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

S(t)= I(t) cos(2πf_ct)- Q(t) sin(2πf_ct),

bu erda, f_c –eltuvchi chastota.

Keyin signal kuchaytiriladi va efirga uzatiladi. Qabul qilish tomonida barcha jarayonlar teskari tartibda bo‘lib o‘tadi. Natijada, kanalning kengligiga va modulyatsiyalash usuliga bog‘liq ravishda ma’lumotlarni turli uzatish tezliklari shakllanadi (3.6-jadval).

3.6- jadval

WirelessMAN-SC rejimida kanalning kengligi va modulyatsiya turiga bog‘liq ravishda ma’lumotlarni uzatish tezliklari

Kanalning kengligi, MGs	Simvollar tezligi, Mbod	Fizik ma’lumotlar oqimi tezligi, Mbit/sek.
		QPSK	16-QAM	64-QAM
20 25 28	16 20 22,4	32 40 44,8	64 80 89,6	96 120 134,4

WirelessMAN-SC rejimidagi fizik kanalda kadrning tuzilmasi

WirelessMAN-SC rejimida fizik darajada ma’lumotlarni uzatish uzluksiz ketma-ketlikdagi kadrlar yordamida amalga oshiriladi. Kadrlar 0,5; 1 va 2 ms qayd etilgan uzunliklarga ega bo‘lishi mumkin. Kadrning preambulasi (32 QPSK–simvollardagi sinxron ketma-ketlikdagi uzunlikda), boshqaruvchi seksiya va ma’lumotlar maydonidan iborat. Preambula va boshqaruvchi seksiyalar xabarlari har doim QPSK-modulyatsiya yordamida uzatiladi, ma’lumotlar maydoni uchun esa yuqorida ko‘rsatilgan uchta modulyatsiya usullaridan biri qo‘llanilashi mumkin. Vaqtli va chastotaviy dubleksirlash usullarida kadrning tuzilmasi sezilarsiz farq qiladi.

TDD rejimida kadr “pastga” va «yuqoriga» subkadrlarga bo‘linadi, ular orasida esa maxsus interval qoldiriladi. “Pastga” va «yuqoriga» subkadrlar orasidagi munosabat zarur o‘tkazish polosasiga bog‘liq ravishda ixcham o‘zgarishi mumkin. FDD rejimida «pastga» va «yuqoriga» kanallar bir-birlaridan ajratilgan eltuvchi chastotalardan foydalaniladi (3.10-rasm.)

5.10- rasm. Kanallarni vaqtli (a) va chastotaviy (b) dublekslashli tizimlar uchun IEEE 802.16a standartidagi kadrlar tuzilmasi

OFDM ortogonal eltuvchilar yordamida multplekslash usuli

OFDM bu ko‘p sonli ortogonal qisqa polosali nimeltuvchi chastotalarga bo‘lingan bir keng polosali chastotaviy kanalda ma’lumotlar oqimini multipleksorlash texnologiyasidir. Ortogonal eltuvchilar orasidagi masofa OFDM–simvolning T_s uzunligi hisoblanadi. OFDM–simvolga shuningdek, T_d uzunlikdagi SR (siklik prefiks) himoya intervali qo‘shiladi, unda OFDM –simvolning umumiy uzunligi T_s = T_b+ T_d ni tashkil etadi (3.11-rasm). SR himoya intervali simvolning oxirgi fragmenti nusxasi hisoblanadi va uning T_d uzunligi T_b dan 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 qismini tashkil etishi mumkin.

