Retele de Telecomunicatii Folosind Tehnologia Wimax

Rețele de telecomunicații

folosind tehnologia WIMAX

Cuprins lucrare

Cap I. Introducere în rețele Wireless

1. Definiții Wireless

1.1 PAN Wireless

1.1.a. Bluetooth

1.1.b IrDA

1.2 LAN Wireless

1.3 MAN Wreless.

1.4 WAN Wireless

2. Introducere in standardul 802.16.

Cap. II. Stratul Material OFDMA Accesibil în IEEE 802.16

1.Introducere

2.Cerintele proiectării frecvenței multipurtatoare și a echilibrării-optimizării ..pg

3.Bazele structurii cadrului OFDMA

4.Modurile de distribuție a subpurtătorilor

4.1 Permutări de DL pentru Subpurtătorii Distribuiți (FUSC)

4.2 Permutări ale Subpurtătorilor Distribuiți DL și UL: Subcanalizarea Parțial

Folosită (PUSC)

4.3 Permutarea DL Opțional al Subpurtătorului Distribuit: Subcanalizarea Folosită

Total (OFUSC)

4.4 Permutarea UL Opțional al Subpurtătorului Distribuit: Subcanalizarea Parțial

Folosită (OPUSC)

4.5 Permutare: Codare și Modulare Avansată (AMC)

4.6 Zona de Schimbare

5. Opțiuni de diversitate

5.1 Sisteme Avansate de Transmitere a Datelor

5.2 Șirul doi STC

5.3 Șirul patru STC

5.4 Șirul terț STC

5.5 .Precodarea

6.Determinarea în OFDMA

7. Codarea canalului

8.Concluzie

Cap.III IEEE 802.16 Controlul Mediului de Acces și Servicii

de Aprovizionare(MAC)

1. Introducere

2. Stratul de control al mediului de acces(MAC)

2.1 Stratul Material al OFDM

2.2 Startul Material OFDMA

2.3 Tipurile de Titlu MAC și Administrarea Mesajelor

2.4 Intrarea Rețelei

2.5 Substratul de Convergență

2.6 Crearea Protocolului pentru Unitatea de Date și Solicitarea Repetată Automat

2.7 Clasele de Servicii

2.8 Programarea și Adaptarea la Conexiune

3. Asigurarea serviciului

3.1 Compararea QoS a 802.16 și 802.11

3.2 Furnizarea de servicii și Auto-Configurarea

4. Provocarile de implementarea a WIMAX si modelelor QoS

4.1 Implementarea IXP

4.2 Performanță IXP MAC

5. Accesibilitatea

6. Portabilitatea

7.Caracteristicile Intel de Construcție MAC și Proiectarea

8. Concluzie

Cap. IV. Rețele Wireless cu Bandă lată Globale, Interoperabile: Extinderea Tehnologiei WiMAX către Mobilitate

1. Introducere

2. Scanările de desfășurare a benzii late Wireless

3.Undele radio 802.16 – Scalarea pentru mobilitate totală

4.Cerințe și ptincipii pentru condtrucția unui cadru de lucru global pentru

interoperabilitatea cap la cap(end to end)

5.Construcția Cap la cap (END TO END)

5.1 Evoluția

5.2 Referința end to end

6. Interfețe de interoperabilitate

6.1 I-SSAP și I-MSSAP

6.2 I-CN1 și I-CN2

6.3 I-RNSN

6.4 I-RNSNAP

6.5 Administrarea mobilității

6.6 Armonizarea și interacțiunea cu rețelele publice Wi-Fi și 3G

6.7 Securitatea cap la cap

7. Forum-ul WIMAX

8. Procesul de certificare a WIMAX

8.1 Conformanță vs. Interoperabilitate

8.2 Seria de procese de testare abstractă

8.3 Profilurile Sistemului WiMAX

8.4 Provocările certificării

8.5 Formarea Laboratorului de certificare

8.6 Dezvoltarea Protocolului de Analizor

9. Concluzii

CAP I. Introducere în rețele Wireless.

1. Definiții Wireless

O rețea fără fir asigură posibilitatea utilizatorilor de a comunica și de a accesa informațiile fără folosirea cablurilor .Acest lucru oferă posibilitatea de mișcare și capacitatea de a extinde aplicațiile în diferite părți ale unei clădiri , ale unui oraș sau oriunde în lume. Rețelele de tip wireless au cunoscut o dezvoltare semnificativă pe plan mondial, ele reprezentând o soluție alternativă legăturilor terestre. Conexiunile fără fir devin tot mai populare, deoarece ele rezolvă probleme ce apar în cazul când avem mai multe cabluri, cabluri ce se conectează la diferite dispozitive. Tehnologiile moderne pot interconecta echipamente diferite – conexiuni radio la distanțe mici, cît și la distanțe mari, conectînd LAN-uri. O rețea fără fir (WLAN) este un sistem de comunicații implementat ca extensie sau alternativă pentru un LAN cablat, într-o clădire sau campus, combinînd conectivitatea la viteză mare cu mobilitatea utilizatorilor, într-o configurație mult simplificată. Avantaje evidente, cum ar fi: mobilitate, flexibilitate, simplitate în instalare, costuri reduse de intreținere și scalabilitate au impus WLAN ca o soluție tot mai mult utilizată.

În prezent există mai multe moduri de a capta datele din eter: Wi-Fi, Bluetooth, GPRS, 3G. Dar acestora li se adaugă o nouă tehnologie care poate capta datele de șapte ori mai repede și de o mie de ori mai departe decît populara tehnologie Wireless Fidelity, sau Wi-Fi. Această tehnologie ar putea fi percepută ca Wi-Fi cu steroizi. În timp ce Wi-Fi are o rază de acțiune de aproximativ 30 m, WiMax utilizează o tehnologie de microunde radio care crește distanța la aproximativ 50 km. Aceasta înseamnă că ar putea fi folosită ca o alternativă la firele de cupru și cablul coaxial pentru conectarea la Internet. WiMax ar putea revigora competiția dintre companiile dominante din domeniul telecomunicatiilor și cablului, utilizînd o întreagă nouă infrastructură, această

tehnologie reprezentînd revoluție în telecomunicații.

Echipamentele de transmisie/recepție wireless sunt de obicei de două tipuri: – Stații bază (Base Stations) si Stații client (Subscriber Units). Stațiile bază au deschiderea antenei de obicei de la 60 pînă la 360 de grade și asigură conectivitatea clienților pe o anumită arie. Ele pot fi legate la o

rețea cablată prin fibră optică, cabluri sau chiar relee radio. Stațiile client au antene cu deschidere mult mai mică și trebuie orientate spre BS-uri. Subnivelul MAC are următoarele facilități:

a. Pentru stațiile client: – Autentificare (înregistrare în condiții sigure)

– Deautentificare (dezînregistrare în condiții sigure)

– Transmisie în condiții de siguranță

– Livrare MSDU (MAC Service Data Units) între echipamentele wireless

b. Pentru stațiile bază: – Asociere (înregistrare)

– Deasociere (dezînregistrare)

– Distribuție cadre MAC

– Integrare (rețeaua existentă wireless poate comunica cu rețele bazate pe

alt tip de tehnologie wireless)

– Reasociere (suportă cedarea dinamică a clienților unui alt BS, precum și

comunicarea cu alte BS)

În general, pentru orice echipament wireless, fie acesta o stație bază – fie o stație client , antenele sunt cele care oferă robustețe și flexibilitate. Chiar dacă sunt abia amintite în discuțiile pe marginea rețelelor fără fir, antenele sunt cele care optimizează anumite aplicații, cum ar fi legătura între mai multe clădiri. Întrucât mediul fără fir este unul foarte dinamic, prin folosirea unor antene direcționale se poate influența modalitatea de propagare a semnalului radio. Astfel, energia și caracteristica unui semnal pot fi direcționate de-a lungul unui culoar îngust în loc să se lovească de pereți, ceea ce ar duce la o risipă de energie sau poate cauza interferențe nedorite. Antenele omnidirecționale emit undele radio în toate direcțiile (sferă) în timp ce antenele unidirecționale concentrează semnalul pe o direcție dată de orientarea antenei. Cu cît unghiul de emisie este mai mic, cu atât mai mare este distanța acoperită. Avantajul antenelor omnidirecționale constă în faptul că antena clientului nu trebuie să fie foarte precis orientată,

fiind suficient să se afle în aria de acoperire a antenei stației bază. Dezavantajele sunt numeroase: risipă de putere de emisie, securitate scăzută datorită riscului ridicat de interceptare a undelor radio. Antenele unidirecționale se situează pe o poziție mai bună în ceea ce privește folosirea mai eficientă a puterii de emisie dar și a riscului mai scăzut de interceptare a transmisiei.

Dezavantajul lor constă în faptul că acordarea antenelor bază-client trebuie făcută foarte precis și dimensiunea este semnificativă. Trebuie notat că diversitatea antenelor oferă beneficii substanțiale implementărilor LAN fără fir, cum ar fi luxul folosirii mai multor antene sau posibilitatea de a alege cel mai bun tip de antenă pentru o locație dată. Pentru aceasta este nevoie de o bună cunoaștere a proprietăților semnalului radio și a modalităților de amplasare corectă a

antenelor radio. În practică, antenele amplasate prea aproape una de alta vor duce la o degradare a

performanței receptorului. Utilizarea diferitelor tipuri de antenă are, de asemenea, impact și asupra metodei, dar și a rezultatelor monitorizării unei locații. În practică, antenele unidirecționale se folosesc numai pentru legături fixe de tipul punct-la-punct , cum ar fi cazul unui bridge sau router wireless.

Clasificarea rețelelor fără fir

• Wireles Personal Area Network(WPAN).

• Wireless Local Area Network(WLAN).

• Wireless Metropolitan Area Network(WMAN)- Standardul 802.16 sau WiMAX.

• Wireless Wide Area Network(WWAN). Tab.1.1

1.1 PAN Wireless:

Așa cum se arată in tab. 1.1 PAN -urile fără fir au o raza de acoperire relativ scurtă (pînă în 17 metri) și sunt cele mai eficiente pentru a satisface necesitățile de transmisie pentru o încăpere relativ mică sau o arie personală . Performanțele unei rețele PAN fără fir sunt medii , având o viteza a datelor de pînă la 2Mbps.Aceste caracteristici o recomandă pentru înlocuirea cablurilor în multe situații. De exemplu , o rețea PAN fără fir poate asigura sincronizarea unui PDA cu un laptop sau un PC . Tot așa o rețea PAN fără fir poate asigura conectivitate fără cablu pentru o imprimantă .Consumul de energie scăzut , ca și

dimensiunile reduse ale transceiverelor1 pentru PAN-uri fără fir , fac posibilă dotarea

efectivă cu asemenea componente a diverselor dispozitive de dimensiuni reduse echipate cu procesoare de calculatoare .Consumul redus permite dispozitivului de calcul să opereze perioade lungi de timp fără a consuma bateriile .De exemplu, consumul scăzut de energie a

1 Emitatoare-Receptoare . Dispozitive care transmit si receptioneaza semnale analogice sau digitale

condus la implementarea cu succes a PAN-urilor fără fir in telefoanele celulare , in PDA-uri și dispozitive audio cu căști fără fir. Telefonul poate realiza o legatură permanentă cu agenda de adrese din PDA astfel încât toate numerele de telefon sa fie disponibile atunci când se realizează convorbiri telefonice . Utilizatorul poate folosi un set de căști fără fir pentru a putea vorbi la telefon sau pentru a asculta muzica stocată digital pe PDA .În plus, unele

PDA-uri pot interconecta laptouri și PC-uri în scopul partajării de conexiuni Internet și de aplicații. Acest lucru se poate realiza pentru rețele limitate la o încăpere . O mai bună conectivitate fără fir pentru o clădire , o asigura LAN-urile fără fir. Cele mai multe PAN-uri fără fir folosesc undele radio pentru a transporta informația prin aer. De exemplu,

specificațiile Bluetooth definesc operarea PAN-urile fără fir in banda de frecvență 2.4MHz cu o rază de acțiune de 17 metri și o viteză de transmisie de până la 2 Mbps. În plus, standardul IEEE(Institute of Electrical and Electonic Engineers)802.15 încorporează specificația Bluetooth pentru PAN-uri fără fir . Aceste tehnici oferă o soluție fiabilă, pe termen lung, pentru conectarea dispozitivelor de calcul pentru o arie restrânsă.

Unele PAN-uri utilizează lumina infraroșie pentru transportul informației de la un punct la altul . Specificațiile Infrared Data Association (IrDa) definesc utilizarea razelor infraroșii directe care oferă o distanță de acțiune de până la un metru și o viteza de transmisie de până la 4Mbps. Avantajul folosirii luminii infraroșii este acela ca nu produc interferențe cu frecvențele radio, însă cerințele de plasare în raza de vedere a dispozitivelor de calcul limitează poziționarea componentelor fără fir .De exemplu, compartimentarea unei încăperi blochează calea semnalelor infrared , ceea ce reduce raza de utilizare a dispozitivelor fără fir. Tehnici PAN Wireless :

Grupul de lucru pentru standardele IEEE802.15 se concentrează asupra dezvoltării de standarde pentru PAN-uri și asupra corelării cu alte standarde,cum ar 802.11.

