Наименование Артикул Цена Скидка К-во Стоимость
{$description} {$articul} {$price} {$sum} 1
Всего: ${quantity} ${sum}
Корзина заказов:
Ваша корзина пуста



Применение современных методов модуляции, кодирования и разделения в WiMAX

на главную Статьи ЧАО «Рокс» Применение современных методов модуляции, кодирования и разделения в WiMAX

Применение современных методов модуляции, кодирования и разделения в WiMAX

Предисловие.

Главным препятствием массовому внедрению сетей широкополосного беспроводного доступа к Интернет-ресурсам, базирующихся на технологии WiMAX , являются те трудности, которые возникают на физическом уровне и являются следствием так называемого «многолучевого режима распространения» в радиоканале, возникающего в условиях «отсутствия прямой видимости» ( non - line - of - sight ), сокращенно NLOS .

Приводим выдержки из довольно обширных исследований, проведенных специалистами факультета вычислительной техники и электроники университета штата Западная Вирджиния (г. Моргантаун, публикация 2007г.) в той их части, которая относится к исследованию каналов передачи на физическом уровне и изложению результатов моделирования поведения систем WIMAX в условиях применения различных технологий, улучшающих качество канала передачи.

1. Стандарты ш ирокополосных беспроводных сет ей.

Wi-Fi является главным термином , используемым для представл ения тех беспроводны х локальны х сет ей (WLAN), которые соответствуют стандарту IEEE 802.11. Стандарт IEEE 802.11 определяет эфирный интерфейс между беспроводным клиентом и базовой станцией или между двумя беспроводными клиентами. Стандарт IEEE 802.11 имеет несколько верси й : 802.11a, 802.11b, 802.11g , 802.11n и т. д, каждая из которых предполагает работ у в н елицензируемых полосах частот. Стандарт 802.11a предназначен для диапазона частот 5 ГГц и использ ования технологии OFDM для обеспечения скорости данных 54Мбит/с. Стандарт 802.11 b предполагает использование диапазона частот 2,4ГГц и технологии DSSS для передачи данных со скоростью 11Мбит/с. Стандарт 802.11g предназначен для полос ы частот 2 , 4 ГГц, использу ет технологию OFDM и обеспечивает скорость данных 54 Мбит/с .

Модуляция OFDM позволяет увеличи ть скорость данных и информационную емкость канала передачи , ра зделяя широкий канал , занимаемый одной модулированной несущей, на множество близко расположенны х узкополосных каналов, занимаемых несущими , каждая из которых использует разную частоту для передачи различных частей сообщения. Для того чтобы избежать наложения и интерференции несущих, узкополосные несущие располагают таким образом, чтобы соседние из них были ортогональны друг другу.

Стандарт 802.11n, как ожидается , должен обеспечить тип ов ую скорость данных приблизительно 200 Мбит/с при использовании более широко го диапазон а частот и метода « Много Входов - Много Выходов» (MIMO) в дополнение к технологии OFDM. По методу MIMO используют множество передающих и приемных антенн для того, чтобы увеличить пропускную способность канала передачи и надежность всей системы радиосвязи.

Построение LAN с применением Wi-Fi устраняет потребность в кабелях и в соединении с сетями других стандартов широкополосного доступа хорошо подходит для обеспечения беспроводного широкополосного доступа в пределах офисов и жилых помещений . Но применение Wi-Fi имеет ограничения, связанные с расстоянием. При помощи передающей станции Wi-Fi можно реализовать широкополосный доступ к Інтернет - клиентам в пределах расстояни й до 100 метров от нее . Пусть более новые технологии, используя направленные антенны и дополнительные сети с использованием Wi-Fi , позволяют увеличить диапазон расстояний от передающих станций Wi-Fi свыше 100 метров , всеже они не обеспечивают стандартизированный способ под соединения Беспроводных Провайдеров Услуг Интернета ( WISP ) непосредственно к домам и офисам. Эта проблема широко известна как проблема «последней мили» .

