تحقق گسترده سرویسهای پرسرعت دیتا

[آریانت]

تحقق گسترده سرویسهای پرسرعت دیتا





http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image002134.jpg

http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image004.jpg

[آریانت]

سر فصل:
1- علل بكارگيري تكنولوژي Wimax
2- مقدمه
3- Wimax چيست ؟ استانداردهاي مرتبط با wimax
4- Wimax چگونه كار مي كند
5-Wimax واقعيتي بدور از اغراق
6- دسترسي به محصولات wimax
7- تجارت wimax
8-Wimax مكمل دسترسي هاي ثابت وسيار
9- توپولوژيهاي توسعه
10-Wimax جهت اينترنت پرتابل
11-Wimax CPE
12- Wimax انعطاف پذيري بيشتر وامنيت بالاتر
13-Wimax يك راه حل راديويي بسيار كارآمد
14- گستره wimax ومقررات مربوط به آن
15- انتشاردر ديد غيرمستقيمNLOS دربرابرانتشار به صورت ديد مستقيم LOS
16- راه حل هاي فن آوري NLOS
17- تكنولوژي OFDM
18-Sub channelization
19- آنتن هايي كه دركاربرهاي بي سيم ثابت استفاده مي شود
20- دايورسيتي فرستنده و گيرنده
21- مدولاسيون انطباقي
22- روش هاي تصحيح خطا
23- كنترل پاور
24-نتیجه گیری
24-Abbreviation و مراجع

[آریانت]

علل بكارگيري تكنولوژي Wimax
1- گسترش پوشش محدود wlan به پوشش وسيع درمناطق شهري براي ارائه سرويسهاي ديتا به صورت سياراست تا بدين طريق ايده اينترنت پرتابل به واقعيت بپيوندد.
2- استفاده ازاين تكنولوژي به جاي تجهيزات كابلي به دليل دشواري دسترسي به اين تجهيزات دربرخي ازمناطق شهري وحومه جهت اتصال مراكزتجاري وكاربران خانگي .
3- ایجادپلي بر روي شكاف ديجيتالي با ارائه ديتا باندپهن درمناطق كم جمعيت .
درسايه استفاده ازتكنولوژيهاي نو ، wimax يك دسترسي بي سيم باندپهن با سرعت چندين مگابيت برثانيه ودرمحدوده چندين كيلومتر به كاربران اينترنتي ارائه خواهدكرد. همچنين سرويسهاي پرسرعت ديتا را به همه ترمينالهاي سيارنظير (laptop ها و PDA ها و غيره ) ارائه ميدهد اين عملكرد همراه با ايجاد يك تعادل بهينه بين سرعت انتقال اطلاعات و محدوده پوشش صورت مي گيرد. ودرنهايت wimax براي كاربران سيار درخانه يا اداره اينترنت پرتابل را فراهم مي سازد.

[آریانت]

مقدمه
دسترسي بي سيم باندپهن (BWA ) براي چندين سال است كه مورد استفاده اپراتورها و مراكز تجاري قرارگرفته و بيشترين رضايتمندي را براي كاربرانش داشته است . اما استاندارد جديد مبتني برIP كه توسط IEEE 802.16 انتشار يافته به احتمال زياد پذيرش استفاده از اين تكنولوژي را تسريع خواهد بخشيد ، وحوزه استفاده اين فن آوري را درسايه عملكردهاي زير توسعه خواهد داد.
1- امکان استفاده از باندهای فرکانسی مجوزدار ( Licensed ) و بدون نیاز به مجوز ( Unlicensed )
2- عملکرد منحصر به فرد انتشار به صورت دید غیر مستقیم ( NLOS )
3- پشتیبانی از QOS
4- ارائه سرويسهاي سيار
به طورهمزمان انجمن (wimax forum ) كه توسط پيشگامان اين صنعت ايجادشده است . پذيرش همه جانبه دسترسي بي سيم باند پهن را به وسيله تاسيس يك عنوان تجاري براي اين فن آوري وهماهنگ ساختن كاركرد بين محصولات آن را تقويت خواهدكرد.
مقصود اين مقاله برجسته نمودن وارزشيابي wimax به عنوان يك راه حل مناسب مي باشد.
- گسترش پوشش نقطه ای wlan ( hot spots)فعلي به پوشش با وسعت منطقه اي (hot zone ) به طوري كه اين فن آوري درخانه ويا به صورت سيار مورد استفاده قرارگيرد.
- پوشش مناطق کلان شهری metropolitanبراي ارائه سرويسهاي ديتا به مشترك سيار
- ارائه دسترسي باندپهن درنواحي شهري وحومه جائي كه كيفيت كابل مسي مطلوب نيست ويا نصب آن با دشواري روبرو مي باشد.
- كاهش شكاف ديجيتالي درمناطق كم جمعيت جائي كه عوامل اقتصادي وفني توسعه باندپهن را با چالش روبرو ساخته است.
علاوه براين كاربردها اين مقاله ديگر كاربردهاي بالقوه اين تكنولوژي را نظير، استفاده ازآن براي ارتباطات تلفني ، يا استفاده از آن به عنوان يك راه حل back hauling موثر نقطه به چند نقطه براي اپراتورها ومراكز تجاري را روشن خواهد ساخت .

