Применение современных методов модуляции, кодирования и разделения в WiMax Предисловие.

Ниже приведены выдержки из довольно обширных исследований, проведенных специалистами факультета вычислительной техники и электроники университета штата Западная Вирджиния (г. Моргантаун, публикация 2007 г.) в той их части, которая относится к исследованию каналов передачи на физическом уровне и изложению результатов моделирования поведения систем WiMAX в условиях применения различных технологий, улучшающих качество канала передачи.

1. Стандарты Беспроводных Широкополосных сетей.

Wi-Fi является главным термином, используемым для представления тех беспроводных локальных сетей (WLAN), которые соответствуют стандарту IEEE 802.11. Стандарт IEEE 802.11 определяет эфирный интерфейс между беспроводным клиентом и базовой станцией или между двумя беспроводными клиентами. Стандарт IEEE 802.11 имеет несколько версий: 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n и т. д, каждая из которых предполагает работу в нелицензируемых полосах частот. Стандарт 802.11a предназначен для диапазона частот 5 ГГц и использования технологии OFDM для обеспечения скорости данных до 54Мбит/с. Стандарт 802.11b предполагает использование диапазона частот 2,4ГГц и технологии DSSS для передачи данных со скоростью 11Мбит/с. Стандарт 802.11g предназначен для полосы частот 2,4 ГГц, использует технологию OFDM и обеспечивает скорость данных до 54 Мбит/с.

Модуляция OFDM позволяет увеличить скорость данных и информационную емкость канала передачи, разделяя широкий канал, занимаемый одной модулированной несущей, на множество близко расположенных узкополосных каналов, занимаемых несущими, каждая из которых использует разную частоту для передачи различных частей сообщения. Для того, чтобы избежать наложения и интерференции несущих, узкополосные несущие располагают таким образом, чтобы соседние из них были ортогональны друг другу.

Стандарт 802.11n, как ожидается, должен обеспечить типовую скорость данных приблизительно 200 Мбит/с при использовании более широкого диапазона частот и метода «Множество Входов Множество Выходов» (MIMO) в дополнение к технологии OFDM. Согласно методу MIMO используют множество передающих и приемных антенн для того, чтобы увеличить пропускную способность канала передачи и надежность всей системы радиосвязи.

Построение LAN с применением Wi-Fi устраняет потребность в кабелях и в соединении с другими стандартами широкополосного доступа наиболее пригодно для обеспечения беспроводного широкополосного доступа в пределах офисов и жилых помещений. Но применение Wi-Fi имеет ограничения, связанные с расстоянием. При помощи передающей станции Wi-Fi можно реализовать широкополосный доступ к Интернет - клиентам в пределах расстояний до 100 метров от нее. Пусть более новые технологии, используя направленные антенны и дополнительные сети с Wi-Fi, позволяют увеличить диапазон расстояний от передающих станций Wi-Fi до расстояний более 100 метров, все же они не обеспечивают стандартизированный способ подсоединения Беспроводных Провайдеров Услуг Интернета (WISP) непосредственно к домам и офисам. Эта проблема широко известна как проблема «последней мили».

WiMAX, сокращение от «Международного взаимодействия для Способствования Микроволновому Доступу», является эффективным решением для «последней мили», имеющим целью предоставление широкополосной сети от WISP непосредственно к домам и офисам. Технология WiMAX основывается на стандарте IEEE 802.16, который в свою очередь определяет стандарт эфирного интерфейса WirelessMAN для беспроводных сетей, предназначенных для обслуживания крупных регионов. Оригинальный стандарт IEEE 802.16 предназначен для WiMAX в диапазоне частот 10 - 66 ГГц и предполагает работу в режиме «прямой видимости» - line of sight (LOS). Позже версия стандарта IEEE 802.16a была развита для использования в лицензируемых и освобожденных от лицензирования диапазонах частот от 2 до 11 ГГц для режима «без прямой видимости» (NLOS). Стандарт IEEE 802.16d, который также известен как IEEE 802.16-2004, является новой версией IEEE 802.16a и представляет собой решение для широкополосного доступа для последней мили. Этот стандарт является стандартом фиксированной связи, потому что он предполагает использование подписчиком неподвижной антенны. Стандарт IEEE 802.16e, назваемый также «мобильным WiMAX», является поправкой к стандарту 802.16d и добавляет «мобильность» к данному стандарту. В то время как применение фиксированного WiMAX в режиме «точка-многоточка» предоставляет широкополосный доступ к домам и фирмам, «мобильный WiMAX» предполагает полную мобильность клиентов сотовых сетей при предоставлении действительно широкополосных услуг.

Для WiMAX применяются как лицензируемые, так и нелицензируемые частотные спектры. Благодаря использованию направленных антенн, WiMAX позволяет получить большие расстояния передачи, которые могут достигать приблизительно 30 миль (50Км). В то время как 802.16 может предоставить максимальную пропускную способность до 124 Мбит/с, 802.16a может достичь пропускной способности только 70 Мбит/с, так как он должен преодолевать трудности, вызванные условиями режима NLOS в диапазоне 2-11 ГГц.

В то время как Wi-Fi использует схему OFDM с 64 несущими, WiMAX использует схему OFDM с 256 несущими, что позволяет ему достичь высокой скорости данных. Мобильная версия WiMAX, 802.16e, использует Множественный Доступ с Ортогональным Частотным Мультиплексированием (OFDMA), который не только делит несущие на множество поднесущих (как в OFDM), но также группирует эти множественные поднесущие в подканалы. Кроме того, WiMAX полагается на протокол доступа на основе запроса предоставления, который, в отличие от доступа на основе утверждения, используемого в Wi-Fi, не позволяет возникать коллизиям данных и, таким образом, более эффективно использует предоставленный диапазон частот. Как «фиксированный WiMAX», так и «мобильный WiMAX» имеют переменные полосы пропускания шириной от 1,5 до 20МГц для того, чтобы обеспечить возможность передачи на большие расстояния и к различному оборудованию подписчиков.