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

Abonent qurilmalari

WiMAX tarmoqlarida foydalanish uchun abonent qurilmalari turli ishlab chiqaruvchilar tomonidan ishlab chiqariladi hamda binolar ichida va binolar tashqarisida (noutbuk kabilar) joylashtirilishi mumkin. SHuni alohida ta’kidlash kerakki, binolar ichida joylashtirishga mo‘ljallangan va aloqa o‘rnatishda kasbiy malaka talab qilmaydigan qurilmalar BS dan uncha katta bo‘lmagan masofalarda ishlash qobiliyatiga ega. SHuning uchun binolar ichida o‘rnatilgan qurilmalar tarmoq infrastrukturasini rivojlantirishda ancha katta investitsiya talab qiladi, ularda BSlarni ko‘proq qo‘llashga to‘g‘ri keladi. Mobil WiMAXning paydo bo‘lishi bilan uning tarmoqlarida aloqani ta’minlovchi maxsus telefon apparatlari, mobil qurilmalar va kompyuter qurilmalari ishlab chiqarishga katta e’tibor qaratildi.

O‘zaro ishlash imkoniyatlari va ishlash sifati

WiMAX texnologiyasi katta sonli an’anaviy tizimlar, simli yoki simsiz tarmoqlar bilan aloqani ta’minlash maqsadida ishlab chiqilgan (tarmoqlar IPga asoslangan). Ko‘p hollarda bu arxitektura multimediyali IP-tizimlariga (yoki IMS) asoslangan bo‘lib, tarmoqlararo roumingni ta’minlash, 3G tarmoqlari bilan birgalikda ishlash, IP darajasidagi tarmoqlarda aloqa sifati va xizmatlar to‘plamini ta’minlash imkonini beradi. IP tarmoqlariga ulanish imkoniyati tufayli WiMAX texnologiyasi boshqa tarmoqlarni kengaytirish “choksiz mobillik” prinsipi bo‘yicha ularni qurish imkoniyatini beradi.

WiMAX texnologiyasi simli tarmoq operatorlariga uzoqlashtirilgan hududlarga ulanish uchun “oxirgi mil” muammolarini hal qilish imkoniyatini beradi, uzoq masofalarga kabel yotqizish kabi ortiqcha xarajatlarni kamaytiradi. IEEE 802.16e standarti mobil aloqa operatorlari xarajatlarini kamaytirishni taklif etadi, mobil aloqa operatorlariga 2G va 3G darajasidagi xizmatlarni, keng polosali ma’lumot uzatish xizmatlarini va eng zamonaviy raqobatlashuvchi simsiz tarmoq xizmatlarini ta’minlashni qo‘shishni ta’minlaydi. WiMAX tarmog‘ini qurishning moliyaviy xarajatlari an’anaviy sotali ikkinchi va uchinchi avlod tarmoqlarinikidan kamroq bo‘ladi, asosiy xarajatlar BS stansiyalari infratuzilmasini yaratish va qurilish montaj ishlarini olib borish uchun sarflanadi. IP-protokolida qurilgan WiMAX arxitekturasi keng polosali multimediyali ilovalardan foydalanishda eng yaxshi imkoniyatlar taqdim etadi, shuningdek, IP-asosida qurilgan mobil tarmoqlarda qo‘llaniluvchi ovozli va qisqa xabarlarni mobil uzatishni ta’minlaydi.

