  несущих (для 12 подканалов – 336 несущих, из них 24 пилотные и 288 информационных). Информационные несущие в сегменте нумеруются подряд, не учитывая пилотные частоты, после чего в соответствии с формулой (1) каждому подканалу назначаются по 24 несущих. В данном случае в формуле (1) используются значения Nsubchannels = 12 или 8, Nsubcarriers = 24, а также специальные перестановочные последовательности P12 и P8 для сегментов из 12 и 8 каналов, соответственно (приведены в стандарте [3]).

Кроме рассмотренных  методов распределения несущих, в стандарте предусмотрены и  опциональные механизмы – в частности, т.н. optional FUSC, принципиально не отличающийся от рассмотренного.

Восходящий канал

Восходящий субкадр следует непосредственно за нисходящим через интервал TTG. Он содержит пакеты от абонентских станций и интервал для запроса доступа/инициализации. Минимальный размер одного сообщения в восходящем субкадре (слот) – 3 OFDMA-символа в одном подканале. Это привело к появлению в документе IEEE 802.16 термина "фрагмент" (мозаичный элемент, tile).

Рисунок 15 – Структура  “фрагмента” восходящего канала.

Фрагмент представляет собой совокупность трех символов и  четырех несущих, в котором положения  пилотных частот жестко определены (рисунок 15). Весь частотный диапазон канала (1680 несущих) разбивается на 420 последовательных фрагментов, по 4 несущих в каждом. Предусмотрено 70 подканалов. Каждый из них включает 6 фрагментов – т.е. 24 несущие на символ в одном подканале. Распределение фрагментов по подканалам происходит следующим образом. Все 420 фрагментов разбиваются на 6 групп по 70 фрагментов. В каждый подканал включается по одному фрагменту из каждой группы в соответ ствии с уравнением:

Tile (n, s) = 70n + {P[(n + s) mod 70] + UL_IDcell} mod 70, (8)

где Tile(n, s) – фрагмент n подканала s, n = [0…5], s = [0…69].

P(x) – перестановочная последовательность,

UL_IDcell – переменная в диапазоне 0–69, задаваемая БС на МАС-уровне.

В результате каждому  подканалу в каждом символе назначается  свой набор несущих.

После распределения  по подканалам происходит нумерация  информационных несущих в каждом слоте – всего их в трех символах 48. Информационные частоты в подканале нумеруются начиная с наименьшей несущей фрагмента с наименьшим индексом – сначала в первом символе, затем во втором и третьем. Затем информационные несущие в каждом слоте перенумеровываются в соответствии с формулой:

subcarrier (n, s) = (n + 13s) mod 48, (9)

где s – номер подканала, n = [0…47] (т.е. происходит циклический сдвиг нумерации информационных несущих на 13s в каждом подканале s).

Отметим, что в  тексте документа IEEE 802.16 происходит подмена  терминов: подканалом в восходящем субкадре авторы текста IEEE 802.16 называют именно слот, информационную структуру размером 24 несущих на 3 символа. И когда в документе – английским по белому – написано, что в субканале 48 информационных несущих, следует помнить, что с точки зрения правильной терминологии речь идет не о субканале, а о слоте. Реальных несущих (т.е. физических частот) в субканале всего 24. Умножая их на 3 (число OFDMA-символов в слоте) и вычитая 24 пилотные несущие, как раз и получим 48 информационных несущих.

Опционально в восходящем канале предусмотрен режим, в котором  во фрагменте одна пилотная частота (рисунок 16), 6 фрагментов на подканал, всего 96 подканалов (1728 используемых частот).

Механизмы запроса  начальной инициализации в сети и первичного запроса полосы пропускания  в режиме OFDMA схожи – и принципиально  отличаются от других режимов. Для этих запросов в OFDMA используется специально выделенный канал. Он назначается БС и состоит из шести последовательных подканалов, индексы которых приведены  в UL-MAP. Запрос представляет собой 144-разрядный CDMA-код, передаваемый посредством BPSK, т.е. 1 бит на несущую в одном символе. В результате для передачи такого кода достаточно 6 подканалов (24 информационных несущих в каждом). Сам код формируется в генераторе ПСП – 15-разрядном сдвиговом регистре с задающим полиномом 1 + X1 + X4 + X7 + X15. Старшие 6 разрядов вектора инициализации генератора ПСП равны переменной UL_IDcell, остальные 9 – константа. Номер кода определяется начальной точкой (т.е. числом тактов генератора ПСП после инициализации) – всего предусмотрено 256 кодов. Причем БС использует только часть из всех возможных кодов – сначала N кодов начальной инициализации, за ними следуют M кодов периодического определения параметров АС, далее L кодов запроса полосы. Для каждой БС задается точка начала этой последовательности (N + M + L).

