Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 76

Die zwei bis 11-GHz-PHY des IEEE 802.16a-Standards in Wireless MESH-Networks

10.03.2010 | Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Andreas Donner

CEPT-Kanäle vs. IEEE 802.11 a/h/n-Kanäle; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
CEPT-Kanäle vs. IEEE 802.11 a/h/n-Kanäle; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels

Die IEEE 802.16a 2 - 11-GHz-PHY zeigt, was man auch auf lizenzfreien Bändern erreichen kann. In Verbindung mit der in der letzten Folge vorgestellten MESH-MAC ergibt sich ein System, welches den Stand der aktuellen Wireless-Technik auf diesem Bereich darstellt. Leider ist diese Botschaft in Deutschland nicht so gut angekommen wie z.B. in Korea, wo prinzipiell die gesamte Wireless-Versorgung auf dieser Technologie basiert.

Wie bereits angesprochen, gibt es drei Geschmacksrichtungen für die PHY. Die Leser wissen, dass dem Autor hier die nachrichtentechnischen Details besonders am Herzen liegen, der Autor weiß, dass die Leser das nicht so spannend finden wie er selbst. Also werden in einer Art Kompromiss hier nur die wesentlichen Grundzüge dargestellt.

WirelessMAN-Single Channel (SCa) PHY

Die WirelessMAN-Single Channel PHY kann in regulierten und regulationsarmen Bändern ohne Sichtlinie (NLOS: no Line of sight) verwendet werden. Im ersten Fall kann die durch die Regulation vorgegebene Bandbreite gemäß beliebigen Zweierpotenzen aufgeteilt werden, der einzelne Kanal muss aber eine Mindest-Bandbreite von 1,25 MHz haben. Elemente dieser PHY sind:

  • TDD und FDD-Support wie im Bereich 10-66 GHz
  • TDMA Uplink
  • TDM Downlink
  • Blockadaptive Modulation und FEC für UL und DL
  • Framing Elemente mit verbessertem Equalizing für bessere Kanalübertragungsleistung bei NLOS-Umgebungen und Umgebungen mit erhöhter Delayvarianz
  • Granularität auf Symbolebene
  • Konkatenierte FEC mit Reed-Salomon-Codierung und optionaler Überlappung
  • FEC Option mit BTC (Block Turbo Code) und CTC (Convolutional Turbo Code)
  • Option, keine FEC, dafür aber ARQ zu verwenden
  • Option für STC (Space Time Coding) Transmit Diversity
  • Optionale AAS-Implementierung (Adaptives Antennen System) durch entsprechende Parameter

Beim Sendevorgang werden zunächst die zu übertragenden Bits verwürfelt, um eine bessere Symbolstatistik zur optimalen Bandbreiteausnutzung zu erzielen. Dann werden die nunmehr verwürfelten Bits mit einer Prüfsumme versehen und gruppenweise auf die entsprechenden QAM-Konstellationspunkte abgebildet. Es wird maximal mit 256-QAM gearbeitet.

Die QAM-Symbole werden in einen Message Burst gepackt, wobei normalerweise zusätzlich Framing Informationen hinzutreten. Die Burst-Symbole werden in einen Duplex-Frame gemultiplext, der verschiedene multiple Bursts enthalten kann. Die dabei entstehenden sog. I- und Q-Symbole (Realteile der komplexen Symboldarstellung) werden noch mal durch Formfilter geschickt und dann mittels Quadraturmodulation auf die Trägerschwingung geprägt.

Die Power Control sorgt dafür, dass die Sendung mit einer sinnvollen Leistung (im Burst Profil festgelegt) ausgesendet wird. Der Sendevorgang ist für UL und DL gleich.

Durch die verschiedenen Bearbeitungsstufen kommen zur Nutzinformation noch eine Reihe von Zusatzinformationen hinzu.

Natürlich stellt sich der mit einfachen Gigabit-Angaben verwöhnte Lokalnetzer die Frage nach der Leistung dieser PHY. Doch dies ist nicht so einfach auszudrücken, denn die Gesamtleistung ist die Summe der Leistungen der einzelnen Kanäle. Die Anzahl dieser Kanäle ist abhängig von der im Rahmen der Regulierung vorgesehenen Gesamtbandbreite. Die Leistung eines einzelnen Kanals hängt unter anderem von der verwendeten Codierung und Modulation ab. Ein wesentliches Maß hierbei ist die spektrale Effizienz ausgedrückt durch Mbit/s / MHz. Sie gibt an, wie viele Megabit pro Sekunde in ein MHz Bandbreite gepackt werden können.

Mit 64 QAM wird eine spektrale Effizienz von max. ca. 4 erreicht, also z.B. 24 Mbit/s. in einen 6 MHz-Kanal. 256 QAM schafft optimal eine Effizienz von 16, also z.B. 96 Mbit/s in einem 6 MHz-Kanal. Eine übliche regulierte Frequenzzuteilung würde z.B. 24 MHz Bandbreite umfassen. Damit kann man demnach 4 Kanäle à 6 MHz definieren, die zusammen fast 400 Mbit/s. schaffen. Die PHY ist für Reichweiten von bis zu 60 km (!) ausgelegt. Benötigt man nur kleinere Distanzen, kann man die Codierungsmöglichkeiten optimal ausschöpfen.

weiter mit: WirelessMAN OFDM-PHY

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