3.4.4. WiMAX tarmoqlarini loyihalashtirish va tashkil qilish

2006 yil oxirida IEEE 802.16e standarti mobil profilini yaratish ustida olib borilgan ishlar yakunlandi. Hozirgi kunda standart radioulanish interfeyslarining ko‘plab turlari mavjud, lekin aynan IEEE 802.16e standartini ishlab chiqishda quyidagi algoritm va qurilmalardan qo‘llash imkoniyati yaratilgan: adaptiv antenna tizimlari - AAS va murakkab antenna tizimlari- MIMO, ular turli zichlikda tashkil topgan ko‘plab qayta akslanuvchi signallarni ishlashini ta’minlaydi. WiMAX tizimlarida yo‘naltirish diagrammalarini adaptiv shakllantirish texnologiyasi – Beamformingning qo‘llanilishi - (AAS elementi sifatida) tizimlar o‘tkazish qobiliyatini oshirish va aloqa masofasini kengaytirish va interferensiya darajasini pasaytirish imkonini beradi. Bu makrosot prinsipi bo‘yicha tarmoqlarni qurish holatlarida xizmat ko‘rsatish maydonlarining kengayishiga olib keladi. Boshqa tomondan, MIMO texnologiyasi mikro, piko va femto tuzilishlarda ham o‘tkazish qobiliyatini oshirishni ta’minlaydi. AAS va MIMO texnologiyalarining birgalikda qo‘llanilishi bir-birini to‘ldiruvchi sifatida ma’lumot uzatish tezligi va aloqa sifati bo‘yicha etarlicha ustunlik olish imkonini beradi. Bu texnologiyalarni to‘liq ko‘rib chiqamiz [4].

Yo‘naltirish diagrammasini adaptiv shakllantirish texnologiyasining qo‘llanilishi

Yo‘naltirish diagrammasining adaptiv shakllantirish texnologiyasidan foydalanishda (keyinchalik AAS) BS antennasining elektr maydoni uzoq zonada AQ holati o‘zgarganida yo‘naltirish xususiyatlarini o‘zgartirish imkoniyatini AQ tomonga yo‘naltiradigan tor yo‘naltirilgan bosh yaproqcha ko‘rinishida shakllantiriladi. Amalda bir sota ta’siridagi chegaralarda ko‘p sonli abonentlar bo‘lganida ko‘p yaproqchali diagrammalarni shakllantirish (yaproqchalar har bir abonentga yoki abonentlar guruhiga yo‘naltiriladi) amalga oshiriladi. Bunga vaqt bo‘yicha va OFDM-eltuvchi chastotalar bo‘yicha klientlarni ajratish tufayli erishiladi. Bunday ko‘p nurli diagrammani shakllantirish uchun BS tarkibidagi alohida qabul qilgich-uzatkichlar signalni ko‘p elementli antenna panjarasi orqali qabul qiladi va uzatadi (4 elementli antenna panjaralari), bunda bunday panjaraning har bir element har bir vaqt momentida boshqalariga nisbatan ma’lum fazaviy surilishga ega bo‘ladi. Natijada tarkibidagi nurlantirgichning yo‘naltirish diagrammalarini (YD) kombinatsiyalanishi tufayli yaxshilangan yo‘naltirilganlik xususiyatlariga ega bo‘lgan yig‘indi diagramma shakllantiriladi (yuqori kuchaytirish koeffitsentili torroq bosh yaproqcha). Halaqitlar manbalari yo‘nalishida YDda nolinchi tashkil etuvchilar shakllantiriladi, bu istalmaydigan yo‘nalishli interferensiyani deyarli to‘liq so‘ndirish imkoniyatini beradi. Binobarin, bu konsepsiya har ikkala BSdan AQga va AQdan BSga yo‘nalishlarda ishlaydi. Bunda AQdan qabul qilinadigan signallar ularning joylashgan o‘rnini aniqlash uchun va keyin «pastga» kanalda YDni shakllantirish uchun ishlatilishi mumkin.

YDni shakllantirish g‘oyasi yangi hisoblanmaydi va adaptiv antennalar tizimi yoki “intelektual antennalar” konsepsiyasi boshqa radio tizimlar standartlarida ko‘p yillardan buyon ishlatib kelinmoqda. Bu texnologiya asosan BSda ishlatiladi va oxirgi foydalanuvchi qurilmalarni sezilarli o‘zgartirilishini talab qilmaydi. SHunga mos ravishda WiMAX uchun sertifikatsiyalashtirilgan abonent qurilmalari operator qurilmalarining imkoniyatlarini cheklab qo‘ymasligi uchun AAS texnologiyasini qo‘llab-quvvatlashi kerakligi qarori qabul qilindi. BS uchun bunday imkoniyat qo‘shimcha, lekin majburiy emas hisoblanadi. AAS texnologiyasidan foyidalanishni musbat tomonlari quyidagicha:

