Материал: Стандарт WiMAX. WiMAX – технологія безпровідного зв’язку

Тимчасові затримки імпульсів що піднесуть і їх складання з різними фазами на приймальній стороні призводить до зниження (завмиранням) в течії деякого часу амплітуди що піднесуть (bust time fading), які в результаті ортогональних перетворень трансформуються (мал. 9) в завмирання (burst frequency fading) тих, що піднесуть в деякій смузі частотного спектру (мал. 10). Спотворення тих, що піднесуть, отримувані унаслідок завмирань даного типу, отримали назву міжсимвольною інтерференцією Inter-Symbol Interference (ISI).

Рис. 4.2. Перетворення тимчасових завмирань в частотних в приймачі OFDM сигналу

Рис. 4.3. Частотні і тимчасові завмирання сигналів

Ефективна селекція перевідображених сигналів (ехоподавлення), що поступають з деякою тимчасовою затримкою, може бути виконана за наявності достатнього захисного тимчасового інтервалу між моментами приходу імпульсів сигналів. Тривалість такого інтервалу повинна перевищувати максимальний (або середнє) час затримки часу (delay spead) приходу переотраженных сигналів. Для умов офісу в локальних безпровідних мережах типовий час затримки складає 20-200 нс, в системах BWA в умовах міської забудови - 5-10 микросек, 0.2 мс в сільській місцевості.

Захисний часовий інтервал в системах OFDM WiMAХ стандарту IEEE 802.16 регулюється величиною Cyclic Prefics (CP), що визначає відношення між тривалістю імпульсу що піднесе і захисним інтервалом. Максимальне можливе значення CP=1/4 відповідає максимально можливою в системах WIMAX величині захисного інтервалу, що перевищує середню тимчасову затримку імпульсів що піднесуть і що забезпечує ефективне придушення міжсимвольної інтерференції ISI в умовах щільної міської забудови. Мінімальний CP=1/32 - відповідає мінімально можливому захисному інтервалу, забезпечуючому ехоподавлення за відсутності множинних перешкод між передавачем і приймачем на відстанях в декілька кілометрів.

Захисний інтервал в системах Wi-Fi і preWiMAX, використовуючих Wi-Fi радіо стандарту IEEE 802.16a/g з сигналом OFDM, вибирається на основі типових затримок перевідображених сигналів в умовах офісного застосування. Тим самим параметри OFDM сигналу в системах WiFi і preWiMAX з Wi-Fi радіо не дозволяють ефективно боротися з типовими для міської забудови затримками сигналів і, відповідно, забезпечувати ефективну роботу у відсутності прямої видимості в міських умовах.

Слід зазначити, що збільшити такий захисний інтервал, наприклад, виробником Wi-Fi чіпсета, для діставання можливості ефективної роботи в міських умовах, технологічно неможливо. Річ у тому, що достатньо тривалий захисний інтервал в системах WIMAX може бути встановлений завдяки великій тривалості імпульсів OFDM що піднесуть стандарту IEEE 802.16, в сотні і тисячі разів більший, ніж в системах стандарту IEEE 802.11a/g. Велика тривалість має місце унаслідок нижчої швидкості проходження імпульсів що піднесуть, що, у свою чергу, отримано унаслідок розділення початкової високошвидкісної послідовності на більшу кількість (256 і більш) паралельних OFDM WIMAX, що піднесуть, в порівнянні з 64 OFDM Wi-Fi, що піднесуть. Тим самим, що 64 піднесуть сигналу OFDM Wi-Fi є дуже короткими імпульсами, наступними з високою швидкістю, що не дозволяє збільшувати їх тривалість і період їх проходження до необхідної величини відмінних від офісу застосувань. Разом з тим в окремих випадках, в сільській місцевості з низькою щільністю забудови, параметри ISI, визначувані величинами затримок від перевідображень, можуть відповідати офісному застосуванню, і Wi-Fi і preWiMAX системи можуть таки працювати в умовах NLOS.