WiMAX (сокращение от « Международного взаимодействия для Способствования Микроволновому Доступу») является эффективным решением для «последней мили», имеющим целью предоставление широкополосной сети от WISP непосредственно к домам и офисам . Технология WiMAX основывается на стандарте IEEE 802.16, которы й в свою очередь определяет стандарт эфирного интерфейса WirelessMAN для беспроводных сетей, предназначенных для обслуживания крупных регионов. Оригинальный стандарт IEEE 802.16 предназначен для WiMAX в диапазоне частот 10 - 66 ГГц и предполагает работу в режиме «прямой видимости» - line of sight (LOS). Позже версия стандарта IEEE 802.16a был а развит а для использования в лицензи руемых и освобожденных от лицен зирования диапазонах частот от 2 до 11 ГГц для режима «без прямой видимости» (NLOS). Стандарт IEEE 802.16d, который также извес тен как IEEE 802.16-2004, является новой версией IEEE 802.16a и представляет собой решение для широкополосного доступа для последней мили. Этот стандарт является стандартом фиксированной связи , потому что он предполагает использование подписчиком неподвижной антенны. Стандарт IEEE 802.16e, назв аем ый также « мобильны м WiMAX » , является развитием стандарта 802.16d и добавляет « мобильность » к данному стандарту. В то время как за счет применения фиксированного WiMAX в режиме «точка- многоточ ка» может быть предоставл ен широкополосный доступ к домам и фирмам, « мобильный WiMAX » пред полагает полную мобиль ность клиентов сотовых сетей при предоставлении им действительно широкополосных услуг .

Для WiMAX применяются как лицензируемые, так и нелицензируемые частотные спектры. Благодаря использованию направленных антенн, WiMAX позволяет получить большие расстояния передачи , которые могут достигать приблизительно 30 миль (50Км) . В то время как оборудование стандарта 802.16 может обеспечить максимальн ую пропускн ую способност ь приблизительно 124 Мбит/с , 802.16a может достичь пропускной способности только 70 Мбит/с , так как он долж е н преодолевать трудности, вызванные условия ми режима NLOS в диапазоне 2-11 ГГц.

В то время как Wi-Fi использует схему OFDM с 64 несущими , WiMAX использует схему OFDM с 256 несущими , что позволя ет ему достичь более высок ой скорости данных. Мобильная версия WiMAX, 802.16e, использует Мно жественный Доступ с Ортогональным Частотным Мультиплексированием (OFDMA), который не только делит несущие на мно жество по днесущих ( как в OFDM ) , но также группирует эти мно жественные поднесущие в подканалы. Кроме того, WiMAX полагается на протокол доступа на основе предоставления запрос а , который, в отличие от доступа на основе утверждения, используем ый в Wi-Fi, не позволяет возникать коллизиям данны х и, таким образом, более эффективно использует имеющийся диапазон частот. Как «фиксированный WiMAX », так и «мобильный WiMAX » имеют переменные полосы пропускания шириной от 1,5 до 20МГц для того, чтобы обеспечить возможность передачи на большие расстояния и к различному оборудованию подписчиков.

2. Стандарты IEEE 802.16 в системах BWA .

В течение достаточно продолжительного периода времени пользователи сетей Широкополосного Беспроводного Доступа ( BWA ) ожидают эффективного решения задачи доставки высокоскоростного Интернет в их офисы и жилые помещения, в том числе и к тем отдаленным пунктам, где традиционные услуги широкополосного доступа на данный момент нереализуемы. После публикации в полном объеме современного промышленного стандарта IEEE 802.16, представляющего собой самую передовую технологию, которая для обеспечения совместимости оборудования согласована с промышленностью, появилась надежда на осуществление этих ожиданий.