Har bir nimeltuvchi mustaqil ravishda fazaviy yoki kvadraturali amplitudaviy modulyatsiya yordamida modulyatsiyalanadi va umumiy signal teskari Fure tezkor o‘zgartirish usuli bilan hisoblanadi. IEEE 802.16d standartida OFDM rejimi uchun N=200 nimeltuvchilar soni va mos ravishda N_OBPF=256ga teng bo‘lgan razryadlar soni ko‘zda tutilgan. Ulardan 55 tasi (k =-128...-101 va 101...127) chastota kanali chegaralarida himoya intervallarini tashkil etadi. Kanalning markaziy chastotasi (k = 0) va himoya intervallari chastotalari signalni uzatish uchun ishlatilmaydi (ya’ni, ularga mos signallar amplitudalari nolga teng). Qolgan 200 ta nimeltuvchilarda sakkizta chastota pilot (±88, ±63 ± 38, ±13 indekslarli) qolganlari 12 ta nimeltuvchilardan iborat 16 ta subkanallarga bo‘linadi, ularning har birida chastotalar bir tartibda joylashmagan. Masalan,1-subkanalni -100,-99,-98, -37, -36, -35, 1,2,3,64,65,66 indeksli nimeltuvchilar tashkil etadi. Subkanallarga bo‘lish zarur, chunki WirelessMAN-OFDM rejimida (opsional) barcha 16 ta subkanallarda emas, balki 1,2,4,8 subkanallarda ishlash imkoniyati ko‘zda tutilgan. Buning uchun har subkanal va har bir subkanallar guruhi o‘z indekslariga ega bo‘ladi(0 dan 31 gacha). OFDM-simvolning foydali qismini T_b uzunligi kanal polosasining uzunligiga va tizimiy takt chastotasiga (diskretlashtirish chastotasi) bog‘liq [11].

3.11- rasm. OFDM–simvolning tuzilmasi

OFDM-multplekslashda SR himoya intervalidan foydalanish shahar sharoitlaridagi qayta jipslanishlar va signalning ko‘p nurli tarqalishi natijasida vujudga keladigan SAI (simvollararo interferensiyadan) qutqaradi. Biroq, bu mexanizm OFDM-simvol T_b foydali qismi uzunligining chegaralarida fazaviy kechikish bilan keladigan o‘sha bir simvoldagi signallarning ustma-ust tushishi bo‘lgan ichki simvolli interferensiyani (ISI) oldini ololmaydi. Natijada axborot to‘liq buziladi. YOki butunlay yo‘qoladi (masalan, 180⁰ ga fazaviy surilishda). ISI ga qarshi turish va alohida simvollar yoki ularning fragmentlari yo‘qotilganda ma’lumotlarni yo‘qotilishining oldini olish uchun IEEE 802.16 standartida kanalli kodlashning samarador vositalari qo‘llaniladi. Fizik darajada ma’lumotlarni kodlash uchta randomizatsiya, halaqitbardosh kodlash va o‘rin almashtirish bosqichlarini o‘z ichiga oladi.

Randomizatsiya ma’lumotlar blokini PTKK generatori shakllantiradigan psevdo tasodifiy ketma-ketlikka ko‘paytirish yo‘li bilan amalga oshiriladi.Bu protsedura bilan “ma’lumotlar oqimini oqartirish” deyiladi.

Qabullash tomonida keyin dastlabki tuzilmalashtirilgan ketma-ketlikni olish maqsadida bu tasodifiy ketma-ketlikni teskari o‘zgartirish bajariladi.

Ma’lumotlarni kodlash Rid-Solomon tashqi koderi va ichki o‘rama koderdan iborat ikkita bosqichdagi kaskadli kodlarning qo‘llanilishini ko‘zda tutadi. Rid-Solomon koderi BPSK ikki pozitsiyali modulyatsiya bilan va OFDM subkanallari ishlatiladigan hollarda qo‘llanilmaydi. Tavsiflangan kodlash mexanizmidan tashqari, standart blokli turbokodlarni (Xemming kodlariga va juftlikni nazorat qilishga asoslangan) va o‘rama turbokodlarni opsional qo‘llanilishini ko‘zda tutadi.

Kodlashdan keyin o‘rin almashtirish protsedurasi (shuningdek, “interliving” atamasi qo‘llaniladi) keladi. Bu OFDM simvolga mos keladigan ma’lumotlarni kodlash bloki chegaralarida bitlarni o‘rin almashtirishi hisoblanadi. Bu operatsiya ikkita bosqichda amalga oshiriladi. Dastlab qo‘shni bitlar qo‘shni bo‘lmagan eltuvchilarga tarqatiladi, keyin esa qo‘shni bitlar turli yarim ketma-ketliklarga tarqatiladi. O‘rin almashtirishdan maqsad shundaki, simvoldagi guruhli xatoliklarda qo‘shni bo‘lmagan bitlar zararlansin va shunday qilib, bitlarni qayta tiklanish darajasi ortsin.

