Стандарт hiperlan

Адресная передача данных конкретному устройству (unicast) реализуется при использовании режимов как с подтверждением, так и без подтверждения. Режим широковещательной передачи данных (broadcast) реализуется либо с повтором, либо с без подтверждения. Режим многоадресной передачи (multicast) может быть реализован в режиме без подтверждения или с мультиплексированием по существующим соединениям с конкретными устройствами.

 

 

 

1.5 Протокол МАС

 

Длительность базовой  части кадра для передачи информации в радиоинтерфейсе фиксирована и равна 2 мс. Кадр также содержит поля управления: безадресной передачей, структурой кадра, обратным каналом, передачей данных в прямом и обратном направлениях, а также случайным доступом. В процессе передачи в прямом направлении каждый кадр содержит дополнительное поле управления передачей в прямом направлении. Поле управления безадресной передачей всегда имеет фиксированную длину, в то время как длина других полей динамически адаптируется к текущим характеристикам трафика.

Информация в поле безадресной  передачи данных (BCH) посылается в каждом кадре МАС и позволяет, в основном, поддерживать управление ресурсами  радиопередачи. Поле канала кадра (FCH) содержит точное описание назначения ресурсов в пределах данного кадра МАС. Поле канала доступа с обратной связью (АСН) транспортирует информацию о предыдущих попытках при случайном доступе. Поля информации о нагрузке в прямом и обратном направлениях содержат данные о нагрузке к (от) мобильному(го) терминалу(а). Трафик нескольких соединений к (от) мобильному(го) терминалу(а) может быть мультиплексирован в одну последовательность блоков PDU, в которой каждому соединению принадлежат поля LCH длиной 54 октета для данных и поля SCH длиной 9 октетов для сообщений управления.

В стандарте HIPERLAN/2 предусмотрена  поддержка работы с многовибраторной (многосекторной) антенной с целью  улучшения использования ресурса  и снижения помех при радиопередаче. Для протокола МАС и структуры  кадра HIPERLAN/2 поддерживается работа с  многовибраторной антенной с числом вибраторов до 8.

Когда на мобильном терминале  есть данные для передачи по определенному  соединению DLC, от него сначала должен быть послан запрос ресурса (RR) пропускной способности к точке доступа. Этот запрос содержит данные о числе  блоков LCH PDU, ожидающих на мобильном  терминале передачи по конкретному  соединению DLC. С помощью системы  разделения на временные интервалы  для посылки сообщения RR мобильный  терминал может использовать разное количество интервалов времени для  передачи полезной информации. При  возникновении конфликта мобильный  терминал получает информацию об этом в поле АСН следующего кадра МАС. После этого мобильный терминал "сбрасывает" значение случайного числа временных интервалов доступа.

После передачи запроса ресурсов к точке доступа мобильный  терминал переходит в режим, в  котором возможности передачи заранее  спланированы как для прямого, так  и для обратного направления. Планирование ресурсов выполняется  в точке доступа. Время от времени  из точки доступа может осуществляться опрос мобильного терминала с  целью получения информации о наличии блоков PDU для передачи. Аналогично от мобильного терминала может передаваться информация о его состоянии посредством посылки запроса ресурсов через RCH.

 

1.6 Функции сети радиопередачи и поддержка качества услуги (QoS)

 

Рис. 3. Зависимость процента отношения пропускной способности к максимально возможной (CDF) от отношения сигнал-помеха (C/I) для входящего (DL) и исходящего (UL) потоков для выставочного зала .

 

В стандарте HIPERLAN/2 определены процедуры измерений и сигнализации, предназначенные для поддержки  ряда функций сети радиопередачи, включая  динамический выбор частотного канала, адаптацию на уровне звена, передачу управления доступом, работу с многовибраторными  антеннами и управление энергетическими  характеристиками. При этом алгоритмы  разрабатываются самими производителями  оборудования. Поддерживаемые функции  сети радиопередачи позволяют развернуть соты системы HIPERLAN/2 с полным покрытием  и высокими скоростями передачи данных для различных условий. Система  автоматически назначает частоты  для связи с каждой точкой доступа, причем динамический выбор частот (DFS) позволяет разным операторам совместно  использовать одну полосу. Выбор частот базируется на процедурах измерения  интерференции, выполняемых в точке  доступа и на взаимодействующих  с ней мобильных терминалах.

