Алматы қаласында 4G технологиясын ұйымдастыру

 

 

1.6-сурет WIMAX технологиясының дамуының сұлбасы

 

 

 

 

 

 

1.3.2  IEEE 802.16j стандартына қысқаша сипаттама

 

 

ІЕЕЕ 802.16j мақсатты тобы  2006 жылдың наурызында, ІЕЕЕ 802.16 стандарты аясындағы  жедел әрекетті  көп сатылы ретрансляциялық  жүйені жасау үшін құрылған. Шын  мәнісінде бұл  жұмыс - ІЕЕЕ 802.16 -2004 суреттелген, мesh-желі бағытының дамуы. Алайда сол құжатта шартты қатынаудың  мesh-желісі суреттелген. ІЕЕЕ 802.16j стандарты  көп сатылы таратудағы желінің жұмыс  өнімділігін жақсартуы қажет, және  ретрансляторлар да, сондай-ақ абоненттік станциялар  да жедел әрекетті бола алады. мesh-желіден айырмашылығы, РС тарату режимінде де жұмыс істей  береді (нүкте-көп нүкте).

Ең алдымен, ІЕЕЕ 802.16j стандарты  жаңа түсінікті енгізді – бұл, релейлік станция (ретранслятор, РС).  РС жұмысының  ашық және ашық болмайтын  жұмыс режимін  атап көрсетеді. Ашық режимде РС деректерді ғана таратады және  преамбулалар мен DL-MAP6  UL-MAP сияқты басқарушы өрісті таратпайды (1.7-сурет). Бұл ақпаратты АС тікелей  БС алады. Және сол кезде АС логикалық  тұрғыдан РС өзара әрекетке түспейді (оның бар екендігін білмейді).

Ашық болмайтын режимде РС деректерді және преамбуланы ғана беріп қоймай, сонымен қатар, басқарушы барлық хабарламаларды таратады. АС қатысты  ол БС түрінде көрінеді, абоненттік станция физикалық және логикалық  тұрғыдан дәл сонымен байланысқан.

Сонымен қатар, РС диспетчерлеуге және берілетін трафикті (таратылған басқаруды) қорғауға болады немесе ондай қасиеттерінің  болмауы мүмкін (орталықтандырылған басқару). Бірқатар зерттеушілердің  мәліметтеріне сәйкес,  РС ашық болмайтын  режимде қолдану, ұяшықтың жалпы  өткізгіштік қабілетін 40% арттырады (жұмыс деректері бойынша 6,2-ден 8,8 Мбит/с дейін).

 

 

 

 

 

 

 

1.7-сурет. Ретрансляция желiсiнiң құрылымы

 

ІЕЕЕ 802.16j стандарты ІЕЕЕ 802.16е стандартымен толықтай кері сәйкестігін қамтамасыз етеді (біз қосымша «е» салыстырамыз, өйткені ІЕЕЕ 802.16j дәл сол жедел  әрекетті желілерге бағдарланған). Алайда, оның физикалық деңгейде де, МАС-деңгейінде де, бірқатар айырмашылықтары  бар. Атап айтқанда, физикалық деңгейде кадрлардың құрылымы біршама өзгеріске  ұшырайды. OFDMA режиміндегі кадрлардың жалпы құрылымы сақталған. Алайда, төмен  түсетін және жоғары өрлейтін субкадрлар қатынау интервалына және ретрансляция интервалына бөлінеді (1.8-сурет). Қатынау  интервалында МС пен оның қатынау  станциялары  - базалық немесе ашық болмайтын режимдегі ретрансляция -арасындағы тарату жүріп жатады. Оның құрылымы OFDMA кадрының режиміне толығымен  сәйкес келеді.

Ретрансляция интервалында БС пен  РС арасында немесе тек қана РС арасында  радиоалмасу  жүріп жатады. Яғни,  осы сәтте таралатын барша  трафик – бұл ретрансляцияланатын  трафик. Ретрансляция интервалы R-FCH пакетінен  басталады (ретрансляциялық фреймнің басқарушы тақырыбы), оның артынан  басқарушы ақпарат жүреді (  әрбір  қабылдаушы/жіберуші құрылғыға арналған слоттардың бағыты атап көрсетілген, DL/UL-MAP картасының баламасы).  РС арасында синхрондау үшін қосымша ретрансляциялайтын преамбула қарастырылған. Ол төмен  түсетін ретрансляциялық интервалдың  соңында, жіберіледі, және  әрбір  кадрда емес, 40 мс бір мәртеден кем  болмайтындай (ұзақтығы 5мс болатын8 кадр) етіп, жіберіледі.

 

 

1.8-сурет. ІЕЕЕ 802.16j стандарты кадрындағы қатынау және ретрансляция интервалы.