Grupul de lucru pentru standarde 802.15 cuprinde următoarele elemente :

• 802.15.1 –grupul de lucru Task Group 1 definește standardele pte asigura sincronizarea unui PDA cu un laptop sau un PC . Tot așa o rețea PAN fără fir poate asigura conectivitate fără cablu pentru o imprimantă .Consumul de energie scăzut , ca și

dimensiunile reduse ale transceiverelor1 pentru PAN-uri fără fir , fac posibilă dotarea

efectivă cu asemenea componente a diverselor dispozitive de dimensiuni reduse echipate cu procesoare de calculatoare .Consumul redus permite dispozitivului de calcul să opereze perioade lungi de timp fără a consuma bateriile .De exemplu, consumul scăzut de energie a

1 Emitatoare-Receptoare . Dispozitive care transmit si receptioneaza semnale analogice sau digitale

condus la implementarea cu succes a PAN-urilor fără fir in telefoanele celulare , in PDA-uri și dispozitive audio cu căști fără fir. Telefonul poate realiza o legatură permanentă cu agenda de adrese din PDA astfel încât toate numerele de telefon sa fie disponibile atunci când se realizează convorbiri telefonice . Utilizatorul poate folosi un set de căști fără fir pentru a putea vorbi la telefon sau pentru a asculta muzica stocată digital pe PDA .În plus, unele

PDA-uri pot interconecta laptouri și PC-uri în scopul partajării de conexiuni Internet și de aplicații. Acest lucru se poate realiza pentru rețele limitate la o încăpere . O mai bună conectivitate fără fir pentru o clădire , o asigura LAN-urile fără fir. Cele mai multe PAN-uri fără fir folosesc undele radio pentru a transporta informația prin aer. De exemplu,

specificațiile Bluetooth definesc operarea PAN-urile fără fir in banda de frecvență 2.4MHz cu o rază de acțiune de 17 metri și o viteză de transmisie de până la 2 Mbps. În plus, standardul IEEE(Institute of Electrical and Electonic Engineers)802.15 încorporează specificația Bluetooth pentru PAN-uri fără fir . Aceste tehnici oferă o soluție fiabilă, pe termen lung, pentru conectarea dispozitivelor de calcul pentru o arie restrânsă.

Unele PAN-uri utilizează lumina infraroșie pentru transportul informației de la un punct la altul . Specificațiile Infrared Data Association (IrDa) definesc utilizarea razelor infraroșii directe care oferă o distanță de acțiune de până la un metru și o viteza de transmisie de până la 4Mbps. Avantajul folosirii luminii infraroșii este acela ca nu produc interferențe cu frecvențele radio, însă cerințele de plasare în raza de vedere a dispozitivelor de calcul limitează poziționarea componentelor fără fir .De exemplu, compartimentarea unei încăperi blochează calea semnalelor infrared , ceea ce reduce raza de utilizare a dispozitivelor fără fir. Tehnici PAN Wireless :

Grupul de lucru pentru standardele IEEE802.15 se concentrează asupra dezvoltării de standarde pentru PAN-uri și asupra corelării cu alte standarde,cum ar 802.11.

Grupul de lucru pentru standarde 802.15 cuprinde următoarele elemente :

• 802.15.1 –grupul de lucru Task Group 1 definește standardele pentru PAN- urile bazate pe

specificațiile Bluetooth versiunea 1.1 care utilizează salturile de frecvența în spectru larg

(FHSS-freguency hopping spred spectrum) și operează cu viteze de transmisie de până la 1

Mbps .

• 802.15.2 – grupul de lucru Task Group 2, responsabil cu acest standard , definește practicile

recomandate pentru a facilita coexistența rețelelor 802.15 cu rețele 802.11. O problemă este cea legată de faptul că ambele tipuri operează în aceeași bandă de frecvență de 2.4 Ghz , ceea ce face necesară corelarea funcționării acestor rețele.

• 802.15.3- grupul de lucru Task Group 3 lucrează la un standard nou pentru PAN-uri fără fir cu viteze mari de transmisie . Vitezele de transmisie avute în vedere sunt de 11, 22, 33, 44 și

55 Mbps . Combinate cu vitezele de transmisie mai mari, mecanismele de calitate a serviciilor

(QoS) fac ca acest standard să fie bun pentru a satisface necesitățile multimedia .

• 802.15.4- grupul de lucru Task Group 4 investighează definirea unui standard ce presupune viteze de transmisie a datelor scăzute dar care conduc la consumuri foarte mici de putere pentru dispozitivele mici la care înlocuirea bateriilor nu e practică decât la intervale de ordinul lunilor sau anilor . De exemplu , candidați pentru această tehnică sunt : senzorii ,

insignele inteligente și sistemele de automatizare casnice.

1.1a .Bluetooth

Ideea ce a dat naștere tehnologiei wireless Bluetooth a apărut în 1994 când compania Ericsson Mobile Communications a decis investigarea fezabilității unei interfețe radio de mică putere și cost redus între telefoanele mobile și accesoriile acestora. Ideea a fost ca un dispozitiv radio de dimensiuni reduse, introdus atât în telefon cât și în laptop să poată înlocui cablurile stânjenitoare utilizate pentru a conecta cele două dispozitive.

Un an mai târziu a început munca inginerească si adevăratul potențial al acestei tehnologii a început să se cristalizeze. Pe de altă parte, prin ruperea lanțului de

dispozitive prin înlocuirea cablurilor, tehnologia radio a scos în evidență posibilitatea de a deveni o punte universală către rețele de date deja existente, către interfețe periferice, și un mecanism de formare ad-hoc a unor mici grupuri private de dispozitive conectate departe de infrastructuri fixe de rețele.

Bluetooth reprezintă una dintre cele mai avansate tehnologii de comunicație fără fir. Cu putere mare de transfer al datelor și consum foarte scăzut de energie, acționând pe distanțe mici,până la

100m și numai "indoor", Bluetooth se afirmă ca fiind mijlocul prin care toate echipamentele care ne înconjoară pot interacționa. De la casca de telefon fără fir sau telefonul mobil conectat wireless, până la multitudinea de periferice ale unui PC (cuprinzând treptat și alte echipamente casnice). Bluetooth reprezintă cea mai ușoară modalitate de a conecta aceste echipamente într-o rețea comună, mobilă, care revoluționează modul de utilizare al unui computer. Bluetooth prezintă o tehnologie nouă pe distanțe scurte cu costuri reduse, pentru crearea unor personale denumite PAN (Personal Area Nework).

Fig.1.1 Structura de principiu a sistemului Bluetooth

Fig.1.2 Bluetooth cu interfața Fast Ethernet

1.1.b IrDA

Radiația infraroșu este o radiație electromagnetică invizibilă cu lungimea de undă între

700-1000 angsrom. IrDA specifică o lungime de undă între 750-900 angsrom.

În cadrul comunicațiilor necablate (wireless) , standardul IrDA face parte din categoria transmisiei infraroșu directe, o comunicație punct la punct. Între echipamente trebuie sa existe o vizibilitate directă. În afara afara acestui tip de comunicație mai există comunicația infraroșu difuză, o comunicație ce permite legături multiple si care nu necesită vizibilitate directă, dar necesită materiale speciale de construcție a clădirilor. Avantajele comunicației infraroșu sunt evidente: ușurarea portabilității aparatelor, eliminarea cuplajelor cablate, eliminarea perturbațiilor electromagnetice radiate, deci implicit eliminarea interferențelor electromagnetice. Aceste avantaje sunt majore în zonele de lucru cu regim special, cum ar fi centralele nucleare, laboratoarele de cercetare și măsurări de precizie, acceleratoarele de precizie, etc. Aceste avantaje au dus la răspândirea echipamentelor cu interfață IrDA . Nu există Notebook care sa nu aibă o astfel de interfață, imprimante pentru Notebook-uri, dar și mouse și tastaturi infraroșu pentru

calculatoarele desktop uzuale. Faptul că perifericele în infraroșu se fabrică în mai multe exemplare a dus firesc și la scăderea prețurilor, care le face accesibile. Față de comunicațiile radio, cele infraroșu au avantajul unei puteri reduse, dimensiuni mai mici ale diodei de emisie față de antenă, nu sunt supuse reglementărilor și nu generează interferență electromagnetică. Transmisia în infraroșu are și dezavantaje , cum ar fi viteze mici de transfer care se încadrează între 9600-11520 bps în cazul Serial InfraRed(SIR) și un maxim de 4Mbps pentru Fast InfraRed(FIR). În viitor se estimează atingerea unei viteze de 16 Mbps, ceea ce ar permite realizarea de rețele cu transfer în infraroșu (IrLAN). Limita tehnologică a vitezei de transfer se estimează la 50 Mbps. De asemenea distanța pe care se pot transfera date este mica, 1-2m uzual, dar se spera atingerea unei distanțe de 10m în viitor. Acest dezavantaj se poate ușor considera un avantaj din punctul de vedere al securității datelor, pentru că transmisia nu se poate intercepta. Un alt dezavantaj este unghiul mic în care se pot transmite date . De exemplu, o diodă LASER în infraroșu focalizeză lumina într-un con cu o deschidere de cca 30º. IrDA a publicat 6 standarde care acoperă diferite aspecte ale transmisiei în infraroșu. Partea hardware formează nivelul fizic. Se definește un protocol de acces-IrLAP (Link Acces Protocol) și un protocol de gestionare- IrLMP (Link Management Protocol) care descriu formatul datelor folosite pentru realizarea legăturii și menținerea ei. Standardele IrCOMM descriu posibilitățile de emulare a porturilor seriale și paralele. Au fost publicate standarde și pentru capabilități suplimentare, cum ar fi de exemplu conectarea prin sistemul Plug and Play.

La început transferul în infraroșu a fost destinat să înlocuiască transferul serial RS 232, în mod half duplex. A fost nevoie de un mic dispozitiv hardware care să transforme semnalul de la ieșirea UART-ului în infraroșu. Așa a fost de exemplu dispozitivul ADAPTEC AirPort, un prim accesoriu IrDA pentru calculatoarele personale. Dezavantajul acestei conectări este viteza redusă (maxim 115,2 kbps).

Următorul pas a fost emularea portului paralel, ceea ce a impus necesitatea unei plăci adaptoare care se cuplează pe magistrală(sau pe USB sau pe CENTRONICS). Mai nou, toate plăcile de bază conțin hardware-ul necesar pe placa ceea ce conduce la utilizarea unei singure diode emisive. A fost posibilă astfel creșterea limitei de viteză la 4 Mbps, prin folosirea unui controller specializat pentru transferul în infraroșu.

1.2 LAN Wireless

LAN-urile asigură performanțe înalte în arii din preajma unor clădiri de birouri , fabrici

sau locuințe. Utilizatorii din aceste arii posedă, de regulă, laptopuri , PC-uri și PDA-uri cu ecrane mari și procesoare puternice care oferă posibilitatea utilizării de aplicații de nivel înalt de către utilizatorii finali . LAN-urile wireless asigură cu ușurința niveluri de performanță care permit aplicațiilor de nivel înalt să ruleze fără piedici .De exemplu, utilizatorii unei rețele LAN pot vizualiza cu ușurință un fișier mare atașat la un mesaj e-mail sau o secvență video de pe un

server.

Asigurând viteze de transmisie de până la 54Mbps o rețea LAN wireless poate satisface aproape toate cerințele oricărei aplicații de rețea folosită acasă sau la serviciu. LAN-urile wireless sunt similare LAN-urilor Ethernet tradiționale , cu cabluri, în ceea ce privește performanțele , componentele , costurile și operarea. Datorită implementării pe scară largă a adaptoarelor LAN wireless în laptopuri , majoritatea furnizorilor de rețele fără fir publice realizează LAN wireless pentru a oferi servicii mobile de bandă largă pentru accesul la Internet. Utilizatorii din raza unei rețele LAN wireless a unui spațiu aglomerat (punct fierbinte)cum ar fi hotel sau aeroport , pot accesa poșta electronică sau pot naviga pe internet contra unei taxe sau gratuit.

IEEE802.11 este cel mai răspândit standard pentru LAN –uri wireless , cu versiuni care operează pe benzile de frecventă de 2.4 GHz și GHz . O problemă a standardului 802.11 este interoperabilitatea limitată între diferitele versiuni ale acestuia . De exemplu, un dispozitiv de calcul LAN wireless care utilizează un adaptor 802.11a nu poate fi conectat cu un alt dispozitiv de calcul care implementează versiunea 802.11b. În plus, există și alte probleme legate de standardul 802.11 , cum ar fi securitatea limitată a transmisiei datelor .

Pentru a rezolva problemele legate de standardul 802.11, WI-Fi Allince a încorporat anumite funcții ale standardului 802.11 întru-un standard la care aceștia se referă sub numele de Wireless Fidelity (WI-FI).Daca un produs LAN wireless se conformează standardului Wi-Fi , acesta are asigurată interoperabilitatea cu alte produse Wi-Fi. Deschiderea suplimentară oferită de Wi-Fi asigură posibilitatea operării unor utilizatori diverși pentru același LAN wireless.