Качество звена радиопередачи  зависит как от среды распространения  сигнала, параметры которой меняются со временем, так и от загрузки соседних радиосот. Для работы в таких условиях применяется схема адаптации звена на физическом уровне, в которой скорость кода и схема модуляции выбираются на основе измерений качества радиоканала. Адаптация звена используется как в прямом, так и в обратном направлениях. Качество звена измеряется в точке доступа на входящем направлении и, посредством индикатора FCH, показывает, какой режим для мобильного терминала на физическом уровне должен использоваться для входящей связи. Аналогично на мобильном терминале измеряется качество звена на исходящем направлении, в результате чего в каждом запросе ресурса, поступающем к точке доступа, предлагается режим исходящей связи на физическом уровне для мобильного терминала. В точке доступа происходит окончательный выбор режима на физическом уровне как для входящей, так и исходящей связи.

Контроль энергетических характеристик передатчика поддерживается на мобильном терминале (исходящая  связь) и в точке доступа (входящая связь). Этот тип контроля на мобильном  терминале используется, в основном, для упрощения конструкции приемника  в точке доступа, так как позволяет  избежать необходимости реализации автоматического контроля коэффициента усиления. В точке доступа контроль энергетических характеристик вводится, в первую очередь, в целях электромагнитной совместимости с другими системами, работающими в том же диапазоне  частот.

В системе HIPERLAN/2 качество услуг  поддерживается за счет возможности  определения и управления различными ресурсами передачи в точке доступа  во время передачи. В точке доступа  производится выбор соответствующего режима защиты от ошибок (с подтверждением, без подтверждения или с повтором), включая детальную настройку  параметров протокола (например, размер "окна" ARQ, число повторных передач, критерии отбрасывания). Кроме того, в точке доступа определяется объем полезной информации и информации сигнализации на уровне МАС, которая  должна быть передана в текущем кадре  МАС. Например, посредством периодического опроса мобильного терминала о наличии  данных для передачи в точке доступа  для терминала предоставляется  ресурс радиопередачи с малой  задержкой доступа. Механизм опроса обеспечивает быстрый доступ к услугам  в режиме реального времени. Дополнительно  поддержка качества услуг включает в себя функции адаптации звена  и внутренние функции системы (механизмы  допуска, управления перегрузкой и  сброса).

 

1.7 Физический уровень

 

Блоки данных, передаваемые на физическом уровне HIPERLAN/2, представляют собой пакеты переменной длины. Каждый пакет состоит из преамбулы и  поля данных. Поле данных, в свою очередь, состоит из последовательности SCH и  блоков LCH PDU, которые передаются или  принимаются мобильным терминалом.

В качестве схемы модуляции  для HIPERLAN/2 было выбрано мультиплексирование  с ортогональным частотным разделением (OFDM), позволяющее обеспечить хорошую  помехоустойчивость для радиоканалов со сложной помеховой обстановкой. В таких радиоканалах и при скорости передачи информации от 25 Мбит/с, когерентная OFDM в среднем обеспечивает на 2-3 дБ характеристики помехоустойчивости лучше, чем использование одной несущей. Недостатком OFDM является относительно большой пик-фактор, который применительно к стандарту HIPERLAN/2 на 2-3 дБ больше, чем при одной несущей.

В качестве стандартного радиоканала  был выбран канал с полосой  частот 20 МГц. Этот стандартный канал  разбивается на 64 поднесущие для возможности использования в модуляторе алгоритма 64-точечного обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT), формирующего OFDM-символ. При этом поднесущие следуют через 20/64=0.3125 МГц. C целью минимального взаимного влияния соседних каналов из 64 возможных поднесущих реально используется лишь 52: 48 для передачи информации и 4 пилот-сигнала для управления когерентной демодуляцией.

