Ўқув қулланма Тошкент 2011 йил

5.4.4. WiMAX тармоқларини лойихалаштириш ва ташкил қилиш

2006 йил охирида IEEE 802.16e стандарти мобил профилини яратиш устида олиб борилган ишлар якунланди. Ҳозирги кунда стандарт радиоуланиш интерфейсларининг кўплаб турлари мавжуд, лекин айнан IEEE 802.16e стандартини ишлаб чиқишда қуйидаги алгоритм ва ускуналардан қўллаш имконияти яратилган:адаптив антенна тизимлари - AAS ва муруккаб антенна тизимлари- MIMO, улар турли зичликда ташкил топган кўплаб қайта аксланувчи сигналларни ишлашни таъминлайди. WiMAX тизимларида йўналтириш диаграммаларини адаптив шакллантириш технологияси – Beamformingнинг қўлланилиши - (AAS элементи сифатида) тизимлар ўтказиш қобилиятини ошириш ва алоқа масофасини кенгайтириш ва интерференция даражасини пасайтириш имконини беради [51]. Бу макросот принципи бўйича тармоқларни қуриш ҳолатларида хизмат кўрсатиш майдонларининг кенгайишига олиб келади. Бошқа томондан, MIMO технологияси микро-, пико ва фемтотузилишларда хам ўтказиш қобилиятини оширишни таъминлайди. AAS ва MIMO технологияларининг биргаликда қўлланилиши бир-бирини тўлдирувчи сифатида маълумот узатиш тезлиги ва алоқа сифати бўйича етарлича устунлик олиш имконини беради. Бу технологияларни тўлиқ кўриб чиқамиз.

5.4.4.1. Йўналтириш диаграммасини адаптив шакиллантириш технологиясининг қўлланилиши

Йўналтириш диаграммасининг адаптив шакиллантириш технологиясидан фойдаланишда (кейинчалик AAS) ТС антеннасининг электр майдони узоқ зонада АУ ҳолати ўзгарганида йўналтириш ҳусусиятларини ўзгартириш имкониятини АУ томонга йўналтирадиган тор йўналтирилган бош япроқча кўринишида шакллантирилади. Амалда бир сота таъсиридаги чегараларда кўп сонли абонентлар бўлганида кўп япроқчали диаграммаларни шакллантириш (япроқчалчалар ҳар бир абонентга ёки абонентлар гуруҳига йўналтирилади) амалга оширилади. Бунга вақт бўйича ва OFDM-элтувчи частоталар бўйича клиентларни ажратиш туфайли еришилади. Бундай кўп нурли диаграммани шакллантириш учун ТС таркибидаги алоҳида қабул қилгич-узаткичлар сигнални кўп элэментли антенна панжараси орқали қабкл қилади ва узатади (4 элементли антенна панжарасилари), бунда бундай панжаранинг ҳар бир элэмент ҳар бир вақт моментида бошқаларига нисбатан маълум фазавий сурилишга эга бўлади. Натижада таркибидаги нурлантиргичнинг йўналтириш диаграммаларини (ЙД) комбинацияланиши туфайли яхшиланган йўналтирилганлик ҳусусиятларига эга бўлган йиғинди диаграмма шакллантирилади (юқори кучайтириш коэффицентили торроқ бош япроқча). Ҳалақитлар манбалари йўналишида ЙДда нолинчи ташкил этувчилар шакллантирилади, бу исталмайдиган йўналишли интерференцияни деярли тўлиқ сўндириш имкониятини беради. Бинобарин, бу концепция ҳар иккала БСдан АУга ва АУдан БСга йўналишларда ишлайди. Бунда АУдан қабул қилинадиган сигналлар уларнинг жойлашган ўрнини аниқлаш учун ва кейин «пастга» каналда ЙДни шакллантириш учун ишлатилиши мумкин.
ЙДни шакллантириш ғояси янги ҳисобланмайди ва адаптив антенналар тизими ёки “интелектуал антенналар” концепцияси бошқа радио тизимлар стандартларида кўп йиллардан буён ишлатиб келинмоқда. Бу технология асосан БСда ишлатилади ва охирги фойдаланувчи қйрилмаларни сезиларли ўзгартирилишини талаб қилмайди. Шунга мос равишда WiMAX учун сертификациялаштирилган абонент қурилмалари оператор қурилмаларининг имкониятларини чеклаб қўймаслиги учун ААS технологиясини қўллаб қувватлаши кераклиги қарори қабул қилинди. ТС учун бундай имконият қўшимча, лекин мажбурий эмас ҳисобланади. ААS технологиясидан фойидаланишни мусбат томонлари қуйидагича.
Биринчидан, турли узаткичлар энергияси ва турли қабул қилгичлар сезгирликлари тезроқ нурга концентрацияланади, у ҳолда ТС нинг таъсир этиши зонаси кенгаяди. Бу ҳал қилувчи ва «юқорига» алоқа линиясига тегишли бўлади. 5.27-расмда ЙД ни шакллантирилишининг талаб қиладиган БСлар сонига таъсири келтирилган. Диаграммада кўриниб турибдики, бир хил қамраш зонасини таъминлаш учун битталик антеннали ТС дан фойдаланилганда ва MIMO техналогияси қўлланилганда AAS дан фойдаланилганлигига нисбатан 2.13 мартта кўп станциялар талаб қилинади. Фақат фазивий сурилган қабул қилгичлардан фойдаланилганда эса фарқ 1.39 марттани ташкил этади.

