Технологии, используемые в WiMAX

Развитие стандарта WiMAX

Стандарт WiMAX – Worldwide interoperability for Microwave Access, впервые появился в конце 2001г. В соответствии с иерархией стандартов беспроводного доступа он относится к классу MAN (Metropolitan Area Network). По пропускной способности, покрытию территории и предоставляемым услугам WiMAX превосходит стандарт Wi-Fi (IEEE802.11) класса LAN (Local Area Network), позволяя при развитой инфраструктуре организовывать региональные, национальные и даже глобальные сети.

На физическом уровне в стандарте WiMAX используют 2 принципиально разные технологии. Данные можно передавать, модулируя одну несущую частоту (SC – Single Carrier) или множество поднесущих – технология OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).При в режиме SC к радиоканалам предъявляют те же требования, что и в радиорелейных сетях: использование только прямых лучей и применением узконаправленных антенн, подавление всех отраженных лучей с целью устранения межсимвольной интерференции. Поэтому технологию SC невозможно применять в сетях массового пользования с многолучевым распространением радиоволн в каналах связи.

Переход к технологии OFDM, позволяющей устранить межсимвольную интерференцию, произошел в 2004г.после появления нового стандарта WiMAX: 802.16-2004. В следующей версии стандарта были существенно изменены параметры OFDM. Был сделан переход к масштабируемой OFDM: число используемых поднесущих стало зависеть от рабочей полосы (SOFDM), а абоненту стали выделять определенное число подканалов (SOFDMA ‒ Scalable OFDM Access). Появилась возможность организации хэндоверов. Этот вариант стандарта WiMAX получил название мобильного WiMAX или стандарта 802.16е. Вариант 802.16е является основным в действующих сетях WiMAX. Последние 4 года его постоянно модернизировали. В частности он был дополнен стандартами 802.16i и 802.16j. Последний позволяет расширять действующие сети, используя ретрансляторы. Сейчас действует основной вариант спецификаций WiMAX от 29.05.2009: “IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems” [27].

В настоящее время завершается работа над новым вариантом стандарта WiMAX – 802.16m. Он предназначен для организации сетей с пропускной способностью выше 100 Мбмит/с и для поддержки ряда новых перспективных услуг. Этапы развития стандарта WiMAX представлены в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Стандарт	Принят	Полосы частот, ГГц	Мобильность	Технологии	Ширина канала, МГц
802.16	12.2001	11 - 66	нет	Одна несущая (SC)	20, 25, 28
802.16-2004	06.2004	2 - 11	нет	SC или OFDM (256)[7]	1,75; 3,5; 7; 14; 1,25; 5; 10; 15; 8,75
802.16е	12.2005	11 - 66 2 - 11 (фикс.) 2 - 6 (моб.)	есть	SC или OFDM (256), или SOFDM (128, 512, 1024, 2048)	1,25; 5; 10; 20
802.16k		11 - 66 2 – 11 (моб.)	есть	SC или OFDM (256), или SOFDM (128, 512, 1024, 2048)	1,25; 5; 10; 20
802.16-2009		Те же	есть	Те же + 802.16i	Та же
802.16j		Те же	есть	Те же + ретрансляция	Та же
802.16m	Разработка	Ниже 3,6	есть	SOFDMA	1 ‒ 20

 

Технологии, используемые в WiMAX

Варианты физического уровня и доступные технологии различных версий WiMAX описаны в табл. 11.2:

1. WirelessMAN-SC (Single Carrier) – вариант с передачей на одной несущей, работающий только в пределах прямой видимости на частотах выше 11 ГГц;

2. WirelessMAN-SCa – тоже вариант на одной несущей, работающий в пределах прямой видимости по принципу точка - многоточка в диапазоне 2 – 11 ГГц;

3. Wireless MAN-OFDM – вариант точка - многоточка при отсутствии прямой видимости и многолучевом распространении сигналов с использованием 256 поднесущих в диапазоне 2 – 11 ГГц;

4. Wireless MAN OFDMA (масштабируемая OFDMA) с использованием 128, 512, 1024 или 2048 поднесущих в зависимости от полосы радиоканала; вариант, работающий по схеме точка - многоточка при многолучевом распространении сигналов с возможным хэндовером при обслуживании подвижных абонентов.

5. WirelessHUMAN (High speed Unlicensed MAN); 2 – 11 ГГц; сети WiMAX в нелицензируемых диапазонах.

Таблица 11.2

Технология передачи	Диапазоны, ГГц	Дополнительные технологии	Варианты дуплекса
WirelessMAN-SC	10 – 66		временной, частотный
WirelessMAN-SCа	Ниже 11, лицензиров.	AAS, ARQ,STC, мобильный	временной, частотный
WirelessMAN-OFDM	Ниже 11, лицензиров.	AAS, ARQ, Mesh,STC, мобильный	временной, частотный
WirelessMAN-OFDMA	Ниже 11, лицензиров.	AAS, ARQ, HARQ, STC, мобильный	временной, частотный
WirelessHUMAN	Ниже 11, нелицензиров.	AAS, ARQ, Mesh,STC	временной

В вариантах 3 и 5 предусмотрены возможности организации Mesh-сетей с полновесной топологией для ускорения передачи трафика (возможна передача информации по временно организуемым соединениям, в том числе и межсистемным).

В табл. 11.2 указаны дополнительные технологии, обеспечивающие увеличение зон покрытия, скоростей передачи и улучшение качества связи:

AAS – adaptive antenna system; адаптивная антенная система; использование более, чем одной антенны на станциях для увеличения емкости сети и улучшения покрытия,

ARQ – automatic repeat request; технология, обеспечивающие повторную передачу непринятых пакетов,

HARQ – hybrid automatic repeat request; гибридная технология повторной передачи непринятых пакетов,

STC – space/time coding; пространственно-временное кодирование.

Связь в сетях WiMAX можно осуществлять как с временным (TDD), так и с частотным (FDD) дуплексом. Абсолютное большинство действующих сетей WiMAX работает с временным дуплексом.

Для сетей WiMAX выделены лицензируемые полосы частот в диапазоне 2…11 МГц. В настоящее время большая часть операторов осваивает полосы 2,3 – 2,4, 2,49 – 2,69, 3.3 – 3.8 ГГц.

Далее будем рассматривать только варианты сетей WiMAX, основанные на использовании технологий OFDM и SOFDMA.