Стандарт IEEE 802.16, первая версия которого была закончена в октябре 2001 и издана 8 апреля 2002, - это стандарт беспроводного интерфейс а Wireless MAN для беспроводных сетей ( MAN ), способных охватить услугами мегаполисы, которы й предназначен для того , чтобы обеспечить передачу по высокочастотным радиоканалам голос а и данны х к офисам и жилым помещениям клиентов. Консорциум промышленников все го мир а, который осуществляет Содействие Микроволново му Доступ у , широк о известн ый как Консорциум WiMAX, способствует развитию стандарта IEEE 802.16 , а также осуществляет проверку оборудования и его сертификацию на предмет соответствия данному стандарту. Поэтому стандарт IEEE 802.16 часто воспринимается как WiMAX сегодня.

Стандарт IEEE 802.16a/d определяет три различных PHY (Физически х уровня ) - WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM и WirelessMAN-OFDMA , которые в о взаимодействии с уровнем MAC дают возможность обеспечить надежную непрерывную связь. На первом этапе создателями стандарта был изучен и реализован PHY , соответствующий варианту WirelessMAN-OFDM . Были также изучены и реализованы р азличные методы , которые формируют PHY таким образом , чтобы обеспечить наиболее реалистичную систему . Прежде чем осуществить все эт и шаги , были произведены детальны е исследования различн ых технологий широкополосного доступа . Затем разработчиками стандарта б ы ли подробно изучен ы механизмы функционирования беспроводных канал ов , и только после этого был дан краткий обзор модели PHY системы WiMAX. Были также изучены р азличные применимые ви ды модуляции, а функциональные возможности кажд ой у лучшающей параметры техники изучалась последовательно один а за друг ой с точки зрения тех преимуществ , кото рые они предоставляют системе . Наконец, для подтверждения установленных зависимостей были приведены результаты м оделирования .

3. Модели б еспроводны х к анал ов

Модель идеального канала, называемого каналом с «аддитивным белым Г ауссовским шумом » (AWGN), - обычная отправная точка при анализе работы системы радиосвязи. Согласно этой модели, переданные образцы данных поражаются рядом статистически независимых шумовых источников , которые представлены главным образом тепловыми шумами , возникающими в приемнике. Тепловые шумы возникают из-за случайн ого движени я электронов вследствие тепловой а ктивности в приемнике. Термин « Гауссовский » используется, чтобы подчеркнуть , что эти тепловые помехи имеют Гауссовское распределение. Т ок, на веденный случайным движением электронов , может быть о ценен как сумма бесконечно большого количества малых индивидуальных токов, произведенных движением очень больш ого количеств а электронов , и , так как все источники ведут себя независимо, предполагается, что полный ток является суммой большого количества независимых и идентично распределенных ( i . i . d ) случайных токов. Если п римен ить теорему, которая утверждает , что распределение суммы большого количества i.i.d случайных переменных приближается к Гауссовскому распределению, то этот полный ток будет име ть Гауссовское поведение. Термин «б елый » ( white ) используется, чтобы указать, что этот шум имеет равную мощность для все х частотных компонен т , то есть спектральная плотность мощности шума постоянна для всех частот и равна N 0 /2, при этом N 0 /2 называют двух сторонней шумовой спектральной плотностью. Термин «аддитивный» подразумевает, что шумовые образцы добавлены к переданным образцам данных и поражают их. Таким образом, в общей сложности принятый в канале AWGN сигнал, может быть представлен как

принятый в канале AWGN сигнал(1)

где s (t) - переданный сигнал, и n (t) - шумовой сигнал, образцы которого имеют средн ее значение 0 и варьируются в пределах N 0 /2.

К сожалению, модель AWGN не является вполне подходя щей для беспроводных каналов, потому что переданный сигнал под вержен действию такого явлени я как «замирания» , добавляемые беспроводным канал о м к шуму, в озникающему в приемник е . Замирания представля ю т обой флуктуации мгновенн ых значений напряженности сигнала в месте расположения приемника, возникающие из-за множества трасс распространения сигнал а .

Кроме того, с игнал отраж ается различными объектами , расположенными на трассе , поскольку он попадает в приемник, проходя мно жество трасс . Эти компоненты многолучевого распространения воздействуют на приемник положительно или отрицательно в зависимости от их коэффициентов ослабления и фаз овых сдвигов , заставля я таким образом уровень принятого сигнала колебаться в зависимости от времен и и расстояни я .