Tehnici LAN wireless:

802.11 si HiperLAN/2 sunt cele mai comune standarde pentru LAN-urile wireles.

a)Standardul 802.11 specifică un control al accesului la mediu (medium acces control , acronim MAC) comun si câteva straturi fizice . 802.11 inițial a devenit disponibil in 1997, însă a început să se răspândească pînă când prețurile au scăzut spectaculos, în 2001. Stratul MAC 802.11 specifică un singur strat MAC care furnizează o varietate de funcții pentru a asigura operarea LAN-urilor wireless bazate pe 802.11. Stratul MAC administrează și întreține comunicațiile dintre stațiile 802.11(plăcile radio și punctele de acces) prin coordonarea accesului la un mediu aerian partajat. Adesea considerat ca fiind creierul rețelei, stratul MAC 802.11 controlează un

anumit strat fizic 802.11, cum ar fi 802.11a , 802.11b sau 802.11g pentru a realiza sarcinile legate

de urmărirea (perceperea) mediului și de transmisia și recepția cadrelor 802.11.

Straturile fizice 802.11:

• 802.11a. A fost ratificat de IEEE în 16 septembrie 1999. Utilizează tipul de modulație OFDM. Are o viteză maximă de 54 Mbps cu implementări de până la 27 Mbps. Operează în banda ISM între 5,745 și 5,805 GHz și în banda UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) între 5,170 și 5,320 GHz. Aceasta îl face incompatibil cu 802.11b sau 802.11g. Frecvenței utilizate mai mari îi corespunde o bătaie mai mică la aceeași putere de ieșire și, cu toate că în subgamele utilizate spectrul de frecvențe este mai liber în comparație cu cel din jurul frecvenței de 2,4 GHz, în unele zone din lume, folosirea acestor frecvențe nu este legală.

Utilizarea unui echipament bazat pe acest protocol în exterior se poate face numai după consultarea autorităților locale. De aceea, echipamentele cu protocolul 802.11a, cu toate că sunt ieftine, nu sunt nici pe departe la fel de populare ca cele cu 802.11b/g.

• 802.11b a fost ratificat de IEEE în 16 septembrie 1999 și este, probabil, cel mai popular

protocol de rețea wireless utilizat în prezent. Utilizează tipul de modulație DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Operează în banda de frecvențe ISM (Industrie, Știință, Medicină); nu sunt necesare licențe atât timp cât se utilizează aparatură standardizată.

Limitările sunt: puterea la ieșire de până la 1 watt iar modulațiile numai de tipul celor care au dispersia spectrului cuprinsă între 2,412 și 2,484 GHz. Are o viteză maximă de 11 Mbps cu viteze utilizate în prezent de aproximativ 5 Mbps.

• 802.11g a fost ratificat în iunie 2003. În ciuda startului întârziat, acest protocol este, în

prezent, de fapt protocolul standard în rețelele wireless, deoarece este implementat practic pe toate leptopurile care au placă wireless și pe majoritatea celorlalte dispozitive portabile. Folosește aceeași subbandă de frecvențe din banda ISM ca și 802.11b, dar folosește tipul de modulație OFDM (Orthogonal Frecvency Division Multiplexing). Viteza maximă de transfer a datelor este de 54 Mbps, cu implementări practice la 25 Mbps. Viteza poate coborî până la

11 Mbps sau chiar la valori mai mici, trecând la tipul de modulație DSSS, pentru a se realiza

compatibilitatea cu mult mai popularul protocol 802.11b.

Certificarea Wi-Fi

Certificarea Wi-Fi este un proces care asigură interoperabilitatea dintre echipamentele LAN wireless 802.11, incluzând punctele de acces și plăcile radio care se conformeză unei varietăți de factori de formă. Wi-Fi Alliance este grupul care a impus termenul de Wi-Fi pentru a desemna toate formele de rețele bazate pe 802.11 . Pentru a se califica pentru obținerea certificării Wi-Fi , o companie trebuie să devina membră a Wi-Fi Alliance .

b)HiperLAN/2

HiperLAN/2 , care provine de la High Performance Radio LAN, este un standard LAN wireless dezvoltat de către Broadband Radio Acces Networks(BRAN).El definește o tehnică wireles eficentă , de mare viteză de transmisie , care satisface în întregime cerințele reglementărilor europene la spectru. HiperLAN/2 are un strat fizic similar cu cel al IEEE 802.11a, care funcționează cu viteze de până la 54 Mbps , în banda de 5 GHz , folosind OFDM . O deosebire majoră a standardului HiperLAN/2 față de IEEE 802.11a , constă în aceea că utilizează un protocol orientat pe conexiune și multiplexarea cu divizarea timpului (Time Division Multiplexing-TDM) ca baze pentru realizarea transferului de date între utilizatori . Aceasta

metodă de transmisie este eficientă pentru aplicațiile multimedia incluzând transmisiile video și

transmisiile de voce.

1.3 MAN-uri Wireless

MAN-urile wireless acoperă arii de dimensiunile unui oraș . În cele mai multe cazuri aplicațiile implică conectivitate fixă , dar anumite implementări asigură și mobilitatea . Furnizorii de servicii Internet fără fir(Wireless Internet Services Providers) instalează MAN-uri

fără fir in marile orașe și in zonele rurale pentru a asigura conexiuni fără fir fixe pentru locuințe și firme .O rețea MAN fără fir oferă avantaje importante in situațiile în care instalarea conexiunilor tradiționale (cum ar fi Digital Subscriber Line- acronim DSL) nu este realizabilă. Performanțele MAN –urilor fără fir variază . Conexiunile intre clădiri care utilizează lumina infraroșie pot atinge viteze de transmisie de 100 Gbps sau mai mult , in timp ce legăturile radio pe o distanța de aproximativ 30 km pot realiza viteze de numai 100Kbps. Performanțele efective depind de alegerile făcute ,existând o gama largă de tehnici și componente disponibile .

Există pe piața multe soluții brevet de MAN-uri fără fir , însă industria a început să se axeze pe utilizarea unor noi standarde. Unii producători utilizează standardele IEEE 802.11 ca bază pentru MAN-urile fără fir .În vreme ce folosirea sistemelor 802.11 este optimă pentru a satisface necesitățile de conectare în interiorul clădirilor , soluțiile 802.11 pot conecta clădiri pe distanțe obișnuite în interiorul orașelor utilizând antene care concentrează transmisia și recepționarea semnalelor pe o singură direcție. Un număr mare de companii au început să instaleze sisteme IEEE802.16 ,un standard relativ nou.IEEE802.16 oferă soluții standardizate pentru realizarea MAN-urilor fără fir eficiente cu performanțe de ordinul megabiților pe secundă pentru raze de acțiune apreciabile.

Tehnici MAN Wireless:

Cele mai utilizate standarde sunt pentru MAN-uri sunt : 802.11 și Wi-Fi și 802.16.

a)802.11 și Wi-Fi .

Multe companii instalează MAN-uri wireless utilizând standarde LAN wireless cum ar fi 802.11 și Wi-Fi.detaliile referitoare la aceste standarde sunt aceleași ca și în cazul LAN-urilor diferența constând în faptul că MAN-urile wireless folosesc antene direcționale pentru a stabili o legătura

punct la punct între punctele fixe ale sistemului. Hardware-ul utilizat include o punte wireless

care implementează standardele LAN wireles.

b) 802.16. A fost ratificat în 2004 și poate să utilizeze mai multe benzi de frecvențe, licențiate și nelicențiate, alocate de ITU (International Telecommunication Union):

– două benzi licențiate: 3,3 – 3,8 GHz și 2,3 – 2,7 GHz;

– o bandă nelicențiată: 5,725 – 5,85 GHz.

Flexibilitatea WiMAX privind utilizarea spectrului de frecvențe, creează condiții pentru prețuri atractive de implementare, o mare diversitate de servicii: telefonie (VoIP – Voice over Internet Protocol), supraveghere video, consultări, monitorizare de la distanță, e-learning, rețele ad-hoc de întreprindere etc.; de utilizatori și o extindere progresivă în toate zonele geografice. Aceeași rețea poate suporta simultan servicii publice și private, parteneriate financiare favorabile și asigură competiția pe piața serviciilor IT&C. Rețelele WiMAX sunt capabile să suporte conectivitate fixă, nomadă, portabilă și mobilă, wireless de bandă largă în aceeași rețea.

Tehnologia WiMAX asigură accesul la Internet la o viteză de 75 Mbps, distanța dintre stațiile de retransmisie poate fi de până la 30 Km, iar suprafața acoperită de un punct de acces poate avea o rază de aproape 2 Km.

1.4 WAN –uri Wireless

WAN-urile wireless oferă aplicații mobile care acoperă o arie mare , cum ar fi o țara sau continent. Un operator de telecomunicații poate face posibilă instalarea relativ scumpă a unei infrastructuri WAN wireless pentru a oferi conectivitate pe o suprafață mare pentru o baza extinsă a unui client , datorită implicațiilor economice ale unei astfel de desfășurări. Costurile

unei astfel de instalări pot fi împărțite între mai mulți utilizatori , rezultând o taxă de abonat mică. WAN-urile wireless ajung să aibă o acoperire aproape globală prin colaborarea mai multor companii de comunicații . Înțelegerile bine stabilite cu privire la roaming , existente între operatorii de telecomunicații permit realizarea de conexiuni continue pentru comunicații de date mobile instantanee . Plătind un furnizor de servicii de telecomunicații, un utilizator poate avea acces la servicii Internet limitate printr-o rețea WAN wireless de aproape oriunde din lume. Performanțele WAN-urilor wireles sunt relativ scăzute , realizându-se viteze de transmisie de până la 170Kbps , valoarea uzuală fiind de 56Kbps . Nivelul de performanță este similar cu cel al

modemurilor pentru apeluri telefonice. Totuși portaluri Web speciale, făcute pentru a optimiza fluxul de informații , lucrează în mod eficient cu dispozitive mai mici și cu rețele cu performanțe scăzute. Acest lucru conduce la obținerea maximului de performanță din lărgimea de bandă limitată oferită de WAN-uri wireles.

Vitezele de transmisie per utilizator ale WAN –urilor wireless sunt relativ scăzute dar acest lucru este în general acceptabil datorită dispozitivelor mici(de exemplu, telefoanele celulare sau PDA- uri) pe care oamenii le poartă cu ei in situațiile în care au nevoie de conectivitate WAN wireless. Dimensiunile mici ale ecranelor și puterea de procesare limitată, caracteristice telefoanelor celulare, nu necesită o performanța ridicată. Transmisia video către un telefon celular mic sau către un ecran PDA poate fi realizată cu viteze de transfer reduse.

Aplicațiile WAN wireless presupun faptul că utilizatorii accesează Internetul, trimit si primesc e- mail-uri și accesează aplicațiile de corporație de la distanță față de locuință sau față de serviciu. O rețea WAN wireless , prin comparație cu orice altă rețea wireless, poate ajunge în mai multe locuri , permițând utilizatorilor să-și continuie activitățile în timp ce se află în diferite locații. WAN-urile fără fir includ câteva standarde care evoluează lent , aflându-se în competiție. De exemplu, Cellular Digital Packet Data( CDPD) este o tehnică mai veche care permite transmisia datelor prin sisteme analogice de telefonie celulară cu viteze de transfer de 19.2 Kbps. O problemă legată de instalarea tehnicii WAN wireless este ca nu oferă posibilitatea de realizare a acoperirii în interiorul clădirilor , cum ar fi locuințele , sediile de firme , aeroporturile și centrele de afaceri . Pentru ca infrastructura WAN wireless se află afară , semnale radio emise de aceasta pierd mare parte din puterea lor atunci când pătrund într-o clădire. Prin urmare , utilizatorii unei rețele WAN wireless aflați în clădiri pot avea performanțe slabe sau chiar pot sa nu aibă deloc asigurată conectivitatea .

Tehnici WAN wireless :

• Acces multiplu cu divizare în frecvență- FDMA(Frequency Division Multiple Access)

În tehnica de acces multiplu cu divizare în frecvență –toți utilizatorii accesează satelitul în același timp, dar fiecare în propria bandă de frecvențe (propria purtătoare);uneori se alocă mai multe purtătoare (benzi) aceluiași utilizator cu capacitate foarte mare. Tehnica este foarte folosită în comunicațiile cu modulație analogică, în care semnalele sunt permanent prezente.

Fig.1.3 Alocarea resurselor în cadrul sistemelor FDMA

• Acces multiplu cu divizare în timp- TDMA(Time Division Multiple Access)

În tehnica de acces multiplu cu divizare în timp, toți utilizatorii folosesc aceeași bandă de frecvențe (aceeași purtătoare) dar fiecare transmite un interval de timp determinat. Natura

intermitentă a procedeului îl face foarte potrivit pentru transmisiile cu modulație digitală.

Fig. 1.4 Alocarea resurselor în sistemele TDMA

• Acces multiplu cu diviaze în cod- CDMA(Code Division Multiple Access) În tehnica de acces multiplu cu diviaze în cod, mai multe stații transmit simultan

semnale codate ortogonal cu spectru împrăștiat (spread spectrum) care ocupă aceeași bandă de frecvențe .O stație recepționează toate semnalele, le decodează și reface numai semnalul care îi este destinat. De fapt, în CDMA, utilizatorii își împart același interval de frecvențe și același timp. O stație transmite într-o bandă (Bc) din jurul unei purtătoare fk un timp determinat (Tc =

ti+1 – ti), după care realizează un salt pe altă purtătore; la fel procedează și celelalte stații. Frecvențele fk se modifică, după secvențe pseudoaleatoare specifice fiecărui

utilizator. Toate cele trei tehnici de bază se folosesc în diverse variante.

