Технология WiMAX

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет  путей сообщения (ОмГУПС)

 

Кафедра «Автоматика  и Системы Управления»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тематический  реферат

 

на  тему: «Технология WiMAX»

 

по дисциплине: «Телекоммуникационные технологии»

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Выполнила:

Студентка гр. 29М

М.С. Рашидова

_____________________               

^{(подпись)}                 

_____________________   

^(дата)

Руководитель:

А.Г. Малютин

_____________________ 

^{(подпись)}

_____________________   

^(дата)

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2012

 

 

Содержание

Введение 3

1 Задачи,цели и приемущества WiMAX 5

2 Принцип работы WiMAX 6

3 Режим работы WiMAX 15

4 Защита связи 18

5 История развития проекта WiMAX 22

Заключение 26

Библиографический список. 

Введение.

 

На сегодняшний момент три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надёжность, мобильность. Соединить все три основных критерия может только поколение беспроводных технологий WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), стандарт IEEE 802.16.

 Современный мир не может без информации. Информационные магистрали сегодня не уступают по важности транспортным, они повсюду – и на суше, и на дне океана, и в космосе. Передача байта по линии связи стала не менее значимой, чем передача барреля нефти или кубометра газа. Но планете становится тесно от проводных линий связи. Эти пути уже мешают и их надо отбросить. Поэтому неудивительно, что беспроводные технологии переживают сегодня подлинный бум. Пользователям требуются все большие объемы трафика и скорости передачи данных – причем срочно. Современные мультимедийные приложения этому весьма способствуют. Ведь еще десять лет назад беспроводные локальные сети казались достаточно специальным инструментом. Сегодня – это массовый продукт, а термины Wi–Fi и WiMAX знают даже неспециалисты в связи.

  В августе 1998 года по инициативе Национальной испытательной лаборатории беспроводных электронных систем Национального института стандартов и технологии США (National Wireless Electronics Systems Testbed of the U.S. National Institute of Standards and Technology) встреча заинтересованных сторон, в результате которой комитет 802 IEEE организовал рабочую группу 802.16. С июля 1999 года группа приступила к регулярной работе. Изначально ее деятельность велась в трех направлениях: разработка стандарта для диапазона 10–66 ГГц (первоначально обозначался 802.16.1), для диапазона 2–11 ГГц (802.16.3), а также стандарта, регламентирующего совместную работу различных систем широкополосного беспроводного вещания (802.16.2).                                                                                      

Уже в декабре 2001 года стандарт IEEE 802.16 «Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems» (воздушный интерфейс для фиксированных систем с широкополосным беспроводным доступом) был утвержден и 8 апреля 2002 года официально опубликован. Он описывал общие принципы построения систем широкополосного беспроводного доступа и сосредотачивался на диапазоне 10–66 ГГц. 10 сентября 2001 года увидел свет стандарт IEEE 802.16.2 «Coexistence of Fixed Broadband Wireless Access Systems» (сосуществование фиксированных систем широкополосного беспроводного доступа). Над более низкочастотным диапазоном работы продолжались чуть дольше – стандарт 802.16а «Medium Access Control Modifications and Additional Physical Layer Specifications for 2–11 GHz» (модификации управления доступа к среде передачи и дополнительные спецификации физического уровня для диапазона 2–11 ГГц), регламентирующий работу в диапазоне 2–11 ГГц, был утвержден 29 января 2003 года, а 1 апреля опубликован. На рисунке 1 показано место стандарта 802.16 в иерархии стандартов IEEE 802.

Рисунок 1.1– Место стандарта 802.16 в иерархии  стандартов IEEE 802

 

 

 

Convergence Sublayer

Common Part Subla

yer

Privacy Sublayer

ATM, Ethernet, IP, 802.1Q

Packing, Fragmentation, ARQ, QoS

Authentication, Key Exchange Privacy

OFDM, Ranging, Power Control, DFS, Transmit, Receive

Link Layer Control

Transmission Convergence Sublayer

QPSK

16–QAM

64–QAM

Data Link Layer

Physical Layer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2– физический и уровень контроля доступа к среде передачи.

