Сымсыз байланыстың барлық заманауи технологиялары бір бағытта қозғалады - OFDM-MIMO базасындағы жүйелерге және ары қарай төртінші буынның жүйелеріне (немесе ITU терминологиясындағы IMT-advanced). Ұтқырлық технологияларда бір нақты тенденция бар - 3GPP стандартының LTE жағына көшу. Кең жолақты сымсыз қолжетімділік жүйелерінде (КЖСҚ) WiMax – IMT-2000 жүйесіне кіретін кең жолақты сымсыз қолжетімділік технологияларының ішіндегі жалғыз ғана көрсеткіші. Оның екі альтернативасы бар: LTE жағына көшу немесе IEEE 802.16m бағытында даму [1].
LTE стандартты желілерді іске асыру үшін жиіліктің екі жолағы бөлінеді: оның біреуі 700 МГц диапазонында, ал екіншісі - 2,1 ГГц диапазонында орын алады [2]. LTE радиоинтерфейсы арналарды дуплексті бөлудің екі әдісін де қолдайды: жиілікті Frequency Duplex Division (FDD) және уақыттық Time Division Duplex (TDD).
LTE стандартының «төменге қарай» желілерінде радиоинтерфейстың ерекшелігі болып көптік қолжетімділік технологиясын Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) пайдалану табылады. «Төменге қарай» желісінде таратудың уақыттық интервалы (TTI) ішкі кадрдың ұзақтығына сәйкес және 0.5 мс тең. «Төменге қарай» желісінде модуляцияның келесі түрлері қолдау табады: Qu-adrature Phase Shift Keying (QPSK), 16 QAM (Qua-drature Amplitude Modulation) және 64 QAM. Сондай-ақ Multi-Input Multi-Output (MIMO) технологиясы да пайдаланылады. MIMO технологиясының негізгі конфигурациясы базалық стансаның және ұтқырлық терминалдың екі таратушы және екі қабылдаушы антенналарын пайдалануды көздейді. Максималды түрде базалық стансаның 4 таратушы антеннасын және абоненттік терминалдың 2-4 қабылдау антеннасын пайдалану ұсынылады. MIMO технологиясы бірден көп (MU-MIMO) және бір ғана (SU-MIMO) пайдаланушының деректерін таратуды қамтамасыз етеді [2].
«Төменге қарай» желісіндегі OFDM/QAM модуляциясы
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ортогоналды жиілікті мультиплекстеудің технологиясы көпжиілікті сигналды қалыптастыруға негізделген. Көп жиілікті сигнал ішкі тасығыштардың көршілес ауытқуларынан (n-ді ішкі тасығыштың ωn – радиалды жиілігі) ортогоналды сигналдар шартынан таңдалған 
шамасына шешілетін көптеген ішкі тасығыш жиіліктерден тұрады.
OFDM сигналды қалыптастыру кезінде ұзақтығы
болатын тізбектелген ақпараттық символдардың ағыны N символдардан тұратын блоктарға бөлінеді. Ары қарай тізбектелген ақпараттық символардың ағыны көпжиілікті сигналдың ішкі тасығышына символдың әрқайсысы сәйкес келетін параллельдік ағынға түрленеді. Бұл кезде символдардың ұзақтығы N есе ұлғаяды. Осылайша, көп жиілікті сигнал спектрінің соммалық ені бастапқы тізбектелген сигналдың спектр еніне сәйкес келеді [3].
Мұндай түрленудің мақсаты болып тар жолақты бөгеуілдерден жәнеқайта шағылысу және көп сәулелік таралу нәтижесінде спектрдің біртіндеп бұзылуынан қорғану табылады. Бұл көпжиілікті сигналдың параллельдік символдары бөгеуілге қарсы кодтың кодты сөзі болып табылады. OFDM сигналының жиілікті-уақыттық көрсетілімі 1-суретте келтірілген. Сигналдың уақыттық аймақтан жиілікті аймаққа түрленуі дискретті Фурье түрленумен (DFT - Discrete Fourier Transform) қамтамасыз етіледі.
Сонымен қатар, OFDM артықшылығы уақыттық қорғаныс интервалдардың қажетті санын азайтуда жатыр. Тізбектелген сигнал кезінде қорғаныс интервалдары әр символдар арасына қосылады, ал көпжиілікті сигнал кезінде – символдар топтары (OFDM-символдар) арасына қосылады.
