Залежність величина радіусу комірки від чутливості приймача

3.2 Залежність величина радіусу комірки від чутливості приймача.

Розрахунок радіусу комірки для різних видів модуляції є дещо ідеалізований. Для досягнення таких результатів при практичній побудові необхідно оцінити додаткові енергетичні характеристики системи, такі як чутливість приймача та коефіцієнт системного підсилення. Так, для отримання необхідного рівня SNR(а значить і відповідного BER) потужність сигналу на вході приймача системи має бути вище відповідного порогового рівня чутливості.

Для прикладу, розглянемо модуляцію 64QAM.

Пороговий рівень чутливості Rx приймача для систем OFDM для модуляції 64QAM3/4 визначається як:

Rx 64QAM3/4 = No + Snr64qam3/4 + 10 Log (Bwef) + Nf + Implementation Loss, dbw; [3]

де Snr64qam 3/4 - необхідний рівень відношення SNR для модуляції 64QAM3/4=21 db;

No = 10 log (kto) = -144 db (W/mhz) - Receiver Noise Floor спектральна густина потужності теплового шуму приймача, kto - закон рівномірного розподілу;

Nf - значення власного шуму приймача (noise figure) рівне - 8 db (IEEE 802.16e-2005).

Implementation loss рівне 5 db. Ця величина відображає так звані втрати реалізації, що враховують неідеальність приймача, фазовий шум і ін.

Bwef - ефективна ширина спектру групового сигналу OFDM. Ця величина пропорційна кількості піднесучих в спектрі групового сигналу. За рахунок наявності захисного інтервалу між під несучими ефективна ширина спектру OFDM сигналу декілька менше смуги пропускання приймача (ширина каналу). Для каналу шириною 10 Мгц без subchannelisation (використовуються всі піднесучі) Bwef = 9.15 Мгц, 10 Log (Bwef) = 9.6 Мгц.

Отже

Rx 64QAM3/4 = -101 + Snr64qam3/4 +10 Log (Bwef), dbm; [4]

Тим самим, необхідний пороговий рівень чутливості системи WIMAX стандарту IEEE 802.16e-2005 при implementation loss 5 db з шириною каналу 10 Мгц складає 70.4 dbm. За стандартом IEEE 802.16-2004 ця величина раніше складала 68 dbm. Відзначимо, що стандарт IEEE 802.16e-2005 описує вимоги не тільки до мобільних OFDMA мереж WIMAX, а також містить нові жорсткіші вимоги (так званий Rev Cor1) до фіксованих OFDM мереж WIMAX.

Для підтримки деякої модуляції рівень OFDM сигналу на вході приймача Receive Strength Signal Level (RSSL) в смузі пропускання каналу BW повинен на величину SNR відношення сигнал/шум перевищувати рівень теплового шуму з урахуванням внутрішнього шуму приймача і втрат реалізації.

Таким чином, для підтримки модуляції 64QAM3/4 рівень OFDM сигналу на вході приймача Receive Strength Signal Level (RSSL) має бути для систем WIMAX згідно стандарту IEEE 802.16e-2005 не нижче за рівень чутливості 70.4 db (Snr=21 db) в смузі ширини каналу Bw=10 Мгц. Реальні системи WIMAX зазвичай мають вищий в порівнянні з вимогами стандарту рівень чутливості, оскільки значення втрат реалізації implementation loss 5 db в стандарті дещо завищене. Наприклад, чутливість системи Airspan MICROMAX SOC 5 Ghz (стандарт IEEE 802.16e-2005) в каналі шириною 10 Мгц для 64QAM3/4 складає -77 dbm (при Snr=21 dbm), що відповідає практично ідеальному приймачу (Implementation loss близько до нуля) з низьким рівнем власних шумів noise figure менше 6 db. Чутливість системи Axxcelera AB-MAX 5 Ghz (стандарт IEEE 802.16-2004) в каналі шириною 10 Мгц для 64QAM3/4 складає 72.7 dbm (при Snr=21 dbm). Чутливість системи UNIDATA Maxbridge CPE 5 Ghz (стандарт IEEE 802.16e-2005) складає 70.5 dbm (при Snr=20 dbm і для значно нижчого рівня помилок Ber=10-11, що відповідає чутливості для Ber=10-6 порядку -74 dbm).