 

МАС деңгейде ІЕЕЕ 802.16j стандартына  өзгеруі негізінен желідегі бастапқы тіркеу процедурасына, авторлауға, шифрлау  кілтін беруге қатысты болды.

Айта кетейік, РС шартты түрде, номадтық (жылжымалы ретранслятор) және жедел  әрекетті болады. Жедел әрекетті РС үшін тән сипат-  жүрдек поездағы (автобустағы) ретрансляциялық станция. Топология тұрғысынан алғанда РС желілерінде әр алуан нұсқалар болуы  мүмкін. Мысалы, бірнеше РС бір ғана МС үшін деректер тарата алады (МІМО көпантенналы жүйенің нұсқалары).

 

 

1.3.3 IEEE 802.16m стандартына қысқаша сипаттама

 

 

ІЕЕЕ 802.16m   мақсатты тобы да маңызды  істермен айналысуда. Ол ІЕЕЕ 802.16 стандартының мүмкіндіктерін ІТU тұжырымдаған,  ІМТ-Advansed  байланыс желісінің   тараптарына  дейін жеткізіп, кеңейтетін спецификациясын - яғни,  төртінші ұрпақтағы кең  жолақты байланыс желілерін жасайды. Оларға Advansed LTE жасаған стандартарды ғана жатқызады.

Жаңа стандарт «жақсартылған сымсыз интерфейс» деп аталады, бұдан көретініміз, ІЕЕЕ 802.16е толығымен кері сәйкестігі кезіндегі өзгерістердің негізінен  физикалық деңгейге қатыстылығы.

Жасаушылардың мақсаты - 4G байланыс жүйесінің  стандартын жасау болғандықтан, оның басты талаптарының бірі – ІМТ- Advansed және ІМТ-2000 басқа технологияларымен  толықтай сәйкестігінің болуы. Ол аздай, бұл стандарт анау-бастан WiМах желілерінің  сәулеті мен профилінің ерекшеліктерін ескере отырып, жасалған. Ол  жиілігі 6 ГГц төмен болмайтын диапазонда, соның ішінде кең жолақты жедел  әрекетті және шартты желілерге арналған, диапазонда жұмыс істеуге арналған. Атап айтқанда,  ІМТ және ІМТ-2000 жүйесі үшін,   WARC-92, WRC-2000, WRC-07 конференциясының шешіміне сәйкес келесі диапазондар  бөліп шығарылған:450-470, 698-960, 1710-2025, 2110-2200, 2300-2400, 2500-2690 және 3400-3600 МГц. Жиіліктегі, сондай-ақ уақытша дуплекстелген  режимдерге қолдау көрсетілуі тиіс, және  бірнеше жиілік жолақтарымен түзілген, арнамен жұмыс атқарудың мүмкіндігі де бар.

ІЕЕЕ 802.16е сәйкес келетін жабдықтың,  төмен түсетін арнадағы 150Мбит/с  жоғары болатын сектордағы өткізгіштік  қабілеті жолақта 20 МГц дейін жетеді. Ең үлкен өткізгіштік қабілеті төмен  түсетін және жоғары өрлейтін арналарда  сәйкесінше, 8,0 және 2,8 бит/с/Гц кем  көрсеткішті  құрайды (1.2-кесте). ІР-деңгейдегі деректерді берудің тежелуі 10мс артпайды.

 

1.2-кесте

ІЕЕЕ 802.16m жүйелеріндегі деректерді берудің қалыптастырылған идеалды  жылдамдығы

Арнаның бағыты	МІМО конфигурациясы	Ең үлкен жылдамдық, бит/с/Гц
Төмен түсетін	2х2	8,0
	4х4	15,0
Жоғары өрлейтін	1х2	2,8
	2х4	5,6

 

ІЕЕЕ 802.16m жүйесі - ІЕЕЕ 802.16е жүйесіне қарағанда  3дБ энергетикалық қосымша  ұтымдылығын қамтамасыз етеді. Жабын  аймағы арта түседі. Радиусы 5 км дейінгі  ұяшықтарда жүйе берілген сипаттамалармен  жұмыс істеуі керек. Ұяшық радиусын 30 км дейін ұлғайтқанда сапасы біртіндеп  төмендей бастайды. Алайда жүйе  БС-дан 100 км дейінгі қашықтықта да жұмысқа  қабілеттілігін сақтауы керек ( шектеулер  жылулық шуы тәрізді принципиалды бөгеттерге байланысты болғанда). МС жылдамдығы 350 км/с құрауы мүмкін.

