Wimax texnologiyasi haqida umumiy tushunchalar. Wimax tizimlarining tarqalishi va qo‘llanish sohalari. Arxitekturasi va asosiy xarakteristiklari. Reja

3.4. WiMAX tarmog‘ini tashkil qilishning o‘ziga xos xususiyatlari, ishlash rejimlari va profillari

3.4.1. WiMAX profillari

Umumiy holatda WiMAX tarmog‘i baza stansiyasi va abonent qurilmasi, shuningdek o‘zaro va boshqa umumiy ulanish tarmoqlari bilan aloqa qiluvchi baza stansiyalaridan iborat bo‘ladi. BS va AQ orasida ulanish bir necha rejimda amalga oshiriladi: doimiy(fiksatsiyalangan aloqa), seansli, ko‘chma va mobil. WiMAX tizimi «oxirgi milya» muammolarini hal qilish uchun va uzoqlashtirilgan ob’ektlar o‘rtasida keng polosali simsiz aloqani ta’minlash uchun qo‘llaniladi [8].

Tarmoqda hech bo‘lmaganda bitta BS simli umumiy foydalanish tarmog‘iga chiqish imkoniga ega bo‘lsa, BSlar o‘rtasida aloqa o‘rnatiladi. IEEE 802.16 standartlar oilasining tarmoq tuzilishi an’anaviy GSM tarmoqlarinikiga o‘xshash bo‘ladi. BS o‘n kilometr masofagacha signal uzatishni amalga oshiradi, BSlarni o‘rnatish uchun minora zarur emas – BSlarni uylarning tomiga bir-biriga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ko‘rinib turadigan qilib o‘rnatish mumkin [10].

WiMAX standarti fizik pog‘onasiga tegishli barcha talablarga muvofiq ravishda amaliyotda " WiMAX profili " atamasi qo‘llaniladi. Quyidagi rasmda ko‘rsatilgandek, bir necha WiMAX profillari o‘zaro farqlanadi.

Bundan tashqari, sertifikatlangan profillar ham mavjud bo‘lib, standartlar talablariga mos ravishda har xil qurilmalarni sertifikatlash maqsadida foydalaniladi. Bunda «Plagfest» (ing. Plugfest) deb nomlanuvchi uskunadan foydalanib sertifikatlangan profillardan biri asosida WiMAX standartiga qo‘yilgan talablarga mos holda WiMAX Forum laboratoriyalarida qurilmalarni testlash amalga oshiriladi. Vaqt o‘tishi bilan WiMAX standartiga tegishli bo‘lgan profillar takomillashib bormoqda.

3.10- jadval

WiMAX profillari parametrlari

	Turg‘un WiMAX	Evolyutsion WiMAX	Mobil WiMAX
Standart	IEEE 802.16-2004	IEEE 802.16e-2005	IEEE 802.16e-2005
Multiplekslash	OFDM	OFDM	OFDMA
Nimeltuvchilarning nominal soni	256	256	512, 1024
Dupleks rejimi	TDD, FDD, HFDD	TDD, FDD, HFDD	TDD
Modulyatsiya	BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM	BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM (opsional)	QPSK, 16-QAM, 64-QAM (“yuqoriga” kanalida-opsional)
Quvvat sinflari, dBm	0 – 14	0 – 14	16-QAM	QPSK
	14 – 17	14 – 17	18 – 21	20 – 23
	17 – 20	17 – 20	21 – 25	23 – 27
	20 – 23	20 – 23	25 – 30	27 – 30
	23 dan yuqori	23 dan yuqori	30 dan yuqori	30 dan yuqori

2007 yil boshida quyidagi sertifikatsiyalangan profillar tavsiflab berildi: 5 profil doimiy aloqali WiMAX uchun va 13 profil mobil WiMAX uchun. Profillardan ba’zilari 3.11-va 3.12- jadvallarda keltirilgan.