[آریانت]

Wimax چيست ؟ استانداردهاي مرتبط با wimax
Wimax يك نام مشترك براي تمامي استانداردهاي IEEE 802.16a ، 802.16d ، 802.16e ميباشد اين استاندارد به وسيله زيرگروه IEEE 802.16 انتشاريافته است كه درابتدا فن آوري WLL را درطيف فركانس از10 تا 66GHZ پوشش مي داد ، اخيرا" اين مشخصات به طيف فركانس زير 10GHZ تغييريافته است.
درIEEE jun2003 مصوبه 802.16 را بعنوان يك اصلاحيه براي استانداردIEEE 802.16 به تصويب رساند كه براي انتشار به صورت ديدمستقيم (LOS ) تعيين شده است. درjuly 2003 استاندارد 802.16 كه اكنون تحت عنوان IEEE 802.16 2004 شناخته ميشود جهت پشتيباني از انتشار به صورت ديد غيرمستقيم (NLOS ) درمحيط هاي داخلي (Indoor ) به واسطه افزودن قابليتهاي جديد راديويي نظير ، beam forming آنتن ، واستفاده از تكنولوژي OFDM sub- channeling انتشاريافت .
درابتداي سال 2005 ، استاندارد IEEE 802.16e جهت پشتيباني ازكاربردهاي سيار ارائه شد نگاه كنيد به شكل زیر كاربردهاي هركدام ازاين استانداردها



http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image010.gif

انجمن (wimax forum ) قصد دارد همان اقدامي كه كنسرسيوم wi-fi براي 802.11 انجام داده است را براي استاندارد 802.16 انجام دهد بدين صورت كه :
1- هماهنگ ساختن استانداردها وتضمين كاركرد بين تجهيزات فروشندگان مختلف كه باعث افت قيمتها ميشود
2- ترويج و تاسيس يك عنوان تجاري براي اين تكنولوژي

[آریانت]

Wimax چگونه كار مي كند
به طور كاربردي wimax شبيه به wi-fi عمل ميكند اما درمحدوده وسيعتر و با تعداد بيشتري كاربر.
سيستم wimax شامل دوقسمت مي باشد 1- ايستگاه پايه (base station ) 2- تجهيزات مربوط به كاربر (CPE )
يك ايستگاه پايه wimax مي تواند مستقيما" با استفاده از يك اتصال كابلي با پهناي باند زياد (مثلا يك خط T3 ) به اينترنت اتصال داده شود ايستگاه پايه همچنين مي تواند به صورت يك ارتباط راديويي (LOS ) به ايستگاه پايه wimax ديگري اتصال پيدا كند اين اتصال به ايستگاه ديگر اغلب به عنوان back haul شناخته ميشود.
Wimax دوشكل از سرويس بي سيم را فراهم مي كند.
1- به صورت non-line of sight ( ديد غيرمستقيم ) كه يك آنتن كوچك روي كامپيوتر به يك ايستگاه پايه اتصال پيدا ميكند كه دراين حالت wimax از فركانسهاي پايين تر (2-11GHZ ) استفاده ميكند فركانسهاي پايين تر به راحتي به وسيله موانع فيزيكي پراكنده نمي شوند ودراطراف آنها به خوبي انكسار مي يابند.
2- سرويس line of sight (ديد مستقيم ) دراين حالت CPE داراي يك آنتن خارجي ثابت بشقابي مي باشد كه به طورمستقيم با ايستگاه پايه ارتباط برقرار ميكند اين اتصال داراي پايداري وقدرت بيشتري مي باشد بنابراين قادر است اطلاعات را با سرعت بالاتر وخطاي كمتر ارسال كند فرستنده هاي LOS از فركانس هاي بالاتر (حداكثر تا 66GHZ ) استفاده مي كنند درفركانس هاي بالاتر تداخل كمتر ومقدار بيشتري پهناي باند وجود دارد.

[آریانت]

Wimax واقعيتي بدور از اغراق
همان گونه كه قبـلا" ذكرشـد ، wimax توانائي ارائه ديتـا با سرعت بالا و با پوشش در محدوده وسـيع را دارد ظرفيت 75mb/s براي ايسـتگاه پايه (base station ) با يك كانال با عرض باند 20mHZ و در بهترين شرايط انتشـار و با اسـتفاده از ويژگيهاي كامل اختيـاري wimax قابل وصـول ميباشد ، اما با استفاده از تعديل كننده ها (Regulators ) اين پهنـاي باند ماكزيمم به MHz 10 و يا كمتر كاهش مي يابد.
محدوده پوشش درحدود 5km براي تجهيزات مشترك درمحيط هاي داخلي (Indoor ) با انتشار به صورت NLOS و براي تجهيزات مشترك (CPE ) كه به يك آنتن خارجي اتصال دارد با انتشار به صورت 15km LOS است . هرچند كه در شرايط ايده ال و با كاهش سرعت انتقال (چند مگابيت برثانيه ) پوشش تا 50km هم دست يافتني مي باشد.