O‘rin almashtirishdan keyin modulyatsiya bosqichi boshlanadi. Tanlangan modulyatsiya sxemasidan(BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM) kelib chiqib, blok modulyatsion simvollarga mos ravishda bitlar guruhlari ketma-ketligidan (1/2/4/6 bitlar) iborat bo‘ladi.

3.7- jadval

Qo‘llab-quvvatlanadigan kodlash va modulyatsiya usullari

			«Pastga»		«YUqoriga»
Modulyatsiya			QPSK, 16-QAM, 64-QAM		QPSK, 16-QAM, 64-QAM
Kodlash tezligi	CC	1/2, 2/3, 3/4, 5/6		1/2, 2/3, 5/6
	CTC	1/2, 2/3, 3/4, 5/6		1/2, 2/3, 5/6
	Qaytarilish	x2, x4, x6		x2, x4, x6

Har bir guruhga keyinchalik ular eltuvchini bevosita modulyatsiyalashda ishlatiladigan Grey vektor diagrammalaridan mos ravishdagi Q va I qiymatlar qo‘yiladi. Kvadraturali simvollar amplitudalarini o‘rtachalashtirish uchun Q va I me’yorlashtirilgan qiymatlar ishlatiladi. (ya’ni, s koeffitsentlarga ko‘paytirilgan: QPSK uchun s =1/√2, 16-QAM uchun s =1/√10, 64-QAM uchun s =1/√42).

TFTO‘ mexanizmidan foydalanib modulyatsion simvollar aniqlanganidan keyin radiosignalning o‘zi hisoblanadi va uzatkichga uzatiladi. Qabullashda barcha protseduralar teskari tartibda amalga oshiriladi.

WirelessMAN-OFDM rejimidagi kadrning tuzilmasi

OFDM rejimida fizik darajada “nuqta-ko‘p nuqta” arxitekturali tarmoqlar uchun kadrli uzatish tuzilmasi WirelessMAN-SC rejimidagidan prinsipial kam farq qiladi. Axborotlarni almashtirish ham FDD yoki TDD asosida «pastga» va «yuqoriga» subkadrlarga bo‘linadigan kadrlar ketma-ketligi yordamida amalga oshiriladi (3.12-rasm).

3.12- rasm. TDDli OFDM–kadrning tuzilmasi

«Pastga» subkadr preambula, kadr sarlavhasini boshqaruvchi (ingl. Frame Control Header, FCH) va ma’lumotlar paketlari ketma-ketligini o‘z ichiga oladi. Preambula «pastga» kanalda ikki OFDM-simvollardan iborat (uzun preambula), kadrlarni sinxronlashtirishga mo‘ljallangan va QPSK yordamida modulyatsiyalanadi. Preambuladan keyin standart kodlash sxemasini BPSK yordamida modulyatsiyalanadigan va bitta OFDM-simvoldan iborat kadr sarlavhasini boshqaruvchi keladi. Sarlavha DL–subkadrdagi birinchi paket (yoki bir necha boshlang‘ich) uzunligini va profilini tavsiflaydigan «pastga» kanal kadrining prefiksidan (ingl. Downlink Frame Rrefix, DLFP) iborat. Birinchi paketga keng uzatishli xabarlar, “pastga” va «yuqoriga» liniyalarda paketlarning joylashish xaritasi (DL-MAP/UL-MAP) «pastga»/»yuqoriga» kanallar diskriptorlari va boshqa xizmat axborotlari kiradi.