 

Все стандарты группы 802.16 описывают два нижних уровня модели   доступа к среде передачи (MAC – Medium Access Control). Структура этих уровней представлена на рисунке 2. В стандартах этой группы идет речь о радиоинтерфейсах, методах модуляции и доступа к каналам, о системе управления потоками, о структурах передаваемых данных, о механизмах связи протоколов передачи данных верхних уровней (прежде всего ATM и IP) с протоколами физического уровня IEEE 802.16 и д.р. Будем рассматривать стандарт «снизу» – физического уровня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Задачи,цели и приемущества WiMAX

 

Для продвижения  и развития технологии WiMAX был сформирован WiMAX–форум на базе рабочей группы IEEE 802.16, созданной в 1999 году. В форум вошли такие фирмы, как Nokia, Harris Corporation, Ensemble, Crosspan и Aperto. К маю 2005 года форум объединял уже более 230 участников. В том же году Всемирный съезд по вопросам информационного сообщества (World Summit on Information Society, WSIS) сформулировал следующие задачи, которые были возложены на технологию WiMAX.

Задачи  технологий WiMAX:

   –Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий для небольших поселений, удалённых регионов, изолированных объектов, учитывая при этом, что в развивающихся странах 1,5 миллиона поселений с числом жителей более 100 человек не подключены к телефонным сетям и не имеют кабельного сообщения с крупными городами;

    –Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий более половины населения планеты в пределах своей досягаемости, учитывая при этом, что общее число пользователей Интернета в 2005 году составляло приблизительно 960 млн. человек, или около 14,5 процента всего населения Земли.

Цель  технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводный доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома", портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения локальных сетей.

Надо  отметить, что технология имеет ряд  преимуществ:

 –По сравнению с проводными (xDSL, T1), беспроводными или спутниковыми системами сети WiMAX должны позволить операторам и сервис–провайдерам экономически эффективно охватить не только новых потенциальных пользователей, но и расширить спектр информационных и коммуникационных технологий для пользователей, уже имеющих фиксированный (стационарный) доступ;

  –Стандарт объединяет в себя технологии уровня оператора связи (для объединения многих подсетей и предоставления им доступа к Интернет), а также технологии "последней мили" (конечного отрезка от точки входа в сеть провайдера до компьютера пользователя), что создает универсальность и, как следствие, повышает надёжность системы;

 –Беспроводные технологии более гибки и, как следствие, более просты в развёртывании, так как по мере необходимости могут масштабироваться;

  –Простота установки как фактор уменьшения затрат на развертывание сетей в развивающихся странах, малонаселённых или удалённых районах;

 –Дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. Не требует прямой видимости между объектами сет, благодаря использованию технологии OFDM создает зоны покрытия в условиях отсутствия прямой видимости от клиентского оборудования до базовой станции, при этом расстояния исчисляются километрами;

 –Технология WiMAX изначально содержит в себе протокол IP, что позволяет легко и прозрачно интегрировать её в локальные сети;

–Технология WiMAX подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных объектов сетей на единой инфраструктуре.

 

           2.Принцип работы WiMAX.

 

Как уже отмечалось, стандарт IEEE 802.16 описывает работу в диапазоне 10–66 ГГц систем с архитектурой «точка–многоточка» (из центра – многим). Это – двунаправленная система, то есть предусмотрены нисходящий (downlink, от базовой станции к абонентам) и восходящий (uplink, к базовой станции) потоки. При этом каналы подразумеваются широкополосные (порядка 25 МГц), а скорости передачи – высокие (например, 120 Мбит/с).

              Тракт обработки данных и формирования выходного сигнала для передачи через радиоканал в стандарте IEEE 802.16 достаточно обычен для современных телекоммуникационных протоколов (см. рис. 3) и практически одинаков для восходящих и нисходящих соединений. Входной поток данных скремблируется – подвергается рандомизации то есть на него накладывается (XOR) псевдослучайная последовательность (ПСП), вырабатываемая с помощью линейного регистра сдвига длины 15 с характеристическим многочленом и начальным заполнением (см. рис. 3) Далее скремблированные данные кодируют с помощью помехоустойчивых кодов (FEC–кодирование). При этом используется одна из четырех схем: код Рида–Соломона (над ), код Рида–Соломона с дополнительным свёрточным кодом (скорость ) (схема свёрточного кодирования показана на рис. 3.2), код Рида–Соломона с дополнительным контролем четности ( ) и блочный турбокод. Размер кодируемого информационного блока и число избыточных бит не фиксированы – эти параметры можно задавать в зависимости от условий среды и требований к качеству предоставления услуг (QoS). Первые две схемы кодирования обязательны для всех устройств стандарта, остальные два алгоритма – дополнительные.