[آریانت]

دسترسي به محصولات wimax
محدوده توسعه توليدات wimax در دومرحله اصلي طرح ريزي شده است .
درنيمه سال 2005 تراشه هاي 802.16d عرضه مي شود عرضه اين تراشه ها ، قيمت تجهيزات مشترك را در( CPE ) مقرون به صرفه خواهند ساخت واستفاده از آن را در مصارف داخلي (Indoor ) با انتشار به صورت NLOS توسعه مي دهند درسال 2006 Laptop هايي كه مجهز به تراشه هاي 802.16e هستند در دسترسي قرار مي گيرند و بعد از آن ديگر ادوات سيار نيز به اين تراشه ها مجهز مي شوند بدين صورت اينترنت سيار فراهم مي آيد.
اعتقاد براين است كه توليدات ابتدايي wimax و توليدات مربوط به استاندارد 802.16a درابتداء سال 2005 دردسترس خواهند بود كه از نظر قيمت وعملكرد شبيه به تجهيزات فعلي راديويي (به صورت LOS ) عمل مي كنند¸ می باشند درنتيجه قيمت تجهيزات كاربر (CPE ) مربوط به اين توليدات مقرون به صرفه نمي باشد لذا توسعه فراگير ندارند ، به دليل آن كه اپراتورها مجبور به نصب آنتن در سمت مشترك مي باشند كه براي مشتريان خانگي نسبت به نصب ASDL اقتصادي نيست ولي مطمئنا" 802.16a دست كم براي دوسال جهت مصارف backhauling به صورت زیرمورد استفاده قرار خواهد گرفت .
1- ترافيك مربوط به wi-fi را به نزديكترين ISP انتقال دهند.
2- برقراری خطوط lease line برای مناطق پر تراکم
3- جهت مصارف backhauling در سایتهای کوچک نسل 3G

[آریانت]

تجارت wimax
wimax تجارت دسترسي باند پهن امروزي را درسايه موارد زير به سرعت ترقي خواهد داد.
1- استانداردسازي وقابليت كاركرد متقابل با ديگر تجهيزات
2- استفاده از جديدترين تكنولوژي هاي راديويي با قابليت انتشار ديد غيرمستقيم
3- پشتييباني قدرتمند سازندگان تجهيزات راديويي وصنعت تراشه ها
Wimax همچنين تجارت دسترسي به ديتا به صورت سيار را با معرفي تراشه هاي كم مصرف هدف قرارداده است پشتيباني قدرتمند برخي از سازندگان مهم تراشه نظير Intel رمزموفقيت wimax ميباشد. از آن جائي كه Intel مي تواند به طور گسترده ترمينالهاي سيار (نظير Laptop و PDA ) را به اين تكنولوژي مجهز كند.

[آریانت]

Wimax مكمل دسترسي هاي ثابت وسيار
Wimax تكميل كننده شبكه هاي ثابت وسيار درصورت نياز مي باشد اين بخش تحليل جزئي تر از wimax يكپارچه با شبكه هاي ثابت وموبايل را ارائه ميدهد.



Wimax براي دسترسي بي سيم ثابت
دسترسي سراسري باندپهن به يك الويت براي چندين كشور بدل شده است دربيشتر كشورهاي توسعه يافته ميانگين پوشش باند پهن به 90% درچند سال آينده خواهد رسيد اما در اين كشورها پوشش در مناطق روستايي از50% تجاوز نخواهد كرد.
اين شكاف توسعه مي تواند به دو عامل دسته بندي شود: 1- نوع منطقه (شهري يا روستايي ) 2- سطح توسعه ملي
دركشورهاي توسعه يافته ، توسعه سرويسهاي DSL درنواحي شهري و حومه متمركز شده است درحاليكه پوشش مناطق دورافتاده ، شهرهاي كوچك ومناطق روستايي ازاين توسعه عقب مانده است ، مانع عقب ماندگي كيفيت نامناسب خطوط نصب شده كابل مسي ، دوري فاصله ازمراكز تلفني وپايين بودن تراكم جمعيت مي باشد دراين مقاله ، wimax با QOS مربوط به آن ، وسعت پوشش ، ميزان سرعت ديتا شبيه به DSL به طور طبيعي به عنوان اولين انتخاب مناسب براي ارائه دسترسي باند پهن براي كاربران خانگي مي باشد همچنين wimax يك راه حل جذاب براي مراكز اقتصادي بزرگ كه داراي چندين شعبه دريك منطقه ازيك كلان شهر هستند مي باشد.
دركشورهاي درحال توسعه تمركز اصلي باند پهن روي مناطق شهري وحومه مي باشد ، ضريب نفوذ پائين سيستم تلفن معمولي (post ) كيفيت نامناسب زوج سيم ، مانع توسعه وسيع DSL شده است از اینرو نياز به ديگر فن آوريهاي مناسب دركنار DSL را امري ضروري ساخته است ، پارامترهايي از قبيل دسترسي روي زوج سيم ، فاصله ترمينال از مركز تلفن ، هزينه هاي (back hauling ) و (teledensity ) انتخاب را به سمت ديگر راه حل ها سوق مي دهد.
دراين متن wimax به عنوان يك انتخاب ممتاز پرداخته شده است ، علاوه بر آن امكان ارائه سرويسهاي باندپهن همراه با سرويس هاي صدا (voice ) به تدريج جايگزين تكنولوژيWLL باند باريك خواهد شد.

[آریانت]

توپولوژيهاي توسعه
چندين نوع توپولوژي و چندين نوع back hauling توسط ايستگاههاي پايه wimax پشتيباني شده است.
1- انتقال ترافيك با اينترفيس كابلي(بطور نمونه روی اترنت) wireline Backhauling
2- انتقال ترافيك با اينترفيس راديويي نقطه به نقطه
3-انتقال ترافیک روی ایستگاه پایه Backhauling wimax
مورد سوم اشاره به آن دارد كه ايستگاه پايه قابليت انتقال دوطرفه ترافيك (backhauling ) را روي خودش دارد . اين عمل با كنارگذاردن قسمتي از پهناي باند كه بطور معمول براي ترافيك كاربر انتهايي به كارمي رود جهت مقاصد backhauling تخصيص داده می شود .


http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/aks%20maghaleh2.gif

[آریانت]