ІЕЕЕ 802.16m  жүйесі МС 50-ден 150 м дейінгі  дәлдікте орналасуын анықтауды қамтамасыз ете алады.

m стандарты бастапқы кезден-ақ  ІЕЕЕ 802.16j жобасы аясында жасалатын  мүмкіндіктерді қарастырған- яғни,  ретрансляциялық режимдегі жұмыс  ІЕЕЕ 802.16m  жабдығына тән (1.9-сурет). Және бұл кезде ІЕЕЕ 802.16m ретрансляциялық  станция РС ІЕЕЕ 802.16j тікелей жұмыс  істей алмайды – алайды барлық  қажеттілік бұдан көрінбесе керек.  Ол аздай,  ІЕЕЕ 802.16j қосымшасы  іс жүзінде ІЕЕЕ 802.16m  құрамдас  бөлігі болып табылады.

 

 

1.9-сурет. ІЕЕЕ 802.16m стандартындағы ретрансляция жолдары

 

ІЕЕЕ 802.16m стандартының негізгі дерлік ерекшеліктерінің бірі –кадрлардың  құрылымын өзгерту болып табылады. Әрине, стандарт OFDMA ерекше режимін  қарастырады. ІЕЕЕ 802.16m стандартында жаңа элемент енгізілген – ұзақтығы 20 мс болатын суперкадр (ІЕЕЕ 802.16е  кадрдың максималды рауалы уақыты). Суперкадр  ұзақтығы 5с болатын  төрт кадрға бөлінеді. Егер арнаның  ені 5, 10 немесе 20 МГц құраса, әрбір  кадрде сегіз субкадрдың болғаны. Субкадр  төмен түсетін немесе жоғары өрлейтін кеткен арнаға берілуі мүмкін. Беріліс  бағытын ауыстырғанда (жоғары өрлейтін төмен түсетін қарай ауысқанда  немесе керісінше) қарама қарсы бағыттағы  субкадрлар арасында ауыстырып қосудың  интервалы (нүкте) қосылады. Әрбір кадрде уақытша дуплекстеу уақытында (ТDD) ауыстырып-қосудың  екі немесе төрт нүктесі болуы  мүмкін.Субкадрлар - OFDM алты (1түрі) және жеті (2түрі) символы бар, екі түрлі  болады.

Кадрлық құрылымдағы өзгерістер ІЕЕЕ 802.16 стандарттың алдыңғы нұсқасымен сәйкестігін қамтамасыз етуге, сондай-ақ ІМТ-2000 және ІМТ- Advansed (мысалы. LТЕ) пулға  кіретін кең жолақты берілістің стандарттарымен де сәйкестігін  қамтамасыз етуге бағытталған. Осы  мүмкіндіктердің бәрін қолдау үшін уақытша аймақ түсінігін енгізу қажет.  аймақ – бұл бір немесе бірнеше көршілес субкадрлар. Әрбір  осындай аймақта ІЕЕЕ 802.16е немесе ІЕЕЕ 802.16m құрылғысына арналған трафик қана беріле алады. Сонымен қатар, әрбір  аймақ қосымша ретрансляция режимдерін қолдауға арналған уақыттық интервалға бөліне алады (ІЕЕЕ 802.16е/j және ІЕЕЕ 802.16m жекелеген аймақтары, өйткені ондағы ретрансляция протоколдары онда әр-түрлі).

ІЕЕЕ 802.16m  стандартының тағы бір  мүмкіндігі – ол 20 МГц асатын кең  арналармен жұмыс істеуге мүмкіндік  береді. Бұндай арналар бірнеше стандартты арналардың жиынтығы болып табылады. Және сол кезде арналар арасындағы қорғанысты жиілік  интервалдарына қажеттілік жойылады, бұл  өткізудің  қол жетерлік жолағын арттырады. Кадр құрылымын икемді реттеу дәстүрлі ІЕЕЕ 802.16 құрылғылармен сәйкестігін  қамтамасыз етуді мүмкін етеді.

Сонымен қатар, ІЕЕЕ 802.16m жабдығы ІМТ-2000 және ІМТ- Advansed құрылғыларымен сәйкес келуі керек. Сәйкес келу, ең алдымен, түрлі типтегі жабдықтардың сигналдарының  интерферейсінің жоқтығын білдіреді. Бұған,  осы стандарттағы кадрлардың ұқсас  құрылысын пайдалану арқылы, қол жеткізуге болады. Түрлі жүйелердің төмен түсетін және жоғары өрлейтін ағындары уақытта сәйкес келуі өте маңызды. Және кадрлық құрылым ІЕЕЕ 802.16m  бұндай жолды бос символдар мен кадрдың сәйкес келетін құрылымын таңдауды қосу арқылы, қамтамасыз етеді.  Атап айтқанда, LТЕ стандартының жабдығымен сәйкестік режимі көрсетілген.