Fig. 1.5 Alocarea resurselor în CDMA

• Accesul multiplu cu diviziune spațială (SDMA)

SDMA furnizează accesul la mediu al utilizatorilor bazându-se pe poziția lor în spațiu. De aceea fiecare utilizator trebuie să aibă informații despre poziție în timp real. O suprafață geografică mai mare care acoperă toți utilizatorii este împărțită în diviziuni spațiale mai mici. Există o “hartă” care indică pentru fiecare diviziune spațială o diviziune a lățimii de bandă, [BAN].

Celula (aria) este împărțită în N sectoare. Cei N utilizatori sunt activi simultan și continuu, fiecare având propriul lui sector. Diferențierea între semnalele utilizatorilor se face pe baza direcției de sosire la antena receptoare. Separarea semnalelor utilizatorilor se face prin utilizarea antenelor multiple. În cadrul acestei metode fiecare pereche de utilizatori are o legătură separată spațial de celelalte pentru a-și transmite informațiile. Este necesară utilizarea unei conexiuni între utilizatori de tipul “linie de vedere” (line-of-sight connection) .

Fig. 1.5 SDMA

2.Introducere in standardul 802.16.

Standardul IEEE802.16 “Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems” este cunoscut și ca interfață aeriană IEEE WirelessMAN. Această tehnologie a fost proiectată să ofere acces fără fir de bandă largă în rețele metropolitane cu performanțe comparabile cu cablul tradițional, DSL, și T1. Avantajele sistemelor bazate pe 802.16 sunt multiple: abilitatea de a porni rapid acest serviciu chiar și in zone unde ar fi greu de ajuns cu interfețe pe bază de cablu, evitarea costurilor mari de instalare, și posibilitatea de a depăși limitările fizice ale infrastructurilor tradiționale cu conexiune prin fir.. Instalarea unei conexiuni prin fir cu bandă largă pe baza de cablu sau DSL poate fi un proces consumator de timp, având ca rezultat faptul că un mare număr de zone din toata lumea nu are acces la conexiuni de bandă largă. Tehnologia fără fir 802.16 oferă o modalitate flexibilă, eficientă din punct de vedere al costurilor, bazată pe standarde, de a umple aceste lipsuri în acoperirea de bandă largă.

Răspândirea rețelelor fără fir crește cererea de legături broadband către internet, cerere care poate fi acoperita de 802.16 prin oferta de conexiuni outdoor pe distanțe mari către providerii de servicii.

Aplicatii.

Standardul 802.16 ajuta industria sa ofere solutii intre segmente multiple de banda larga:

1. Backhaul pentru telefonie mobila. Providerii de backbone-uri de internet din US sunt obligați să închirieze linii către alți provideri de servicii, un aranjament care a transformat backhaul-urile prin fir suficient de ieftine. Rezultatul este că doar aproximativ 20% din turnurile de telefonie mobilă folosesc backhaul fără fir. În Europa unde este mai puțin comun pentru providerii de backbonuri locali să își închirieze liniile către competitori, providerii de servicii au nevoie de alternative ieftine. În consecintă Backhaul-urile fără fir sunt folosite in aproximativ 80% din turnurile de telefonie mobilă. În perspectiva eliminării obligațiunii de a-și închiria liniile providerii americani vor avea si ei nevoie de soluții mai ieftine. Lațimea de banda a tehnologiei 802.16a o face o alegere excelentă pentru backhaul-uri pentru afaceri.

2. Lățime de bandă mare la cerere. Noul tip de rețea poate ajuta creșterea numărului de rețele bazate pe 802.11 si rețele mici și foarte mici, în special în acele zone care nu sunt deservite de cablu sau DSL. Conexiunile de mare latime de banda sunt critice pentru multe afaceri, pana a ajunge chiar la mutarea sediilor acestora in locatii unde acestea sunt disponibile. În acest moment pentru a instala o linie T1 pentru o afacere sunt necesare până la 3 luni dacă serviciul nu e deja disponibil în clădire. Clădirile mai vechi din zonele metropolitane pot avea noduri de cabluri care pot încurca instalarea unor noi conexiuni. Tehnologia fără fir 802.16a dă posibilitatea unui provider de servicii să ofere rapid conexiuni de lățime de bandă mare în doar câteva zile astfel reducând foarte mult și costurile de instalare. De asemenea tehnologia 802.16a oferă posibilitatea providerilor de servicii să configureze conexiunile la cerere pentru viteză mai mare pentru evenimente temporare cum ar fi târguri și expoziții care pot genera sute sau mii de utilizatori pentru rețele 802.11.

3. Rețele de bandă largă pentru zone rezidențiale.. Limitările practice ale tehnologiilor prin cablu și DSL împiedică distribuția conexiunilor de mare viteza către potențialii clienți. Soluțiile tradiționale DSL pot sa atingă doar 3 mile de la switch-ul central si aceasta limitare înseamnă că multe din locațiile urbane și suburbane pot să nu fie deservite de conexiuni DSL. Cablul are de asemenea limitări. Multe dintre rețelele de cablu mai vechi nu sunt echipate pentru a suporta un canal de return, și convertirea acestor rețele pentru a suporta viteză mare pe bandă largă poate fi foarte costisitor. Costul instalării cablului este

de asemenea foarte mare în zone rezidențiale cu densitate mica de abonați. Aceste

ineficiențe vor putea fi eliminate odata cu lansarea sistemelor bazate pe standarde 802.16.

4. Locații subservite. Tehnologia fără fir bazată pe IEEE802.16 este de asemenea o alegere

naturală pentru zonele subservite cum ar fi zone cu densitate mică a populației.

802.16a

În Ianuarie 2003, IEEE a aprobat standardul 802.16a care acoperă banda de frecvențe între 2 GHz și 11 GHz. Acest standard este o extensie a standardului IEEE 802.16 pentru 10-66 GHz publicat în Aprilie 2002. Frecvențele sub 11Ghz oferă posibilitatea de a avea conexiuni în medii în care copacii sau construcțiile s-ar putea interpune pe linia de vizibilitate a conexiunii.

Cea mai obișnuită configurație 802.16a constă într-o stație de bază montată pe o clădire sau un turn de comunicații, care funcționează pe principiul point to multi-point și stațiile abonaților aflate în birouri sau case. 802.16a are o arie de acoperire de 30 mile cu raza unei celule de 4-6 mile. În raza celulei de acoperire performanțele non-line-of-sight și viteza sunt optime. Adițional

802.16a oferă o tehnologie wireless backhaul ideala pentru a conecta rețele fără fir 802.11 LAN și punct de interes prin intermediul Internetului. Tehnologia fără fir 802.16a dă posibilitatea afacerilor să instaleze puncte de interes în locații unde conexiunea prin fir nu poate fi instalată sau se instalează într-un interval de timp foarte mare. În acest fel aceasta tehnologie oferă provider-ilor de servicii o modalitate de stimula creșterea pieței utilizatorilor particulari la comunicații pe bandă largă.

Cu rate de transfer de până la 75Mbps o singura stație bază oferă suficientă bandă pentru a suporta simultan 60 de afaceri cu conexiune de nivel T1 și sute de case cu conexiune de tip nivel DSL utilizând 20MHz din banda canalului. Pentru a suporta un model de afaceri profitabil, operatorii și providerii de servicii trebuie sa susțină un amestec de clienți din clasa afaceri (cu abonamente cu prețuri ridicate) și un număr foarte mare de abonați normali. 802.16a ajută la realizarea acestor cerințe prin suportarea de nivele de servicii diferențiate ce pot include nivele T1 garantate pentru afaceri sau nivele DSL pentru consumatorii casnici.

CapII. Stratul Material OFDMA Accesibil în IEEE 802.16

Conceptul de accesibilitate- Accesul de utilizare Multiplă a Repartiției Frecvenței Ortogonale (OFDMA) a fost introdus în standardul IEEE802.16 WirelessMAN de către Task Group(ehipa de soc) 802.16 (TGe). Un strat material accesibil permite soluțiilor bazate pe standard să livreze o performanță optimă în lărgimea de bandă a canalelor variind între 1.25 MHz până la 20 MHz cu un interval de frecvență subpurtătoare fix pentru ambele modele de utilizare atât cele fixe cât și cele purtătoare-mobile, în timp ce produsul este menținut la un preț mic. Construcția este bazată pe o structură accesibilă de subcanalizare cu mărimi variabile ale schimbării armonice rezistente (FFT) conform lățimii de bandă a canalului. În plus față de dimensiunile variabile FFT, specificațiile suportă alte caracteristici precum subcanale de Modulație Avansată și Codare (AMC), Hibrid de Solicitare Automat Repetată (H-ARQ), structuri de mare eficiență pentru conectarea structurilor subcanalului de conectare, diversitate de Admisie-Multiplă-Ieșire-Multiplă (MIMO), și o zonă de acțiune mărind securitatea canalelor, dar și alte caracteristici lipsă ale OFDMA cum sunt alocări diferite ale frecvenței purtătoare și scheme de diversitate.

1. INTRODUCERE

Standardul IEEE 802.16 oferă specificații pentru o interfață aeriană pentru sisteme de acces fără fir cu lățime de bandă fixă, portabilă și mobilă. Standardul include cerințele pentru valoare mare de date a Liniei de Vizare (LOS) operarea în intervalul 10-66 GHz pentru rețelele fără fir fixe dar și cerințele pentru Non Linia de Vizare (NLOS) fixă, portabilă și a sistemelor mobile care operează în benzi autorizate sub 11 GHz și benzi scutite de autorizare. Datorită performanței sale superioare în canalele fără fir cu multiple căi de suprapunere semnalizarea Diviziei de Utilizare Multiplă a Frecvenței Ortogonale (OFDM) este recomandată în straturile materiale din OFDM și modurile WirelessMAN OFDMA (PHY) a standardelor 802.16 pentru operarea în aplicațiile sub

11 GHz NLOS. Tehnologia OFDM a mai fost recomandată și în alte standarde fără fir cum sunt Radio Videodifuziunea Digitală (DVB) și rețelele fără fir locale (WLAN) , și a fost implementat cu succes în soluțiile care au permis. Modificările pentru și starturile de Control ale Mediului de Acces (MAC) pentru operațiile mobile sunt dezvoltate de către TGe a Grupului de Lucru 802.16.

Responsabilitatea grupului de sarcină este de a dezvolta amplificarea specificațiilor la standard pentru a susține Stațiilor Abonaților (SS) care se mișcă la viteze de transport și care astfel specifică un sistem pentru un acces combinat fix și mobil pentru lățimea de bandă fără fir. Funcțiile de susținere a structurilor straturilor PHY opționale sunt intensificările mobile specifice MAC, transferul straturilor superioare între Stațiile de Bază (BS) sau sectoare, iar trăsăturile de securitate sunt printre cele specificate. Operarea în sistemul mobil este limitată la benzile autorizate potrivite pentru mobilitatea între 2 și 6 GHz. Spre deosebire de multe alte sisteme bazate pe OFDM precum WLAN, standardul 802.16 susține mărimi variabile ale lățimii de bandă între 1.25 și 20 MHz pentru operații NLOS. Această caracteristică, împreună cu cerința pentru susținerea pentru folosirea modelelor combinate fixe și mobile, creează nevoia pentru proiect accesibil al OFDM semnalat inevitabil. Mai clar, niciunul dintre cele două moduri bazate pe OFDM ale standardului 802.16 OFDM MAN fără fir și OFDMA (fără opțiune de accesibilitate) nu poate furniza tipul de performanță cerut pentru operarea în medii de suprapunere a căilor multiple de mobilitate vehiculară pentru toate lățimile de bandă din intervalul specificat, fără intensificarea accesibilității care garantează spațierea undei subpurtătoare fixe pentru semnalele OFDM. Conceptul OFDMA-ului accesibil este introdus în modul IEEE 802.16 WirelessMAN OFDMA de către 802.16 TGe și a fost subiectul multor contribuții la standardele comisiei .De asemenea au fost introduse alte caracteristici precum subcanalele AMC, Cererea Hibridă de Repetare Automată (H-ARQ), structuri de mare eficiență de conexiune (UL) a subcanalului, diversitatea Intrări Multiple-Ieșiri Multiple (MIMO), Sisteme intensificate de Transmitere Avansată a datelor (AAS).Simultan se urmărește sporirea siguranței canalelor și mărirea ariei de acțiune și a capacitatea sistemelor mobile.

2. Cerințele Proiectării Frecvenței Multipurtătoare și a Echilibrării-

Optimizării

Un pas prematur tipic în proiectarea unui sistem bazat pe Divizia de Utilizare Multiplă a Frecvenței Ortogonale (OFDM) este un studiu al unui proiect de subpurtător și a dimensiunii de Transformare Rapidă a Seriei (FFT) unde punctul optim de operare echilibrând protecția contra canalelor multiple, deplasarea Doppler și este determinată proiectarea cost/ complexitate. Pentru acest lucru noi folosim o Împărțire Necorelată a Sensului Larg Staționar (WSSUS), o metodă larg folosită pentru a modela timpul care variază în scăderea semnalului canalelor fără fir atât în

domeniul timpului cât și al frecvenței folosind procese aleatorii. Două elemente principale ale

modelului WSSUS sunt discutate pe scurt aici:

– răspândirea Doppler și coerența timpului canalului;

– distribuția întârzierii pe căi multiple și legătura lățimii de bandă.

