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

Die Frame-Struktur in einem Maschensystem

In einem Maschensystem gibt es eine andere Frame-Struktur. Ein Maschenframe besteht aus je einem Kontroll- und Daten-Subframe. Der Kontroll-Subframe dient zwei Grundfunktionen. Eine ist die Schaffung und Pflege eines Zusammenhangs zwischen den verschiedenen Systemen und wird „Network Control“ genannt. Die andere ist das kontrollierte Scheduling des Datenverkehrs zwischen zwei Stationen und heißt deshalb Scheduling Control.

Die Network Control tritt periodisch auf, die Scheduling Control vor jedem Frame. Die Länge des Network Control Subframes ist fest. Die Länge des Scheduling Control Subframes ebenfalls. Dieser enthält u.a. Informationen darüber, wie viele verteilte Scheduling-Nachrichten im Control Subframe auftreten können. Diese können übrigens auch in den Daten-Subframes auftreten, wenn sie inhaltlich damit nicht gegen die Regeln aus dem Control Subframe verstoßen. Alle diese Informationen werden mit 1/2 QPSK gesendet. Die Nutzinformationen im Burst werden dann mit der Geschwindigkeit gesendet, die die allgemeinen System- und Umgebungsparameter zulassen.

Bei TDD und FDD wird empfohlen, dass sich alle BSs eines gemeinsamen Timing-Signals zur Synchronisierung bedienen. Sollte es einmal verlorengehen, kann die BS weitersenden, solange bis es wieder auftaucht und sich die BS neu einsynchronisieren kann. Die Spezifikation enthält noch eine Reihe weiterer, feiner Einzelheiten, wie z.B. die Möglichkeit, Contention nur auf bestimmten OFDM-Unterkanalgruppen zuzulassen und damit zu begrenzen oder ein ausgefeiltes Diversity-Schema, bei dem die BSs mehrere Antennen benutzen können, die unterschiedliche OFDM-Signalströme aussenden, die ihrerseits an den SSs wieder zusammengesetzt werden müssen. Darauf können wir hier aber leider nicht mehr eingehen.

Die mit dieser PHY erzielbaren Datenraten stellen wir weiter unten zusammen mit denen der OFDMA-PHY dar.

WirelessMAN OFDMA-PHY

Generell hat die WirelessMAN OFDMA-PHY die gleichen Anwendungsbereiche und Zielsetzungen wie die grade beschriebene OFDM-PHY. Der wesentliche konstruktive Unterschied ist, dass die aktiven Unterträger in Teilmengen aufgeteilt werden, die ihrerseits verwirrenderweise wieder als Unterträger bezeichnet werden.

Das konnte man in den Dokumenten deshalb machen, weil die normalerweise in OFDM als Unterträger bezeichneten Frequnzbereiche einfach als Träger bezeichnet werden, was im globalen Zusammenhang der Modulationstechniken irreführend ist. Doch Wozu dient das? Durch die Aufspaltung der Unterträgermenge in Teilmengen kann man mit einem Downlink unterschiedliche Empfänger adressieren. Jedem Empfänger sind eine oder mehrere eigene Unterträgermengen zugeordnet. Da die Unterträger alle zueinander orthogonal sind, gilt das auch für die einzelnen Unterträgermengen, deren individuelle Unterträger zueinander orthogonal sind. Dadurch sind auch alle Unterträgermengen orthogonal zueinander, so dass sich ein „natürlicher“ Frequenzmultiplex ergibt.

Durch diese Konstruktion kann man Skalierbarkeit, gesteuerten Mehrfachzugriff und weiterentwickelte Antennentechnologien unterstützen. Man stellt sich das am besten vereinfachend so vor, dass ein einzelnes OFDM-Symbol aus einer Menge von Zeitslots besteht. Gegenüber der oben beschriebenen OFDM-PHY treten noch die Funktionen hinzu, die man für die Verwaltung dieser Zeitslots benötigt. Die entstehenden Rahmenformate und Zeitabläufe kann man ohne weiteres als ziemlich aufwendig beschreiben, und es würde auch hier den Rahmen dieses Artikels sprengen, darauf genau einzugehen.

Damit sich der ganze Aufwand auch lohnt, muss eine 2.048-Punkt FFT Anwendung finden. Dabei benutzt man 1.536 Unterträger für die Datenübertragung, 166 Unterträger als Piloten und 172 bzw. 173 Unterträger als Schutzzone. Die übrigen Schritte zur Erzeugung des Signals sind der OFDM-PHY vergleichbar. Wegen der 2.048-FFT ist das Signal übrigens empfindlicher.

Die Tabellen zeigen die möglichen Datenraten bei verschiedenen Bandbreiten und Codierungen.