Wimax جهت اينترنت پرتابل
Wimax به طور معمول مكمل شبكه هاي سيار و شبكه هاي wi-fi مي باشد .
شبكه هاي موبايل تحرك پذيري كاملي (full mobility ) را ارائه مي دهند ، واز پوشش صدا درگستره ملي پشتيباني مي كنند همچنين يك ديتا با سرعت متوسط را فراهم مي كنند wimax ميتواند به عنوان يك راه حل مكمل جهت ارائه پهناي باند بالاتر درصورت نياز خصوصا" درمناطق پرتراكم شهري به كارگرفته شود. wlan ها داراي قابليتهاي پوشش وتحرك پذيري محدودي مي باشند.Wimax با گذر از اين محدوديتها يك اتصال باند پهن دريك منطقه وسيع (hotzones ) را فراهم مي كند راه حلهاي wi-fi وwimax مكمل يكديگرند ، wi-fi اغلب براي پوشش با برد محدود ، ارتباطات محيط هاي
داخلي (Indoor ) خصوصا" درمراكز تجاري و درخانه وwimax براي ارتباطات درمحدوده محيطهاي خارجي (outdoor ) به كار گرفته مي شود.

[آریانت]

اينترنت قابل حمل

اينترنت سيار يك اتصال پيـوسته در سراسر شبكه را براي كاربران مهيا مي كند ، علاوه برآن نسل جديدي از شبكه ها با دسترسي چندگانه (FTTU, DSL , wimax , wifi , 3G و غيره ) قادرند كه براي كاربران انتهايي هميشه بهترين Always Best connect اتصال را فراهم آورند.درهنگامي كه كاربران خواهان دسترسي به برنامه هاي كاربردي از طريق بهترین شبکه دسترسی به صورت ثابت وسیارهستند.
http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/aks%20maghaleh465.gif

[آریانت]

Wimax CPE
دربيشـتر حالات ، يك ترمينـال سـاده كه شبيه به يك مدم DSL مي باشد و به صورت plug and play نصب ميشود اتصـال را فراهم ميکند ( به شكل زیر نگاه كنيد ) براي كاربراني كه درچند كيلومتري از ايستگاه پايه wimax قرارگرفته اند يك آنتن خود نصب خارجي (outdoor ) همراه با ترمينال CPE براي بهبود كيفيت اتصال احتمالا" ضروري مي باشد براي مشتركين دورافتاده يك دستورالعمل جهت تعيين محل نصب آنتن به سمت ايستگاه پايه wimax نياز ميباشد . براي مشتركين كه علاوه بر سرويسهاي باند پهن درخواست كننده ، سرويس صدا (voice ) هستند يك CPE مخصوص لازم است تا يك اتصال استاندارد يا سرويس VOIP را فراهم كند.


http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image016206.gif

[آریانت]

Wimaxانعطاف پذيري بيشتر و امنيت بالاتر
برخلاف wlan ، wimax روي لايه Mac ازمكانيزم grant- request جهت تبادل اطلاعات استفاده مي كند ، اين ويژگي همراه با بكارگيري آنتن هاي هوشمند ، ومديريت مستقل روي ترافيك هركاربر اجازه بهتر از به كارگيري منابع راديويي را مي دهد ، همچنين پشتيباني از كاربردهاي بلادرنگ وصدا را تسهيل مي كند. يكي از موانع توسعه گسترده wlan ضعف مكانيزم امنيتي از همان ابتدا انتشار استاندارد اوليه ميباشد ، wimax قصد دارد ازيك مكانيزم با ويژگيهاي كامل امنيتي به منظور اطمينان از حفاظت اطلاعات مبادله شده استفاده كند كه شامل موارد زير مي شود :
- تائيد هويت ترمينال با ارائه مجوز به منظور جلوگيري از نفوذ ادوات غيرمجاز
- تصدیق هویت کاربران با استفاده از پروتکل (EAP )
- رمزنگاری اطلاعات با استفاده از استاندارد رمزنگاری دیتا ( DES ) و يا استاندارد رمزنگاري پيشرفته (AES ) كه هر دو آنها قدرتمندتر از الگوريتم رمزنگاري (wep ) درwlan مي باشد ، علاوه برآن هر سرويس كليد رمز مخصوص به خودش رمز مي شود.