Рисунок 16 – Структура  “фрагмента” восходящего канала в опциальном режиме

Начальная инициализация  происходит так: АС, приняв дескриптор восходящего канала и UL-MAP, определяет набор CDMA-кодов и посылает в отведенном интервале случайно выбранный код  из группы возможных. Один и тот же код транслируется в двух последовательных OFDMA-символах. Если длительность интервала  конкурентного доступа составляет более одного слота, АС может отправить CDMA-код в четырех последовательных символах, причем коды должны быть смежными (т.е. последовательными фрагментами  ПСП).

Успешно приняв и  распознав CDMA-код (а этого может  и не произойти, поскольку в интервале  конкурентного доступа возможны коллизии при одновременной работе передатчиков нескольких АС), базовая  станция не знает, от какой АС пришел запрос. Поэтому в ответ в UL-MAP следующего кадра она указывает  номер принятого CDMA-кода, субканал и символ, в котором код был отправлен. Так АС определяет, что именно ее запрос принят, и понимает, что следующее за этим широковещательное сообщение с указанием диапазона запроса (номера символа, подканала и длительности) предназначено именно ей. В этом сообщении БС передает необходимые параметры для процесса инициализации в сети (включая идентификатор соединения CID, присвоенный МАС-адрес, набор физических параметров и др.). Далее в указанный в UL-MAP интервал АС приступает к штатной процедуре регистрации в сети.

Первичный запрос полосы в методе OFDMA может происходить  двумя способами: посредством заголовков запроса полосы, как и в остальных  режимах, и путем посылки CDMA-кода запроса полосы в интервале конкурентного  доступа. Посылка кода запроса полосы (равно как и кода периодического измерения параметров) происходит в  одном OFDMA-символе. Возможна и посылка  трех последовательных кодов в трех символах (какой из вариантов необходимо использовать, указывается в UL-MAP). Приняв CDMA-код, БС в UL-MAP повторяет его номер  и параметры, а также сообщает интервал для отправки заголовка  запроса полосы – уже обычным  способом.

3.4 Поддержка адаптивных  антенных систем

Важнейшая особенность  стандарта IEEE 802.16, принципиально отличающая его, скажем, от стандартов IEEE 802.11 a/b/g, – это наличие встроенных средств поддержки адаптивных антенных систем (AAS). Разумеется, применение AAS – это не обязательное требование стандарта. AAS – это системы с секторными направленными антеннами (метод формирования диаграмм направленности антенн в стандарте не оговаривается), т.е. антенные системы с несколькими антенными элементами. Применение AAS существенно увеличивает потенциальную емкость сети стандарта IEEE 802.16, поскольку в разных секторах БС возможна работа в одних и тех же каналах (частотных и OFDMA). Кроме того, направленные антенны позволяют существенно уменьшать общую излучаемую мощность. В результате снижается и межканальная интерференция. Не менее важно применение многоэлементных антенных систем для улучшения прохождения сигналов в каналах с замираниями – так называемых методов пространственно-временного кодирования (разнесения) STC.

Поддержка ASS в спецификации IEEE 802.16 означает модификацию протоколов на физическом и МАС-уровнях, наличие специальных управляющих и контролирующих сообщений для работы с адаптивными антеннами.

Рисунок 17 – Структура  кадров с зоной ААS.

 

Стандарт допускает  в рамках одного кадра транслировать  как ненаправленный, так и направленный (посредством AAS) трафик (рис.6). Для разграничения  зон не-AAS и AAS-трафика используются специальные сообщения. Принцип применения AAS в режимах OFDM и OFDMA (равно как и в SCa) достаточно схож. Наиболее полно он описан в стандарте для случая OFDMA [3], поэтому остановимся именно на нем.