Основные факторы , которые затрагивают сигнал, ра спространяющийся в беспроводной среде, - это Отражение, Дифракция и Рассеивание [2]. Отражение происходит, когда р аспространяющийся сигнал отражается от объекта с размерами достаточно большими по отношению к длине волны сигнала.

Дифракция происходит, когда трасса распространения между передатчиком и приемником перекрыта плотным препятствием с размерами , которые являются б о льшими по отношению к длин е волны сигнала, что приводит к формированию позади препятствия вторичны х волн .

Рассеивание происходит, когда ра спространяющийся сигнал наталкивается на объект, размеры которого порядка длины волны сигнала или менее , что приводит к переизлучению энерги и сигнала п о все м направлениям .

Эти три вида замираний вместе образуют общую картину замираний в канале, достаточно полно представляемую как Замирання Крупного масштаба и Мелкомасштабн ые Замирания .

3.1 Крупномасштабн ые Замирания

Крупномасштабн ы е замирания представля ю т собой среднее ослабление мощности сигнала или потер и на трассе при прохождении трасс большой протяженности . Потер и на трассе и Затенение – вот два основных механизма, которые приводят к эффектам замираний крупн ого масштаб а.

3.2 Потери на трассе распространения

Потер и на трассе распространения лучше всего опис ываются моделью потер ь на трассе свободного распространения . Модель потерь на трассе свободного распространения предполагает, что передающая антенна является изотроп ной , то есть, передатчик излучает энергию с равной интенсивностью во всех направлениях, и нет никаких объектов на трассе распространения между передатчиком и приемником, которые могли бы блокировать сигнал или созда вать условия для его отражения . Также предполагается, что среда передачи не поглощает энергию. Мощность , п ринятая приемной антенной в модели свободного пространства определяется выражением Friis для свободного пространства [ 1 ]:

Мощность , п ринятая приемной антенной в модели свободного пространства(2)

где Pt - переданная мощность , Pr (d) – п ринятая мощност ь, которая является функцией расстояния между передатчиком и приемником, Gt - усиление перед ающей антенны, Gr - усиление п риемной антенны, λ является длиной волны сигнала, d – это расстояние между передатчиком и приемником, и L - коэффициент потер ь системы, не связанны х с распространением.

Мож но видеть , что мощность принятого сигнала обратно пропорциональн а квадрату расстояния между пе редающей и приемной антенн ами . Следовательно, если расстояние между передатчиком и приемник ом увеличивается , мощность принимаемого сигнала умень шается . Уравнение 2 может быть записано в таком виде

Мощность , принятая приемной антенной(3)

где d 0 – граничное расстояние для дал ьней области антенны. Потери на трассе , PL (d) – это ослабление сигнала между п ередающей и п риемной антенн ами и определяется как

Потери на трассе(4)

В децибелах приведенное выше выражение может быть записано так

Потери на трассе, дБ(5)

А в общем виде верхнее выражение можно записать так

Потери на трассе, в общем виде(6)

где n - это так называемая «экспонента потерь на трассе», которая равна 2 для свободного пространства и больше 2 для реальных каналов.

3.3 Затенение

Затенение - это изменени е уровня принятой мощности сигнала на больш их расстояния х из-за случайных эффектов ландшафта и наличия крупных объектов в окружающей среде. Оно является причин ой того , что два различных приемника, равноудаленные от передатчика , п ринимают переданный сигнал с различн ой мощностью . Затенение может быть представлено как дополнительный случайный компонент, добавленный к потер ям на трассе , и , таким образом , эффективн ые потер и на трассе на заданном расстоянии от передатчика случайн ы и , как говорят, подчиняются логарифмически-нормальному закону распредел ения выше величины P L (d). Эту форму затенения называют логарифмически- нормальным затенением, и оно может быть представлено как [ 1 ]:

Эту форму затенения называют логарифмически- нормальным затенением(7)

где т.е. Гауссовские случайные изменения в пределах от 0 до .