Birinchidan, turli uzatkichlar energiyasi va turli qabul qilgichlar sezgirliklari tezroq nurga konsentratsiyalanadi, u holda BS ning ta’sir etishi zonasi kengayadi. Bu hal qiluvchi va «yuqoriga» aloqa liniyasiga tegishli bo‘ladi. 5.27-rasmda YD ni shakllantirilishining talab qiladigan BSlar soniga ta’siri keltirilgan. Diagrammada ko‘rinib turibdiki, bir xil qamrash zonasini ta’minlash uchun bittalik antennali BS dan foydalanilganda va MIMO texnalogiyasi qo‘llanilganda AAS dan foydalanilganligiga nisbatan 2.13 marta ko‘p stansiyalar talab qilinadi. Faqat fazaviy surilgan qabul qilgichlardan foydalanilganda esa farq 1.39 martani tashkil etadi.

3.27– rasm. AAS dan foydalanishga BS sonining bog‘liqligi

SHunday qilib, surilgan qabul qilgichlardan yoki faqat MIMO dan foydalaniladigan tizimga taqqoslaganda AAS texnalogiyasi minimum 40% bazaviy stansiyalar sonini kamaytirilishini ta’minlaydi.

Ikkinchidan, signal energiyasi faqat individual abonentlarga yo‘naltiriladi, u holda bu tarmoqning qo‘shni sektorlaridagi boshqa abonentlarga yo‘naltiriladigan yoki qabul qilinadigan energiya miqdori kamayadi, shunga ko‘ra signal – halaqit holati sezilarli yaxshilanadi. Bu konsepsiya ham «pastga», ham «yuqoriga» aloqa liniyalarida ishlaydi.

Boshqa ob’ektni ko‘rib chiqamiz va uning muhimligini baholaymiz. WiMAX radiotarmog‘i sektorli arxitekturali aloqa tarmoqlari hisoblanadi. O‘xshash qo‘shni BS lar ta’sir etish zonalarida o‘sha bir chastotalardan foydalaniladi.

WiMAX tarmoqlar uchun ko‘pincha 1:3 chastotalardan takroriy foydalanish sxemasi qo‘llaniladi, bu BS larning uchta sektorli konfiguratsiyasi ishlatilganda barcha qo‘shni BSlar sektorlarida o‘sha bir chastotalar takroriy ishlatilishini bildiradi (3.28 - rasm).

3.28- rasm. WiMAX tarmog‘ining sektorli arxitekturasi

Bu esa o‘z navbatida, radioto‘lqinlar sektorining shartli chegaralaridan tashqarida ham tarqalishi tufayli qo‘shni BSlarga uzatishga halaqitlar hosil qilishini bildiradi. Bu ayniqsa BS antennalari binolar tomlari sathidan yuqorida joylashganida yoki BS va AQ orasida fazoviy bo‘shliq bo‘lganida kritik hisoblanadi. Bunday hollarda kanallararo interferenyiya o‘z o‘rniga ega bo‘lishni boshladi va signalning tarqalishiga kuchli ta’sir etadi.

Bunga qarshi turish uchun WiMAX tizimi AMS modulyatsiya usullarini va kodlash sxemalarini adaptiv o‘zgartirilishini ta’minlaydi. Masalan, QPSK ½ modulyatsiya+halaqitbardosh kodlash aloqa sifati bo‘yicha yaxshi (a’lo) natijalarni beradi, lekin bunda ma’lumotlarni uzatish tezligi bo‘yicha yutqazishga to‘g‘ri keladi. YA’ni hatto yomon radioaloqa sharoitlarida ham ishonchli radioaloqa ta’minlanadi, lekin bunda kanalning o‘tkazish qobiliyati kamayadi. Adaptiv antenna qo‘llanilmaganda bu sxema AQ BSning bevosita yaqinida bo‘lganida yoki CINR darajaning ideal sharoitlarida ishlatilishi mumkin. Bunda BSning quvvatini oshirilishi yordam bermaydi, aksincha halaqit beradi, chunki bu erda qo‘shni sektorlardagi interferensiya darajasi ortadi.