ІЕЕЕ 802.16m стандартында бірқатар маңызды  өзгерістер бар.  Сонымен,  МІМО жүйесі белсенді түрде қолданылуда. Төмен  түсетін арнадағы минималды конфигурация БС (сектордағы) берілістің екі антеннасын  және қабылдайтын екі МС антеннасын қарастырған. БС барлығы сегізге  дейін беріліс және МС сегіз қабылдайтын  антенналар болуы мүмкін (DL-арнадағы рауалы конфигурациялар, беріліс х  қабылдайтын антенналар – 2х2,  4х2,  4х4,  8х2,  8х4,  8х8). БС көтерілетін  арнада қабылдайтын екі антеннадан аз болмауы керек, МС-біреу, екеу немесе төрт беріліс  антеннасы болуы  тиіс. Антенна сандарына қоса,  МІМО режимдерінің мүмкіндіктері де ұлғаяды. Multi-user МІМО режимі енгізіледі, соған сәйкес бір мезетте және бір ғана жиілікте ақпаратты түрлі  пайдаланушыларға тарату мүмкін болмақ. Және сол кезде БС берілістің екі  антеннасы  екі абонентке дейін  қолдайды, төрт және сегіз беріліс  антенналарында – төрт пайдаланушыға  дейін қолдайды.

Сонымен, ІЕЕЕ 802.16m стандарты –  бұл  LТЕ- Advansed стандартының іс жүзіндегі  баламасы. Ол 2012 жылдың ортасында- LТЕ стандартының алғашқы жүйесі күтілетін мерзімде пайда болуы тиіс. Сөйтіп, ІЕЕЕ 802.16m пайда болысымен, оның икемділігі мен  басқа технологиялармен сәйкестігі тұрғысынан алғандағы имманенттік  мүмкіндіктерін ескере отырып, 4G жедел  әрекеттегі байланыс жүйесін жасау  туралы нақты айтуға болады.

 

1.4  Тапсырманың қойылуы

 

 

Осы жобаның ең бас мақсаты болып, сымсыз қолжетімділіктің кең жолақты  желісін байланыстың заманауи қызметтерiн  ұсыну үшін ұйымдастыру:интернет желісіне жоғары жылдамдықты қолжетімділікті, Алматы қаласының абоненттеріне  цифрлық телефонияны қамтамасыз ету

WiMAX негізіндегі заманауи мультисервистік  қызметтерді және мәліметтер  мен дыбысты тараптың негізінде  жоғары жылдамдықты таратуды  кең жолақты сымсыз қолжетімділік  схемасында жобалау мүмкіндіктерін  Алматы қаласының абоненттеріне  ұсынуды ұйымдастыру үшін келесi  сұрақтар қарастырылған:

-Таратушы және абоненттiк бөлiмдерге Alvarion компаниясының сымсыз кеңжолақты  қол жеткізу жабдығығына таңдау  жасау; 

-WiMAX кеңжолақты сымсыз қатынауды  ұйымдастырудың сұлбасын жасау;

-желiнiң энергетикасы,радиосызығы  базалық станцияның қамту аймағы, сыртқы құрылғынсының сапасының  интегралды көрсеткiштерін есептеу;

- жобаның экономикалық тиімділігін  есептеу;

- еңбек қорғау бөлімін қарастыру.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 WiMAX сымсыз кең жолақты  қатынау желiсiн жобалау

2.1 WiMAX желісі архитектурасының негізгі принциптері

 

 

WiMAX желісі сымсыз және базалық  сегменттердің жиынтығы болып  табылады. біріншісі ІЕЕЕ 802.16 стандартында  айтылған, екіншісі WiMAX-форумның спецификацияларымен  анықталады. Базалық сегмент –  бұл радиожеліге жатпайтынның  бәрі, яғни,  базалық станциялардың  бір-бірімен байланысы, жергілікті  және жаһандық желілермен байланыс. Базалық сегмент ІР-протоколдарда  және Ethernet стандартына негізделеді.  Алайда аутентификация механизмдерін,  криптоқорғаныс, роуминг және хэндоверді  қосқандағы желінің архитектурасы  WiMAX-форумның құжаттарында айтылады.

WiMAX желісінің спецификациясы дестелі  коммутация технологиясына, ІР және Ethernet протоколдарына негізделіп,  қажетті кезде оларды толықтырады. WiMAX желінің архитектурасы радиожеліні  қосқандағы, көліктік ІР-эжелінің  функциясы мен құрылымынан   бастап, желі архитектурасының тәуелсіздігін  қамтамасыз етеді. WiMAX желісі жеңіл  масштабталып, тез өзгертілетіндей,  декомпозиция принциптеріне негізделуі  тиіс. Масштабтылығы мен икемділігі  абоненттердің тығыздығы, жабын  аймағының географиялық ұзындығы, жиілік диапазондары, желінің топологиясы,  абоненттердің мобилділігі сияқты  пайдаланушылық параметрлері бойынша  мүмкін болмақ.