Сурет 1. Спектр ені 5 МГц кезінде OFDM сигналының жиілікті-уақыттық көрсетілімі
OFDM сигналдарының ерекшеліктері болып:
- Таңдалған заң (QPSK, 8QAM, 16QAM, 64QAM) бойынша модуляцияланған тасығыш ауытқуларды мультиплекстеу (ішкі тасығыштар деп аталады);
- Ішкі тасығыштар ортогоналды (өзара корреляциялық функция нөлге тең), немесе, ең ақыры, квазиортогоналды (тәжірибеде);
- Әр OFDM-символдың символ аралық интерференцияны болдырмау мақсатында қорғаныс уақыттық интервалы бар. Бұл қорғаныс интервалы байланыс желісінің импульстік сипаттамасын (радиосигнал таралуының физикалық ортасы) ескеру арқылы таңдалады. OFDM-сигналын қалыптастыру принципі 2-суретте көрсетілген.
Сурет 2.OFDM-сигналды қалыптастыру принципі
Тәжірибеде OFDM-сигналды қалыптастыру кезінде N нүктесінде кері дискретті тез Фурье түрлену (Inverse Fast Fourier Transform - IFFT) пайдаланылады (сурет 3). Бұл едәуір дәрежеде қабылдау-таратушы OFDM құрылғысының тәжірибеде қолданылуын жеңілдетеді.
Сурет 3. OFDM-сигналын қалыптастыру кезінде IFFT түрленуді пайдалану
a(mN+n) белгісімен mTu < t < (m+1)Tu уақыт интервалында Tu ұзақтықты n жиілікті ішкі арнасының модуляцияланған символ белгіленеді. sm векторы IFFT шығысында OFDM-символы болып табылады. TDD режимінде OFDM сигналдарды қалыптастыру схемасы ұзақтығыTCP4.7/16.7 мкс (ішкі тасығыштарды 15 кГц-ке тарату кезінде) символ аралық интерференциямен күресу үшін циклдық CP (Сyclic-Prefix) префикстерді қолданады. Уақыт кесінділері (ұзақтығы 10 мс кадрлар) ұзақтығы Tsub-frame = 0.5 мс бірдей 20 ішкі кадрлардан тұрады. TDD режимінде «төменге қарай» желісінің OFDM сигналдар параметрлері.
Классикалық OFDM сигнал келесі теңдеу түрінде жазылады (циклдық префикстерді ескермегенде):
LTE желілерінде сапамен басқару үшін қиылысатын екі көптік пайдаланылады. Қиылысатын екі көптік желінің функционирлеу сапасының параметрлерінен (Network Perfomances) және қызметтер сапасының параметрлерінен (Quality of Service) тұрады. LTE желісінде әр жалғануға деректерді тарату жылдамдығы, пакеттердің кешігуі, джитер, қателесіп қабылданған пакеттер саны және желінің қолжетімділігі сияқты QoS барлық аспектілерін біріктіретін желінің функционирлеудің көптік келісілген параметрлері сәйкес болуы керек.
Деректерді таратудың максималды жылдамдығы Peak Data Rates. Деректерді таратудың максималды жылдамдығын есептеу кезінде «жоғарыға қарай» (циклдық префикстер, уақыттық және жиіліктік қорғаныс интервалдары, бақылаушы символдар) желісінің кадрлық құрылымы, модуляция түрлері және бөгеуілге қарсы кодтау ескерілді [3]. Жағымды бөгеуілдік жағдай (C/I > 20 dB) шартында «төменге қарай» желілерінде деректерді таратудың максималды жылдамдықтарының мәндері келтірілген. Бұл жағдайда 16QAM, 16QAM көп позициялық модуляция түрлерін пайдалануға болады. C/I қатынасының нашарлауы тарату жылдамдығының төмендеуіне алып келеді (сурет 4- «төменге қарай» желісі үшін).
4-суретте көрсетілгендей деректерді тарату жылдамдығы сигналды қабылдау және өңдеу алгоритмінің бөгеуілге қарсы сипаттамасына байланысты. Суретте белгіленген:
- MMSE (Minimum Mean Squared Error) – орташа квадраттық қате минимумы критерийі бойынша МІМО сигналдарын сызықтық детектірлеу;
- ASESS (Adaptive Selection of the Surviving Symbol Replica Candidates) пайдалану арқылы QRM-MLD – MLD (Maximum Likelihood Detection) шындыққа ұқсас функционал максимумы критерийі бойынша МІМО сигналдарын QRM (QR decomposition and the M-algorithm) адаптивтік сызықтық емес детектірлеу.
Талап етілген сигнал/шуыл қатынасын және тарату қуатын біле отырып, базалық стансадан әр түрлі қашықтықтарда деректерді таратудың мүмкін болатын жылдамдықтарын анықтауға болады.
Сурет 4. «Төменге қарай» желісінде сигнал/шуыл қатынасынан деректерді тарату жылдамдығының тәуелділігі
Әдебиет:
- Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Б. Скляр. 2-е издание: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 1104 с.
- Колесников А.В. Исследование и разработка алгоритмов оценивания параметров канала и демодуляции в системах связи с ортогональным частотным мультиплексированием. – М., 2011. – 119 с.
