1.2. Техническая характеристика стандарта IEEE802.16

Из всего многообразия стандартов семейства IEEE 802.16 мы остановимся на двух: IEEE 802.16-2004 и IEEE 802.16е.

Первый стандарт описывает физический уровень и МАС- (Media Access Control- управление доступом к среде передачи) уровень для фиксированных сетей высокоскоростного беспроводного доступа FBWA (Fixed Broadband Wireless Access). Второй стандарт является дополнением к первому для обеспечения мобильности.

Физический уровень

Основными узлами сети по стандарту IEEE 802.16 являются базовая станция (Base Station) и пользовательская станция (Subscriber Station).

Предусмотрено две топологии взаимодействия между узлами сети : «точка-многоточка» РМР (Point-to-MultiPoint), при которой каждая пользовательская станция взаимодействует со своей базовой станцией и ячеистая (Mesh), при которой пользовательские станции могут взаимодействовать между собой. Первая топология подразумевает сотовую структуру организации зоны покрытия сети. При этом не исключен более простой способ организации связи — «точка-точка».

Стандарт IEEE 802.16 описывает четыре физических уровня:

• Single Carrier (WirelessMAN-SC)- символы модуляции передаются на несущей частоте- ориентирован на работу в условиях прямого распространения сигнала на частоте несущей в диапазоне 10-66 ГГц;
• Single Carriera (WirelessMAN-SCa)- модификация WirelessMAN-SC- для работы в условиях непрямого распространения сигнала на частоте несущей до 11 ГГц;
• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (WirelessMAN-OFDM) – символы модуляции передаются на множестве поднесущих с использованием технологии OFDM – предназначен для работы в условиях непрямого распространения сигнала на частоте несущей до 11 ГГц;
• Orthogonal Frequency Division Multiple Access (WirelessMAN-OFDMA)- множественный доступ с частотно-временным разделением с использованием технологии OFDM- предназначен для работы в условиях непрямого распространения сигнала на частоте несущей до 11 ГГц.

Таблица 1.1 Основные режимы в стандарте IEEE 802.16-2004

Где — ARQ (automatic repeat request) – автоматический запрос повторной передачи;

— AAS (adaptive antenna system) – работа с адаптивными антенными системами;

— STC (space time coding) – пространственно-временное кодирование;

— MESH – режим взаимодействия АС друг с другом;

— DFS (dynamic frequency selection ) – режим динамического распределения частот.

WirelessMAN-SC

Физический уровень WirelessMAN-SC предназначен для работы в условиях прямого распространения сигнала на частоте несущей в диапазоне 10-66 ГГц.

Стандарт IEEE 802.16 жестко не регламентирует полосу частот для WirelessMAN-SC. Вместо этого приведено три наиболее типичных значения- 20, 25 и 28 МГц.

Физический уровень WirelessMAN-SC поддерживает два вида дуплекса: частотный FDD (Frequency Division Duplex) и временной TDD (Time Division Duplex). В случае частотного дуплекса стандарт поддерживает как полнодуплексные пользовательские станции: которые могут принимать и передавать одновременно, так и полудуплексные пользовательские станции, которые одновременно могут либо передавать, либо принимать.Передача данных в прямом канале (от базовой станции к пользовательской ) и в обратном направлении имеет кадровую структуру. Стандарт регламентирует три размера кадра: 0.5, 1 и 2 мс.

Рассмотрим подробнее структуру кадра. Он содержит кадр прямого канала, и кадр обратного канала. В случае частотного дуплекса кадры прямого и обратного каналов передаются одновременно на различных частотах (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Кадры прямого и обратного каналов в случае частотного дуплекса

При использовании временного дуплекса в кадре сначала передают кадр прямого канала, а за ним кадр обратного канала (рис. 1.2). При этом кадр имеет фиксированный размер, а доли кадра, занимаемые кадрами прямого и обратного каналов, могут адаптивно меняться от кадра к кадру.

Рис. 1.2. Кадры прямого и обратного каналов в случае временного дуплекса

В случае частотного дуплекса кадр прямого канала имеет структуру, показанную на рис. 1.3.

Кадр прямого канала при использовании частотного дуплекса включает следующие основные элементы: преамбулу кадра прямого канала; DL-MAP (Dowlink Map)- расписание кадра прямого канала; UL-MAP (Uplink Map)- расписание кадра обратного канала; TDM-часть; TDM-пакеты с пользовательскими данными; TDMA-часть; TDMA –пакеты с пользовательскими данными, перед каждым из которых передаётся преамбула.

Рис. 1.3. Структура кадра прямого канала в случае частотного дуплекса

Данные разных пользовательских станций в прямом канале разделяются по времени. При этом предусмотрено два подхода: TDM (Time Division Multiplexing) — временное мультиплексирование; TDMA (Time Division Multiple Access) — множественный доступ с временным разделением. Последний подход предусмотрен для поддержки полудуплексных станций.

Сообщение DL-MAP задаёт расписание пакетов разных пользователей внутри кадра прямого канала, а сообщение UL-MAP- внутри кадра обратного канала.

Преамбулы служат для измерений, частотно-временной синхронизации и оценки канала.

В случае временного дуплекса кадр прямого канала имеет структуру, показанную на рисунке… Она проще, так как отсутствует TDMA-часть. Добавлен временной интервал TTG (Transmit/Receive Transition Gap)- защитный интервал, предназначенный для перестройки от передачи к приёму (на базовой станции) и от приёма к передаче (на пользовательской станции).

Рис. 1.4. Структура кадра прямого канала в случае временного дуплекса

Структура кадра обратного канала показана на рисунке.. Она практически одинакова для частотного и временного дуплекса. Отличие заключается в наличии временного интервала RTG (Receive/Transmit Transition Gap)- защитного интервала, предназначенного для перестройки от приёма к передаче (на базовой станции) и от передачи к приёму (на пользовательской станции).

Рис. 1.5. Структура кадра обратного канала

Кадр обратного канала включает следующие основные элементы: канал начального доступа; канал запроса частотно-временного ресурса; пакеты с пользовательскими данными . Последние состоят из SSTG (Subscriber Station Transition Gap)- защитного временного интервала между пакетами разных пользовательских станций; преамбулы; пользовательских данных; временного интервала RTG (только в случае временного дуплекса ).

Длительности канала начального доступа м канала запроса частотно-временного ресурса, а так же расписание пакетов с пользовательскими данными задаёт сообщение UL-MAP текущего или одного из предыдущих кадров прямого канала.

Физический уровень WirelessMAN-SC стандарта IEEE 802.16 определяет четыре схемы кодирования: код Рида-Соломона (Reed-Solomon Code);код Рида-Соломона и блочный свёрточный код (Block Convolutional Code ); код Рида-Соломона и проверка чётности (Parity Check); блочный турбокод (Block Turbo Code). Предусмотрено три вида модуляции: QPSK; 16-QAM; 64-QAM. Несколько схем кодирования и видов модуляции позволяют осуществлять адаптивное кодирование и модуляцию.

Канальные скорости передачи для размера кадра 1мс и трёх рекомендованных полос частот для физического уровня WirelessMAN-SC приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 Канальные скорости передачи для WirelessMAN-SC