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Camada física WiMAX RF e modulação

Camada física WiMAX RF e modulação

O uso de WiMAX como uma tecnologia de banda larga sem fio é estabelecido com uma variedade de fabricantes que produzem equipamentos WiMAX. Uma das áreas de interesse particular é a camada física WiMAX RF, ou interface aérea, uma vez que rege o sinal de rádio que é transmitido e recebido.

O padrão WiMAX, 802.16-2004 descreve quatro interfaces RF ou aéreas diferentes, dependendo da aplicação prevista. Destes, o que se destina a aplicações fora da linha de visada até 30 km e para frequências abaixo de 11 GHz é o mais amplamente implementado no momento. Como resultado, muitas vezes é considerada a interface aérea do WiMAX.

Noções básicas da interface aérea WiMAX

O sinal RF WiMAX usa técnicas OFDM (multiplex de divisão ortogonal de frequência) e o sinal incorpora múltiplos de 128 portadoras em uma largura de banda total do sinal que pode variar de 1,25 a 20 MHz.

Nota sobre OFDM:

Ortogonal Frequency Division Multiplex, OFDM é uma forma de formato de sinal que usa um grande número de portadoras próximas que são moduladas com fluxo de dados de baixa taxa. Normalmente, espera-se que os sinais com espaçamento próximo interfiram uns com os outros, mas ao tornar os sinais ortogonais entre si, não há interferência mútua. Os dados a serem transmitidos são compartilhados por todas as portadoras e isso fornece resiliência contra o desvanecimento seletivo de efeitos de múltiplos caminhos.

Leia mais sobre OFDM, Multiplexação por Divisão Ortogonal de Freqüência.

A largura de banda do sinal WiMAX pode ser definida para um valor entre 1,25 e 20 MHz. Para manter a ortogonalidade entre as portadoras individuais, o período do símbolo deve ser o recíproco do espaçamento das portadoras. Como resultado, os sistemas WiMAX de largura de banda estreita têm um período de símbolo mais longo. A vantagem de um período de símbolo mais longo é que isso ajuda a superar problemas como a interferência de caminhos múltiplos que prevalece em aplicações sem linha de visão. Esta é uma grande vantagem que os sistemas WiMAX possuem.

WiMAX MIMO

Versões mais avançadas, incluindo 802.16e, utilizam MIMO (Multiple Input Multiple Output) e, como resultado, suportam várias antenas. O uso dessas técnicas oferece benefícios potenciais em termos de cobertura, auto-instalação, consumo de energia, reutilização de frequência e eficiência de largura de banda.

Nota sobre MIMO:

MIMO é uma forma de tecnologia de antena que usa várias antenas para permitir que os sinais que viajam por caminhos diferentes como resultado de reflexões, etc., sejam separados e sua capacidade seja usada para melhorar a taxa de transferência de dados e / ou a relação sinal / ruído, melhorando assim performance do sistema.

Leia mais sobre Tecnologia MIMO

Modulação adaptativa e codificação WiMAX

A modulação e codificação do WiMAX são adaptativas, permitindo variar esses parâmetros de acordo com as condições prevalecentes. A modulação e a codificação do WiMAx podem ser alteradas rajada a rajada por link. Para determinar a modulação WiMAX necessária e o esquema de codificação, o indicador de feedback de qualidade do canal é usado. A unidade móvel pode fornecer à estação base feedback sobre a qualidade do canal de downlink e, para o uplink, a estação de base pode estimar a qualidade do canal, com base na qualidade do sinal recebido.


ParâmetroDownlinkUplink
Modulação BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM; BPSK opcional para OFDMA-PHYBPSK, QPSK, 16 QAM; 64 QAM opcional
Codificação Obrigatório: códigos convolucionais na taxa 1/2, 2/3, 3/4, 5/6

Opcional: turbo códigos convolucionais nas taxas 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetição na taxa 1/2, 1/3, 1/6, LDPC, RS-Codes para OFDM-PHY

Obrigatório: códigos convolucionais na taxa 1/2, 2/3, 3/4, 5/6

Opcional: turbo códigos convolucionais nas taxas 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetição na taxa 1/2, 1/3, 1/6, LDPC

Taxas de dados da camada física WiMAX

Um dos principais fatores de desempenho de qualquer sistema de banda larga sem fio são as taxas de dados que podem ser alcançadas. Como o WiMAX é particularmente flexível em termos de largura de banda do canal, modulação e também o esquema de codificação, eles podem variar significativamente as taxas de dados que podem ser alcançadas.

Um resumo das diferentes tecnologias de modulação de acesso / modulação e taxas de sobreamostragem é fornecido na tabela abaixo:


Largura de banda do canal (MHz)
Atributo1.253.5510
Modulação da camada física / modo de acesso 128 OFDMA256 OFDM512 OFDMA1024 OFDMA
Superamostragem 28/258/728/2528/25

A tabela abaixo fornece um resumo das taxas de dados físicas posteriores que podem ser alcançadas usando diferentes modulação WiMAX, codificação e larguras de banda de canal.


Taxa de dados da camada física (kbps)
Canal P / B1.253.5510
Modulação
& taxa de código
DownlinkUplinkDownlinkUplinkDownlinkUplinkDownlinkUplink
BPSK
1/2
----946326--------
QPSK
1/2
5041541882653252065350401344
QPSK
3/4
7562302822979387097975602016
16QAM
1/2
1008307376313065040130610 0802688
16QAM
3/4
1512461564519587560195815 1204032
64QAM
1/2
1512461564519587560195815 1204032
64QAM
2/3
20166147526261110 080261120 1605376
64QAM
3/4
22686918467293811 340293822 6806048
64QAM
5/6
25207689408326412 600326425 2006720

Estrutura de dados WiMAX

Embora o WiMAX possa ser implementado como TDD (Time Division Duplex), FDD (Frequency Division Duplex) e FDD half duplex, o arranjo mais comum é o modo TDD. Isso permite uma maior eficiência no uso do espectro do que o modo FDD.

Usando o modo TDD, a estação base WiMAX e os usuários finais transmitem na mesma frequência, mas para permitir que eles não interfiram entre si, suas transmissões são separadas no tempo. Para conseguir isso, a estação base primeiro transmite uma subtrama e isso é seguido por um curto intervalo, que é denominado Intervalo de transição de transmissão / recepção (TTG). Após esta lacuna, os usuários ou estações remotas podem transmitir seus subframes. O tempo desses subframes "uplink" precisa ser controlado e sincronizado com precisão para que não se sobreponham a qualquer distância da estação base. Depois que todos os subframes de uplink foram transmitidos, outro intervalo curto conhecido como Intervalo de Transição de Recepção / Transmissão (RTG) é deixado antes que a estação base transmita novamente.

Existem pequenas diferenças entre os subframes WiMAX transmitidos no uplink e no downlink. O subtrama de downlink começa com um preâmbulo, após o qual um cabeçalho é transmitido e é seguido por uma ou mais rajadas de dados. A modulação dentro de uma subtrama pode mudar, mas permanece a mesma dentro de uma explosão individual. No entanto, é possível que o tipo de modulação mude de um burst para o outro. As primeiras rajadas a serem transmitidas usam as formas mais resilientes de modulação, como BPSK e QPSK. As explosões posteriores podem usar as formas menos resilientes de modulação, como 16 QAM e 64 QAM, que permitem que mais dados sejam transportados.

Usando esta interface RF, o WiMAX é capaz de fornecer uma forma muito eficaz de sistema de banda larga sem fio que pode ser processado em muitas áreas.

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