3.4 Мелкомасштабные замирания

Мелкомасштабн ые замирания о тнося тся к быстрым колебаниям мощности п ринимаемого сигнала на протяжении коротк ого промежутк а времени или малой дистанции распространения при условиях , когда крупномасштабные эффекты могут игнорироваться, например, при перемеще ни и мобильных устройств от одного пункта к друго му . Этот тип замираний наблюдается в тех случаях , когда две или больше е количество коп и й переданного сигнала достигают приемника с различными задержк ами распространения, амплитуд ой , фаз ой и угл ами прибытия. Так как мног ие версии переданного сигнала п роходят по разным трассам , их часто называют много лучевыми компонентами, а их объединение может быть как полезным, так и вредным, если оно приводит к замиранию . Мобильный радиоканал может быть точно смоделирован как линейный , зависящий от времен и фильтр, и его импульсный от клик полностью характеризует много лучевой канал с замираниями . И мпульс ный отклик такого канала имеет вид

импульсный отклик канала (8)

где несущая частота -несущая частота, N – количество трасс, комплексный коэффициент ослабления и задержка при распространении комплексный коэффициент ослабления и задержка при распространении для n -ной трассы соответственно. Передаточная функция зависящего от времени канала – это преобразование Фурье для импульсного отклика и имеет вид

преобразование Фурье для импульсного отклика (9)

Изменения в H (f; t) вызвано с одной стороны измен ением f , приводящим к распр еделению во времени основного цифрового им пульса в пределах сигнала, и это поведение канала называют « дисперси ей во времен и» или «вариациями частот ы» исходного канала. С другой стороны, изменения в H (f; t) вызваны изменением величины t , которое приводит к распр еделению в частотной области, и это поведение канала называют «частотной дисперси ей » или «различием во времени» для исходного канала. Время задержки Время задержки в ( 9 ) о тноси тся к проявлению распределения во времени , которое является следствием неоптимального импульсного отклика каналов с замираниями за время наблюдения t , вызванного изменяющейся во времен и природ ой канала , которая является проявлением относительн ого движени я передатчик а и приемник а или движени я мешающих объектов в пределах канала [ 2 ].

Любой из двух механизмов мелкомасштабных замираний может быть корректно изучен как в о времен ной, так и в частот ной области . Bello в [ 3 ] предложил понятие Стационарного Некоррелировано го Рассеивани я Широкого Смысла (WSSUS) для того , чтобы изучить явление мелкомасштабного фединга . Предположение WSSUS позволяет представить общ ую передаточную функцию автокорреляции в таком виде

общая передаточная функция автокорреляции (10)

Функция пространственно-частотная, пространственно-временная корреляционная функция канала называется пространственно-частотной, пространственно-временной корреляционной функцией канала.

4. Законы р аспределения замираний.

П араметры замираний (федингов) , т акие как ослаблени я и задержки обычно моделируются как вероятностные процессы, так как они не могут быть предварительно детерминированы . Задержки, как обычно пред полагают, распределены однородно по разумному числу периодов символа. Огибающая п ринятого сигнала, котор ая зависит от ослабления, моделируется различными законами распределения вероятности в зависимости от присутстви я или от сутстви я «прямой видимости» ( LOS ) в канале передачи между передатчиком и приемником и серьезностью условий замирания в канал е . Большинство этих моделей пр едполагает большое количество рассеивателей, достаточное для того, чтобы в качестве модели канала могла использоваться центральная предельная теорема .

4.1 Р е ле евские ( Rayleigh ) замирания.

