2. Разновидности стандарта 802
Download 427 Kb.
|
Wimax
|
Размещено на http://www.allbest.ru/ Содержание Введение
2. Разновидности стандарта 802.16 WiMAX 3. Применение OFDM сигнала и QAM модуляции 4. Используемое оборудование Введение На сегодняшний момент три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надёжность, мобильность. Соединить все три основных критерия может только поколение беспроводных технологий WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), стандарт IEEE 802.16. Современный мир не может без информации. Информационные магистрали сегодня не уступают по важности транспортным, они повсюду — и на суше, и на дне океана, и в космосе. Но планете становится тесно от проводных линий связи. Эти пути уже мешают и их надо отбросить. Поэтому неудивительно, что беспроводные технологии переживают, сегодня подлинный бум. Пользователям требуются все большие объемы трафика и скорости передачи данных — причем срочно. Современные мультимедийные приложения этому весьма способствуют. Ведь еще десять лет назад беспроводные локальные сети казались достаточно специальным инструментом. Сегодня — это массовый продукт, а термины Wi-Fi и WiMAX знают даже неспециалисты в связи. При использовании стандарта WiMAX можно организовать видео наблюдение предприятия, осуществлять VoIP-звонки, транслировать телевизионные каналы, а так же строить сети беспроводного доступа не только локальные, на небольшом участке, но и сети в пределах города, региона и даже страны. 1. История развития проекта WiMAX 2001 год Основные события: утверждён стандарт 802.16-2001; основан Форум WiMAX. Работа над стандартом IEEE 802.16 началась в 2001 году. В декабре 2001 года была принята первая версия нового беспроводного стандарта широкополосной связи IEEE 802.16-2001. Рабочая частота предусматривалась от 10 до 66 ГГц. Топология нового стандарта стала "точка-многоточие", а сама технология была ориентирована на стационарные беспроводные сети масштаба мегаполиса (metropolitan area network, MAN). Так первое название стандарта стало WirelessMAN (WiMAN). На физическом уровне предполагалось использование одной несущей частоты (Single-Carrier, SC), поэтому в название протокола стали добавлять SC - WirelessMAN-SC. Однако необходимость соблюдения условия прямой видимости привела к тому, что устройства стандарта 802.16 так и не получили широкого распространения. 2003 год Основные события: утверждён стандарт 802.16а. В январе 2003 года было принято расширение стандарта 802.16 под названием 802.16a-2003, которое предусматривало использование частотного диапазона от 2 до 11 ГГц. Данный стандарт тоже был ориентирован на создание стационарных беспроводных сетей масштаба мегаполиса. Предполагалось, что он станет альтернативой традиционным решениям широкополосного доступа для "последней мили" - кабельным модемам, xDSL и каналам Т1/Е1. Кроме того, сети стандарта 802.16a планировались для использования в качестве дополнительной технологии для подсоединения точек доступа стандарта 802.11b/g/a к Интернету. 2004 год Основные события: утверждён стандарт 802.16-2004. Логическим продолжением стандарта 802.16a стал стандарт 802.16d, который предусматривал возможность реализации фиксированного доступа внутри помещений. Окончательно стандарт 802.16d был принят в июле 2004 года и получил название 802.16-2004, после чего необходимость рассмотрения отдельных стандартов, 802.16d и 802.16a, стала неактуальной, поскольку итоговая версия охватывала и стандарт 802.16d, и 802.16a. 2005 год Основные события: согласована версия стандарта 802.16/HiperMAN; открыта первая лаборатория WiMAX-сертификации (Cetecom, Испания); утверждён стандарт 802-16e. 2006 год Основные события: сертификация первого продукта на базе технологии Fixed WiMAX; открыта вторая лаборатория сертификации (TTA Labs, Корея); запуск услуг WiBro в Корее. 2007 год (перспектива) Основные события: сертификация первого продукта на базе технологии Mobile WiMAX. 2. Разновидности стандарта 802.16 WiMAX Существуют несколько разновидностей стандарта 802.16 WiMAX: Fixed WiMAX - фиксированный доступ; Nomadic WiMAX - сеансовый доступ; Portable WiMAX - доступ в режиме перемещения; Mobile WiMAX - мобильный доступ. Fixed WiMAX(рисунок 1). Фиксированный доступ представляет собой альтернативу широкополосным проводным технологиям (xDSL, T1, т.