Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 73

Broadband Wireless Access (BWA) – der WMAN-Standard IEEE 802.16 (WiMax)

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Schnelle und wirkungsvolle Zusammenarbeit

Die MAC und die Konvergenz-Teilschichten arbeiten so effizient zusammen, dass sie teilweise schneller und wirkungsvoller als die ursprünglichen Transportmechanismen sind. Für die Effizienz spielt natürlich auch die Schnittstelle zwischen MAC und PHY eine große Rolle. Auch hier hat man sich daher eine Menge einfallen lassen.

So werden z.B. die Modulations- und Codierungsschemata in einem Burst-Profil spezifiziert, welches für jeden Burst zu jeder Subscriber Station adaptiv angepasst werden kann. Sind die äußeren Bedingungen für den Funk gut, kann die MAC Burst-Profile für sehr schnelle Übertragung benutzen. Verschlechtern sich die Bedingungen, kann man auf langsamere, aber zuverlässigere Übertragung ausweichen. Angestrebt werden 99,999 Prozent Link Verfügbarkeit.

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Der grundsätzliche Mechanismus für die Zuteilung der Bandbreite ist wie schon gesagt, das so genannte Grant-Request-Verfahren. Es ist auch schon aus anderen Standards für den Zugangsbereich bekannt (z.B. IEEE 802.3 EFM EPON) und skalierbar, effizient und selbstkorrigierend. Wesentlich ist aber vor allem seine Eigenschaft, in puncto Effektivität auch dann nicht nachzulassen, wenn von einem einzelnen Terminal aus mehrere Verbindungen mit unterschiedlichen QoS-Anforderungen und einer statistisch hohen Anzahl gemultiplexter Benutzer betrieben werden sollen. Eine besondere Anforderung ist die Balance zwischen konfliktfreien und konfliktbehafteten Verkehrsphasen. Hier kommen alle positiven Erfahrungen aus großen Provider-Netzen, GSM-Netzen und bestehenden Zugriffsbreichen zusammen.

IEEE 802.16 definiert vorwiegend Mechanismen für Bandbreitezuordnung und QoS, lässt aber Scheduling und Reservierungsmanagement außen vor, damit die Hersteller Gelegenheit haben, sich hier mit unterschiedlichen Lösungen zu differenzieren.

Außerdem enthält die MAC einen so genannten Privacy Sublayer. Dieser liefert ein Authentifizierungsverfahren für Netzwerkzugriff und Verbindungsaufbau, um den Diebstahl der Dienstleistung zu verhindern, sowie Schlüsselaustauschmechanismen und Verschlüsselung für die Geheimhaltung.

Um den anderen Umgebungsbedingungen und Erfordernissen hinsichtlich der Dienste auf dem Frequenzbereich zwischen 2 und 11 GHz Rechnung zu tragen, erweitert 802.16a die MAC noch um ARQ (Automatic Repeat Request) und die Unterstützung von Maschenstrukturen.

Der Standard ist sehr umfangreich. Insbesondere muss die für den Bereich 10 bis 66 GHz definierte MAC auf die zusätzlichen Erweiterungen im Bereich 2 bis 11 GHz ausgedehnt werden. Um die Übersicht zu erleichtern, befassen wir uns entlang der Entwicklungshistorie im ersten Teil des Artikels zunächst mit der Grundversion 802.16 und im zweiten Teil mit den Erweiterungen für 2 bis 11 GHz.

Die 10 bis 66 GHz PHY

Beim Design der 10 bis 66 GHz PHY wurde die Wellenausbreitung entlang einer Sichtlinie als praktische Voraussetzung postuliert. Dadurch konnte man passende Single Carrier Modulationsverfahren leicht auswählen (WirelessMAN-SC). Wegen der Punkt-zu-Vielpunkt-Architektur überträgt die BS downlink prinzipiell ein Zeitmultiplexsignal, welches den einzelnen Subscriber Stationen seriell in Zeitschlitzen zugeordnet wird.

Der Uplink-Zugriff erfolgt mittels TDMA. Es wurde ein Burst-Design gewählt, welches sowohl Zeit-Duplexing (TDD) erlaubt, bei dem sich Up- und Downlink einen Kanal teilen, aber nur abwechselnd senden, als auch Frequenzduplexing (FDD), bei dem Up- und Downlink auf unterschiedlichen Kanälen operieren. TDD und FDD werden ähnlich behandelt. Außerdem gibt es noch Halbduplex-FDD.

Der Frequenzbereich 2 bis 11 GHz wird von IEEE 802.16a behandelt. Hier gibt es drei Spezifikationen für die Luftschnittstelle, die alle interoperabel sind. Die Grundvoraussetzung der Existenz einer Sichtlinie wurde hier aufgegeben. Die Dächer z.B. von Privathaushalten könnten dafür zu niedrig sein. Um die Kosten zu senken denkt man an die Verwendung von Innenraumantennen. Daher muss man mit dem Auftreten von Multipath-Effekten rechnen. Draft 3 von IEEE 802.16a definiert folgende drei Schnittstellen:

  • WirelessMAN-SC2: Modulationsverfahren mit einem einzelnen Träger.
  • WirelessMAN-OFDM: Modulationsverfahren mit OFDM-Multiplexing mit einer 256-Punkt-Transformierten. Zugriff hierauf mit TDMA. Diese Schnittstelle ist zwingend für die Verwendung in regulationsarmen Bändern.
  • WirelessMAN-OFDMA: Modulationsverfahren mit OFDM-Multiplexing mit einer 2.048-Punkt-Transformierten. Der Zugriff auf die einzelnen Kapazitäten geschieht durch Abbildung von Untermengen der einzelnen OFDM-Träger auf individuelle Empfänger.

weiter mit: Die Details der 10 bis 66 GHz PHY im Überblick

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