Wimax يك راه حل راديويي بسيار كارآمد
Wimax بايد توانايي ارائه يك سرويس قابل اطمينان به مسافتهاي طولاني براي مشتركين كه ازترمينالهاي داخلي Indoor ويا از كارتهاي PC شبيه به كارتهاي wlan امروزي استفاده كنند را داشته باشد.اين تجهيزات داراي قدرت فرستنده محدودي مي باشند كه باعث محدوديت درخط ارتباطي مي شوند با استفاده ازتكنيك Sub channeling درجهت uplink و همچنين استفاده از آنتن هاي هوشمند در ايستگاه پايه مي توان بر اين محدوديتها غلبه كرد.
سيستم wimax داراي يك لايه فيزيكي جديد (PHY ) وهمچنين داراي يك زيرلايه Mac اختصاصي جهت پشتيباني از همه اهدافي كه براي اين فن آوري ترسيم شده است مي باشد. اين لايه Mac همراه با استفاده از مدولاسيون OFDMA درلايه فيزيكي باعث بهينه ساختن تخصيص منابع وپشتيباني ازQOS براي انواع مختلفي از سرويسهاي VOIP ، سرويسهاي بلادرنگ وغيره بلادرنگ شده است . OFDMA درانتشار به صورت NLOS و درمحدوده فركانس 2-11GHZ بسيار مطمئن عمل مي كند وبه طور ذاتي براي غلبه بر تاخيرات انتشار به سبب بازتابهاي انتشار تحت شرايط NLOS قدرتمند مي باشد، OFDMA همراه با مدولاسيون تطبيقي( كه اختصاصا" روي هرکانال مشترك بر طبق مشخصات كانال راديويي اعمال ميشود) مي تواند يك بهره طيف بالايي درحدود 3-4bit/Hz را فراهم مي كند. Wimax قابليت انعطاف در مولفه هايي همچون Channalization ، فركانس كاریر، و روش انتقال به دوصورت (FDD,TDD ) فراهم ميكند كه باعث توليد تجهيزات متنوع جهت اختصاص طيف منابع در دسترسي ودستیابی به سرويس هايي كه در اهداف اين تكنولوژي می باشد¸ شده است.
Wimax از انواع مختلف آنتن هاي پيشرفته پشتيباني مي كند ، استفاده از اين آنتن ها جهت فراهم آوردن بهره طيفي بالا ظرفيت وكارايي سيستم و قابليت اطمينان سرويس ضروري مي باشد.
- نوع بيمه آنتن هاي هوشمند يك گين اضافي ايجاد ميكند كه باعث پوشش فواصل دورتر و يا افزايش پوشش درمحيط هاي داخلی (indoor) و همچنين كاهش تداخل بين سلولي وافزايش امكان استفاده مجدد از باند فركانسي در شبكه هاي سلولي را موجب ميشود.
استفاده از دايورسيتي وتكنيكهاي MIMO كه با بكارگيري آنتن هاي چندگانه همراه است علاوه بر سيگنال اصلي از بازتابهاي چندمسيره سيگنال نيز بهره مي گيرد وباعث بهبود كيفيت وافزايش ظرفيت مي شود.

[آریانت]

كارايي سيستم
جدول زیر محدوده پوشش وسرعت ارسال اطلاعات را درباند 3/5GHZ براي انواع همبندي ها ومحيطها را نشان مي دهد.

http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image017.png

http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image020330.gif
محدوده پوشش با استفاده از ویزگیهای الزامی درشکل سمت راست و با استفاده اژ ویزگیهای کامل( الزامی واختیاری ) در شکل سمت چپ




گستره wimax و مقررات مربوط به آن
تجهيزات مربوط به wimax درباندهاي فركانسي بدون مجوز ومجوزدار عمل مي كنند. حداقل عرض باندكانال مورد استفاده 1.75GHZ ميباشد. درصورتي كه عرض باند10 MHz به عنوان يك حد بهينه درنظرگرفته شده است اگرچه باندهاي فركانسي بدون مجوز 2.4GHZ و5GHZ به طور گسترده در دسترسي مي باشند اما استفاده ازآنها محدود به مصارف آزمايشگاهي دراين زمينه مي باشد به دليل آن كه استفاده گسترده ازاين باندهاي فركانس باعث افزايش ريسك تداخل باند فركانس وكاهش QOS شده است . باندهاي فركانس 2.5GHZ و3.5GHZ مجوزدار بيشترين مورد استفاده براي كاربرهاي wimax را دارند و بايد توجه داشت كه باند 5GHZ دربرخي از كشورها بطوركامل آزاد نمي باشد. عموما" در اغلب كشورها طيف فركانسي مجوزدار از پيش به اپراتورها تخصيص داده شده است با اين حال مقدار زيادي از طيف فركانس هنوز درفرآيند واگذاري مي باشد ، برخي ازكشورها هنوز باند فركانسي مجوزدار براي wimax مشخص نکرده اندطراحی wimax به دوشكل انجام مي شود: 1- به صورت تقسيم فركانسي دوطرفه FDD كه بيشتر مناسب براي انتقال ترافيك مراكزتجاري مي باشد. 2- به صورت تقسيم زماني دوطرفه (TDD ) كه بيشتر براي انتقال ترافيك نامتقارن به كارمي رود. استفاده از هردوتكنيك FDD و TDD دريك باند فركانس با رعايت باند محافظ امكان پذير مي باشد.

[آریانت]

انتشاردر ديد غيرمستقيم NLOS دربرابرانتشار به صورت ديد مستقيم LOS
كانال راديويي يك سيستم ارتباطي بي سيم يا به صورت LOS ويا به صورت NLOS عمل مي كند، دريك لينك LOS سيگنال روي يك مسير مستقيم وبدون مانع از فرستنده به سمت گيرنده ارسال ميشود انتشار به صورت LOS مسـتلزم آن است كه درناحيه اول فرنل هيچ گونه مانعي وجود نداشته باشد ، درغيراينصورت سيگنال دچار افت شديد مي شود ( بهReF5 نگاه كنيد ) نواحي فرنل بستگي به فركانس عملياتي و فاصله بين فرستنده وگيرنده دارد.

http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image023.gif

دريك لينك NLOSيك سيگنال دريافتي ازطريق بازتابش ، تفرق ويا انكسار به گيرنده مي رسد . سيگنال هاي رسيده به گيرنده تركيبي از سيگنال هاي مسيرمستقيم ، پراكنده شده ، منعكسه وانكسار يافته ميباشد ، اين سيگنال ها داراي تاخير انتشار ، تضعيف ، پلاريزاسيون و دوام متفاوتي نسبت به سيگنال مسيرمستقيم مي باشد.