Ключевой функциональной возможностью физического уровня является поддержка семи режимов физического  уровня с различными скоростями кодирования  и схемами модуляции, выбираемыми  при адаптации звена (табл.1). Поддерживается двоичная и квадратурная фазовая  манипуляция (BPSK, QPSK), 16-квадратурная амплитудная  модуляция (16QAM), а также (при необходимости) 64QAM для модуляции поднесущих. В качестве базового канального помехоустойчивого кода (FEC) используется сверточный код со скоростью 1/2 и кодовым расстоянием 7. Скорости кода 9/16 и 3/4 реализуются выкалыванием базового кода.

Каждый пакет протокола  физического уровня включает в себя преамбулу, которая может быть одного из трех следующих типов:

• канал управления безадресной передачей;
• другие каналы входящей связи;
• канал исходящей связи и быстрого доступа.

Преамбула пакетов для  канала прямого звена идентична  преамбуле пакетов "длинного" входящего канала. Преамбула канала управления безадресной передачей  позволяет поддерживать кадровую синхронизацию, автоматический контроль усиления, частотную  синхронизацию и процедуру оценки параметров канала. Напротив преамбула  пакетов исходящего трафика используется исключительно для процедуры  оценки параметров радиоканала. Пакеты входящего трафика и пакеты быстрого доступа позволяют поддерживать процедуры оценки параметров радиоканала  и частоты. Таким образом, существуют разные преамбулы с различной  структурой и длиной. В зависимости  от возможностей приемника в точке  доступа может осуществляться выбор  одного из двух типов преамбул для  исходящего трафика. Мобильный терминал должен обязательно поддерживать каждый тип преамбулы.

Терминалы осуществляют тактовую синхронизацию по преамбуле BCH. Результаты моделирования показали, что даже при наихудших значениях отношения  сигнал-шум (5 дБ мощности в канале с  широкой дисперсией затухания и  разбросом задержки в 250 нс), вероятность  успешной синхронизации в HIPERLAN/2 составляет 96%. Таким образом, в HIPERLAN/2 поддерживаются средства быстрой, эффективной и  надежной синхронизации.

2. Результаты исследования системы

 

В настоящее время проведено  моделирование системы HIPERLAN/2 для  офисного пятиэтажного здания с несколькими  мобильными терминалами и выставочного зала. В качестве математической модели среды радиосвязи между терминалами  и точкой доступа была выбрана  расширенная модель Кинана-Мотлима, которая учитывает зависимость затухания сигнала в стенах от расстояния, этажности здания и т.п. Покрытие офисного здания обеспечивалось 8-ю точками доступа. Условия выставочного зала моделировались большим одноэтажным зданием без внутренних стен, а покрытие зала обеспечивалось 16-ю точками доступа, равномерно расположенными на расстоянии 60 м друг от друга по всей площади зала. Для обоих случаев мобильность терминалов (перемещение людей) учитывалась наличием замирания сигнала с дисперсией 2 дБ. Терминалы были размещены в здании случайным образом с равномерным распределением, а каждой точке доступа соответствовал один активный терминал. При этом использовалась стратегия, при которой каждому терминалу выделялся одинаковый объем радиоресурса, выраженный в числе передаваемых OFDM-символов в единицу времени. Интерференция моделировалась исходя из предположения, что есть второй оператор связи, который использует 11 из 19 рабочих каналов (несущих). Взаимное проникновение соседних каналов было установлено на уровне 25 дБ. Для обеспечения постоянного уровня мощности приема в точке доступа использовалось управление мощностью исходящего трафика. Процедура адаптации звена моделировалась путем изменения положения терминалов каждые 10 кадров MAC. В каждом интервале между изменениями оценивалась пропускная способность для всех режимов физического уровня, и во время следующего интервала использовался режим, при котором была достигнута максимальная пропускная способность на предыдущем интервале. Результатом моделирования явилась оценка средней пропускной способности для всех терминалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Стандарт HIPERLAN/2 представляет собой описание системы высокоскоростного (до 54 Мбит/с) радиодоступа на расстояниях  до 150 м для диапазона 5 ГГц.

Исследования подтверждают, что высокая пропускная способность  может быть достигнута в различных  условиях. Для условий сильной  интерференции в стандарте предусмотрены  централизованное управление (поддержка  QoS), избирательный повтор ARQ, процедуры адаптации звена и динамический выбор частоты. При этом поддерживается взаимодействие с широкополосными опорными сетями различных типов.