BPSK, QPSK, 16qam і 64qam модуляції

Стандарт 802.16-2004 передбачає наступні види модуляції: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM і OFDM (який буде розглянутий в п.2.3.4). Кодовані блоки даних перетворяться в модуляційні символи (кожні 1/2/4/6 біт визначають один символ BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM) відповідно до приведених в стандарті таблиць. Кожній групі ставиться у відповідність значення Q і I з векторних діаграм Грея (Рис. 2.17 – 2.20), які потім використовуються при безпосередній модуляції несучої.

 

 

Рисунок 2.17 - Модуляція BPSK

 

 

Рисунок 2.18 - Модуляція QPSK

 

 

 

Рисунок 2.19 - Модуляція QAM-16

 

Рисунок 2.20 - Модуляція QAM-64

 

З приведених видів модуляцій, найбільш перешкодостійкою є BPSK, але в той же час має найменшу бітову швидкість - 1 біт в одиницю передачі. З іншого боку, модуляція QAM-64 є найбільш швидкісною - 6 біт/передачу, проте найбільш схильна до спотворень в бездротовому каналі.

 

 

OFDM-модуляция

Використання OFDM модуляції дає можливість використання системи стандарту 802.16-2004 не тільки в режимі прямої видимості, але і допускається робота з відбитим сигналом [7]. Це відбувається завдяки тому, що OFDM розбиває смугу на безліч підсмуг (sub-carriers), відбувається розпаралелювання потоків даних, так що час передачі одного символу в одній підсмузі багато разів збільшується, що і дозволяє боротися з многолучевостью і розмиттям символу в каналі передачі.

Режим OFDM - це метод модуляції потоку даних в одному частотному каналі (шириною 1-2 Мгц і більш) з центральною частотою fc.

Ділення ж на канали - частотне. При модуляції даних за допомогою ортогональних несучих в частотному каналі виділяються N піднесучих так, що fk = fc + kDf, де до - ціле число з діапазону [-N/2, N/2] (в даному випадку до № 0). Відстань між ортогональними несучими Df = 1/Tb, де Tb - тривалість передачі даних в символі. Крім даних OFDM-символ включає захисний інтервал тривалістю Tg, так що загальна тривалість OFDM-символа Ts = Tb + Tg. Захисний інтервал є копією крайового фрагмента символу. Його тривалість Tg може складати 1/4, 1/8, 1/16 і 1/32 від Tb (рис. 2.21).

 

Рисунок 2.21 - OFDM символ

 

Кожна несуча модулюється незалежно за допомогою квадратурної амплітудної модуляції. Загальний сигнал обчислюється методом зворотного швидкого перетворення Фурье.

Символьна структура OFDM спектру представлена на рисунку 2.22.

 

Рисунок 2.22 - OFDM символьна структура

 

Захисний інтервал при OFDM-модуляции - могутній засіб боротьби з міжсимвольними перешкодами (міжсимвольній інтерференції, МСИ), що виникають унаслідок неминучих в міських умовах переотражений і багатопроменевого розповсюдження сигналу. МСИ приводить до того, що в приймачі на сигнал, що прямо розповсюджується, накладається переотраженный сигнал, що містить попередній символ. При модуляції OFDM переотраженный сигнал потрапляє в захисний інтервал і шкоди не заподіює. Проте цей механізм не запобігає внутрішньосимвольній інтерференції - накладенню сигналів з одним і тим же символом, що прийшли з фазовою затримкою. В результаті інформація може повністю спотворитися або (наприклад, при фазовому зрушенні на 180°) просто зникнути.

 

 

Кодування

Що поступає з МАС рівня послідовність, повинна пройти рандомізацію і піддаватися кодуванню з прямим виправленням помилок - FEC. Ідея FEC - додавання надмірності в передаване повідомлення слідуючи певному алгоритму, що б на стороні прийому, була можливість виявити і виправити помилку.