http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image025.jpg



http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image026381.gif

پديده چند مسيرگي همچنين مي تواند باعث تغيير پلاريزاسيون سيگنال شود ، بنابراين استفاده از پلاريزاسيون جهت استفاده دوباره از فركانس همان گونه كه به طور معمول در انتشار LOS استفاده مي شود دركاربردهاي NLOS مي تواند مسئله سازشود. چگونگي بهره گيري يك سيستم راديويي از سيگنالهاي چند مسيره رمز ارائه سرويس در شرايط NLOS مي باشد . فن آوري NLOS افزايش قدرت سيگنال جهت عبور آن از موانع نمي باشد ، به دليل آن كه اين نگرش فقط روي قدرت سيگنال در مسيرمستقيم تاكيد دارد واز انرژي موجود در مسيرهاي غيرمستقيم بهره اي نبرده است.محدوده پوشش تحت شرايط NLOS وLOS از مشخصات انتشار درآن محيط ها ، افت مسير، مشخصات لينك راديويي تبعيت مي كند.
مزايايي كه درانتشار به صورت NLOS وجود دارد باعث گسترش توسعه اين فن آوري شده است براي مثال عدم انعطاف درطراحي ومحدوديت ارتفاع آنتن دربرخي از موارد اغلب اجازه قرارگيري آنتن ها به صورت ديد مستقيم را نخواهد داد در توسعه هاي شبكه سلولي درمقياس وسيع ، جائي كه استفاده مجدد از فركانس امري ضروري مي باشد كاهش ارتفاع آنتن جهت كاهش تداخل بين سلولهاي همجوار بسيار مفيد مي باشد به دليل آن كه ايستگاههاي پايه غالبا" بايد در شرايط NLOS عمل كنند درسيستم هاي LOS ارتفاع آنتن را نمي توان كاهش داد زيرا بايد يك مسير ديد مستقيم از CPE به ايستگاه پايه وجود داشته باشد ازآن جائي كه درفن آوري NLOS نصب CPE به آساني مثلا" درلبه تراس وبدون مشكلات ناشي از تعيين موقعيت جهت نصب دكل و آنتن انجام مي پذيرد هزينه هاي مربوط به نصب را كاهش ميدهد.


http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image028616.gif
فن آوري NLOS و قابليتهاي افزوده شده در wimax استفاده ازآن را درمحيطهاي داخلي (Indoor ) ممكن مي سازد . البته لازم به ذكر است دراين شرايط دوچالش مهم وجود دارد .
1- غلبه برتلفات ناشي از نفوذ امواج به داخل ساختمان
2- دستيابي به پوشش مناسب با توجه به قدرت پائين فرستنده وگين آنتن كه مربوط به تجهيزات CPE درمحيطهاي داخلي مي شود.
Wimax مي تواند با اين چالش ها مقابله كند همچنين پوشش درشرايط NLOS به وسـيله به كارگيري برخي از قابليتهاي اختيـاري wimax قابل افزايش مي باشد.




راه حل هاي فن آوري NLOS
فن آوري wimax ، مشكلات ناشي از شرايط انتشار به صورت NLOS را با استفاده از روش هاي زيركاهش داده است .
- تكنولوژي OFDM
- sub-channelization
- آنتن هاي جهتي
- دايورسيتي فرستنده وگيرنده
- مدولاسيون تطبيقي
- تكنيكهاي تصحيح خط
- كنترل پاور مصرفي

[آریانت]

تكنولوژي OFDM
OFDM اپراتورها را به يك ابزار موثر جهت غلبه برچالش هاي انتشار به صورت NLOS مجهز ميكند شكل موج OFDM درwimax مي تواند بر تاخيرات انتشار بزرگتر ازمحيط هاي NLOS غلبه كند همچنين مشكلات ناشي از تداخل بين سمبلي (ISI ) وپيچيدگي اكولايزرهاي تطبيقي را برطرف ميكند. زيرا شكل موج OFDM تركيبي از چندين كاربر باند باريك متعامد مي باشد.
فيدينگ selective متمركز مي شود روي يك دسته از كاریرهاي كه نسبتا" آسان متعادل مي شوند. يك مثال كه درشكل زيرنشان داده شده است به عنوان مقايسه بين يك سيگنال OFDM ويك سيگنال تك كاریر كه اطلاعات در OFDM به صورت موازي و در تك كاربر به صورت سري ارسال مي شود.



توانايي غلبه بر تاخير انتشار ، چند مسيرگي وISI با يك روش موثر اجازه به كارگيري بيت ريتها بالاتر را خواهد داد.
به عنوان مثال متعادل كردن كاریرهاي OFDM راحت تر از متعادل كردن يك سيگنال تك كاریرپهن مي باشد .


تمام اين دلايل باعث شده است كه اخيرا" استانداردهايي كه به وسيله 802.16 EISIBRAN ، EIRI‌ انتشار يافته اند ، OFDM را به عنوان يك انتخاب ارجح پذيرفته اند.