O viteză maximă de 125 km/oră este folosită aici în analiza suportului pentru mobilitate. Cu excepția trenurilor de mare viteză, aceasta asigură o rază de acțiune bună a vitezei vehiculare în SUA, Europa și Asia. Deplasarea Doppler maximă corespunzătoare la operarea la 3.5 GHz (selectat ca punct de mijloc în intervalul de frecvență de 2- 6 GHz) este dată de ecuația (1) :

f = ν = 35m / s

=408Hz;

m λ 0.086m

Cel mai grav caz al valorii de deplasare Doppler pentru 125 km/oră (35m/s) ar fi ~700 Hz pentru operarea la 6 GHz limita superioară specifică de standard. Folosind un distanțier pentru subpurtătorul de 10 KHz, puterea de Interferență Inter Canal (ICI) corespunzătoare deplasării Doppler calculată în Ecuația (1) poate fi limitată la ~-27 dB.

Legătura timpului canalului, o măsură a variației timpului în canal, corespunzătoare deplasării

Doppler specificată mai sus, este calculată în Ecuația (2) :

9

T c = 2

16 ⋅ π ⋅

=1.03ms;

m

acest lucru înseamnă o valoare adusă la zi de ~1 KHz care este cerută pentru estimarea canalului și pentru egalizare.

Împrăștierea întârzierii maxime pentru lățimea de bandă fixă fără fir este specificată de Universitatea Stanford de modelul canalului Intermediar (SUI) . Cel mai rău caz rms al distribuirii întârzierii corespunzătoare SUI-6 (Teren Tip A: teren deluros cu densitate de copaci moderat-accentuată) canalul este de 5.24 μs.

Uniunea Telecomunicațiilor Internaționale (ITU-R) pentru Modelul B de Canale Transportoare arată valorile de distribuție a întârzierii până la 20 μs pentru mediile mobile. Proiectul de distanțiere a subpurtătorului necesită o trăsătură plană de suprapunere pentru cele mai grave cazuri de distribuție a întârzierii valorilor de 20 μs cu o reținere a timpului superior nu mai mult de 10% pentru o țintă a distribuției întârzierii de 10 μs. Legătura lățimii de bandă a canalului (50% corelarea de frecvență) corespunzând unei distribuții de întârziere de 20 μs, dată de ecuația (3) , este de aproximativ 10 KHz.

B ≈ 1 =

r

1 =10KHz Ecuația (3)

5 ⋅ 20µs

Acest lucru înseamnă că pentru valorile de distribuție a întârzierii de până la 20 μs, suprapunerea căilor multiple poate fi considerată ca o suprapunere plană de peste 10 KHz a lățimii subpurtătorului. Un sistem OFDM este de asemenea sensibil la faza de zgomot și la impactul negativ al creșterii deteriorării pentru distanțierea mai îngustă a subpurtătorului, lucru care face ca proiectul să fie mai scump și mai complex.

Raționamentul de mai sus, bazat pe legătura timpului, deplasarea Doppler și legătura lățimii de bandă a canalului, este baza pentru considerarea unei structuri accesibile unde dimensiunile FFT dimensionează cu lățime de bandă pentru a menține distanțierea subpurtătorului fixă. Simularea rezultatelor generată pentru o lățime de bandă a canalului de 2.5 MHz atunci când dimensiunea FFT este păstrată la 2048 arată o valoare considerabilă de degradare a performanței graficului (Valoarea Cifrei de Eroare vs. Proporția Zgomotului) care este recunoscută în mod clar pentru

64-QAM și pentru mobilitatea ridicată.

Tabel 1: parametrii de accesibilitate OFDMA

T S =T b +T g

Fără accesibilitate, performanța este redusă sau costul este crescut pentru canalele cu lățime de bandă cu dimensiuni mici și medii. Tabelul 1 face un rezumat al parametrilor principali ai accesibilității așa cum a fost recomandat pentru adoptare în standard. Trebuie avut in vedere că în Tabelul 1, factorul de supra-selectare folosit este de 8/7 (Fs = floor(8/7 BW/0.008)x0.008) așa cum este menționat în mod general în standard pentru toate operațiile OFDMA. Timpul de rezervă poate dobândi oricare din cele patru valori posibile 1/4, 1/8, 1/16 și 1/32. Prin fixarea valorii la 1/8 din simbolul unui OFDM, o distribuție maximă a întârzierii de 11.2 μs poate fi tolerată cu o suprapunere de aproximativ 10%. OFDMA WirelessMAN susține o gamă largă de dimensiuni de cadru (vezi Tabelul 2) la adrese mobile nevoia de aplicații diferite și folosirea cerințelor de model. Cu o dimensiune 2048 FFT, numărul simbolurilor OFDM în dimensiunea scurtă a cadrului, (ex. 2 ms), va fi foarte mică pentru lățimile de bandă înguste (mai puțin de 2 simboluri OFDM pentru o bandă de 1.25 MHz) care face dimensiunea scurtă a cadrului practic de nefolosit (din cauza suprapunerii ridicate). Un alt avantaj al accesibilității este de a garanta o legătură mai mică la numerele simbolurilor OFDM pe fiecare cadru (mai ales o problemă pentru lățimile mici de bandă și dimensiunile cadrului).

Tabel 2: Dimensiuni accesibile ale cadrului OFDMA

Următoarele subiecte sunt evidențiate in calitate de conducători ai accesibilității și sunt revizuiți

frecvent.

a. Distanțierea subpurtătorului este independentă de lățimea benzii.

b. Numărul subpurtătorilor folosiți (și a dimensiunii FFT) trebuie să fie proporțional cu lățimea de bandă.

c. Cea mai mică unitate de alocare a lățimii de bandă, specificată pe baza conceptului sub- canalelor (va fi definită mai târziu), este fixă și independentă de lățimea de bandă sau de alte moduri de operare.

d. Numărul de sub-canale este mai degrabă proporțional cu dimensiunea FFT decât cu capacitatea sub-canalelor.

e. Uneltele sunt obținute pentru a schimba mobilitatea pentru capacitate. Se observa că fixarea capacității sub-canalului nu este întotdeauna cea mai bună alegere mai ales pentru sistemele cu lățime mică de bandă unde aplicațiile tipice sunt diferite în natură.

3.BAZELE STRUCTURII CADRULUI OFDMA

Există trei tipuri de subpurtători OFDMA:

1. Subpurtători de date pentru transmiterea datelor.

2. Subpurtători pilot pentru estimări diferite și pentru scopuri de sincronizare.

3. Subpurtători nuli pentru nici un fel de transmitere, folosiți pentru benzile de siguranță și pentru purtătorii DC. Subpurtători activi sunt împărțiți în subseturi de subpurtători denumiți subcanale. Subpurtători care formează un subcanal, pot fi, dar nu este obligatoriu, adiacenți. Alocările de lățime de bandă și MAP sunt făcute în subcanale. Distribuirea pilot este făcută diferit în modurile diferite de distribuire a subpurtătorilor. Pentru Subcanalizarea DL Folosită Complet (FUSC), tonurile pilotului sunt distribuite mai întâi iar apoi subpurtătorii rămași sunt împărțiți în subcanale de date. Pentru Subcanalizarea DL Folosită Parțial (PUSC) și toate modurile UL, seturile de subpurtători nefolosite, care sunt datele și undele pilot, sunt prima dată împărțiți în subcanale, și apoi undele pilot ale subpurtătorului sunt distribuite în fiecare subcanal. În FUSC, există un set comun de unde pilot ale subpurtătorilor, dar în PUSC, fiecare subcanal conține setul său propriu de unde pilot ale subpurtătorilor.

Figura 1-Structura cadrului OFDMA

Într-un DL, subcanalele pot fi făcute pentru receptori diferiți (grupuri de), în timp ce în UL, Stațiilor Abonaților (SS) le pot fi repartizate unul sau mai multe subcanale și câțiva trasmițători pot transmite simultan. Subpurtătorii care formează un singur subcanal pot fi, dar nu este obligatoriu sa fie, adiacenți. Figura 1 arată structura cadrului OFDM pentru modul Procedeului Combinat de Împărțire a Timpului (TDD). Fiecare cadru este împărțit în subcadre DL și UL separate de decalajele de Trecere de la Transmițător/Receptor și Receptor/Transmițător (TTG și respectiv RTG). Fiecare subcadru DL începe cu un preambul(sintetizator initial) urmat de Antet de Cadru de Control (FCH), de DL-MAP și respectiv un UL-MAP. FCH-ul conține prefixul DL de cadru (DLFP) pentru a specifica profilul de explozie și lungimea DL-MAP-ului care urmează imediat de FCH. DLFP-ul este o structură de date transmisă la începutul fiecărui cadru și conține informații referitoare la cadrul curent; este reprezentat la FCH. Conform specificațiilor OFDMA, un mesaj DL-MAP, dacă este transmis în cadru curent, trebuie să fie primul MAC PDU din explozie după FCH. Un mesaj ULMAP trebuie să urmeze imediat fie după mesajul DLMAP (dacă este transmis vreunul) sau după DLFP. Dacă Termenul de Legătură al Canalului (UCD) și

Termenul de Deconectare al Canalului (DCD) mesajelor sunt transmise în cadru, acestea vor urma imediat după mesajele DL-MAP și UL-MAP. În același timp alocările de DL pot fi transmise, multi-distribuite și uni-distribuite și pot de asemenea include și alocarea pentru un alt BS mai degrabă decât să deservească BS-ul propriu. În același timp UL-urile pot reprezenta alocări de date și de clasificare a cererilor de lățime de bandă.

4.MODURILE DE DISTRIBUȚIE A SUBPURTĂTORILOR

Există doua tipuri principale de permutări ale subpurtătorilor: distribuiți și adiacenți. În general, permutările subpurtătorilor distribuiți acționează foarte bine în aplicațiile mobile în timp ce permutările subpurtătorilor adiacenți pot fi folosite corect pentru mediile fixe, portabile sau cu o mobilitate redusă.

Aceste opțiuni permit proiectanților de sisteme să schimbe mobilitatea pentru rezultat. În secțiunea următoare sunt identificate modurile de alocare a diferiților subpurtători, iar trăsăturilor lor sunt descrise pe scurt.

4.1 Permutări de DL pentru Subpurtătorii Distribuiți (FUSC)

Această metodă folosește toate subcanalele și angajează diversitatea întregului canal prin distribuirea subpurtătorilor alocați subcanalelor folosind un mecanism de permutare. Acest mecanism este proiectat să diminueze probabilitatea loviturilor (probabil prin folosirea acelorași subpurtători materiali în celule adiacente și sectoare) dintre sectoarele/ celulele adiacente prin refolosirea subpurtătorilor în timp ce diversitatea frecvenței diminuează degradarea performanței din cauza trăsăturilor de scădere rapidă a semnalului pentru mediile mobile. Tabelul 3 descrie pe scurt parametrii structurii de alocare a subpurtătorilor. În DL FUSC, sunt seturi variabile și fixe de unde pilot. Seturile fixe sunt folosite în toate simbolurile OFDM în timp ce seturile variabile sunt împărțite în două subseturi care sunt folosite alternativ in simboluri impare și pare. Acest lucru oferă o echilibrare-optimizare potrivită între puterea alocată și diversitatea frecvenței la undele pilot pentru estimarea canalului. Figura 2 arată distribuția seturilor fixe și variabile de unde pilot în cazul 2048 FFT. Seturile undelor pilot pentru celelalte dimensiuni FFT sunt subseturi ale celor pentru 2048 FFT.

Figura 2: Distribuirea undelor pilot pentru FUSC

Tabelul 3: Permutarea de DL pentru subpurtătorii distribuiți FUSC)

Permutarea subpurtatoarelor

Permutatiile de tip 1 utilizate pentru distributia de sunet(ec107)

4.2 Permutări ale Subpurtătorilor Distribuiți DL și UL: Subcanalizarea Parțial Folosită

(PUSC)

Conform specificațiilor OFDMA toate subcadrele OFDMA DL și UL vor începe în modul DL și respectiv în UL PUSC. În DL PUSC, subcanalele sunt împărțite și distribuite în trei segmente care pot fi alocate sectoarelor din aceeași celulă. Metoda implică diversitatea totală a canalului prin distribuirea subpurtătorilor alocați subcanalelor. Un mecanism de permutare este proiectat să diminueze probabilitatea loviturilor dintre sectoarele/ celulele adiacente prin refolosirea subpurtătorilor în timp ce diversitatea frecvenței diminuează degradarea performanței din cauza trăsăturilor de scădere rapidă a semnalului pentru mediile mobile. Tabelul 4 descrie pe scurt parametrii DL PUSC de alocare a subpurtătorilor. DL PUSC-ul folosește o structură de clustere, așa cum este arătat în Figura 3, care deschide (în timp) două simboluri OFDM din paisprezece subpurtători, fiecare având un total de patru subpurtători pilot pe fiecare grup. Tabelul 5 descrie pe scurt alocarea subpurtătorilor UL PUSC. UL PUSC folosește o structură în plăci, așa cum este arătat în Figura 4, care deschide (în timp) trei simboluri OFDM din patru subpurtători, fiecare având un total de patru subpurtători pilot. Se observa faptul că datorită DL și UL, clusterele și structura în plăci sunt formate din două și respectiv trei simboluri OFDM; dimensiunea subcadrului de DL și UL și granulația alocărilor de DL și UL sunt de asemenea două și respectiv trei simboluri OFDM.