Як би ефективно не працювала система придушення міжсимвольної інтерференції, помилки завмирань все одно виникають. Для усунення цих і інших помилок застосовується метод корекції FEC (forward error correction), заснований на використанні надмірних код. Проте корекція може бути застосована для усунення тільки одиночних помилок. У разі завмирань зазвичай має місце групова помилка, коли одночасно спотворюються декількох послідовно наступних один за одним імпульсів (burst) тих, що піднесуть (мал. 5). Для вирішення цієї проблеми застосовується метод усунення помилок interleaving, коли в передавачі OFDM, що піднесуть, перемішуються у випадковій порядку (рандомізація), а в приймачі їх початкова послідовність відновлюється. При цьому групові спотворення на приймальній стороні розносяться по частотному спектру тих, що піднесуть, набуваючи одиночного характеру, і можуть бути усунені застосуванням код FEC, що коректують. Метод interleaving тим більше ефективний, ніж більша кількість тих, що піднесуть включено в процес рандомізації. Тим самим OFDM сигнал WIMAX унаслідок великої кількості тих, що піднесуть набагато стійкіший до помилок взагалі і помилкам завмирання сигналів, зокрема, в порівнянні з OFDM системами Wi-Fi і preWIMAX.

Найважливішим джерелом міжсимвольної інтерференції OFDM сигналів є частотні спотворення передавачів рухомих об'єктів, що піднесуть від сигналів, унаслідок ефекту доплеровського зсуву частоти. Дана проблема вирішується методом, аналогічним придушенню завмирань, шляхом збільшення кількості що піднесуть до 1028. Це дозволяє ефективно обслуговувати рушійні об’єкти, тобто мобільних абонентів.

Таким чином, використання OFDM сигналу з великою кількістю тих, що піднесуть, дозволяє системам WIMAX ефективно обслуговувати користувачів в умовах відсутності прямої видимості, а також рухомих (мобільних) абонентів.

.3 Коди Рида-Соломона

Коди Рида-Соломона використовується у взаємодії з внутрішніми згортальними кодами для того, щоб забезпечити додаткове посилення від кодування. Систематичний код R-S (n = 255; до = 239), де елементи Galois Field GF(28), тобто m = 8, використовуються як зовнішній код Рида-Соломона. Малюнки 8 і 9 показують роботу системи при використанні складеного Сверточного-Рида-Соломона кодування. Можна бачити, що коди Рида-Соломона забезпечують додаткове посилення від кодування щодо того, яке може бути досягнуте при використанні тільки згортального кодування.

Кодування Рида-Соломона може самостійно забезпечити величезне посилення, навіть в тих випадках, коли воно не використовується спільно із згортальним кодом, а використовується спільно з системою Alamouti STBC, як може бачити на малюнках 6 і 7. Таким чином, при об'єднанні особливостей код Рида-Соломона, згортальних код і Alamouti STBC, отримуємо оптимальну систему, яка забезпечує високе посилення кодування і посилення від розділення. Малюнки 8 і 9 показують роботу системи при застосуванні модуляцій QPSK і BPSK відповідно у разі, коли використовуються методи розділення в часі і просторового розділення. Вищезазначені малюнки показують роботу системи тільки в умовах гладких завмирань в каналі. Частотновиборкові канали істотно погіршують параметри представленої системи, і їм протидіють, вводячи в дану систему OFDM.

Рис. 4.4. Параметри BER для системи з модуляцією BPSK з додаванням згортальних код і код Рида-Соломона

Рис. 4.5. Параметри BER для системи з модуляцією QPSK і додаванням згортальних код і код Рида-Соломона

5. Охорона праці

Умови праці оператора ЕОМ характеризуються одноманітністю пози, обмеженістю загальної м’язової активності в поєднанні з рухливістю кистей рук, інтенсивною експлуатацією зорових функцій та нервово-емоційним напруженням, а також дією різноманітних фізичних факторів.

На користувача ПК діють наступні шкідливі та небезпечні фактори виробничого середовища:

1 електромагнітні поля

2 статична електрика

3 шум

4 незадовільні метеорологічні умови

5 незадовільна освітленість робочого місця

6 неправильна організація робочого місця.