Модель Р е ле евских замираний используется для каналов, которые не имеют сильно й компонент ы сигнала прямой видимости между передатчиком и приемником. Коэффициент замираний может быть представлен как

Коэффициент замираний (11)

где x (t) и y (t) являются так называемыми независимыми реальными Гауссовскими вероятностными процессами. Понятие « Гауссовски е» является следствием того факта, что предполагается большое количество рассеивателей, а применение теоремы к этим случайным рассеивателям приводит к Гауссовскому распределению. Средние значения величин x (t) и y (t) стремятся к нулю , поскольку отсутствует сильн ый компонент сигнала основного луча. Математически, если мы имеем две независимых и тождественно распределенных Гауссовских случайных переменны х X и Y со средним значением равным 0 и переменную , тогда R = pX2 + Y 2 имеет Релеевское распределение с функцией плотности вероятности, представляемой как :

Релеевское распределение с функцией плотности вероятности(12)

4.2 Замирания Накагами-м

Огибающая принятого сигнала может быть представ лен а более общей, статистической моделью, названной Nakagami- m распределение м , функцию плотности вероятности для которо й представляют в виде

Замирания Накагами-м (13)

где

Nakagami- m распределени е сводится к распределению Р е лея при m = 1. Параметр m должен быть выбран таким образом , чтобы соответствовать степени выражен ности замираний в канал е .

4.3 Райсиановские ( Rician ) замирания

М одель Райсиановских замираний используется для каналов, которые имеют сильн ую составляющую сигнала прямой видимости между передатчиком и приемником. Процесс замираний может быть представлен как

Райсиановские ( Rician ) замирания (14)

где a0 - постоянн ая , котор ая представляет амплитуду компонент ы луча прямой видимости . Величина компонент ы луча прямой видимости определяется коэффициентом Райса коэффициент Райса. Райсиановское распределение показывает худш ие по отношению к распределению Рэлея условия распространения тогда , когда доминирующий компонент луча прямой видимости исчезает, то есть, когда a 0 становится равн ым 0.

В итоге потер и на трассе , затенение и много лучевые фединги – это те три главных проблемы, с которы ми обычно сталкиваются , когда беспроводный канал используется в качестве среды передачи , и первостепенное значение среди них имеют замирания при многолучевом режиме распространения . М одель Релеевских замираний используется для того , чтобы моделировать беспроводный канал в том случае , когда каждый переданный символ сталкивается с различными коэффициентами замираний по мере его продвижения к приемнику.

В к анал е также происходит добавление AWGN шума к переданному символу. Для этого вида модели, принятый символ r может быть выражен как

принятый символ r (15)

где h – это сложный коэффициент Релеевских замираний , s - переданный символ и сложный аддитивный белый Гауссовский шум.

5. Методы борьбы с замираниями, которые предлагаются для WiMAX

Для борьбы с замираниями и межсимвольной интерференцией при использовании WiMAX в диапазоне 2-11 ГГц в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS) были предложены различные методы на ф изическ ом уровне (PHY) систе м WiMAX . Далее будет да н краткий обзор некоторых из этих методов.

5.1 Раз деление

Раз деление – это мощная коммуникационная техн ология , которая боре тся с замираниями , используя случайную природу беспроводного канала , и позволяет реализовать независим ый (очень некоррелирован ый ) канал передачи сигнала между передатчиком и приемником. Даже в тех случаях, если некоторые из лучей подвергаются глубокому замиранию , другие независимые от них лучи могут передавать сильный сигнал , и при наличии бол ее чем одн ого луча, при детерминированном выборе одного из них, может быть достигнуто значительное улучшение параметров [ 1 ]. Три главных вида раз деления , которые применяются в PHY WiMAX – это в ремен ное разделение , ч астот ное разделение и п ространственное разделение . Из этих трех типов разделения наиболее важными на данный момент можно считать пространственное разделение и частотное разделение.

5.1.1 Пространственное р аз деление

Пространственное Раз деление , которое иногда также наз ывают Антенны м Разделением ( Antenna Diversity ) , достиг ается при наличии мно жества антенн в передатчике или приемнике , или и в передатчике , и в приемнике (Мно жественный Вход - Мно жественный Выход (MIMO)). Для того чтобы получить независимо замирающие сигналы, необходима база р азделени я в пространстве между двумя антеннами, равная нескольким длинам волны.

В системе с m передаю щими антеннами, и n п риемными антеннами, максимальн ый вы игрыш от раз деления равен mn в предположении , что коэффициенты замираний между индивидуальными парами антенн являются независимыми и распределенными тождественно (i.i.d) Р е ле евскими замираниями [ 5 ].