Механизм Diversity-Map Scan. В режиме OFDMA предусмотрено два метода работы с AAS – с распределенными несущими в подканале (FUSC, PUSC) и с последовательными несущими (AMC). Каждый из методов в начале AAS-зоны предусматривает передачу OFDMA-символа преамбулы AAS-зоны и заголовка с префиксом AAS-зоны. Для передачи этих сообщений в AAS-зоне нисходящего субкадра выделены специальные подканалы (два старших для FUSC/PUSC и четвертый с начала и четвертый с конца подканалы в AMC). Сообщения в этих подканалах могут повторяться несколько раз – с тем, что если используется не широковещательная трансляция, а передача с переключением лучей, сообщения с префиксом дошли бы до всех АС. В префиксе указывается код луча антенны, тип и размеры преамбулы ASS-зоны (в восходящем и нисходящем каналах), область для начальной инициализации / запросов полосы, а также области в кадре для каждого AAS-соединения. Префикс, как и в штатном режиме, передается посредством QPSK со скоростью кодирования 1/2 и двухкратным повтором (в пределах одного символа). Основное назначение префикса – сообщить АС о том, как будут переданы карты DL/UL-каналов для разделенных по направлениям лучей групп пользователей (очевидно, что распределение канальных ресурсов может происходить независимо в каждом луче).

Для работы в режиме АМС-AAS кадры могут объединяться в суперкадр длительностью не менее 20 обычных кадров. В суперкадр входит по крайней мере один широковещательный кадр, содержащий дескрипторы и карты DL/UL-каналов. Смысл такого объединения – обеспечить минимум управляющих сообщений для группы кадров.

Перечисленные методы работы с AAS используют так называемый механизм Diversity-Map Scan – сканирование (абонентскими станциями) разнесенных карт распределения канальных ресурсов. В режиме OFDMA предусмотрен и другой способ работы с AAS – метод прямой сигнализации (Direct Signaling Method).

Метод Direct Signaling использует механизм последовательного распределения несущих AMС. Его особенность – в каждом кадре в AAS-зоне выделяется от одного до четырех каналов доступа /распределения ресурсов (BWAA – bandwidth allocation/access). Каждый BWAA-канал состоит из двух субканалов, расположенных в верхней и нижней частях диапазона симметрично относительно центральной частоты (если BWAA-канал один, то он включает самый верхний и самый нижний подканалы). В этом канале передаются префикс нисходящего субкадра (для режима Direct Signaling Method), карты UL-MAP и DL-MAP для каждой из пространственно разделенных АС или групп АС. Благодаря точной пространственной настройке AAS данный метод позволяет в одном кадре передавать сообщения множеству пользователей.

В методе прямой сигнализации предусмотрены четыре специальных  кодовых сообщения – обучения обратного соединения RLT (reverse link training), доступа в обратном соединении RLA (reverse link access), обучения прямого соединения FLT (forward link training) и инициирования прямого соединения FLI (forward link initiation). Первые два сообщения использует АС, вторые два – БС. Для начальной инициализации или запроса полосы АС посылает сообщение RLA в канале BWAA. Оно предшествует сообщениям запроса полосы или начального доступа и используется БС для точной настройки своей антенной системы на данную АС. В ответ БС передает сообщение FLI – уникальный код для каждой АС (БС может сама инициировать соединение, послав FLI). FLI транслируется в подканале, выделенном для данной АС. Каждая абонентская станция сканирует все подканалы и, обнаружив по кодовой последовательности адресованное ей сообщение начальной инициализации, отправляет в ответ в том же самом канале (в отведенном для нее временном интервале) последовательность RLT, предназначенную для точной настройки антенн БС на АС в данном подканале. В результате, выполнив все необходимые подстройки, БС и АС устанавливают соединение, в течение которого происходит обмен данными. Причем пакетам данных предшествуют тренировочные последовательности FLT (со стороны БС) и RLT (со стороны АС).

 

4. УСЛУГИ И АРХИТЕКТУРА  СЕТЕЙ Mobile WiMAX

4.1 Услуги сетей  технологии Mobile WiMAX.

Сети WiMAX предназначены для предоставления сервисов как неподвижным, так и подвижным пользователям. WiMAX поддерживает следующие виды мобильности:

Информация о работе Wi-MAX технологиясы