«Pastga» subkadr AQ boshlang‘ich initsializatsiyalash uchun (tarmoqqa ulanishni olish uchun) va uzatishga kanal so‘rov uchun davrlarni o‘z ichiga oladigan raqobatli ruxsat intervalidan iborat. Keyin BS ma’lum AQ larga uzatish uchun tayinlangan vaqt intervallari keladi. Bu intervallarning taqsimlanishi haqida axborotlar (boshlanish nuqtalari haqida) UL-MAP xabarlarida joylashadi. AQ o‘z vaqt intervalida qisqa preambulani (bitta OFDM-simvol) uzatish bilan translyatsiyani boshlaydi, undan keyin MAC-darajada shakllantirilgan axborot paketi uzatiladi. OFDM-kadrlarining uzunliklari 2,5; 4; 5; 8; 10; 12,5; va 20 ms larni tashkil etishi mumkin. BS belgilangan kadrlarni qurish davrini o‘zgartirib bo‘lmaydi, chunki bu holda barcha AQlarni resinxronlashtirish talab qilinadi. Ulanishlarni o‘rnatilishiga so‘rov umumiy qabul qilingan IEEE 802.16d standartidan farq qilmaydi. Lekin, OFDM rejimida kanal resursi faqat vaqt sohasida emas, balki chastota sohasida ham, ya’ni alohida kubkanallarda taqdim etilishi mumkin. BS va AQ bunday imkoniyatlarni qo‘llab-quvvatlaydigan sharoitlarda.

OFDMA - ortogonal eltuvchilar yordamida ko‘plab ulanish usuli

Modulyatsiya simvollarining shakllanishi nuqtai nazaridan WirelessMAN-OFDM va Wireless MAN-OFDMA rejimlari bir xil. Farq kanallarni ajratish mexanizmlaridan iborat (ko‘p sonli ulanish). OFDMAda mantiqiy kanal fizik kanalning barcha ruxsat etiladigan chastotalar diapazoniga taqsimlangan eltuvchilarni tanlash (to‘plami) bilan tashkil qilinadi. OFDM rejimida esa bu mexanizm soddalashtirilgan ko‘rinishlarda opsional foydalaniladi, unda kanalli 16 ta subkanallarga bo‘lish amalga oshiriladi.

OFDMA da fizik kanalning kengligi me’yorlashtirilmagan bo‘lsada, real tarmoqlarda 5 MGs dan past chastotali kanallar samarador bo‘lmaydi. OFDMAda eltuvchilar soni 2048 tagacha bo‘lishi mumkin, mos ravishda subkanallar soni tarmoqning ishini tashkil etishi uchun etarli bo‘lib qoladi. Turli rejimlarda ular 32 tadan 70 tagacha, har birida esa 24 yoki 48 tadan nimeltuvchilar bo‘lishi mumkin. Bunda tizim takt chastotasi kanal kengligining 8/7 qismini tashkil etadi. Signalni shakllantirish usuli, OFDM-simvollar tuzilmasi va kanalni kodlash mexanizmi OFDM va OFDMA rejimlarida deyarli bir xil. Randomizatsiyalash usuli faqat PTK generatorining initsializatsiyalovchi vektorini shakllantirish usuli bilan farqlanadi. Va OFDMA dagi halaqitbardoshli kodlar majburiy sifatda faqat bitta kodlash bosqichini o‘rama koddan foydalanishni ko‘zda tutadi (OFDM dagi kabi kodlash tezliklari to‘plami bilan).

OFDM va OFDMA rejimlaridagi modulyatsiya sxemalari deyarli mos tushadi, farq shundaki, OFDMA da ko‘zda tutilgan usullar to‘plami ½ va 3/4 kodlash tezliklari QPSK va 16-QAM, opsional esa ½, 2/3 va ¾ kodlash tezlikli 64-QAM usullarini o‘z ichiga oladi. SHuningdek, OFDMA rejimida kvadraturali modulyatsiya simvollari shakllantiradigan va ularning amplitudalari o‘rtachalashtirilganidan keyin har bir eltuvchidagi simvollar ketma-ketligi OFDM rejimida generatsiyalanganidek, binar PTK ga W_k ga ko‘payadi. Har bir k-nchi nimeltuvchi1-2 W_k qiymatga ko‘payadi (ya’ni, agar W_k= 0) u holda 1-2W_k=1, va simvol o‘zgarmaydi; agar W_k=1, u holda simvol -1 ga ko‘payadi. Pilot nimeltuvchilar simvollari VPSK usulida modulyatsiyalanadi, ularning qiymatlari ham S_k=1-2W_k orqali hisoblanadi, lekin pilot nimeltuvchilar signallari quvvati, axborotlar nimeltuvchilari o‘rtacha quvvatidan 2,5 dB ga ortiq bo‘lishi kerak, u holda S_k qiymat qo‘shimcha 4/3 ga ko‘paytiriladi.