В принципі, система може підтримувати модуляцію 64QAM3/4 і при значно (на декілька db) нижчих значеннях сигналу, але при цьому рівень бітової помилки буде гірше значення Ber=10е-6. Відповідно, розрахувавши чутливість приймача, можна оцінити певний коефіцієнт погіршення чи покращення якості в каналі зв’язку, а значить – провести зміни розміру комірки.

3.3 Залежність величина радіусу комірки від системного підсилення

Кожна система характеризується параметром, відомим як системне підсилення System Gain, що визначає максимальний радіус комірки. Системне посилення визначається як:

System Gain = Tx - Rx; [5]

де Tx - вихідна потужність передавача системи; Rx - чутливість приймача системи.

Тим самим, системи WIMAX мають на 5-10 db вище системне посилення (при рівності значень Tx вихідної потужності передавача).

Для розрахунку радіусу комірки використовують рівняння бюджету каналу зв'язку Link Budget. Як відомо, збільшення Link Budget на 6 і 12 db збільшує дальність зв'язку, відповідно, LOS і NLOS в два рази. Дане рівняння зв'язує рівень потужності на вході приймача RSSLRX і вихідну потужності передавача Tx, що знаходяться один від одного на відстані D:

RSSLRX = TX + GTX + GRX - LRX -ltx - LD, dbm; [6]

де TX - вихідна потужність передавача, dbm;

GTX - коефіцієнт підсилення антени передавача, dbi;

GRX - коефіцієнт підсилення антени приймача, dbi;

LRX, LTX - СВЧ втрати потужності сигналу, відповідно, в приймачі і передавачі, в кабелі, роз'ємах і др.;

LD - втрати в db на шляху розповсюдження радіохвиль на дальність D км.

Наприклад, в умовах LOS втрати потужності сигналу у вільному просторі розраховуються як

LD = 20 log (4рd / л), db; [7]

де л - довжина хвилі.

В умовах NLOS втрати розраховуються по складніших формулах.

Оскільки система підтримує зв'язок на модуляції 64QAM3/4, якщо рівень сигналу на вході приймача RSSLRX буде вищий за рівень чутливості RX, то згідно виразу Link Budget (7) для цього необхідно, щоб

RSSLRX - FM = TX + GTX + GRX - LRX - LTX - LD - FM >= RX, dbm; [8]

LD =< TX - RX + GTX + GRX - LRX - LTX - FM; [9]

де FM - запас по завмираннях fade margin.

У реальних системах унаслідок завмирання сигналу із-за багатопроменевого розповсюдження радіохвиль зазвичай потрібно, щоб рівень сигналу RSSL перевищував рівень чутливості сигналу на деяку величину – запас по завмираннях Fade Margin (FM). У системах WIMAX для підтримки модуляції 64QAM3/4 сигналу OFDM достатньо запасу fade margin рівне 1 db.

Таким чином, для роботи на дальності D км., втрати розповсюдження радіохвиль мають бути менше величини:

LD =< System Gain + Підсилення антен - СВЧ втрати - Fade Margin

Таким чином, чим вище System Gain системне посилення і менший необхідний запас по завмираннях Fade Margin, тим більший бюджет лінка має система і відповідно, тим більша дальність зв'язку.

Як було відмічено, системи WIMAX мають на 5-10 db вище System Gain в порівнянні з системами Prewimax. Крім того, OFDM сигнал prewimax системи має значно менше число піднесучих. Також захисний інтервал між піднесучими не розрахований на обробку багатопроменевого розповсюдження сигналів на високих дальностях зв'язку (відмінних від офісних умов). Це приводить до низької ефективності обробки завмирань системами prewimax і, як наслідок, необхідності великих запасів по завмираннях fade margin, рівними 6 db в умовах LOS (за наявності зони Френеля) і 12 db за наявності оптичної видимості (near LOS, повна або часткова відсутність зони Френеля).

Таким чином, системи WIMAX мають бюджет лінка Link Budget на 10-20 db більше, ніж системи prewimax.

У таблиці представлені порівняльні дані по енергетичних параметрах систем WIMAX і prewimax.