3.29- rasmda keltirilgan sxemadagi AASli tizim MIMO texnologiyasi qo‘llanilgan faqat antennalarni fazoviy surilishini ta’minlaydigan o‘xshash echim bilan taqqoslanadi. Grafik har xil modulyatsiya va kodlash sxemalarida qamrab olinadigan hududga bog‘liqlikni ko‘rsatadi. Ko‘rinib turibdiki, AAS texnologiyasining afzalligi yaqqol ko‘rinib turibdi. Hatto, eng ishonchli QPSK ½ sxema AASli tizim qamrab oladigan maydonning 80 % da barqaror ish qobiliyatini ta’minlaydi. Qo‘shni BSlar miqdorini o‘rnatish vaziyatni tubdan o‘nglamaydi, chunki BS qo‘shimcha halaqitlarni yuzaga keltiradi.

SHuningdek, AAS texnologiyasi qo‘llanilib qurilgan makrosotali arxitekturalar holatida foydalanish mumkin bo‘lgan yuqoriroq darajadagi boshqa sxemalar ham bor. Ular spektral samaradorlikni sezilarli oshirilishini ta’minlaydi, bu esa yakunda har bir abonent uchun ma’lumotlarni uzatish tezligini oshirilishiga va o‘sha bir o‘tkazish qobiliyatida abonentlar sonini oshirilishiga olib keladi.

AAS texnologiyasini qo‘llanilishining mobil abonentlarli aloqa tizimi xarakteristikalariga ta’siri darajasini aniqlash uchun baholashni abonentlar harakatlanishining turli tezliklarida ko‘p nurli kanallarning namunaviy modellaridan foydalanib bajarish zarur. Natijada past mobillikli abonentlar uchun (ya’ni 30 km/soatgacha tezlikda harakatlanadigan) aloqaning ishchi xarakteristikalari o‘zgarmaydi. Faqat AQning yuqori harakatlanish tezliklarida yutuq bir oz kamayadi, lekin hatto bunda ham adaptiv algoritmlar ishlatilmaydigan tizimlardagiga qaraganda tizimning ish xarakteristikalari yaxshiroq bo‘ladi.

3.29- rasm. Har xil modulyatsiya va kodlash sxemalari turlarida ASS va MIMO texnologiyalari qo‘llanilganda qamrab olinadigan hudud foizi
AAS texnologiyasining qo‘llanilishi afzalliklaridan yana biri halaqitlarni so‘ndirishli algoritmlarili AAS kombinatsiyalanganida chastotalardan takroriy foydalanish koeffitsentini 1 qiymatgacha etishi mumkin. Bu barcha BSlarda barcha mavjud chastotalar polosasi ishlatilishi mumkinligini bildiradi. Bu tizimning spektral samaradorligini qo‘shimcha oshirish, shuningdek, hatto chastota resursi cheklanganida WiMAX tarmog‘ini ishlatilishiga imkon beradi.

SHunday qilib, BS tarkibida AAS texnologiyasini ishlatilishi o‘tkazish qobiliyatini deyarli 40 % ga oshirilishiga olib keladi, bunda har bir kanalning spektral samaradorligi 2,1 bit/sek/Gs/sektorga etadi.

MIMO texnologiyasining qo‘llanishi

YUqorida ta’riflaganimizdek, ko‘p uzatgich va ko‘p qabul qilgichli uzatish asosida (MIMO) signallarni qayta ishlash ancha istiqbolli texnologiya hisoblanadi. Bu texnologiya simsiz keng polosali tarmoqlarda sotalarning o‘tkazish qobiliyatini va ma’lumot uzatish tezligini oshirishni ta’minlaydi. Juda zich joylashgan shahar sharoitlari mikrosotalar, pikosotalar yoki femtosotalarda BS va AQ orasida signalni ko‘p marta aks ettirish imkonini beradi. Buni maksimal darajada ta’minlash uchun uzatilayotgan oqimlarni bir vaqtda ko‘p marotaba yuqori darajada dekorrelyatsiyalashni ta’minlash kerak. Bu texnologiya sxemalari antennalar ichiga joylashtirilishi yoki turli turdagi qutblanish antennalaridan foydalanishi mumkin. MIMOda signalni dekoderlash oddiy holatda amalga oshirilmagani sababli abonent qurilmasini ham murakkabligini oshirishni talab etadi.

WiMAX tizimlarida MIMOdan foydalanish quyidagi ikkita asosiy ustunlikni ta’minlaydi:

•