5.27–расм. AAS дан фойдаланишга ТС сонининг боғлиқлиги

Шундай қилиб, сурилган қабул қилгичлардан ёки фақат MIMO дан фойдаланиладиган тизимга таққослаганда AAS техналогияси минимум 40% базивий станциялар сонини камайтирилишини таминлайди.

Иккинчидан, сигнал энергияси фақат индивидуал абоненларга йўналтирилади, у ҳолда бу тармоқнинг қўшни секторларидаги бошқа абонентларга йўналтириладиган ёки қабул қилинадиган энергия миқдори камаяди, шунга кўра сигнал – ҳалақит ҳолати сезиларли яхшиланади. Бу концепция ҳам «пастга», ҳам «юқорига» алоқа линияларида ишлайди.
Бошқа объектни кўоиб чиқамиз ва унинг муҳимлигини баҳолаймиз. WiMAX радиотармоғи секторли архитектурали алоқа тармоқлари ҳисобланади. Ўхшаш қўшни ТС лар таъсир этиш зоналарида ўша ьир частоталардан фойдаланилади.
WiMAX тармоқлар учун кўпинча 1:3 частоталардан такрорий фойдаланиш схемаси қўлланилади, бу ТС ларнинг учта секторли конфигурацияси ишлатилганда барча қўшни ТС лар секторларида ўша бир частоталар такрорий ишлатилишини билдиради (5.28 - расм).

5.28-расм. WiMAX тармоғининг секторли арҳитектураси

Бу эса ўз навбатида, радиотўлқинлар секторининг шартли чегараларидан ташқарида хам тарқалиши туфайли қўшни БСларга узатишга ҳалақитлар ҳосил қилишини билдиради. Бу айниқса ТС антенналари бинолар томлари сатҳидан юқорида жойлашганида ёки ТС ва АУ орасида фазовий бўшлиқ бўлганида критик ҳисобланади. Бундай холларда каналлараро интерференйия ўз ўрнига эга бшлади ва сигналнинг атрқалишига кучли таъсир этади.