Figura 3: Structura grupului de DL PUSC

Tabelul 4: permutarea de DL pentru subpurtătorul distribuit

Tabelul 5: Permutarea de UL pentru subpurtătorul distribuit

Figura 4: Structura în plăci UL PUSC

4.3 Permutarea DL Opțional al Subpurtătorului Distribuit: Subcanalizarea Folosită Total

(OFUSC)

Această metodă angajează diversitatea întregului canal prin distribuirea subpurtătorilor alocați subcanalelor folosind un mecanism de permutare proiectat să diminueze probabilitatea loviturilor dintre sectoarele/ celulele adiacente prin refolosirea subpurtătorilor în timp ce diversitatea frecvenței diminuează degradarea performanței din cauza trăsăturilor de scădere rapidă a semnalului pentru mediile mobile.

Tabelul 6 descrie pe scurt parametrii OFUSC de alocare a subpurtătorilor. În OFUSC, undele pilot sunt incluse așa cum este specificat mai jos, care sunt diferite de distribuția din modul FUSC. Comparativ cu modul FUSC, numărul de subpurtători folosiți în această metodă este considerabil mai mare (1681 vs. 1729). Ca rezultat, conformitatea cu cerințele măștii spectrale, fără vreo schimbare în factorul de supra-selectare, poate fi o provocare pentru acest mod.

Tabelul 6: Permutarea DL a subpurtătorului distribuit. Subpurtătorul Adiacent al DL și

UL Opțional

4.4 Permutarea UL Opțional al Subpurtătorului Distribuit: Subcanalizarea Parțial

Folosită (OPUSC)

Această metodă angajează diversitatea întregului canal prin distribuirea subpurtătorilor alocați subcanalelor folosind un mecanism de permutare proiectat să diminueze probabilitatea loviturilor dintre sectoarele/ celulele adiacente prin refolosirea subpurtătorilor în timp ce diversitatea frecvenței diminuează degradarea performanței din cauza trăsăturilor de scădere rapidă a semnalului pentru mediile mobile.

Tabelul 7 descrie pe scurt parametrii UL OPUSC de alocare a subpurtătorilor. UL OPUSC folosește o structură în plăci așa cum este arătat în Figura 5, care deschide (în timp) trei simboluri OFDM din trei subpurtători, fiecare având un subpurtător pe fiecare placă.

Figura 5: Structura în plăci UL OPUSC

Tabel 7: Subpurtător Distribuit pentru UL Opțional

4.5 Permutare: Codare și Modulare Avansată (AMC)

Această metodă folosește subpurtători pentru a forma subcanale. Când este folosit cu canale de feedback rapid poate desemna rapid o combinație de codare și modulație pe fiecare subcanal. Subcanalele AMC ușurează folosirea tipurilor de algoritmi de “turnare a apei”( “water-pouring”), și poate fi folosită în mod eficient cu o opțiune AAS. Tabelul 8 descrie pe scurt parametrii AMC de alocare a subpurtătorilor. În AMC, undele pilot sunt incluse așa cum este specificat mai jos.

Tabel 8: permutarea de UL/DL a subpurtătorului adiacent

4.6 Zona de Schimbare

OFDMA PHY suportă de asemenea zone de alocări de subpurtători multipli în același cadru pentru a permite posibilitatea susținerii pentru coexistențe tipurilor diferite de SS. Figura 6 arată zone de schimbare în interiorul subcadrelor DL și UL. Schimbarea este făcută folosind un element de informare inclus în DL-MAP și UL-MAP. Cadrele DL și UL încep amândouă în modul PUSC unde grupuri de subcanale sunt desemnate segmentelor diferite prin folosirea mesajelor FCH dedicate. Zona de alocare a subpurtătorului PUSC poate fi schimbată la un tip

diferit de alocare a subpurtătorului printr-o directivă din PUSC DL-MAP. Figura 6 ilustrează zona de schimbare din perspectiva unui segment PUSC. În figură, PUSC FCH/DL-MAP pentru un segment cu Celulă ID X este urmat cu o altă zonă PUSC de date posibile pentru Celulă ID X. O zonă PUSC pentru o altă celulă/ sector cu Celulă ID Y (Y este în general diferit de X) este alocată la următoarea. O zonă FUSC pentru Celulă ID Z este arătată în figura următoare. Trebuie avut in vedere că Celula ID Z poate fi la fel cu Celula ID X ceea ce înseamnă că o schimbare de la PUSC la FUSC este programată într-un segment pentru operațiile Singulare de Refolosire a Frecvenței. O schimbare la Celula ID 0 poate fi planificată pentru toate operațiunile de transmitere ale rețelelor. Zone PUSC, FUSC și AMC Opționale în subcadrele DL și zonele opționale PUSC și AMC din subcadrele UL pot fi planificate în mod similar. Alocarea zonelor AMC permite susținerea simultană a mobilității fixe, portabile sau normale a utilizatorilor împreună cu utilizatorii cu mobilitate mare (supotată în zonele PUSC/FUSC).

Figura 6: Zone multiple în subcadrele de conectare și deconectare

5. OPȚIUNI DE DIVERSITATE

OFDMA PHY susține AAS și de asemenea un set de opțiuni diverse de transmitere a conexiunii secundare, terțiare sau cuaternare. Cu opțiunea AAS, sistemul folosește o antenă multiplă de transmitere a datelor pentru a îmbunătății raza de acțiune și capacitatea sistemului în timp ce diminuează probabilitatea diversității de întrerupere a transmisiei, de formare a razelor și de direcție nulă. Opțiunile diferite de transmitere constau într-un set cuprinzător de metode bazate pe diversitatea în seria a doua sau a patra din DL și diversitatea în seria a doua din UL care poate fi ales în mod flexibil pentru echilibrarea-optimizarea capacității și a zonei de acoperire. Setul

include ambele opțiuni de circuit închis și în buclă deschisă și de asemenea susține Utilizarea

Spațială Multiplă (SM) pentru o eficiență spectrală maximă.

5.1 Sisteme Avansate de Transmitere a Datelor

Două moduri AAS opționale în OFDMA PHY: Examinarea Diversității Hărții și Metoda Directă de Semnalizare. Examinarea Diversității Hărții susține atât diversitatea (FUSC și PUSC) cât și opțiunile de permutarea a subpurtătorului adiacent (AMC). Metoda Directă de Semnalizare susține permutarea a subpurtătorului adiacent cu mai puțin suprasarcină în semnalizarea de control. Acum vom discuta opțiunea de Examinare a Diversității Hărții atunci când aplică la metoda de AMC de alocare a subpurtătorului. Figura 7 arată zona AAS de Diversitate a Hărții într-un cadru. Subcadru DL include o secțiune non-IAS și o secțiune AAS specificată de elementele de informare furnizate în DL MAP. În zona AAS, subcanalele numerelor 4 și N-4 (N este index-ul pentru ultimul subcanal logic) sunt alocate la AAS DL MAP unde este specificat un indicator de adresă la un fascicul format transmis DL MAP. DL MAP transmis asigură formarea fasciculului privat DL și UL MAPs pentru utilizatorii AAS. Figura înfățișează o configurație în patru antene unde preambulul AAS și structura AAS DL MAPs sunt repetate multiplu de câte patru ori pentru a corespunde celor patru grupuri de utilizatori.

Figura 7: Zona MAP de diversitate AAS

În zona AAS, AAS BS specifică alocările care trebuie folosite pentru clasificarea SS. În modul TDD, BS poate extrage informațiile canalului necesare pentru formarea fascicolului de la mesajele de Cerere de Clasificare primite de la SS. În modelul FDD, formarea fascicolului se face prin Cererea de Feedback AAS și prin mesajele de Răspuns unde informațiile canalului de răspuns împreună cu Indicatorul principal Primit pentru Puterea Semnalului (RSSI) și Purtătorul la Interfață plus Valoarea Zgomotului (CINR) sunt transmise înapoi la BS de către SS.

5.1 Diversitatea de Transmitere

Modelul OFDMA susține opțiunile succesiunilor a doua, a treia și a patra pentru diversitatea de transmitere în DL și diversitatea de transmitere a șirului doi în UL. Toate opțiunile de diversitate sunt aplicabile ambelor permutări pentru subpurtătorii de diversitate și cei adiacenți. Codarea Spațiului și Timpului (STC) bazată pe algoritmul Alamouti și pe Codul de Frecvență pentru Analizarea Diversității (FHDC) are două opțiuni pentru diversitatea șirului doi în DL. Deși nu este specificat de standard, numărul de antene primit poate fi specificat în funcție de performanța care este cerută.

5.5 .Precodarea

O matrice W generală de precodare KxL este specificată pentru a se aplica la ieșirea X fiecărei serii a doua, a treia sau a patra de la opțiunea de diversitate menționată mai devreme. În acest fel un șir de ieșire L de la vectorul Z al blocului STC este transformat într-un șir de vector K final pentru transmiterea prin antene.

Z =W.Z Ecuația (13)

Precodarea poate fi făcută fie prin forma cu circuit închis, fie prin comanda în buclă deschisă. În cazul comenzii în buclă deschisă, BS cântărește transmiterea conform măsurătorii canalului făcută la semnalul UL, unde de exemplu poate fi făcută o presupunere de reciprocitate pentru un model TDD. În cazul circuitului închis, BS folosește Indicațiile pentru Calitatea Canalului primite înapoi de la SS.

6.DETERMINAREA ÎN OFDMA

OFDMA PHY specifică o alocare a clasificării care poate fi folosită pentru determinare la fel de bine ca și cererea pentru lățimea de bandă. Procesele de determinare inițiale și periodice sunt susținute pentru sincronizarea SS cu BS la intrarea inițială a rețelei și de asemenea periodic în timpul operării normale.

Mecanismul cerut pentru lățimea de bandă este susținut astfel încât SS-ul să poată cere UL-ului alocări pentru transmiterea de date către BS. Un set special de 256 de pseudo-perturbații având coduri de determinare de lungi de 144 cifre binare care sunt împărțite în trei grupuri pentru Determinarea Inițială, Determinarea Periodică și Cererile pentru Lărgime de bandă, astfel încât BS să poată determina scopul codului primit de subsetul căruia îi aparține codul. Unul sau mai multe grupuri de șase subcanale adiacente sunt alocate determinării unde codurile de terminare

sunt modulate BPSK alocării. SS-ul selectează în mod aleatoriu un cod din setul de coduri alocate și transmite înapoi la BS prin determinarea alocării. SS diferiți se pot ciocni în determinarea lor și/ sau cererile pentru lățimea de bandă și BS totuși să poată primi cereri simultane. Pentru a procesa o cerere pentru Determinare Inițială, un cod de determinare este repetat de două ori și transmis în două simboluri OFDM consecutive fără nici o fază de discontinuitate între cele două simboluri OFDM (vezi Figura 8). Prin acest fel, BS poate primi în mod corect solicitarea de la SS ne-clasificat cu o valoare mai mare a nepotrivirii de sincronizare atunci când este făcută prima încercare de intrare în rețea. SS poate folosi în mod opțional două coduri de etalonare consecutive transmise în timpul perioadei unui simbol de patru OFDM (vezi Figura 9). Această opțiune diminuează probabilitatea eșecului și crește capacitatea de etalonare pentru a susține un număr mai mare de etalonări SS-uri simultane, în timp ce crește în același timp capabilitatea sistemului să susțină un număr mai mare de nepotriviri de sincronizare.

Figura 8: Transmiterea etalonării inițiale

Figura 9: Etalonarea inițială folosind două coduri de etalonare

Figura 10: Etalonarea periodică și solicitarea de transmitere a lățimii de bandă

Pentru Etalonarea periodică sau Solicitările de Lățime de Bandă, opțiunile sunt fie să se folosească unul sau trei coduri de etalonare consecutivă transmise în perioada unuia sau a trei simboluri OFDM (vezi Figura 10 și Figura 11). În cazul a trei coduri de etalonare, probabilitatea eșecului scade și în același timp crește capacitatea de etalonare pentru a susține un număr mai mare de etalonării SS-uri simultane.

Figura 11: Etalonarea periodică și transmiterea solicitării de lățime de bandă folosind trei coduri

7. CODAREA CANALULUI

Pe baza terminologiei folosite în WirelessMAN OFDMA PHY, codarea canalului constă în aranjarea întâmplătoare, corectarea erorilor înaintate (FEC Forward Error Correction), concanalizarea cifrelor binare și modulația. Codul de repetare este folosit la diferite mesaje de control pentru a intensifica mai departe performanțele de corectare a greșelilor sistemului. Codurile de repetare ale 2, 4 sau 6 sunt implementate utilizând subcanale multiple.