Sub channelization
Sub channelization به عنوان يك آيتم اختياري در wimax وجود دارد ، بدون استفاده ازآن وبا وجود برخي از محدوديتهايي حفاظتي ونياز به داشتن CPE هاي ارزان قيمت سبب شده است لينك راديويي به صورت نامتقارن عمل كند . اين علل باعث كاهش برد سيستم شده است Sub channelization باعث برقراري تعادل در بودجه لينك ارتباطي مي شود به طوري كه سيستم گين ها را در هر دو جهت uplink وdownlink يكسان كند.
Sub channelization قدرت فرستنده را درون يك تعدادي از كاربرهاي OFDM متمركز مي كند اين كار سبب افزايش گين سيستم مي شود كه مي تواند يا به منظور غلبه برتلفات ناشي از انتشار به داخل ساختمان ويا براي كاهش پاور مصرفي در تجهيزات كاربر(CPE ) به كاررود استفاده از Sub channelization بيشتر در فن آوري OFDMA به كارگرفته شده است بدليل آن كه يك انعطاف بيشتري جهت استفاده ازمنابع براي پشتيباني از عمليات سيار ايجاد نمايد.






http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image034564.gif

طیف ارسالی OFDM در جهت downstream از ایستگاه پایه¸هر اسلات بیان کننده یک کاریر RF می باشد





http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image036879.gif





طیف ارسالی OFDM در جهت upstream از یک CPE ¸ همه کاریرها ارسال می شوند ولی با یک چهارم لول ایستگاه پایه¸از این رو باعث کاهش محوده پوشش می شود





http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image038605.gif



طیف ارسالی OFDM در جهت upstream از یک CPE برای ارسال از یک چهارم کاریرها استفاده می کند¸اما در همان لول ایستگاه پایه¸از اینرو محدوده پوشش همانند downstream است ولی ظرفیت به یک چهارم تقلیل می یابد.

[آریانت]

آنتن هايي كه دركاربرهاي بي سيم ثابت استفاده مي شود
آنتن هايي جهتي باعث افزايش فيدمارجين بوسيله افزايش بيشتر بهره سيستم مي شوند تاخير انتشار به وسيله به كارگيري آنتن هاي جهتي در هر دو ايستگاه پايه و CPE به طور محسوسي كاهش مي يابد(Ref 6 ) سيستم هاي آنتن هاي تطبيقي (AAS ) به صورت يك بخش اختياري دراستاندارد 802.16 قرارداده شده است مشخصات شكل بيم اين آنتن ها به گونه اي است كه مي توانند دريك مسير با مسيرهاي مخصوصي تمركز داده شوند به اين معني كه سيگنال درزمان ارسال دريك مسير مشخص مورد نياز گيرنده ارسال مي شود مثل يك نورافكن و درگيرنده AAS مي تواند به گونه ايي عمل كند كه تمركز آن درمسير باشد كه سيگنال مطلوب از آن سمت مي آيد AAS همچنين مي تواند از تداخل بين كانالهاي همجوار جلوگيري كند. AAS جهت توسعه هاي بعدي كه مي توانند نهايتـا" افزايش دهنده ظرفيت وامكان استفاده مجدد طيف فركانس را افزايش دهد درشبكه wimax مطرح شده است .



دايورسيتي فرستنده و گيرنده
اشكال دايورسيتي جهت بهره گيري ازچندمسيرگي وبازتابهاي سيگنال كه درشرايط NLOS رخ مي دهد مورد استفاده قرارمي گيرد . دايورسيتي يك خصيصه اختياري در wimax‌ مي باشد. الگوريتم دايورسيتي ارائه شده توسط wimax درفرستنده وگيرنده موجب افزايش دسترسي پذيري سيستم ميشود . دايورسيتي فرستنده wimax از كدينگ زماني Space-time coding جهت ايجاد منابع مستقل ارسالي استفاده ميكند وباعث كاهش S/N ميشود . در دايورسيتي گيرنده شيوه هاي گوناگون تركيبي وجود دارد كه كارايي سيستم را افزايش مي دهد براي مثال :MRC كه از تركيب دو رشته گيرنده جدا ازهم حاصل مي شودبه غلبه بر محوشدگي سيگنال و تلفات ناشي از افت مسير كمك مي كند . كاربرد دايورسيتي به عنوان يك ابزار موثر براي كنار آمدن با چالش هاي ناشي از انتشار به صورت NLOS به اثبات رسيده است.



مدولاسيون تطبیقي
مدولاسيون تطبیقي اجازه مي دهد كه سيستم wimax شكل مدولاسيون سيگنال را با تغيير ميزان S/N به سبب شرايط لينك راديويي تنظيم كند. هنگامي كه لينك ارتباطي داراي كيفيت بالايي مي باشد. بالاترين شكل مدولاسيون استفاده ميشود وظرفيت بيشتري را ارائه مي دهد هنگامي كه سيگنال دچار محوشدگي ميشود سيستم wimax مي تواند شكل مدولاسيون را به سطح پائين تر شيفت دهد به دليل آن كه كيفيت ارتباط وپايداري لينك راديويي را حفظ شود اين ويژگي به سيستم اجازه غلبه بر فيدينگ سلكتيو زماني را مي دهد.





http://www.tic.ir/usrFiles/usrImages/image040.gif

[آریانت]

روش هاي تصحيح خطا
روش هاي تصحيح خطا كه درwimax مورد استفاده قرارگرفته است باعث كاهش ميزان S/N سيستم ميشود روش قدرتمند تصحيح خطا Reed Solomon و كانولوشن كدينگ والگوريتم هاي interleaving كه جهت تشخيص وتصحيح خطا استفاده شده اند موجب افزايش بازدهي سيستم مي شوند اين روشهاي قدرتمند تصحيح خطا كمك مي كنند به بازيابي فريمهاي كه از دست مي روند زماني كه خطاهاي پشت سرهم ( قطاری- burst errors ) به علت فيدينگ سلكتيو اتفاق مي افتد . جهت تصحيح خطاهايي كه FEC نمي تواند آن ها را بازيابي كند از ARQ استفاده مي شود. دراين روش اطلاعاتي كه دچار خطا شده اند مجددا ارسال مي شود اين به طور محسوسي عملكرد BER را درهمان سطح ترشلد بهبود مي بخشد.