3.11- jadval

WiMAX standartining sertifikatsiyalangan profillari

WiMAX tizimlari	Sertifikatsiyali profillar
	Nomi	CHastota diapazoni, GGs	Dupleks	Kanal kengligi, MGs
Turg‘un WiMAX (IEEE 802.16-2004, OFDM)	Air1	3,4 – 3,6	TDD	3,5
		3,4 – 3,6	TDD	7
	Air2	3,4 – 3,6	FDD	3,5
		3,4 – 3,6	FDD	7
		5,725 – 5,850	TDD	10
Evolyutsion WiMAX (IEEE 802.16e-2005, OFDM)	ETG8	4,935 – 4,990	TDD	5
Mobil WiMAX (IEEE 802.16e-2005, OFDMA)	1B	2,3 – 2,4	TDD	5 va 10
	1A	2,3 – 2,4	TDD	8,75
	3A	2,496 – 2,690	TDD	5 va 10
	5AL	3,4 – 3,6	TDD	5
	5BL	3,4 – 3,6	TDD	7

3.4.2. WiMAX tarmog‘ining ishlash rejimlari

Avval aytib o‘tilganidek, hozirgi kunda keng tarqalgan va asosiy standart hisoblanuvchi WiMAX standartining ikkita versiyasi mavjud: IEEE 802.16d va IEEE 802.16e IEEE 802.16d standarti qayd etilgan aloqali simsiz ulanishni tavsiflaydi va uzoqlashtirilgan statsionar abonentlar ulanishi uchun mo‘ljallangan. O‘z texnik xarakteristikasiga ko‘ra (o‘tkazish polosasi 20 MGs chastota polosasida 75 Mbit/sgacha etadi, aloqa masofasi 50 kmgacha), bu standart turli variantdagi simli keng polosali abonent ulanish usullarining muqobil varianti hisoblanadi.

IEEE 802.16e standarti harakatdagi foydalanuvchilar uchun keng polosali “mobil” xizmatlarni ko‘rsatish uchun mo‘ljallangan. Ushbu standartda maksimal ma’lumot uzatish tezligi 5 MGs chastota polosasida 20 Mbit/sni tashkil etadi, aloqa masofasi – 5-10 kmga teng. IEEE 802.16e standarti BS va AQ orasida bog‘lanishda mobillik (harakatchanlik) jihatdan ayniqsa takomillashgan hisoblanib, shuningdek avvalgi barcha standartlarning imkoniyatlarini ham o‘z ichiga oladi va quyidagi rejimlarda ishlaydi.:

• 
  Fiksatsiyalangan aloqali (bir joydan qo‘zg‘almay yoki statsionar holatda) ulanish (ingl. Fixed WiMAX);
  
• 
  Seansli ulanish (ingl. Nomadic WiMAX);
  
• 
  Ko‘chma yoki siljish rejimidagi ulanish (ingl. Portable WiMAX);
  
• 
  Mobil ulanish (ingl. Mobile WiMAX).
  

WiMAX tarmog‘i ishlash rejimlarini batafsil ko‘rib chiqamiz.

Qayd etilgan ulanish

Qayd etilgan ulanish o‘z tuzilishiga ko‘ra simli keng polosali texnologiyalarga (xDSL, T1/E1, optik tolali texnologiyalar) o‘xshash bo‘ladi. Dastlab IEEE 802.16 standarti 10-66 GGs chastota diapazonida ishlash uchun mo‘ljallangan. Ushbu chastota diapazoni radioaloqaning asosiy muammolaridan biri bo‘lgan – radioto‘lqinlarning ko‘p nurli (ko‘p tashkil etuvchili) tarqalishidan saqlanish imkonini beradi. Ushbu chastota diapazonida bu aloqa kanali kengligi bilan 120 Mbit/sdan ortiqroq tezliklarda ma’lumot uzatishga erishish mumkin. Qayd etilgan ulanish rejimi IEEE 802.16d-2004 standarti bilan tavsiflangan. SHuni alohida ta’kidlash lozimki, qayd etilgan ulanish rejimida xizmat ko‘rsatuvchi ko‘pchilik operatorlar to‘liq mobil rejimga o‘tishni yoki ikkala standartni ham bir vaqtda qo‘llashni loyihalashtirmoqdalar.