Таблиця 1. Енергетичні параметри систем WIMAX і prewimax

Представляє інтерес також порівняльний аналіз дальності-швидкості передачі даних WIMAX систем в діапазоні частот 5 Ггц з системами BWA діапазону частот 2.4 Ггц. Втрати потужності сигналу при розповсюдженні радіохвиль в умовах LOS на перших 50 км. в діапазоні частот 2.4 Ггц на 7 db менше аналогічних втрат в діапазоні частот 5 Ггц. Тим самим, збільшення Link Budget на 7 db могло б дати збільшення дальності зв'язку в два рази. Проте такої переваги системи BWA 2.4 Ггц не мають.

Більшість систем BWA в діапазоні 2.4 Ггц працює на модуляції BPSK і QPSK з однією піднесучою (стандарт Ieee802.11b). Системи 2.4 Ггц стандарту IEEE 802.11g, що підтримують модуляцію QAM і OFDM з множиною піднесучих, в цілях зворотної сумісності з системами IEEE 802.11b на модуляціях BPSK і QPSK використовують сигнал з однією піднесучою. Cистеми з однією піднесучою для стійкої роботи вимагають дуже високого значення величини Fade Margin. Наприклад, для підтримки модуляції BPSK для будь-яких систем теоретично достатньо Snr=3 db. Системи WIMAX здатні стійко працювати на даній модуляції при Snr=4 db (Fade Margin=1 db). Для системи з однією піднесучою модуляції BPSK (стандарт IEEE 802.11b/g) необхідний рівень SNR для умов LOS складає 19 db (fade margin 15 db). В умовах оптичної видимості (Near LOS, часткове перекриття зони Френеля) вимоги до SNR для BWA систем в 2.4 Ггц досягають 25-30 db (fade margin 20 db). Фактично вищі значення fade margin для систем 2.4 Ггц з однією піднесучою позбавляють ці системи всіх переваг використання нижчих частот. В результаті системи BWA 2.4 ГГЦ мають нижчі значення Link Budget (на величину 15-25 db), що приводить до істотно нижчих дальностей зв'язку. Фактично там, де система BWA 2.4 Ггц здатна працювати на модуляції BPSK або QPSK в каналі шириною 20 Мгц з реальною швидкістю передачі даних до 3-4 Mbps і з максимальним радіусом обслуговування базової станції (без використання підсилювачів) до 8-10 км., система WIMAX здатна працювати на максимальній модуляції 64QAM3/4 в каналі шириною 10 МГЦ cо швидкістю передачі даних в 25 Mbps. Більш того, система WIMAX здатна підтримувати дану швидкість на дальності до 25 км.

Системи WIMAX фіксованого доступу мають ще одне дуже важливе технологічне нововедення, зв'язане із застосуванням OFDM радіосигналу, ніколи раніше до появи мереж WIMAX що не використалося. Мова йде про так звані технології sub-channelization, коли абонентські пристрої можуть використовувати для каналу зв'язки Uplink не всі доступні в каналі під несучі, а тільки деяку частину з них. Зокрема, мінімальна кількість піднесучих uplink каналу зв'язку складає одну шістнадцяту частину повного набору піднесучих. При застосуванні sub-channelization використовувана частина піднесучих забезпечує потрібну для абонента швидкість передачі даних UL висхідного каналу, вимоги за швидкістю до якої в типових застосуваннях зазвичай нижче чим для DL низхідного каналу. При цьому ширина UL каналу стає значно менше ширини каналу з повним набором піднесучих, що збільшує енергетику UL каналу максимально на 12 db.

Для підвищення дальності зв'язку необхідно підвищувати енергетику як з боку базової станції так і з боку абонента. Підвищення вихідної потужності базової станції не є серйозною проблемою, а ось збільшення вихідної потужності абонентського терміналу має обмеження. Тому застосування механізму sub-channelization, що підвищує енергетику абонентського терміналу, є одним з могутніх інструментів, що також дозволяють значно збільшувати дальність зв'язку систем WIMAX.

Похожие работы

Управління якістю послуг підприємства Інтернет зв’язку (на прикладі People.net)

Скачать

104480

11

13

... значних результатів. За підсумками роботи за рік показники якості значно краще, ніж встановлені для них нормативні рівні, як українські, так і міжнародні. Розділ 3. Шляхи вдосконалення управління якістю послуг Інтернет зв’язку в компанії «People.net» 3.1 Вдосконалення системи стандартів якості послуг Інтернет зв’язку Сьогодні в Україні відмічено масовий рух із впровадження на підприє ...