Aranjarea întâmplătoare este făcută atât la datele UL cât și la DL. Datele sunt aranjate

întâmplător folosind un generator de secvență PN cu un polinom de grad 15 care este reinițializat la începutul fiecărui bloc FEC cu un nucleu, care este o funcție de compensație a simbolului OFDM (de la începutul cadrului) și numărul de începere al subcanalului corespunzând blocului FEC. OFDMA PHY susține obligatoriu codarea convoluțională (Convolutional Coding)

cu rată de eroare și trei scheme opționale de codare: codul Convoluțional pentru Nici un Rest, codul Turbo Convoluțional împreună cu H-ARQ și codul Turbo Bloc. Rata de eroare este implementată prin inițierea codificatorilor de memorie cu ultimele date de cifre binare ale

blocului FEC care este codat, iar restul zero este implementat prin anexarea unei rate de eroare de zero biți la finalul fiecărei explozii. H-ARQ diminuează efectul de deteriorare datorită canalului și interfeței externe prin angajarea eficientă a diversității timpului împreună cu transmiterea relativă a parității codurilor (în acest caz subpachete). În receptor, subpachetele decodate eronat anterior și retransmiterea subpachetelor sunt combinate pentru a combina corect mesajul. Emițătorul decide dacă este nevoie să transmită subpachete suplimentare, bazate pe mesaje ACK/NAK primite de la receptor. Concanalizarea cifrelor binare este realizată la datele codificate la ieșirea FEC. Dimensiunea blocului de concanalizare este bazat pe numărul de cifre binare codate pe dimensiunea blocului codat. Concanalizarea este făcută folosind un proces de permutare în doi pași. Prima permutare asigură că biții adiacenți codați sunt reprezentați pe subpurtătorii neadiacenți. Cea de a doua permutare asigură că biții adiacenți codați sunt reprezentați alternativ pe biții mai puțin sau mai semnificanți în constelație, astfel evitând deplasări lungi ale biților cu siguranță scăzută.

8.CONCLUZIE

IEEE 802.16 WirelessMAN OFDMA susține un set larg de parametrii de sistem și caracteristici opționale avansate pentru modelele de utilizare mobile, portabile și fixe. Accesibilitatea permite tehnologiei să opereze optim în diferite scenarii de folosire.

Cap III. IEEE 802.16 Controlul Mediului de Acces și Servicii

de Aprovizionare

.

1. INTRODUCERE

Succesul rețelelor celulare din ultima decadă și integrarea soluțiilor de date pentru banda îngustă în aceste rețele sunt primele indicații că soluțiile fără fir pot rezolva ultima milă/distanță – problema lățimii de bandă a consumatorului. Urgența rețelelor Wi-Fi a demonstrat că rețelele radio cu lățime de bandă mare sunt posibile și dorite atât de clienții ficși, cât și de cei mobili. În cele din urmă descoperirile recente din tehnologia Frecvenței Radio (RF), a algoritmilor de codare, a protocoalelor de Control a Mediului de Acces (MAC) și pachetul de procesare a cailor putere au făcut posibilă obținerea benzilor cu lățimi mari. Această fuziune, care este realizată în structura IEEE 802.16, nu se adresează doar problemei tradiționale a ultimei mile, dar susține și clienții nomazi și mobili ocupați. Structura permite modelul desfășurării unei „zone fierbinți”, unde este asigurat accesul la Internetul de mare viteză pe porțiuni de zone urbane mari și împreună cu drumuri libere majore. În acest model laptop-urile și PDA-urile operează ca Stații ale Abonaților (SS-uri) permițând utilizatorilor să se conecteze la rețea în parcuri, clădiri sau în orice loc în care se află. Structura wireless a benzii largi este standardizată de Grupul de Lucru (WG) IEEE 802.16 Working Group (WG) și de Interoperabilitatea Globală pentru forumul de Acces la Microunde (WiMAX). 802.16 WG dezvoltă standarde pentru straturile Materiale (PHY) și MAC, dar și pentru securitatea și modelul unui strat superior de rețea. În aceast capitol ne concentrăm asupra stratului MAC și pe Calitatea Serviciilor (QoS), suport care este oferit de standardul IEEE 802.16. În aceast capitol folosim termenii 802.16 și WiMAX interschimbabili. În secțiunea MAC descriem funcțiile majore ale 802.16 MAC care operează la straturile PHY ale Diviziei de Utilizare Multiplă a Frecvenței Ortogonale (OFDM) și Diviziei Accesului de Utilizare Multiplă a Frecvenței Ortogonale (OFDMA). Apoi explorăm diferențele din mecanismele QoS din 802.11 și 802.16 cu un punct de vedere care să sublinieze spre provocările asociate cu scara largă de desfășurare WiMAX. De asemenea descriem și aprovizionarea serviciilor și modelul de management al WiMAX care suportă auto-instalarea și auto-configurarea. În cele din urmă, în secția de Implementare a Provocărilor, descriem două implementări alternative a 802.16 MAC asupra procesorului de rețea Intel IXP și asupra procesorului Intel IA.

2. STRATUL DE CONTROL AL MEDIULUI DE ACCES (MAC)

Stratul IEEE 802.16 MAC realizează standardul de funcție a stratului de Control al Mediului de Acces (MAC) furnizând o interfață independentă de mediu la stratul Material (PHY) 802.16. Deoarece 802.16 PHY este un strat wireless PHY, principala concentrare a stratului MAC este de a administra resursele de conexiune aeriană într-un mod eficient. Protocolul 802.16 MAC este proiectat pentru a susține modelul de rețea Punct la Punct Multiplu (PMP) și modelele de rețea plasă. În aceast capitol ne concentrăm pe modelul de rețea PMP. Protocolul 802.16 MAC este orientat spre conexiune. După intrarea în rețea, fiecare stație de abonat (SS) creează una sau mai multe conexiuni prin care datele lor sunt transmise și formează Stația Bază (BS). Stratul MAC programează folosirea resurselor de conectare aeriană și asigură deosebirea Calității Serviciilor (QoS). Acesta realizează adaptarea la conexiune și funcțiile de Solicitare Automat Repetata (ARQ) pentru a menține ținta valorilor de eroare a cifrei binare (BER-Bit Error Rates) în timp ce maximizează rezultatul datelor. De asemenea stratul MAC manevrează intrarea în rețea pentru

SS-uri care intră și părăsesc rețeaua și realizează crearea de sarcini pentru standardul Unității de Protocol a Datelor (PDU). În final, stratul MAC asigură o convergență a substratului care susține Modul de Transfer Asincron (ATM) al straturilor rețelei pe bază de celulă sau pachet. În restul acestei secțiuni oferim un rezumat al funcțiilor stratului MAC. Începem cu o descriere scurtă a straturilor PHY ale Diviziei de Utilizare Multiplă a Frecvenței Ortogonale (OFDM) și Diviziei Accesului de Utilizare Multiplă a Frecvenței Ortogonale (OFDMA), și arătăm cum motivează unele funcții care trebuie făcute de stratul MAC pentru aceste anumite PHYs. Apoi descrie funcțiile majore ale protocolului 802.16 MAC.

2.1 Stratul Material al OFDM

Stratul WirelessMAN-OFDM PHY este bazat pe modulația OFDM. Este în primul rând conceput pentru desfășurarea acceselor fixe, unde SS-uri sunt ieșiri rezidențiale desfășurate în case și afaceri cam în același fel în care DLS și cablurile de modem sunt desfășurate pentru a asigura o bandă largă față de cablurile rețelelor. Stratul OFDM PHY suportă subcanalizarea în conectarea (UL). Există 16 subcanale în UL. Stratul OFDM PHY suportă Procedeul combinat de Repartiție a Timpului (TDD) și operațiile Procedeului combinat de Repartiție a Frecvenței (FDD), cu susținere atât pentru FDD cât și pentru Procedeul combinat Înjumătățit al FDD (H-FDD). Specificația definește ca fiind obligatorie, o rată variabilă combinată Read-Solomon (RS)/schema de Codare Convoluțională (CC), susținând valorile codului 1/2, 2/3, 3/4, și 5/6. Rata variabilă a

Codului de Bloc Turbo Code (BTC) și a Codului Turbo Convoluțional (CTC) sunt de asemenea suportate opțional. Standardul suportă niveluri multiple de modulație, inclusiv Binary Phase Shift Keying -BPSK, Quadrature Phase Shift Keying -QPSK, Modulația de Amplitudine a Cvadraturii

16 (QAM) și 64-QAM. În ultimul rând PHY susține (ca opțiune) diversitatea de transmitere în DL folosind Codarea Spațiului și Timpului (STC) și Sistemele Adaptate de Antenă (AAS) cu Acces Multiplu de Repartiție Spațială (SDMA). Schema de transmitere a diversității folosește două antene la BS pentru a transmite un semnal STC codat, pentru a furniza câștigurile care rezultă din diversitatea celui de-al doilea șir. Fiecare din cele două antene transmite un simbol diferit (două simboluri diferite) în primul timp de simbol. Apoi cele două antene transmit conjugația complexă a acelorași două simboluri în cel de-al doilea timp de simbol. Rata rezultată a datelor este aceeași ca cea fără diversitatea de transmitere. AAS este folosit în specificația

802.16 pentru a descrie tehnicile formării fasciculului, unde o mulțime de antene sunt folosite la BS pentru a mări avantajul pentru SS vizată, în timp ce anularea interferenței la și formarea altei SS-uri și de surse de interferență. Tehnicile AAS pot fi folosite pentru a permite SDMA-ului, acolo unde există SS-uri multiple care sunt separate în spațiu, să poată primi și transmite pe același subcanal în același timp. Prin folosirea formării fascicolului, BS poate direcționa semnalul dorit la SS-uri diferite și poate distinge între semnalele SS-uri diferite chiar dacă acestea operează pe același subcanale.

Figura 1: Structura cadrului

Cadrul este împărțit în subcadre DL și UL. Subcadru DL este făcut dintr-un preambul, Titlu Cadrului de Control (FCH) și un număr al exploziilor de date. FCH-ul specifică profilul exploziei și lungimea uneia sau mai multor explozii DL care urmează imediat după FCH. DLMAP, UL- MAP, Descriptorul de Canal DL (DCD), Descriptorul de Canal UL (UCD) și alte mesaje transmise care descriu conținutul cadrului și care sunt trimise la începutul acestor prime izbucniri. Restul de subcadru DL este făcut din explozii de date la SS-uri individuale. Fiecare explozie de date conține un număr întreg de simboluri OFDM și îi este desemnat un profil de explozie care specifică algoritmul codului, rata codului și nivelul de modulație care sunt folosite pentru aceste date transmise in explozie. Subcadru UL conține un interval de dispută pentru determinarea inițială și scopurile de alocare a lățimii de bandă și UL- PHY PDU de la SS-uri diferite. DL-MAP și UL-MAP descriu complet conținuturile subcadrelor DL și UL. Acestea specifică SS-uri care primesc și/ sau transmit în fiecare explozie (în UL), și codarea și modulația folosite în fiecare explozie și in fiecare subcanal. Dacă se folosește diversitatea de trimitere, o porțiune a cadrului

DL (numită o zonă) poate fi desemnată să fie o zonă de diversitate de trimitere. Toate exploziile de date din zonă de diversitate de trimitere sunt transmise folosind codarea STC. În sfârșit, dacă AAS este folosit, o porțiune a subcadrului DL poate fi desemnată să fie zona AAS. În această parte a subcadrului, AAS este folosit să comunice la AAS- SS-uri capabile. De asemenea AAS este suportat și în UL. În sistemele FDD, structura cadrului DL și UL este asemănătoare, cu excepția că UL și DL sunt transmise pe canale separate. Atunci când sunt prezente H-FDD SS- uri, BS trebuie să asigure că nu programează un H-FDD SS să transmită și să primească în același timp.

2.2 Startul Material OFDMA

Stratul WirelessMAN-OFDMA PHY este de asemenea bazat pe modulația OFDM. Acesta susține subcanalizarea atât în UL cât și în DL. Standardul suportă cinci scheme diferite de subcanalizare. Stratul OFDMA PHY suportă ambele operații TDD și respectiv FDD. CC este schema de codare cerută și aceleași rate de cod sunt suportate așa cum sunt suportate și de stratul OFDM PHY. Schemele de codare BTC și CTC sunt suportate opțional. STC și AAS cu SDMA sunt suportate la fel de bine ca Intrările Multiple, Ieșirile Multiple (MIMO). MIMO conține un număr de tehnici pentru utilizarea antenelor multiple la BS și SS pentru a crește capacitatea și intervalul canalului. Structura cadrului din stratul OFDMA PHY este asemănătoare cu cea a stratului OFDM PHY. Excepțiile notabile sunt acelea că subcanalizarea este definită în DL la fel ca și în UL, astfel mesajele difuzate sunt uneori transmise în același timp (pe subcanale diferite) ca date. De asemenea, din cauza definirii unui număr de scheme de subcanalizări diferite, cadrul este împărțit într-un număr de zone, fiecare folosind o schemă de subcanalizare diferită. (Majoritatea schemelor de subcanalizare sunt opționale, și astfel nu se așteaptă ca toate schemele să fie folosite în toate desfășurările). Stratul MAC este responsabil pentru împărțirea cadrului în zone și comunicarea acestei structuri la SS-uri din reprezentările DL și UL. Ca și în OFDM PHY, sunt diversități de transmitere opționale și zonele AAS, la fel de bine și o zonă MIMO.