п.). Стандарт использует диапазон частот 10-66 ГГц. Этот частотный диапазон из-за сильного затухания коротких волн требует прямой видимости между передатчиком и приёмником сигнала. С другой стороны, данный частотный диапазон позволяет избежать одной из главных проблем радиосвязи - многолучевого распространения сигнала. При этом ширина каналов связи в этом частотном диапазоне довольно велика (типичное значение - 25 или 28 МГц), что позволяет достигать скоростей передачи до 120 Мбит/с. Фиксированный режим включался в версию стандарта 802.16d-2004 и уже используется в ряде стран. Однако большинство компаний, предлагающих услуги Fixed WiMAX, ожидают скорого перехода на портативный и в дальнейшем мобильный WiMAX. Рисунок 1. Fixed WiMAX Nomadic WiMAX- Сеансовый (кочующий) доступ добавил понятие сессий к уже существующему Fixed WiMAX. Наличие сессий позволяет свободно перемещать клиентское оборудование между сессиями и восстанавливать соединение уже с помощью других вышек WiMAX, нежели тех, что были использованы во время предыдущей сессии. Такой режим разработан в основном для портативных устройств, таких, как ноутбуки, КПК. Введение сессий позволяет также уменьшить расход энергии клиентского устройства, что тоже немаловажно для портативных устройств. Portable WiMAX. Для режима Portable WiMAX добавлена возможность автоматического переключения клиента от одной базовой станции WiMAX к другой без потери соединения. Однако для данного режима всё ещё ограничена скорость передвижения клиентского оборудования - 40 км/ч. Впрочем, уже в таком виде можно использовать клиентские устройства в дороге (в автомобиле при движении по жилым районам города, где скорость ограничена, на велосипеде, двигаясь пешком, т.д.). Введение данного режима сделало целесообразным использование технологии WiMAX для смартфонов и КПК. В 2006 году начат выпуск устройств, работающих в портативном режиме WiMAX. Считается, что до 2008 года внедрение и продвижение на рынок именно этого режима будет приоритетным. Mobile WiMAX(рисунок 2) был разработан в стандарте 802.16e-2005 и позволил увеличить скорость перемещения клиентского оборудования до более 120 км/ч. Рисунок 2. Mobile WiMAX Основными достижениями мобильного режима можно считать нижеприведённые факторы. Устойчивость к многолучевому распространению сигнала и собственным помехам. Масштабируемая пропускная способность канала. Технология Time Division Duplex (TDD), которая позволяет эффективно обрабатывать ассиметричный трафик и упрощает управление сложными системами антенн за счёт эстафетной передачи сессии между каналами. Технология Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ), которая позволяет сохранять устойчивое соединение при резкой смене направления движения клиентского оборудования. Распределение выделяемых частот и использование субканалов при высокой загрузке позволяет оптимизировать передачу данных с учётом силы сигнала клиентского оборудования. Управление энергосбережением позволяет оптимизировать затраты энергии на поддержание связи портативных устройств в режиме ожидания или простоя. Технология Network-Optimized Hard Handoff (HHO), которая позволяет до 50 миллисекунд и менее сократить время на переключение клиента между каналами. Технология Multicast and Broadcast Service (MBS), которая объединяет функции DVB-H, MediaFLO и 3GPP E-UTRA для: достижения высокой скорости передачи данных с использованием одночастотной сети; гибкого распределения радиочастот; низкого потребления энергии портативными устройствами: быстрого переключения между каналами. Технология Smart Antenna, поддерживающая субканалы и эстафетную передачу сессии между каналами, что позволяет использовать сложные системы антенн, включая формирование диаграммы направленности, простанственно-временное маркирование, пространственное мультиплексирование (уплотнение). Технология Fractional Frequency Reuse, которая позволяет контролировать наложение/пересечение каналов для повторного задействования частот с минимальными потерями. Размер фрейма в 5 миллисекунд создает оптимальный компромисс между надёжностью передачи данных за счёт использования малых пакетов и накладными расходами за счёт увеличения числа пакетов (и как следствие, заголовков). В сетях WiMAX реализованы самые последние достижения науки и техники в области радиосвязи, телекоммуникаций и компьютерных сетей. Стандарт IEEE 802.16 определяет применение: - на физическом (радио) уровне широкополосного радиосигнала OFDM c множеством поднесущих. - на канальном уровне используется современный протокол множественного (многостанционного) доступа Time Divion Multiply Access (TDMA) и Scalable OFDM Access ( SOFDMA) , - на сетевом (траснcпортном) уровне в сетях WiMAX применяется IP протокол передачи данных, широко используемый в большинстве современных сетях передачи данных, в том числе, в сети Интернет. 