Бунга қарши туриш учун WiMAX тизими АМС модуляция усулларини ва кодлаш схемаларини адаптив ўзгартирилишини таъминлайди. Масалан, QPSK ½ модуляция+ҳалақитбардош кодлаш алоқа сифати бўйича яхши (аъло) натижаларни беради, лекин бунда маълумотларни узатиш тезлиги бўйича ютқазишга тўғри келади. Яъни ҳатто ёмон радиоалоқа шароитларида хам ишончли радиоалоқа таъминланади, лекин бунда каналнинг ўтказиш қобилияти камаяди. Адаптив антенна қўлланилмаганда бу схема АУ БСнинг бевосита яқинида бўлганида ёки CINR даражанинг идеал шароитларида ишлатилиши мумkmн. Бунда БСнинг қувватини оширилиши ёрдам бермайди, аксинча ҳалақит беради, чунки бу церда қўшни секторлардаги интерференция даражаси ортади.
5.29-расмда келтирилган схемадаги AASли тизим MIMO технологияси қўлланилган фақат антенналарни фазовий сурилишини таъминлайдиган ўхшаш йечим билан таққосланади. График хар ҳил модуляция ва кодлаш схемаларида қамраб олинидиган худудга боғлиқликни кўрсатади. Кўриниб турибдики, AAS технологиясининг афзаллиги яққол кўриниб турибди. Хатто, энг ишончли QPSK ½ схема AASли тизим қамраб оладиган майдоннингн 80 % да барқарор иш қобилиятини таъминлайди. Қўшни БСлар миқдорини ўрнатиш вазиятни тубдан ўнгламайди, чунки ТС қўшимча ҳалақитларни юзага келтиради.
Шунингдек, AAS технологияси қўлланилиб қурилган макросотали архитектуралар ҳолатида фойдаланиш мумкин бўлган юқорироқ даражадаги бошқа схемалар хам бор. Улар спектрал самарадорликни сезиларли оширилишини таъминлайди, бу эса якунда хар бир абонент учун маълумотларни узатиш тезлигини оширилишига ва ўша бир ўттказиш қобилиятида абонентлар сонини оширилишига олиб келади.

5.29-расм. Хар ҳил модуляция ва кодлаш схемалари турларида ASS ва MIMO технологиялари қўлланилганда қамраб олинадиган ҳудуд фоизи

AAS технологиясини қўлланилишинингмобил абонентларли алоқа тизими ҳарактеристикаларига таъсири даражасини аниқлаш учун баҳолашни абонентлар ҳаракатланишининг турли тезликларида кўп нурли каналларнинг наъмунавий моделларидан фойдаланиб бажариш зарур. Натижада паст мобилликли абонентлар учун (яъни 30km/soat гача тезликда ҳаракатланадиган) алоқанинг ишчи ҳарактеристикалари ўзгармайди. Фақат АУнинг юқори ҳаракатланиш тезликларида ютуқ бир оз камаяди, лекин ҳатто бунда хам адаптив алгоритмлар ишлатилмайдиган тизимлардагига қараганда тизимнинг иш ҳарактеристикалари яхшироқ бўлади.

AAS теҳнологиясининг қўлланилиши афзалликларидан яна бири ҳалақитларни сўндиришли алгоритмларили AAS комбинацияланганида частоталардан такрорий фойдаланиш коэффицентини 1 қийматгача етиши мумкин. Бу барча БСларда барча мавжуд частоталар полосаси ишлатилиши мумкинлигини билдиради. Бу тизимнинг спектрал самарадорлигини қўшимча ошириш, шунингдек, ҳатто частотта ресурси чекланганида WiMAX тармоғини ишлатилишига имкон беради.
Шундай қилиб, ТС таркибида AAS технологиясини ишлатилиши ўтказиш қобилиятини деярли 40 % га оширилишига олиб келади, бунда хар ьир каналнинг спектрал самарадорлиги 2,1 bit/sek/Gs/sektor га етади.

2. MIMO технологиясининг қўлланиши

Юқорида таърифлаганимиздек, кўп узатгич ва кўп қабул қилгичли узатиш асосида (MIMO) сигналларни қайта ишлаш анча истиқболли технология ҳисобланади. Бу технология симсиз кенг полосали тармоқларда соталарнинг утказиш қобилиятини ва маълумот узатиш тезлигини оширишни таъминлайди. Жуда зич жойлашган шаҳар шароитлари микросоталар, пикосоталар ёки фемтосоталарда ТС ва АУ орасида сигнални кўп марта акс эттириш имконини беради. Буни максимал даражада таъминлаш учун узатилаётган оқимларни бир вақтда кўп маротаба юқори даражада декорреляциялашни таъминлаш керак. Бу технология схемалари антенналар ичига жойлаштирилиши ёки турли турдаги қутбланиш антенналаридан фойдаланиши мумкин. MIMOда сигнални декодерлаш оддий ҳолатда амалга оширилмагани сабабли абонент ускунасини ҳам мураккаблигини оширишни талаб этади.
WiMAX тизимларида MIMO дан фойдаланиш қуйидаги иккита асосий устунликни таъминлайди:

•