Вхідний потік даних скремблюється - піддається рандомізації, т.е множенню на псевдовипадкову послідовність (ПСП), що отримується в 15-розрядному сдвиговом регістрі (задаючий поліном ПСП – з(x)= x15+ x14+ 1, початкове значення - 4А8016)

Як перешкодостійке кодування використовується код Рида-Соломона як зовнішній, і згортальний код, як внутрішній. Причому, код Ріда-Соломона є систематичним кодом що згенерував з поля Галоїса 256 з блоком змінної довжини K від 6 до 255 байтів. Можливість корекції помилки T змінюється від 0 до 16 помилкових байтів.

Кожен блок Ріда-Соломона, піддається обробці двійкової згортальної коди. Код Рида-Соломона направлений на виправлення підряд помилок, що йдуть, а згортальний код на одиничні бітові помилки.

При ініціалізації абонентської станції швидкість коди Ріда-Соломона і згортальної коди рівна 1/2.

Таблиця 2.4 ілюструє можливі варіації використання коди і модуляції, які використовуються в стандарті.

 

Таблиця 2.4 - Схеми обов'язкового кодування і модуляції

 

Модуляція	Розмір блоку (байт)	Розмір кодованого блоку (байт)	Загальна швидкість коду	Код Ріда-Соломона	Згортковий код
BPSK			1/2	(12,12,0)	1/2
QPSK			1/2	(32,34,4)	2/3
QPSK			3/4	(40,36,2)	5/6
QAM 16			1/2	(64,48,8)	2/3
QAM 16			3/4	(80,72,4)	5/6
QAM 64			2/3	(108,96,6)	3/4
QAM 64			3/4	(120,108,6)	5/6

 

У схемі модуляції BPSK, код Ріда-Соломона не повинен бути використаний.

Після кодування слідує процедура перемежения - перемішування бітів в межах блоку кодованих даних, відповідного OFDM-символу. Ця операція проводиться в дві стадії. Мета першої - зробити так, щоб суміжні біти виявилися рознесеними по тих, що несуміжним несуть. На другій стадії суміжні біти виявляються рознесеними в різні половини послідовності. Все це робиться для того, щоб при групових помилках в символі ушкоджувалися несуміжні біти, які легко відновити при декодуванні.

Так само, опционально стандарт передбачає опциональное застосування блокових турбо-код (заснованих на кодах Хеммінга і контролі парності) і згортальних турбо-код.

Переваги WIMAX

Основними перевагами WIMAX є [8]:

- Використання OFDM модуляції - це ортогональне мультиплексування декількох "потоків" з тим, що розноситься по частоті в один широкосмуговий сигнал. Це впливає перш за все на те, що сигнал стає стійким до дії практично будь-яких видів перешкод, опадів. Істотний виграш від застосування OFDM модуляції полягає в тому, що при віддзеркаленні, переотражении сигналу від перешкод стає можливим його прийом, причому рівень сигналу до і після віддзеркалення практично не змінюється. Зазвичай при віддзеркаленні широкосмугового сигналу від якоїсь поверхні походить зрушення фаз краєвих ділянок частот, що приводить до ослаблення, загасання, не можливості прийняти сигнал в цілому. OFDM модуляція дозволяє це запобігти. OFDM модуляція дозволяє працювати в умовах не прямої видимості.

- Також перевагою WIMAX над іншими технологіями слід рахувати той факт що при організації зв'язку не потрібно організовувати L2TP сесії. WiMAX фактично будуватися на мережі типу Ethernet;

- Перевагою WiMAX є мережева архітектура. Вона має на увазі взаємодію зі всіма типами існуючих мереж;

- Можливість використання різних частотних діапазонів;

- Використання адаптивної модуляції яка дозволяє варіювати швидкістю передачі залежно від умов прийому;

- Коректування сигналів з прямим виправленням помилок гарантує надійність 99,999%;

- Гнучка динамічна настройка якості обслуговування (QOS), завдання пріоритетів різним видам трафіку і одночасна підтримка інтерфейсів IP і TDM E1 дозволяють паралельно передавати голос, мультимедійну інформацію і цифрові дані по одному каналу зв'язку;

- Висока ефективність використання радіочастотного спектру

збільшує пропускну спроможність і знижує питомі витрати на запуск і експлуатацію.