Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 73

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

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Die Details der 10 bis 66 GHz PHY im Überblick

Die Modulationsverfahren für die Bereiche zwischen 10 und 66 GHz benutzen wie beschrieben adaptives Burst Profiling um die funktechnischen Charakteristika (Modulation, FEC, ...) den aktuellen Gegebenheiten eines Links anzupassen.

In einer typischen US-Installation können in regulierten Bändern Bandbreiten von 20 oder 25 MHz benutzt werden, in typischen europäischen Installationen 28 MHz. Die Impulsformung hat einen Roll-Off-Faktor von 0,25. Für die spektrale Gleichgewichtung muss eine Verwürfelung der Signale vorgenommen werden, da man sonst die Bandbreite statistisch schlecht nutzt. Es wird daher eine FEC nach Reed-Salomon (GF256) vorgenommen. Dies wird mit einer inneren Block-Konvolutionsverwürfelung kombiniert. Die FEC-Optionen werden für die Bildung stabiler Burst-Profile mit QPSK, 16-QAM und 64-QAM kombiniert. Die Tabelle in Abbildung 1 zeigt mögliche Bitraten und Bandbreiten.

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In neueren Erweiterungen von 802.16 diskutiert man höhere Bitraten durch die Verwendung von 256-QAM und 2.048-Punkt OFDMA.

Das System nutzt einen Frame von 0,5, 1 oder 2 ms Länge. Zum Zwecke der Bandbreitenzuordnung ist der Frame in Slots unterteilt. Ein physikalischer Slot ist so definiert, dass er 4 QAM-Symbole aufnehmen kann. Bei TDD wechseln Up- und Downlink-Subframes einander ab, bei FDD sind sie in der Zeit koinzident, aber auf unterschiedlichen Frequenzen.

Der Downlink-Subframe beginnt mit einer Frame Control Sektion, die die Downlink-MAP (beschreibt u.a. das Burst-Profil und aktuelle Transitionen) für den aktuellen Downlink-Frame enthält. Dann folgt ein TDM-Anteil. Downlink Daten werden an jede SS nach dem verhandelten Burst-Profil gesendet. In FDD-Systemen kann statt des TDM-Anteils auch ein TDMA-Anteil folgen. Dieser enthält eine Präambel für den Beginn eines jeden neuen Burst-Profils. Dies erlaubt dynamische Änderungen, sogar von Frame zu Frame.

Die Abbildung 2 zeigt einen typischen Uplink Subframe für die 10 bis 66 GHz PHY. Im Gegensatz zum Downlink vergibt die UL-MAP Bandbreite an spezifische SSs. Die SSs übertragen ihre Daten dann an den vorgegebenen Stellen in dem Burst-Profil, welches durch den Uplink Interval Usage Code (UIUC) in der UL-Map definiert wurde, die ihnen die Bandbreite zugeteilt hat. Der Uplink kann außerdem wettbewerbs-basierte Zuordnungen für den initialen Systemzutritt oder Anforderungen für Broadcast/Multcast-Bandbreite enthalten. Es gibt eine Guard-Time, damit auch Stationen, die noch nicht richtig auf das Round Trip Delay einsynchronisert sind, den Systemzutritt erlangen können.

Die Abbildung 3 zeigt die generelle Struktur von SS und BS für den Downlink

Zwischen der PHY und der MAC gibt es die Transmission-Convergence-Teilschicht (TC). Sie leistet die Umwandlung von MAC-Protokoll-Daten-Einheiten (MAC-PDUs) variabler Länge in die FEC-Blocks fester Länge für jeden Burst. Die TC-Teilschicht hat eine PDU-Größe, die zu dem aktuellen FEC-Block passt. Ein TC-PDU beginnt mit einem Zeiger auf den nächsten MAC-PDU-Header innerhalb dieses FEC-Blocks.

Das TC-PDU Format erlaubt die Resynchronisation auf die nächste MAC-PDU für den Fall, dass der vorhergehende FEC-Block irreparable Fehler aufweist. So etwas würde ohne eine TC-Teilschicht nicht funktionieren.