3. Применение OFDM сигнала и QAM модуляции В системах WiMAX, применяется широкополосный Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) сигнал, образованный из множества разнесенных по частотному спектру узкополосных сигналов. Применение OFDM сигнала обеспечивает системах WIMAX наивысшую в классе BWA спектральную эффективность (скорость передачи данных в одном Герце полосы частотного спектра), возможность работы вне прямой видимости, наивысшие энергетические параметры связи, обеспечивающие высокую дальность связи, возможность эффективного обслуживания мобильных абонентов Спектральная эффективность OFDM сигнала системы WiMAX Спектральная эффективность системы оценивается максимальной возможной скоростью передачи данных (количество передаваемых бит/c) системы в единице полосы занимаемых частот в один Герц. Высокая спектральная эффективность системы WiMAX достигается за счет распределения передачи информации по параллельным подканалам поднесущих сигнала OFDM. OFDM представляет собой множество узкополосных разнесенных по частоте сигналов -поднесущих (subcarrier) (рисунок 3). Рисунок 3 Спектр сигнала с одной несущей (а), OFDM (б) OFDM сигнал формируется следующим образом. Рисунок 4 Формирование OFDM сигнала Некоторая высокоскоростная последовательность импульсов первоначально делится на множество параллельных цифровых потоков с импульсами большей длительности (рисунок 4). Каждая вновь образованная последовательность импульсов модулируется по амплитуде и по фазе QAM полезным сигналом (constellation mapping), несущим информацию о передаваемых данных. Полученное множество модулированных последовательностей импульсов с помощью частотного мультиплексора объединяется в совокупность разделенных по частоте ортогональных каналов (поднесущих), образуя единый широкополосный сигнал. Далее сигнал с множеством поднесущих преобразуется с помощью Digital Analog Converter (DAC) в высокочастотный аналоговый радиосигнал и передается по беспроводному каналу связи. OFDM сигнал в WiMAX сетях фиксированного доступа стандарта IEEE 802.16-2004 имеет до 256 поднесущих, в сетях мобильного WiMAX стандарта IEEE 802.16e - до 2048 поднесущих. Вторым ключевым преимуществом технологии WiMAX, обеспечиваемое применением OFDM сигнала, является возможность эффективной работы канала связи в условиях отсутствия прямой видимости Non Line Of Sight (NLOS) между базовой станцией и абонентским терминалом. QAM модуляция В системах WiMAX применяется квадратурная амплитудно- фазовая модуляции QAM. При реализации QAM каждая поднесущая OFDM сигнала моделируется полезным сигналом одновременно по амплитуде и по фазе, образуя сигнал, положение которого в пространстве координат фазы и амплитуды, называемого также диаграммой созвездия (constellation diagramm), несет информацию о закодированном в нем символе. На (рисунок 5) представлена диаграмма созвездия модуляции 16QAM . Рисунок 5 Диаграмма созвездия модуляции 16 QAM Вектор сигнала 16 QAM имеет 16 возможных позиции в пространстве координат амплитуды и фазы, что кодирует 16 значений символа от 0000 до 1111. Вектор сигнала 64. QAM имеет 64 позиции, что кодирует 64 значения символа. Модуляция 64QAM является самой скоростной, поскольку позволяет передавать 64 возможных значения в одном символе данных, что обеспечивает более высокую символьную скорость и, в результате, более высокую скорость передачи данных по сравнению с другими более низкими модуляциями. Так обслуживание абонентов, оснащенных внешней направленной антенной на самой скоростной модуляции 64 QAM ¾ , поддерживающей максимальную символьную скорость и соответвующую скорость передачи данных, обеспечивается на дальности до 25 км. Данный тип модуляции характеризуется требуемым уровнем отношения сигнала к шуму (SNR), необходимому для передачи бит информации с ошибками Bit Error Rate (BER) не выше некоторого допустимого уровня. сетевой wimax модуляция Для систем WiMAX стандарт IEEE 802.16 определяет максимально допустимый уровень битовой ошибки равный BER=10E-6 (процент приема ошибочных бит информации не более 0,005%). Стандарт IEEE 802.16-2004 определяет для поддержки модуляции 64QAM ¾ на уровне ошибок не выше BER=10E-6 c учетом коррекции ошибок FEC =3/4 значение отношения сигнал/шум для OFDM сигнала SNR равное 24.4 дБ. Для мобильного решения IEEE 802.16 при 64QAM ¾ SNR= 20 дБ. Alvarion BreezeMAX4Motion Для построения сети можно использовать сертифицированную систему израильской фирмы - Alvarion BreezeMAX4Motion(рис. 6) Рисунок 6. Система беспроводного доступа BreezeMAX Технические Характеристики базовой станции:
Система 4Motion — это полнофункциональное решение мобильного WiMAX операторского класса, с открытой архитектурой, позволяющее сопрягать оборудование различных производителей в одной сети. В качестве сетевого профиля, описывающего взаимодействие элементов сети, выбран ASN-профиль С как полностью открытый. Система BreezeMAX 4Motion может быть реализована с двумя типами ASN-шлюзов: распределенным и централизованным. В случае распределенной модели функции ASN-шлюзов реализуют устройства в составе БС (модуль устройства сетевой обработки NPU).Такое решение предназначено впервую очередь для сетей малого масштаба, не более 3 тыс. абонентов и до 200 Мбит/с на один ASN-шлюз. Download 427 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|