Для достижения большого усиления от разделения могут использоваться Пространственно-Временные методы кодирования типа Пространственно-Временных Блочных кодов (STBC) и Пространственно-Временных Решетчатых кодов (STTC) . Кроме достижения усиления от разделения , Пространственно-Временные Решетчатые код ы достигают также усиления от кодирования , но сложность декодирования STTC намного выше , чем для STBC.

Наряду с пространств енно -врем енными метод ами кодирования, которые улучша ю т надежность приема, существуют также и другие методы MIMO, которые увеличивают скорость передачи информации при постоянном уровн е надежности (готовности) канала , увеличивая количество степен ей свободы , применимых в коммуникаци ях [ 6 ] [ 7 ]. Одна из так их техник – это система Bell Labs Space Time Architecture BLAST, которая достигает увеличения мультиплексирования, передавая независимые потоки символ ов от мно жества передающих антенн. Если лучи между индивидуальными парами п риемо-передающих антенн замирают независимо, образуются многократные пространственные параллельные каналы , которые переда ют независимые информационные потоки через эти пространственные каналы, то, в результате, скорость данных может быть увеличена. Этот эффект также называют пространственным мультиплексированием.

Ц ель системы BLAST состоит в том, чтобы достигнуть усиления мультиплексирования, передавая М полезных символов/канал, где М – это количество переда ющих антенн, Пространственно-Временные методы кодирования п озволяют достигнуть максимального усиления раз деления и надежно передают 1 полезный символ/канал. Спектральная эффективность Пространственно-Временных схем кодирования может быть улучшена при использовании таких методов, которые обеспечивают более высокий уровень модуляции, но это приводит к ухудше нию коэффициента ошибок ( BER ) , поскольку в созвездия х более высокого порядка символы расположены ближе друг к другу.

Таким образом , существует обратная зависимость между усилением раз деления и усилением мультиплексиров ания в беспроводном из точки - в - точку канал е с замираниями , котор ая устанавливает ограничения для всей системы MIMO.

Для PHY WiMAX также могут быть предложены Пространственно-Временные блочные коды как дополнительн ый метод , котор ый может быть реализован при передаче информации в нисходящем канале для того , чтобы обеспечить повыш енное раз деление [ 4 ]. Схема 2 £ 1 или 2 £ 2 Alamouti STBC [ 8 ], котор ая обеспечивает оба вида раз деления: - разделение во времени и пространственное раз деление, также может быть осуществлена . Для того чтобы в первую очередь воспользоваться преимуществами разделения на приеме, при котором нет необходимости в дополнительной передаваемой мощности, применяют об е схемы разделения.

Схемы модуляции и кодирования для 802.16 d .

Табл. 1. Схемы модуляции и кодирования для 802.16 d .

5.1.2 Адаптивная Модуляция и Код овые отношения

Стандарт 802.16a/d определяет семь комбинаций модуляци й и код овых отношений , котор ые мо гут использоваться для того , чтобы достигнуть различных соотношений скорости данных и надежности канала , в зависимости от серьезности условий замираний в канал е . Эти возможные комбинации показ аны в Табл. 1. За счет и спольз ования модуляци й более высокого уровня можно увеличи ть скорость данных, но при этом ухуд шить надежность системы и наоборот.

Используется сверточное кодирующее устройство с кодовым отношением 1/2. При использовании в WiMAX PHY сверточного кодирующего устройства, а также при использовании п унктурирования , могут быть достигнуты полные кодовые отношения 2/3 и 3/4. П унктурирование – это процесс удаления некоторых из паритетных битов после кодирования . В дальнейших исследованиях используются только схемы модуляции BPSK и QPSK, и никакое п унктурирование не выполн яется , то есть, кодов ое отношение внутреннего сверточного кодера постоянно и устанавливается равным 1/2.

Модель основной системы

Рисунок 1. Модель основной системы .

