2.4.3. Перемежение

После осуществления скремблирования и помехоустойчивого кодирования, над битами каждого блока должно быть выполнено двухэтапное перемежение. Первый этап гарантирует, что соседние в исходной последовательности биты будут распределены не в соседние поднесущие. Второй этап обеспечивает распределение соседних битов или в наиболее, или в наименее значимые биты сигнального созвездия, что предотвратит длительные последовательности наименее надежных битов.

Пусть Ncpc — количество двоичных символов, передаваемых модулятором за один тактовый интервал (Ncpc = 2 для ФМ-4, Ncpc = 4 для КАМ-16 и Ncpc = 6 для КАМ-64), Ncbps — размер передаваемого блока канальных символов, s = Ncpc/2, k — индекс двоичного символа в передаваемом блоке канальных символов до первого этапа перемежения, mk — после первого этапа и jk — после второго этапа (перед поступлением на вход модулятора), также определим параметр d = 16. Тогда первый этап перемежения должен выполняться по формуле (2.11):

mk = [(Ncbps/d)k mod d] + floor(k/d), k = 0, 1, …, (Ncbps – 1), (2.11)

а второй этап перемежения — по формуле (2.12):

jk = s floor(mk/s) + [mk + Ncbps – floor(dmk/Ncbps)] mod s, k = 0, 1, …, (Ncbps – 1). (2.12)

Деперемежение так же выполняется в два этапа. Пусть Ncbps — размер принятого блока канальных символов, j — индекс двоичного символа в принятом блоке канальных символов до первого этапа деперемежения, mj — после первого этапа и kj — после второго этапа (перед поступлением на вход декодера). Тогда первый этап деперемежения должен выполняться

по формуле (2.13):
mj = s floor(j/s) + [j + floor(dj/Ncbps)] mod s, k = 0, 1, …, (Ncbps – 1),	(2.13)
а второй этап деперемежения — по формуле (2.14):
kj = dmj – (Ncbps – 1)floor(dmj/Ncbps), k = 0, 1, …, (Ncbps – 1).	(2.14)

2.4.4.Манипуляция

Всистемах БШД используют сигналы как двоичной (ФМ-2), так и многопозиционной (ФМ-4, КАМ-16, КАМ-64 и т. п.) модуляции. Сигналы многопозиционной фазовой модуляции (МФМ) характеризуются высокой частотной эффективностью, однако при этом вследствие уменьшения ев-

107

клидовых расстояний между сигнальными точками существенно снижается помехоустойчивость приема, что при фиксированной вероятности ошибки эквивалентно ухудшению энергетической эффективности. Сигналы КАМ являются некоторым компромиссом, выигрывая у МФМ по энергетической эффективности, но уступая по спектральной, что может компенсироваться применением помехоустойчивого кода. По этой причине в сетях WiMAX IEEE 802.16e-2005, 2009 применяются методы модуляции ФМ-2 (только для пилотных поднесущих), ФМ-4, КАМ-16 и КАМ-64.

Стандарт IEEE 802.16e-2005, 2009 определяет следующие методы модуляции информационных поднесущих: ФМ-4, КАМ-16 и КАМ-64. При отображении бит на сигнальную плоскость применяется манипуляционный код Грея. Соответствующие сигнальные созвездия представлены на рис. 2.23. Сигнальные точки должны быть нормированы делением на коэффициент с для обеспечения постоянной средней мощности.

Рис. 2.23. Сигнальные созвездия, соответствующие методам модуля-

ции ФМ-4, КАМ-16 и КАМ-64, IEEE 802.16e-2005

Обязательными для реализации в оборудовании WiMAX являются схемы манипуляции ФМ-4 и КАМ-16, схема КАМ-64 не является обяза-

108

тельной. Напомним, что после модуляции последовательность полученных сигнальных точек домножается на последовательность из +1 и –1, полученную из сдвигающего регистра на рис. 2.14.

В нисходящем канале, амплитуда неиспользуемых информационных поднесущих равна нулю.

2.4.5. Кодирование повторением

Кодирование повторением позволяет повысить энергетическую эффективность тех частей символа, в которых это является необходимым, и где применение вычислительно сложных кодов с высокой исправляющей способностью (BTC, СТС, LDPC) невозможно или нежелательно (например, в заголовках информационного пакета).

Всетях WiMAX применяется двух-, четырех- и шестикратное повторение. В восходящем канале при Q-кратном повторении для передачи выделяется в R раз больше слотов, чем в случае отсутствия повторения. В нисходящем канале количество выделяемых слотов может изменяться в пределах [Q × W; Q × W + (Q – 1)], где W – количество слотов, необходимых для передачи данных без применения повторения.

2.4.6.Поддержка HARQ

Втехнологии WiMAX реализованы два основных механизма автоматического запроса на повторную передачу в случае ошибки. В рамках механизма ARQ (Automatic Repeat Request) осуществляется выборочное повторение передачи только поврежденных и пропущенных пакетов. При этом передатчик должен хранить определенное их число в буфере. Тем не менее, данный метод ретрансляции наиболее экономичен в отношении канальных ресурсов.

Однако основным в стандартах IEEE 802.16e-2005 и 2009 стал метод гибридного ARQ или HARQ (Hybrid ARQ). При этом каждый пакет, переданный БС, требует подтверждения от АС по служебному обратному каналу. Такая опция может назначаться только некоторым или всем соединениям определенной АС.

Если АС сообщает об ошибке, или подтверждение успешного приема не получено в установленный срок, то БС приступает к повторной передаче. Существует два альтернативных режима  HARQ: передача с увеличи-

109

вающейся избыточностью (Incremental Redundancy, IR) и с последующим комбинированием (Chase Combining, CC). Суть режима IR в том, что для каждого исходного пакета в канальном кодере формируется до четырех так называемых подпакетов, каждый со своим идентификатором SPID. Если произошел сбой, то повторно транслируется тот же подпакет с другим SPID, т. е. с иными параметрами кодера. Режим CС в случае ошибки предполагает повторную трансляцию одного и того же кодированного пакета. При этом в приемном буфере АС собираются мягкие решения (LLR) с выхода демодулятора для всех пакетов, принятых с ошибками. После ретрансляции новые LLR складываются со старыми, при этом вероятность ошибки на бит снижается.

2.4.7. Сводные данные по процедурам модуляции и кодирования

В табл. 2.15 представлены типичные параметры физического уровня в сетях WiMAX.

	Таблица 2.15
Типовые параметры физического уровня сетей WiMAX
Характеристика	Значение
Скремблер	x15 + x14 + 1
Двухэтапный перемежи-	Перемежитель:
тель и деперемежитель	mk = [(Ncbps/d)k mod d] + floor(k/d), k = 0, 1, …,
	(Ncbps – 1),
	jk = s floor(mk/s) + [mk + Ncbps – floor(dmk/Ncbps)]
	mod s, k = 0, 1, …, (Ncbps – 1)
	Деперемежитель:
	mj = s floor(j/s) + [j + floor(dj/Ncbps)] mod s, k =
	0, 1, …, (Ncbps – 1),
	kj = dmj – (Ncbps – 1)floor(dmj/Ncbps), k = 0, 1, …,
	(Ncbps – 1)
Помехоустойчивое кодиро-	Сверточное (171, 133), сверточное или блоч-
вание	ное турбокодирование, LDPC
Скорости кодирования	1/2, 2/3, 3/4, 5/6
110