Наявність всіх вищезгаданих факторів призводить до таких захворювань:

7 порушень зорового аналізатора

8 кістково-м’язових порушень

9 порушень, пов’язаних зі стресовими ситуаціями та нервово-емоційними навантаженнями при роботі

10  захворювань шкіри.

Для зменшення, а по можливості, і повного усунення впливу перерахованих вище факторів необхідно спроектувати і впровадити в дію ряд заходів на основі діючих вимог і норм охорони праці, що відповідає вимогам в “Державних санітарних правилах і нормах роботи з візуальними дисплейними терміналами ЕОМ” ДСанПіН 3.3.2.007-98.

Вибір монітору.

Згідно Директиви 90/270 Європейської Економічної Комісії “Мінімальні вимоги з охорони праці ”, яка регламентує безпечні умови при роботі із моніторами, проектом передбачається використання при розробці монітора із наступними характеристиками:

–     символи на екрані є чіткі та добре розрізняються;

–       зображення позбавлене від блимання;

–       яскравість та контрастність легко регулюються;

–       екран вільний від відблисків та відбиття;

–       випромінювання знижене до малих рівнів або зовсім відсутнє.

Обираємо рідкокристалічний монітор 15” TFT LG 566LM, який має наступні характеристики:

–   розмір екрану - 15”(видима - 15”);

–       розмір точки - 0,264 мм;

–       частота кадрової розгортки - 75Гц;

–       роздільна здатність та частота на якій працювала - 1024x768@75Гц;

–       цифрове керування;

–       сертифікований TCO’95.

Ці характеристики монітора цілком відповідають вимогам директив при програмуванні, наборі текстів програм та розробки і роботи із графічними зображеннями.

Вибір приміщення та розміщення робочих місць користувачів ПК

Дана робота виконувалася в приміщенні з такими параметрами:

–       площа () становить  ();

–       об’єм () -  (. );

–       в приміщенні є 5 робочих місць.

При розташуванні елементів робочого місця користувача ПК враховуються: робоча поза користувача; простір для розміщення користувача; можливість огляду елементів робочого місця; можливість ведення записів, розміщення документації і матеріалів, які використовуються користувачем.

Робочі місця з ПК розташовані відносно світлових прорізів так, щоб природне світло падало збоку, переважно зліва. Відстань від стіни з віконними прорізами до стола з комп’ютером становить 0,5м, відстань між столами в ряді 1м, між рядами 2м.

При розміщенні робочого місця поряд з вікном кут між екраном дисплея і площиною вікна 90° (для виключення відблисків).

Відстань від тильної поверхні одного ПК до тильної поверхні іншого ПК 3м. (Рис. 5.1).

Рис. 5.1. План розміщення робочих місць в приміщенні

Екран монітора ПК розташований на оптимальній відстані від очей користувача, що становить 600-700 мм з урахуванням розміру літерно-цифрових знаків і символів. Для підтримання в приміщенні нормальних параметрів повітряного середовища, яке відповідає санітарно-гігієнічним і технологічним вимогам, влаштовують вентиляцію.

При постійній роботі екран знаходиться в центрі поля огляду, документи зліва на столі або на спеціальній підставці.

Висота робочої поверхні столу для відеотерміналу знаходиться в межах 850 мм, а ширина забезпечує можливість виконання операцій в зоні досяжності моторного поля.

Розміри столу: висота - 625 мм, ширина - 1000 мм, глибина - 900 мм.

Робочий стіл для відеотерміналу має простір для ніг висотою 600 мм, шириною 500 мм, глибиною на рівні колін 450 мм, на рівні витягнутої ноги - 650 мм.

Монітор встановлений таким чином, що верхній край екрану знаходиться на рівні очей. Робочі місця з ПК розташовуються відносно світлових прорізів так, щоб природне світло падало збоку, зліва.

Клавіатура розташована так, що на ній зручно працювати двома руками. Клавіатура розміщена на поверхні столу підставці на відстані 200 мм від краю столу.