5.1.3 Модель системы

На рис. 1 показана модель основной системы для PHY уровня WiMAX , которая использовалась при моделировании. В результате моделирования получены значения коэффициента ошибок ( BER ) для различных комбинаций методов кодирования и разделения.

6. Результаты и выводы

В дальнейшем представ ляется работ а системы радиосвязи , выраженная в терминах частоты появления ошибочных битов ( BER ) в зависимости от отношения сигнала к шуму ( SNR ). Отношение сигнал/шум представляется как Eb/N0, где Eb - энергия бит а , а N0/2 - двух сторонняя спектральная плотность шума.

6.1 Результаты

Вначале была представлена работа системы в условиях каналов с AWGN и равномерными замираниями , когда ни один из методов раз деления не использ овал ся. Затем добавля лся кажд ый из методов раз деления и показыва лись вызванные ими у лучшения в работ е системы .

Параметры BER для системы , применяющей модуляцию QPSK , без использования каких-либо методов разделения и исправления ошибок.

Рисунок 2 : Параметры BER для системы , применяющей модуляцию QPSK , без использования каких-либо методов разделения и исправления ошибок.

Параметры BER для системы, использующей модуляци ю BPSK и не использу ющей каких-либо метод ов разделения и коррекции ошибок.

Рисунок 3 : Параметры BER для системы, использующей модуляци ю BPSK и не использу ющей каких-либо метод ов разделения и коррекции ошибок.

На рисунках 2 и 3 показ аны параметры BER систем , использующих модуляции QPSK и BPSK и не использующих методов канального кодирования и разделения . Здесь коэффициент замирания отличается для каждого переданного символа , то есть каждому отдельному символу соответствуют различные условия замираний . Далее будет показ ано , как изменяется работа системы в условиях равномерных замираний при использовании различных методов разделения и кодирования.

6.2 Пространственно-временные блочные коды.

Были применены Пространственно-Временные Блочные Коды Alamouti ( STBC ) , которые предполагают использ ование 2 -х антенн в передатчике и 1 -й и/или 2 -х антенн в приемнике. Предположим, что Alamouti STBC канал является квазистатическим, то есть, коэффициенты замираний между переда ющими и п риемными антенн ами счита ю тся постоянным и при передаче символов в течение двух слотов . Рисунки 4 и 5 показывают, как изменяется работа системы при использовани и Alamouti STBC в условиях гладких замираний . Мож но увидеть , что достигаются преимущества при раз делении , и при увеличени и количества приемных антенн работа системы улучшается .

Параметры BER для системы с модуляцией BPSK при использовании Alamouti STBC .

Рисунок 4. Параметры BER для системы с модуляцией BPSK при использовании Alamouti STBC .

6.3 Сверточное кодирование

Далее представлены и зменени я в работе системы при использовании техники сверточного кодирования . Используются: кодовое отношении 1/2, длин а ограничения сверточного кода K = 7, генератор векторов сверточного кода задает

g0 = [1111001] для выхода 1,

g1 = [1011011] для выхода 2 .

Рисунки 6 и 7 показывают изменени я в работе системы при применении сверточного кодирования и показывают , что в системе достигаются преимущества от кодир ования .

Параметры BER для системы с модуляцией QPSK при использовании Alamouti STBC

Рисунок 5. Параметры BER для системы с модуляцией QPSK при использовании Alamouti STBC .

Рисунки 6 и 7 показывают изменени я в работе системы при применении сверточного кодирования и показывают , что в системе достигаются преимущества от кодир ования .

Рисунок 6. Параметры BER системы, использующей модуляцию BPSK при добавлении сверточного кодирования.

Рисунок 6. Параметры BER системы, использующей модуляцию BPSK при добавлении сверточного кодирования.

Параметры BER системы, использующей модуляцию QPSK с добавлением сверточного кодирования.

Рисунок 7. Параметры BER системы, использующей модуляцию QPSK с добавлением сверточного кодирования.

[1] [2] далее>>



search_ch

mediasat



вверх
Рокс © 2007—2020. Спутниковое телевидение. Все права защищены