2.3 Tipurile de Titlu MAC și Administrarea Mesajelor

Sunt două tipuri de titluri MAC: un titlu generic și o Solicitare a Lățimii de Bandă (BR) pentru titlu MAC. Titlul generic este folosit pentru a transmite datele sau mesajele MAC. Titlul BR este folosit de SS pentru a solicita mai multă lățime de bandă la UL. Lungimea maximă a MAC PDU este de 2048 biți, incluzând titlul, sarcina utilă și Verificare Ciclică a Redundanței (CRC). Pentru Punctul la Punctul Multiplu (PMP), MAC definește Conexiunea inversă Rapidă ARQ,

Fragmentarea, Împachetarea și Marea Administrare a subtitlurilor. Conexiunea inversă Rapidă ARQ și Marea Administrare a subtitlurilor sunt folosite pentru a comunica ARQ și staturilor de alocare a lățimii de bandă dintre BS și SS. Subtitlurile de Fragmentare și Împachetare sunt folosite pentru a utiliza alocarea lățimii de bandă eficient. Standardul definește un număr de mesaje MAC de administrare care sunt folosite pentru a trece de controlul informațiilor dintre SS și BS. Aceste mesaje sunt împărțite în mesaje difuzate, mesaje inițiale de determinare, mesaje de bază și mesaje primare de administrare.

2.4 Intrarea Rețelei

Pentru a putea comunica în rețea SS are nevoie să completeze cu succes procesul de intrare în rețea cu BS-ul cerut. Procesul de intrare în rețea este împărțit în canale DL de sincronizare, clasificare inițială, capabilități de negociere, schimbul mesajului de autentificare, înregistrarea și stadiile de conexiune al IP-ului. Intrarea în rețea condiționează mișcările mașinilor să se reseteze dacă nu reușește dintr-un stadiu. După terminarea procesului de intrare în rețea, SS creează unul sau mai multe servicii flows (curgeri) pentru a trimite date la BS. Figura 2 descrie procesul de intrare în rețea. Următoarele subsecțiuni descriu pe fiecare din aceste etape cu mai multe detalii. Figura 2: Procesul de intrare în rețea

a)Sincronizarea Deconectării Canalului

Atunci când SS dorește să intre într-o rețea, aceasta scanează pentru un canal dacă lista frecvenței este definită. În mod normal o SS este configurată pentru a folosi un BS specific cu un set de parametrii operaționali dați, atunci când operează într-o bandă autorizată. Dacă SS găsește un canal DL și este capabilă să se sincronizeze la nivelul PHY (detectează preambulul cadrului periodic), atunci stratul MAC caută un DCD și UCD pentru a obține informații despre modulație și alți parametrii DL și UL.

b)Etalonarea Inițială

Atunci când SS s-a sincronizat cu canalul DL și a primit DL și UL MAP pentru un cadru, începe procesul inițial de etalonare prin trimiterea unei mesaj MAC de solicitare de etalonare la intervalul de etalonare inițial folosind puterea minimă de transmitere. Dacă nu primește un răspuns, SS trimite din nou solicitarea de etalonare într-un cadru următor, folosind o putere de transmitere mai mare. În cele din urmă SS primește un răspuns de etalonare. Răspunsul indică fie corectările de putere și fie de timp pe care SS trebuie să le facă sau să indice reușita. Dacă răspunsul indică corectările, SS face trei corectări și trimite o altă cerere de etalonare. Dacă răspunsul indică reușita, SS este gata să trimită datele la UL.

c)Capacitățile de Negociere

După terminarea cu succes a etalonării inițiale, SS trimite un mesaj de solicitare a capabilității în termenii nivelului de modulație suportat, schemelor și ratelor de codare și a metodelor combinate. BS acceptă sau respinge SS, pe baza capacităților sale.

d)Autentificarea

După negocierea capacității, BS autentifică SS și asigură material cheie pentru a permite codificarea datelor. SS trimite certificatul X.509 al producătorului de SS și o descriere a algoritmilor suportați criptografic la BS-ul său. BS validează identitatea SS, determină algoritmul de cifrare și protocolul care trebuie folosit, și trimite un răspuns de autentificare la SS. SS-ului i se cere să facă periodic autentificarea și procedurile de schimbare a cheilor pentru a împrospăta materialul de cheie.

e)Înregistrarea

După terminarea cu succes a autentificării SS se înregistrează în rețea. SS trimite un mesaj de solicitare pentru înregistrare la BS, iar BS trimite un răspuns de înregistrare la SS. Schimbul de înregistrare include și suportarea versiunii de IP version support, SS suportul de administrare sau ne-administrare, suportul parametrilor ARQ, suportul opțional de clasificare, suportul CRC și controlul volumului trimis.

f)Conexiunea IP

SS pornește apoi DHCP (IETF RFC 2131) pentru a lua adresa IP și alți parametri pentru a stabili conexiunea IP-ului. BS și SS mențin data și timpul prezent folosind protocolul timpul zilei (IETF RFC868). Apoi SS descarcă parametrii operaționali folosind TFTP (IETF RFC 1350).

g)Crearea Conexiunii de Transport

După terminarea înregistrării și transferul parametrilor operaționali, sunt create conexiunile de transport. Pentru fluxul de servicii prefurnizate, procesul de creare al conexiunii este inițiat de BS. BS trimite un flux dinamic de servicii suplimentare mesajului de solicitare de la SS și SS trimite un răspuns pentru a confirma crearea conexiunii. Crearea conexiunii pentru fluxurile de servicii ne-prefurnizate este inițiat de SS prin trimiterea unui flux dinamic de servicii suplimentare mesajului de solicitare la BS. Bs răspunde printr-o confirmare.

2.5 Substratul de Convergență

Stratul 802.16 MAC furnizează un strat de subconvergență pentru transportul celulelor ATM și a pachetelor IP. Stratul MAC clasifică pachetele și le dirijează în conexiunea 802.16 cerută și suprimarea pachetului titlului pentru a evita transmiterea de informații redundante pe calea conexiunii aeriene.

2.6 Crearea Protocolului pentru Unitatea de Date și Solicitarea Repetată Automat

802.16 MAC realizează funcțiile de creare a standardului PDU. Acesta aplică titlu MAC și calculează in mod opțional CRC. Deoarece resursele de conectare aeriană sunt foarte prețioase, stratul 802.16 MAC realizează și fragmentarea MAC SDU și împachetarea MAC SDU. SDU mici sunt împachetate pentru a umple alocările de conexiune aeriană, iar SDU mari sunt fragmentate atunci când nu încap într-o alocare de conexiune aeriană. MAC PDU pot fi inserați în explozii care au aceeași modulație și codare.

Figura 3: PDU și SDU în pachetul de protocol

Procesarea ARQ este procesul de retransmitere a blocurilor MAC SDU (“blocuri ARQ”) care au fost pierdute sau deformate. 802.16 MAC folosește o abordare simplă de alunecare pe bază de fereastră, unde emițătorul poate transmite până la un număr negociat de blocuri fără să primească nici o confirmare. Receptorul trimite confirmarea sau mesaje negative de confirmare pentru a indica emițătorului care blocuri SDU au fost primite cu succes și care au fost pierdute. Emițătorul reține blocurile care au fost pierdute și mută înainte fereastra de alunecare când blocurile SDU sunt confirmate că au fost primite.

2.7 Clasele de Servicii

802.16 MAC asigură diferențierea QoS pentru tipuri diferite de aplicații care pot opera peste rețelele 802.16. Standardul 802.16 definește următoarele tipuri de servicii:

• Servicii de Permisiune Nesolicitate (UGS): UGS este proiectat pentru a susține

serviciile Ratei Constante a Bit-ului (CBR), cum este emulația T1/E1, și VoIP fără suprimarea liniștii.

• Servicii de Polarizare în Timp Real (rtPS): rtPS este proiectat să susțină serviciile de

timp real care generează pachete de date variabile ca dimensiune pe temeiuri periodice,

precum video MPEG sau VoIP cu suprimarea sonorului.

• Servicii de Polarizare în Timp ne-Real (nrtPS): nrtPS este proiectat să susțină serviciile

de timp ne-real care solicită modele de explozie pentru accesul datelor de dimensiuni diferite în mod regulat.

• Serviciile pentru cel mai Bun Efort Best Effort (BE): Serviciile BE sunt oferite azi în

mod normal de Internet pentru navigarea pe Web. Fiecare SS până la conexiunea BS îi este desemnată o clasă de servicii ca parte a creării conexiunii. Atunci când pachetele sunt clasificate în substratul de subconvergență, conexiunea în care sunt plasați este aleasă pe baza tipului de garanții QoS care sunt cerute de această aplicație. Figura 4 arată mecanismul 802.16 QoS în susținerea serviciilor multimedia, inclusiv vocea TDM, VoIP, difuzarea video, TFTP, HTTP și e-mail.

Figura 4: Mecanismul QoS pentru serviciile multimedia

Există două tipuri de mecanisme de polarizare:

Uni-Difuzare: Când un SS este polarizat individual, este alocată lățime de bandă pentru a trimite mesajele de solicitare pentru lățimea de bandă.

Bazat pe conținut: Solicitarea de lățime de bandă bazată pe conținut este folosită atunci când nu este disponibilă suficientă lățime de bandă pentru a polariza individual mai mulți SS-uri inactivi. Distribuirea este multi-difuzată sau difuzată la un grup de SS-uri care trebuie să susțină pentru oportunitatea de a trimite solicitări pentru lățime de bandă.

2.8 Programarea și Adaptarea la Conexiune

Scopul programării și adaptării la conexiune este acela de a asigura tratamentul QoS dorit pentru traficul care traversează aerian, în timp ce utilizează în mod optim resursele aeriene. Programarea în 802.16 MAC este împărțită în două sarcini de programare legate între ele: programarea pentru folosirea aeriană printre SS-uri și programarea pachetelor individuale la BS și SS-uri. Programatorul aerian merge pe BS și în general este considerat o parte a stratului BS MAC. Acest programator determină conținuturile porțiunilor DL și UL din fiecare cadru.. Când sunt folosite moduri opționale precum diversitatea de transmitere, AAS și MIMO, stratul MAC trebuie să împartă subcadrele UL și DL în zone normale, de transmitere a diversității, AAS și MIMO, pentru a ajusta SS-uri care trebuie deservite folosind unul dintre aceste moduri. Prin împărțirea subcadrelor în zone, programatorul alocă oportunitățile de transmitere la SS-uri individuale în zona în care acestea operează. În OFDM, oportunitățile de transmitere DL sunt canale de timp, în timp ce în OFDM UL și OFDMA UL și DL, oportunitățile de transmitere sunt canale de timp în subcanale individuale. Când un AAS cu SDMA este angajat în cadrul BS, un canal de timp dat la un subcanal dat poate fi distribuit la SS-uri multiple. Aceasta înseamnă că cele două probleme de programare dimensională (cu canalele de timp de-a lungul unei axe și subcanalele de-a lungul alteia) devine o problemă tridimensională, cu cea de-a treia axă fiind axa spațială. MAC trebuie să determine care SS-uri au semnături spațiale ortogonale, marcându-le ca buni candidați pentru împărțirea acelorași combinații subcanal/ canal de timp. Programatorul aerian trebuie de asemenea să determine profilul de explozie potrivit pentru comunicarea cu fiecare SS. BS monitorizează semnalul la valoarea zgomotului (SNR) și crește sau descrește rata de codare și

nivelul de modulație conform pentru traficul pentru un SS. Acesta obține rezultatul cel mai mare posibil, în timp ce menține un nivel BER dat. Programatorul aerian determină solicitările de lățime de bandă ale SS-uri individuale pe baza claselor de servicii ale conexiunii și pe statusul cozilor de trafic la BS și SS. BS monitorizează propriile cozi pentru a determina solicitările de lățime de bandă ale DL și utilizează un număr de mecanisme de comunicare diferite (cum este polarizarea și cererile de lățime de bandă nesolicitate) pentru a ține informat de solicitările de lățime de bandă ale SS-ului pentru UL. În final este un pachet de program în BS și SS. Acest programator programează pachetele de la cozile conexiunilor în oportunități de transmitere distribuite la SS în fiecare cadru.

3.

8. CONCLUZIE

IEEE 802.16 este un standard foarte complicat, caracterizând adaptabilitate mare pentru a mări folosirea conexiunii aeriene; prin urmare acesta necesită algoritmi sofisticați. În același timp, implementarea sa ar trebui să expună simplitatea folosirii pentru utilizatori și să furnizeze QoS potrivit. Prin urmare, 802.16 MAC pune provocări importante elementului de implementare al software-ului BS. Termenele reale grele trebuie îndeplinite în timp ce este menținut rezultatul superior și comportamentul previzibil. Cele două implementări MAC descrise mai sus, care sunt disponibile pentru procesoarele de rețea Intel IXP și pentru procesoarele de Construcție Intel Pentium M, furnizare completă, implementări robuste ale specificației 802.16, în același timp îndeplinește și scopurile de virtualizare stabilite suplimentar și extensibilitate prezentate în introducerea acestei lucrări. Existența celor două implementări 802.16 BS MAC permite producătorilor de echipamente să selecteze software MAC și construcția procesoarelor asociate acre îndeplinesc cel mai bine puterea lor, prețul, portabilitatea și nevoile de performanță.