Введение

Предлагаемое учебное пособие посвящено изучению основных принципов построения систем беспроводного доступа WiMAX. Рассматриваются физический уровень, подуровень доступа к среде и сетевой уровень систем. Большое внимание уделяется методам формирования сигналов с OFDM, способам их приема, а также структуре кадров в сетях WiMAX.

На физическом уровне сетей WiMAX (PHY-уровень) определены вид используемых для передачи данных сигналов, способы манипуляции и помехоустойчивого кодирования, алгоритмы формирования логических каналов и т. п.

На подуровне доступа сетей WiMAX (MAC-подуровень) решаются задачи согласования форматов данных протоколов вышестоящих уровней и данных физического уровня; выполняются основные функции по планированию, обработке и выделению ресурсов, установлению и поддержанию соединений, поддержке QoS, а также осуществляется шифрование данных для обеспечения конфиденциальности работы пользователей.

Сетевой уровень сетей WiMAX определяет способы построения системы связи в целом, методы взаимодействия между собой базовых станций, мобильных терминалов, шлюзов, описываются топология и структура сети. На сетевом уровне вводятся понятия домашних и гостевых провайдеров, домашних агентов и указывается порядок обмена данными между ними.

Внастоящем пособии, в отличие от другой аналогичного рода литературы, там, где это возможно, изложение ведется с позиций приемника, а не передатчика. Такой подход позволяет уделять большее внимание вопросам приема сигналов WiMAX, что часто представляет наибольший интерес.

Впервом разделе настоящего пособия рассматриваются основные принципы построения сетей WiMAX, описывается семейство стандартов IEEE 802.16. Большое внимание в этом разделе уделяется описанию сигналов с ортогональным частотным уплотнением, составляющих основу фи-

зического уровня сетей WiMAX, и систем с MIMO, так как стандарт WiMAX является первым стандартом, поддерживающим режимы передачи с нескольких антенн совместно с пространственно-временным кодированием или пространственным уплотнением.

8

Второй раздел посвящен физическому уровню сетей IEEE 802.16. Основное внимание здесь уделяется описанию способов формирования логических подканалов в нисходящем и восходящем каналах в зоне PUSC. Также подробно рассматриваются структура кадра WiMAX в режиме временного дуплекса, способы построения одночастотных сетей, процедуры перемежения, скремблирования и помехоустойчивого кодирования, включая сверточное турбокодирование. Также во втором разделе кратко рассмотрены общие вопросы приема сигналов WiMAX, включая тактовую синхронизацию, эквалайзеры и декодирование сверточного турбокода.

В третьем разделе рассматриваются основные принципы построения подуровня MAC сетей WiMAX, приводится описание формата пакетов данных, различных заголовков и подзаголовков, описываются управляющие сообщения подуровня MAC. Особое внимание в третьем разделе уделяется вопросам обеспечения безопасности передачи данных в сетях WiMAX и описанию подуровня безопасности этих сетей.

К сожалению, вследствие ограниченности объема пособия за рамками рассмотрения остались такие вопросы, как адаптивные антенные системы в сетях WiMAX, блочное турбо- и LDPC-кодирование, описание процедур подключения абонентов к сети и хэндовера, балансирование нагрузки. Тем не менее, настоящее пособие охватывает все основные вопросы функционирования систем WiMAX от физического до сетевого уровней.

Каждый раздел настоящего пособия является относительно изолированным, от других разделов, что позволяет сразу сосредоточиться на освоении учащимся необходимого ему материала. Например, при изучении способов формирования логических подканалов достаточно освоить только материал второго раздела и правильно ответить на соответствующие контрольные вопросы.

Для первичного ознакомления с сетями WiMAX достаточно изучить материал следующих разделов пособия:

1.1. Стандарты IEEE 802.16. Форум WiMAX;

1.2.1. Архитектура сетей WiMAX IEEE 802.16;

2.1. Сигнал физического уровня. Основные параметры;

2.2.2. Структура кадра в режиме временного дуплекса; 2.4.7. Сводные данные по процедурам модуляции и кодирования;

9

3.1. Подуровни стандарта IEEE 802.16;

3.2.1. Принципы функционирования общего подуровня MAC;

3.3.1. Архитектура подуровня безопасности WiMAX.

Тем не менее, для системного освоения систем WiMAX необходимо последовательное изучение всех разделов пособия.

Материалы предлагаемого пособия прошли апробацию в курсах, читаемых на кафедре радиоэлектронных средств защиты информации радиофизического факультета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Учебное пособие рекомендовано Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки ―Техническая физика‖. Оно также может быть полезно студентам, обучающимся по направлениям подготовки ―Радиотехника‖ и ―Инфокоммуникационные технологии и системы связи‖.

Автор выражает благодарность ассистенту кафедры радиоэлектронных средств защиты информации радиофизического факультета СанктПетербургского государственного университета А. Б. Кислицыну за помощь при подготовке настоящего пособия.

10