Seansli ulanish

Seansli ulanish mavjud qayd etilgan ulanish rejimli WiMAX ga seans tushunchasini qo‘shdi. Seansning mavjud bo‘lishi turli baza stansiyalari orqali ulanishni o‘rnatish va ma’lum bir davr orasida AQni erkin ko‘chishiga imkon beradi. Ushbu rejim asosan portativ qurilmalar (masalan, noutbuk, KPK) uchun ishlab chiqilgan va portativ qurilmalar uchun juda muhim bo‘lgan AQ energiya iste’molini kamaytirish imkonini beradi.

Ko‘chma ulanish

Bu rejimda ulanish uchun biror WiMAX baza stansiyasidan boshqa baza stansiyasiga aloqani yo‘qotmagan holda abonentni avtomatik ulashni amalga oshirish imkoniyati qo‘shilgan (rouming). Lekin ushbu rejim uchun AQ harakatlanish tezligi 40 km/soat dan oshmasligi kerak. SHunday bo‘lsa ham, ushbu rejimdan AQ avtomobilda, velosipedda va yayov holatda chegaralangan tezlik bilan harakatlanganda foydalanishi mumkin. Ushbu rejimga kirish smartfon, kommunikator va KPK lar uchun WiMAX texnologiyasidan foydalanishga mos ravishda amalga oshirilgan. Bunday ko‘chma ulanishli WiMAX rejimida ishlovchi qurilmalarning chiqishi 2006 yildan boshlandi.

Mobil ulanish

Ma’lumki, ushbu rejim IEEE 802.16e standartida ishlab chiqilgan va AQ 120 km/soat tezlikkacha harakatlanganda barqaror aloqani ta’minlash imkonini berdi. Mobil WiMAX ning asosiy ustunliklari va kamchiliklariga quyidagilar kiradi:

1. 
   Signalning ko‘p nurli tarqalishiga va shaxsiy halaqitlarga bardoshliligi.
   
2. 
   Kanal o‘tkazish qobiliyatining kengayuvchanligi.
   
3. 
   Asimmetrik oqimni tashkillashtiruvchi va antenna tizimlarini samarali boshqarishda foydalanuvchi vaqt bo‘yicha signal tarqatish dupleks (TDD).
   
4. 
   Xizmat ko‘rsatish sifati QoSda HARQ texnologiyasidan foydalanilib, AQ harakat chog‘ida o‘z yo‘nalishini o‘zgartirganda aloqani ishonchli saqlab turish imkonini beradi.
   
5. 
   Kutish rejimlarida AQ energiya ta’minotini tejaydi, batareyaning ishlash muddatini uzaytiradi.
   
6. 
   AQ qayta ulanishini optimallashtirilgan texnologiyasi – HHO kanallar orasida ulanish vaqtini 50 msgacha qisqartirish imkonini beradi.
   
7. 
   MBS guruhli va keng polosali xizmat ko‘rsatish xizmatlarini ta’minlaydi:
   

• 
  Bitta chastotada ko‘plab foydalanuvchilarga signal uzatishni ta’minlash orqali tarmoqning yuqori samaradorligiga erishish;
  
• 
  Tarmoqning radiochastota resurslaridan samarali foydalanish;
  
• 
  Abonent qurilmasining elektr sarfini kamaytirish;
  
• 
  Kanallar orasida tezkor ulanishlarni amalga oshirish.
  

8. 
   CHastotani takrorlash usullari minimal yo‘qotishlar bilan chastotadan foydalanish uchun kanallarni ustma-ust qo‘yish/kesishtirishni boshqarish imkonini beradi.
   
9. 
   MAC-kadr o‘lchami 5msda kichik paketlardan foydalanib ma’lumot uzatish ishonchliligi va paketlar sonini ko‘paytirish xarajatlari orasida o‘zaro kelishuvni ta’minlaydi.
   