 

 

Рисунок 2.1 – Тракт формирования выходного сигнала в стандарте IEEE 802.16 (нисходящий канал)

 

Рисунок 2.2 – Генерация ПСП Схема кодирования сверточным кодом

 

 

Рисунок 2.3 – Генерация ПСП Схема кодирования сверточным кодом

 

В диапазоне 10–66 ГГц стандарт IEEE 802.16 предусматривает схему с модуляцией одной несущей (в каждом частотном канале). Стандарт допускает три типа квадратурной амплитудной модуляции: четырехпозиционную QPSK и 16–позиционную 16–QAM (обязательны для всех устройств), а также 64–QAM (опционально). Кодированные блоки преобразуются в модуляционные символы (каждые 2/4/6 бит определяют один символ QPSK/16–QAM/64–QAM) в соответствии с приведенными в стандарте таблицами – каждой группе из 2/4/6 бит ставится в соответствие синфазная ( ) и квадратурная ( ) координаты. Далее последовательность дискретных значений в каналах и преобразуется посредством так называемого синусквадратного фильтра (square–root raised cosine filter) в непрерывные (сглаженные) сигналы. Фильтрованные потоки и поступают непосредственно в квадратурный модулятор, где формируется выходной сигнал как функция , – несущая частота. Далее сигнал усиливается и передается в эфир. На приемной стороне все происходит в обратном порядке.

Данные на физическом уровне передаются в виде непрерывной последовательности кадров. Каждый кадр имеет фиксированную  длительность – 0,5; 1 и 2 мс, поэтому его информационная емкость зависит от символьной скорости и метода модуляции. Кадр состоит из преамбулы (синхропоследовательности длиной 32 QPSK–символа), управляющей секции и последовательности пакетов с данными (см рис.5). Поскольку определяемая стандартом IEEE 802.16 система двунаправленная, необходим дуплексный механизм. Он предусматривает как частотное (FDD), так и временное (TDD) разделение восходящего и нисходящего каналов.

При временном дуплексировании каналов кадр делится на нисходящий и восходящий субкадры (их соотношение в кадре может гибко меняться в процессе работы, в зависимости от потребной полосы пропускания для нисходящих и восходящих каналов), разделенные специальным интервалом (рис. 6а). При частотном дуплексировании восходящий и нисходящий каналы транслируются каждый на своей несущей (рис. 6б).

 

Рисунок 2.4 – Структура кадра в стандарте IEEE 802.16 для систем с временным (а) и частотным (б) дуплексированием каналов

 

В нисходящем канале информация от базовой станции передается в  виде последовательности пакетов (метод  временного мультиплексирования – TDM) (рис. 7). Для каждого пакета можно задавать метод модуляции и схему кодирования данных – то есть выбирать между скоростью и надежностью передачи. TDM–пакеты передаются одновременно для всех абонентских станций, каждая из них принимает весь информационный поток и выбирает «свои» пакеты (декодируя заголовки пакетов и определяя адрес назначения). В нисходящем субкадре пакеты выстраиваются в очередь так, что самые помехозащищенные передаются первыми (управляющая секция всегда передается посредством QPSK–модуляции). Если этого не сделать, абонентские станции с плохими условиями приема, которым предназначаются наиболее защищенные пакеты, могут потерять синхронизацию в ожидании своей порции информации.

 

Пакеты в нисходящем субкадре следуют друг за другом без интервалов и предваряющих их заголовков. Чтобы абонентские станции могли отличить один пакет от другого, в управляющей секции передаются карты нисходящего (DL–MAP) и восходящего (UL–MAP) каналов. В карте нисходящего канала указана длительность кадра, номер кадра, число пакетов в нисходящем субкадре, а также точка начала и тип профиля каждого пакета. Точка начала отсчитывается в так называемых физических слотах, каждый физический слот равен четырем модуляционным символам.

Профиль пакета – это  список его параметров, включая метод  модуляции, тип FEC–кодирования (с параметрами схем кодирования), а также диапазон значения отношения сигнал/шум в приемном канале конкретной станции, при котором данный профиль может применяться. Список профилей в виде специальных управляющих сообщений (дескрипторов нисходящего и восходящего каналов, DCD/UCD) транслируется базовой станцией с периодом в 10 с, присеем каждому профилю присваивается номер, который и используется в карте нисходящего канала.