Висновок

Стандарт WiMAX сьогодні перебуває на стадії тестування, єдина конкурентоспроможна версія стандарту, для якої існує ліцензія на обладнання, - це Fixed WiMAX. Однак провайдери не поспішають замінювати дороге, але вже працююче обладнання новим, бо це вимагає істотних вкладень без можливості підняти продуктивність (і, відповідно, ціну на послуги) та повернути вкладені кошти швидко. При розгортанні WiMAX-мереж там, де доступу до Internet раніше не було, доводиться стикатися з проблемою наявності в малонаселених або віддалених регіонах достатнього числа потенційних користувачів, що володіють необхідним обладнанням або грошовими коштами на його придбання. Те ж стосується і переходу на Mobile WiMAX після його ліцензування, оскільки, крім витрат провайдерів на модернізацію операторського обладнання, слід враховувати витрати користувачів на модернізацію клієнтського обладнання: придбання WiMAX-карт і оновлення портативних пристроїв.

Другим стримуючим фактором є позиція багатьох фахівців, які вважають неприпустимим використання надвисоких частот радіозв'язку прямої видимості, шкідливих для здоров'я людини. Наявність вишок на відстані десятків метрів від житлових об'єктів (а базові станції рекомендується встановлювати на дахах будинків) може згубно позначитися на здоров'ї жителів, особливо дітей. Однак результатів медичних експериментів, які підтверджують наявність або високу ймовірність шкоди, поки не опубліковано. Третім чинником є, як не дивно, швидкий розвиток стандарту. Поява нових, принципово різних версій стандарту WiMAX, призводить до питання про неминучу зміну обладнання через кілька років. Так, станції, зараз працюють в режимі Fixed WiMAX, не зможуть підтримувати Mobile WiMAX. При переході на наступний стандарт буде потрібно оновлення частини обладнання, що відлякує великих провайдерів. На даний момент впровадження та використання Fixed WiMAX на комерційній основі можуть дозволити собі тільки невеликі компанії, які не планують значного розширення (в тому числі територіального) і використовують нові технології для залучення клієнтів. І, нарешті, четвертим фактором є наявність конкурентного стандарту широкосмугового зв'язку, що використовує близькі діапазони радіочастот - WBro.

Цей стандарт теж до кінця не ліцензований, проте він вже здобув певну популярність. А тому завжди існує ймовірність, що через кілька років кращим виявиться не WiMAX, а WBro. І компанії, які вклали кошти в розробку і впровадження WiMAX-систем, серйозно постраждають. Втім, через схожість стандартів існує також вірогідність злиття і надалі використання устаткування, що підтримує обидва стандарти одночасно. Таким чином, при видимих перевагах стандарту ще рано говорити про тотальне впровадження технології або навіть про можливість переходу на неї і відмови від існуючих мережевих рішень. Необхідно спочатку отримати результати польових випробувань, а потім можна очікувати затвердження стандартів версії 802.16f (Full Mobile WiMAX) і 802.16m.

Перший з них включає в себе алгоритми обходу перешкод і оптимізацію стільникової топології покриття між базовими станціями. Другий стандарт повинен підняти швидкість передачі даних зі стаціонарним клієнтським обладнанням до 1 Гбіт / с і з мобільним клієнтським обладнанням - до 100 Мбіт / с. Далі можна очікувати ліцензування обладнання з підтримкою нових стандартів, конкуренції на ринку виробництва обладнання та послуг доступу через WiMAX. І тільки тоді можна буде говорити про дійсні переваги і недоліки цієї технології в порівнянні з нині існуючими.

Список використаних джерел

1. Безпровідні мережі Wi-Fi Пролетарський. А.В., Баскаков І.В., Чирков Д.Н. 20010

. Енциклопедія WiMax В. Вишневський, С. Портной, І. Шахнович, 2013

3. Цифрова обробка сигналів. А.Б. Сергієнко. - СПБ. Пітер, 2006.

. Цифровий зв'язок. Б. Скляр. - Москва, Санкт-Петербург, Київ, 2008.

. Цифровий зв'язок. Прокис Джон. - М.: Радіо і зв'язок. 2010.

Техносфера, 2009.

. Широкосмугові бездротові мережі передачі інформації. Вишневський В.М.