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Capa física y modulación de RF WiMAX

Capa física y modulación de RF WiMAX

El uso de WiMAX como tecnología de banda ancha inalámbrica está establecido con una variedad de fabricantes que están produciendo equipos WiMAX. Una de las áreas de especial interés es la capa física de RF WiMAX, o interfaz aérea, ya que gobierna la señal de radio que se transmite y recibe.

El estándar WiMAX, 802.16-2004 describe cuatro interfaces de aire o RF diferentes dependiendo de la aplicación prevista. De estos, el que está destinado a aplicaciones sin línea de visión de hasta 30 km y para frecuencias por debajo de 11 GHz es el más implementado en este momento. Como resultado, a menudo se la considera la interfaz aérea WiMAX.

Conceptos básicos de la interfaz aérea WiMAX

La señal de RF WiMAX utiliza técnicas OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) y la señal incorpora múltiplos de 128 portadoras en un ancho de banda total de la señal que puede oscilar entre 1,25 y 20 MHz.

Nota sobre OFDM:

Múltiplex por división de frecuencia ortogonal, OFDM es una forma de formato de señal que utiliza una gran cantidad de portadoras espaciadas cercanas, cada una de las cuales está modulada con un flujo de datos de baja velocidad. Normalmente, se esperaría que las señales con espacios reducidos interfieran entre sí, pero al hacer que las señales sean ortogonales entre sí, no hay interferencia mutua. Los datos que se transmitirán se comparten entre todas las portadoras y esto proporciona resistencia contra el desvanecimiento selectivo de los efectos de múltiples rutas.

Leer más sobre OFDM, multiplexación por división de frecuencia ortogonal.

El ancho de banda de la señal WiMAX se puede configurar en una cifra entre 1,25 y 20 MHz. Para mantener la ortogonalidad entre los portadores individuales, el período del símbolo debe ser el recíproco del espaciado de portadores. Como resultado, los sistemas WiMAX de ancho de banda estrecho tienen un período de símbolo más largo. La ventaja de un período de símbolo más largo es que esto ayuda a superar problemas como la interferencia de trayectos múltiples que prevalece en aplicaciones sin línea de visión. Esta es una gran ventaja que poseen los sistemas WiMAX.

WiMAX MIMO

Las versiones más avanzadas, incluido 802.16e, utilizan MIMO (Multiple Input Multiple Output) y, como resultado, admiten múltiples antenas. El uso de estas técnicas proporciona beneficios potenciales en términos de cobertura, autoinstalación, consumo de energía, reutilización de frecuencias y eficiencia del ancho de banda.

Nota sobre MIMO:

MIMO es una forma de tecnología de antena que utiliza múltiples antenas para permitir que las señales que viajan a través de diferentes rutas como resultado de reflexiones, etc., se separen y su capacidad se utilice para mejorar el rendimiento de datos y / o la relación señal / ruido, mejorando así rendimiento de sistema.

Leer más sobre Tecnología MIMO

Codificación y modulación adaptativa WiMAX

La modulación y codificación de WiMAX es adaptativa, lo que le permite variar estos parámetros según las condiciones imperantes. La modulación y codificación WiMAx se pueden cambiar ráfaga a ráfaga por enlace. Para determinar el esquema de codificación y modulación WiMAX requerido, se utiliza el indicador de retroalimentación de calidad del canal. El móvil puede proporcionar a la estación base información sobre la calidad del canal del enlace descendente y, para el enlace ascendente, la estación base puede estimar la calidad del canal, basándose en la calidad de la señal recibida.


ParámetroEnlace descendenteEnlace ascendente
Modulación BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM; BPSK opcional para OFDMA-PHYBPSK, QPSK, 16 QAM; 64 QAM opcional
Codificación Obligatorio: códigos convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6

Opcional: códigos turbo convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetición a velocidad 1/2, 1/3, 1/6, LDPC, códigos RS para OFDM-PHY

Obligatorio: códigos convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6

Opcional: códigos turbo convolucionales a velocidad 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; códigos de repetición a velocidad 1/2, 1/3, 1/6, LDPC

Velocidades de datos de la capa física WiMAX

Uno de los factores clave de rendimiento de cualquier sistema de banda ancha inalámbrico son las velocidades de datos que se pueden alcanzar. Como WiMAX es particularmente flexible en términos de ancho de banda de canal, modulación y también el esquema de codificación, estos pueden variar significativamente las velocidades de datos que se pueden lograr.

En la siguiente tabla se ofrece un resumen de las diferentes tecnologías de acceso / modulación de modulación y tasas de sobremuestreo:


Ancho de banda del canal (MHz)
Atributo1.253.5510
Modo de acceso / modulación de capa física 128 OFDMA256 OFDM512 OFDMA1024 OFDMA
Sobremuestreo 28/258/728/2528/25

La siguiente tabla ofrece un resumen de las velocidades de datos físicas posteriores que se pueden lograr utilizando diferentes anchos de banda de canal, codificación y modulación WiMAX.


Velocidad de datos de la capa física (kbps)
Canal B / W1.253.5510
Modulación
& tasa de código
Enlace descendenteEnlace ascendenteEnlace descendenteEnlace ascendenteEnlace descendenteEnlace ascendenteEnlace descendenteEnlace ascendente
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

Estructura de datos WiMAX

Aunque WiMAX se puede implementar como TDD (Dúplex por división de tiempo), FDD (Dúplex por división de frecuencia) y FDD semidúplex, la disposición más común es el modo TDD. Esto permite una mayor eficiencia en el uso del espectro que el modo FDD.

Al usar el modo TDD, la estación base WiMAX y los usuarios finales transmiten en la misma frecuencia, pero para que no interfieran entre sí, sus transmisiones se separan en el tiempo. Para lograr esto, la estación base primero transmite una subtrama y esta es seguida por una brecha corta que se denomina Brecha de transición de transmisión / recepción (TTG). Después de este intervalo, los usuarios o las estaciones remotas pueden transmitir sus subtramas. La temporización de estas subtramas de "enlace ascendente" debe controlarse y sincronizarse con precisión para que no se superpongan independientemente de la distancia a la que se encuentren de la estación base. Una vez que se han transmitido todas las subtramas de enlace ascendente, se deja otro intervalo corto conocido como intervalo de transición de recepción / transmisión (RTG) antes de que la estación base transmita de nuevo.

Existen ligeras diferencias entre las subtramas WiMAX transmitidas en el enlace ascendente y el enlace descendente. La subtrama del enlace descendente comienza con un preámbulo, después del cual se transmite un encabezado y éste es seguido por una o más ráfagas de datos. La modulación dentro de una subtrama puede cambiar, pero permanece igual dentro de una ráfaga individual. No obstante, es posible que el tipo de modulación cambie de una ráfaga a la siguiente. Las primeras ráfagas que se transmiten utilizan las formas de modulación más resistentes, como BPSK y QPSK. Las ráfagas posteriores pueden utilizar las formas de modulación menos resistentes, como 16 QAM y 64 QAM, que permiten transportar más datos.

Usando esta interfaz de RF, WiMAX puede proporcionar una forma muy eficaz de sistema de banda ancha inalámbrica que puede ser demandado en muchas áreas.

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