WiMAX tarmoqlariga mobil holatda ulanish turli darajadagi mobillikni ta’minlovchi har xil abonent qurilmalari bilan ta’minlanadi. Ularga quyidagilar kiradi:

• 
  binolar ichida qo‘llanilish uchun qurilmalar, shuningdek ular klient qurilmalari (Customer Premises equipment, CPE) deb nomlanadi;
  
• 
  Binolar tashqarisida qo‘llash uchun qurilmalar, masalan, tashqi WiMAX antennalari;
  
• 
  Portativ kompyuterlarga o‘rnatiladigan PC-kartalar;
  
• 
  Portativ kompyuterlar ichiga joylashtirilgan WiMAX modullari;
  
• 
  WiMAX interfeysiga ega cho‘ntak kompyuterlar va kommunikatorlar.
  

WiMAX tarmog‘ining har xil ishlash rejimlari asosiy xarakteristikalari 3.12- jadvalda keltirilgan [4].

3.12- jadval

WiMAX tarmoqlarining ishlash rejimlari

Ulanish turi	Uskuna turi	Qurilmalar soni/abonent xarakati tezligi	“Xendover” ni qo‘llab-quvvatlash	802.16- 2004 ctandar-ti	802.16a standar-ti
Turg‘un ulanish	Tashqarida va ichkarida joylashgan “xotspot” lar	YAkka uskuna/ turg‘un abonent	Yo‘q	Ha	Ha
Ko‘chma ulanish	Ichkarida joylashgan “xotspot” lar, portativ SHKlar uchun PCMCIA-adapterlar	Ko‘p sonli qurilmalar/ abonent turg‘un	Yo‘q	Ha	Ha
Portativ ulanish	Portativ SHK lar uchun PCMCIA-adapterlar, kichik adapterlar	Ko‘p sonli qurilmalar / piyoda tezligi	Dag‘al “xendover”	Yo‘q	Ha
Asosan mobil ulanish	Portativ SHKlar uchun PCMCIA-adapterlar, kichik adapterlar, KPK, smartfonlar	Ko‘p sonli qurilmalar / kichik tezlikda harakatlanuvchi transport vositasi	Dag‘al “xendover”	Yo‘q	Ha
To‘liq mobil ulanish	Portativ SHKlar uchun PCMCIA-adapterlar, kichik adapterlar, KPK, smartfonlar	Ko‘p sonli qurilmalar / katta tezlikda harakatlanuvchi transport vositasi	YUmshoq “xendover”	Yo‘q	Ha

3.4.3. WiMAX tarmog‘ini tashkil etishning o‘ziga xos xususiyatlari

Aytib o‘tilganidek, IEEE802.16 standarti shahar va rayonlar masshtabidagi simsiz tarmoqlarda keng polosali aloqa tashkil qilish mo‘ljallangan (WMAN). Standartning boshqa vazifasi lokal, hududiy va global tarmoqlar o‘rtasida o‘zaro aloqani ta’minlash hisoblanadi. Bu tarmoqlar, shuningdek simsiz shaxsiy tarmoqlar bilan ham birgalikda ishlaydi hamda simli va simsiz tarmoqlar orasida protokollararo ierarxik bog‘lanishni ta’minlovchi simsiz ko‘priklarni vujudga keltiradi.

Bu vazifalarni bajarish uchun WiMAX tarmog‘ini tashkil etishning turli variantlari ko‘rib chiqilgan. Umumiy holatda WiMAX tarmog‘i topologiyasi quyidagi ko‘rinishda tasvirlanadi (3.21- rasm.):

3.21- rasm. WiMAX tarmog‘i topologiyasi

WiMAX tizimlarida avval magistral liniyalarni tashkil etish uchun 10-66 MGs chastota diapazonidan foydalanish ko‘zda tutilgan, hozirgi foydalaniladigan versiyalarida esa 2 dan 11 MGs chastota diapazonida 3,5; 5; 7,5; 8,75 va 10 MGs kanal kengligida ishlaydi. Bunda ±10^-6 chegarada chastota barqarorligini ta’minlash zarur. Tarmoq baza stansiyalari binolar tomlarida yoki machtalarda joylashtiriladi. SHuningdek, turli baland inshootlardan, simyog‘ochlardan va hattoki, daraxtlardan baza stansiyalarni o‘rnatishda foydalanish mumkin. Biror hududdagi ko‘p sonli abonentlarga simsiz keng polosali ma’lumotlar uzatish xizmatini taqdim etish uchun WiMAX baza stansiyalari abonent qurilmalari bilan “nuqta- ko‘p nuqta” topologiyada aloqani amalga oshiradi (3.22-rasm).