كنترل پاور
روشهاي كنترل پاور كه مورد استفاده قرارگرفته است كارايي كل سيستم را افزايش مي دهد . اين كنترل به وسيله ارسال بسته هاي كنترل پاور از ايستگاه پايه به هريك از CPE ها صورت مي گيرد تا CPE ها تنظيم كنند سطح قدرت فرستنده شان را متناسب با سطح گيرندگي كه از پيش براي ايستگاه پايه درنظر گرفته شده است كنترل سطح پاور باعث كاهش مصرف پاور CPE و تداخل بين سلولي مي شود ، براي شرايط LOS قدرت فرستنده CPE تقريبا" بستگي به فاصله آن از ايستگاه پايه دارد براي NLOS قدرت فرستنده به شدت بستگي به وجود موانع دارد.




نتيجه گيري
آخرين پيشرفتها درگروه IEEE802.16 حكايت ازحركت به سمت سيرتكاملي دسترسي بي سيم باندپهن درسايه يك استاندارد با مشخصات منحصربه فردرا دارد. بطورموازي انجمن wimax forum به پذيرش گسترده دسترسي باندپهن بوسيله ايجاد يك عنوان تجاري براي اين فن آوري كمك مي كند. نقطه اوج wimax زماني است كه اينترنت قابل حمل محقق شود ، هنگاميكه تراشه هاي wimax درون Laptop ها وديگر ادوات سيار قرارگيرند. همچنين wimax سرويسهاي پرسرعت ديتا را فراهم خواهد كرد وپوشش محدود wlan امروزي را به پوشش منطقه ايي كلان شهري توسعه خواهد داد. wimax مي تواند درهر دو شرايط LOS و NLOS پوشش را فراهم كند. NLOS داراي مزاياي بسياري ميباشد كه اپراتورها را قادر مي سازد ديتا پرسرعت را به رنج وسيعي از كاربران ارائه دهند .wimax داراي ويژگيهاي الزامي ازقبيل : فن آوري OFDM ، مدولاسيون تطبيقي ، وتكنيك تصحيح خطا مي باشد علاوه برآن داراي برخي از ويژگيهاي اختياري همچون ARQ ، sub-channeling ، دايورسيتي ، space-time coding مي باشد كه مزاياي فوق العاده آن براي اپراتورهايي كه خواهان فراهم آوردن كيفيت وكارايي همانند فن آوريهاي كابلي هستند به اثبات رسيده است ، اين ويژگيها اپراتورها بي سيم باندپهن را قادر مي سازد كه توسعه دهند تجهيزات خود با تنظیم تعادل بين هزينه وكارايي كه درنهايت انتخاب كنند يك دسته از اين ويژگيها را بر اساس مدل تجاري كه مد نظرشان می باشد.

[آریانت]

Abbreviation

CPE Customer Premise Equipment
DSL Digital Subscriber Line
FDD Frequency Division Duplex
MAC Media Access Control
MIMO Multiple-Input-Multiple-Output
NLOS Non-Line-Of-Sight
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplex Access
PLC Power Line Communications
POTS Plain Ordinary Telephone System
STC Space Time Coding
TDD Time Division Duplex
WLAN Wireless Local Area Network
WLL Wireless Local Loop
AAS: Adaptive Antenna System
ARQ: Automatic Repeat Request
BER: Bit Error Rate
CPE: Customer Premises Equipment
ETRI : Electronics and Telecommunications Research Institute
ETSI: European Telecommunications Standards Institute
FEC: Forward Error Correction
Hpi: High Speed Portable Internet
IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers
ISI: Inter Symbol Interference
LOS: Line of Sight
MRC: Maximum Ratio Combining
NLOS: Non Line of Sight
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
RF: Radio Frequency
BWA :Broadband Wireless Access
EAP :Extensible Authentication Protocol
DES :Data Encryption Standard
AES :Advanced Encryption Standard




References
Ref 1 WiMAX: The Critical Wireless Standard, BluePrint WiFi Report,
October 2003
Ref 2 WiMAX/802.16 and 802.20, ABI Research, Q4 2003
Last Mile Wireless High Speed Market, Skylight Research,
March 2004
Ref 3 Providing Always-on Broadband Access to Underserved Areas,
Alcatel Telecommunication Review (p. 127-132), Q4 2003
Ref 4 WiMAX forum web site: www.wimaxforum.org
Ref 5 Freeman, R, Radio System Design for Telecommunications (1-100 GHz), New York, Wiley and Sons, 1987.
Ref 6 L.J. Greenstein, S. Ghassemzadeh, V. Erceg, and D.G. Michelson, “Rician K-factors in Narrowband Fixed
Wireless Channels: Theory, Experiments, and Statistical models,” WPMC 1999 Conference Proceedings,
Amsterdam, Sept. 1999.
Ref 7 J.W. Porter and J.A. Thweatt, “Microwave Propagation Characteristics in the MMDS Frequency Band,”
2000 IEEE International Conference on Communications, Volume 3, pp 1578-1582.
Ref 8 IEEE 802.16.3c-01/29r4, “Channel Models for Fixed Wireless Applications,” http://www.ieee802.org/16.
Ref 9 V. Erceg, et. al., “An Empirical Based Path Loss Model for Wireless Channels in Suburban Environments,”
IEEE Selected Areas in Communications, Vol. 17, No. 7 July 1999.