Bu chizma bo‘yicha BS WiMAX abonenti qurilmalari yordamida foydalanuvchilar bilan bog‘lanadilar, keyin signal ethernet-kabel standarti bo‘yicha yoki to‘g‘ridan-to‘g‘ri aniq kompyuterga yoki IEEE 802.11 (Wi-Fi) ulanish nuqtasi orqali qabul qilinadi. Bu WiMAX orqali kabelli ulanishdan simsiz ulanishga o‘tishda mavjud hudud yoki ofis tizimidagi lokal tarmoqlarning infrastrukturasini saqlab qolish imkonini beradi. Bundan tashqari kompyuterlar ulanishi uchun standart texnologiyalardan foydalanuvchi tarmoqlarni yoyishni maksimal darajada kengaytirish imkonini beradi.

3.22- rasm. «Nuqta-ko‘p nuqta» rejimida WiMAX tarmog‘i topologiyasi
Uzoqlashtirilgan ob’ektlar orasida simsiz keng polosali aloqani tashkil qilish uchun «nuqta-nuqta» rejimidan foydalaniladi (3.23- rasm).

3.23- rasm. “Nuqta-nuqta” rejimidagi WiMAX tarmog‘ining topologiyasi
«Nuqta-nuqta» rejimida turli tarmoq ko‘rinishlari va ularning kombinatsiyalaridan foydalaniladi. 3.24- rasmda WiMAX tizimi uchun qo‘llaniluvchi turli ko‘rinishdagi tarmoq topologiyalari tasvirlangan.

3.24- rasm. “Nuqta-nuqta” rejimidagi WiMAX tarmog‘ining ko‘rinishlari

WiMAX tarmoqlarida shuningdek «mesh» rejimida aloqa tashkil qilish mumkin, bunda AQ to‘g‘ridan-to‘g‘ri bir-biri bilan aloqani amalga oshiradi, bazaviy stansiyasi esa asosiy tarmoqlar infrastrukturasi va mesh tarmoqlari o‘rtasida kommutator hisoblanadi. (3.25- rasm). «mesh» rejimini qo‘llash natijasida tarmoqning radioqoplam zonasi yuqori tezlikda ma’lumot uzatishni ta’minlash bilan 50km gacha oshadi, bu holda bitta BSning oddiy holdagi radiusi 5-10 kmni tashkil etadi.

3.25- rasm. «Mesh» rejimida WiMAX tarmog‘i topologiyasi

WiMAX tarmoqlari «ko‘p nuqta - ko‘p nuqta» rejimida qurilishi mumkin, shuningdek u «nuqta-ko‘pnuqta» rejimini ham ta’minlaydi. (3.26-rasm).

Bunda BS lokal trafikni tashkil qilish uchun radioterminal yoki takrorlagich bo‘lishi mumkin. Ma’lumotlar oqimi abonentga etib borguncha, bir necha takrorlagichlardan o‘tishi mumkin. Bu holatda antenna masofadan sozlanadigan tor yo‘nalishda signal uzatuvchi antenna bo‘ladi. Takrorlagichlar aloqa qilinuvchi nuqtalar orasida to‘g‘ridan-to‘g‘ri aloqa o‘rnatish imkoni bo‘lmagan vaziyatlarda foydalaniladi. Ular BSdan bir yoki bir necha abonent qurilmalariga signal uzatadi.

WiMAX tizimlari qurilmalari o‘z ichiga abonent terminallarini, asosiy tarmoq qurilmalarini, tugunlararo kanallarni va takrorlagichlarni oladi.

3.26- rasm. «Ko‘p nuqta - ko‘p nuqta» rejimidagi WiMAX tarmog‘ining topologiyasi