Основы ортогонального доступа с частотным разделением каналов (OFDMA).

Наращиваемый OFDM

Режим передачи согласно стандарту IEEE 802.16e-2005 основан на концепции наращиваемого (масштабируемого) OFDM (S-OFDM -Scalable -OFDM) [ 80 ] , [ 90 ] . Он поддерживает широкий диапазон пропускной способности и гибко приспосабливается к потребностям в различных диапазонах спектра и к потребностям в различных диапазонах спектра.

Наращивание пропускной способности поддерживается, регулировкой числа шагов быстрого преобразования Фурье (БПФ – FFT- Fast Fourier Transform). Параметры S-OFDM приведены в табл. 8.1 Техническая рабочая группа WiMAX Forum в начале запланировала разработку документов (профилей) для значений ширины каналов 5 и 10 МГц (выделены в табл. 8.1 жирным шрифтом).

Таблица 8.1. Параметры SOFDM

Параметры	Значение
Ширина канала (МГц)	1,25	5	10	20
Частота опроса ( в МГц)	1,4	5,6	11,2	22,4
Размер преобразования Фурье ()	128	512	1024	2048
Число подканалов	2	8	16	32
Интервал между несущими	10,94 кГц
Длительность полезного символа ()	91,4 мкс
Защитный интервал ()	11,4 мкс
Длительность OFDMA символа ()	102,9 мкс
Число символов (кадр 5 мс)	48

Формирование подканала с полным использованием поднесущих частот в направлении "вниз".

Минимальной частотно-временной единицей формирования канала является один слот, который содержит 48 поднесущих. Эта единица поддерживается физическим уровнем в обоих направлениях.

В табл. 8.2 приводится пример [ 80 ] распределения поднесущих частот при полном использовании поднесущих частот для формирования подканала в направлении "вниз".

Для каждой полосы частот каналов выбирается количество частот используемых в преобразовании Фурье.

Число защитных поднесущих определяется величиной максимальной задержки сигнала (см. рис.8.2, рис.8.3). Распределение поднесущих частот с помощью циклического префикса. Для таблицы это время принято около 17% от числа указанного в строке " размер преобразования Фурье". Эти поднесущие распределяются на два примерно равных поднабора – один в начале другой в конце. Например, для размера преобразования Фурье 2048 в табл. 8.2 выбрано число защитных поднесущих 345.

Число используемых поднесущих частот получается вычетом числа защитных поднесущих из их общего числа. В данном примере остается поднесущих.

Для подканалов поднесущих с полным использованием поднесущих частот и направлением "вниз", сначала распределяются пилот – сигналы, а затем оставшиеся сигналы распределяются на подканалы данных. Число пилот сигналов указывается в стандарте. В данном случае это число равно 166. Число поднесущих частот данных определяется кратным 48. Число подканалов определяется числом поднесущих частот данных и длиной слота 48 поднесущих. В данном примере оно равно 32 (1536/48=32).

Формирование поднесущих с частичным использованием и направлении "вниз" (DL).

При использовании DL PUSC, для каждой пары OFDM символов, доступных или используемых поднесущие частоты сгруппированы в кластеры, содержащие 14 непрерывных поднесущих частот на один период символа, пилот – сигналы и данные распределены в каждом кластере с учетом четных и нечетных символов как показано на рис.8.4.

Рис. 8.4. Структура кластеров для четных и нечетных символов OFDM

Результат распределения поднесущих частот показан в табл. 8.3.

В таблице выделены поднесущие защитного интервала. Зная число несущих в каждом кластере, можно определить максимальное число кластеров (минимальное число показано через черту). По величине поднесущих кластера определяется число поднесущих для передачи данных и пилот – сигналов.

Формирование поднесущих с частичным использованием в направлении "вверх" (UL).

В данном случае для организации подканалов используется элемент, называемый "фрагмент" (tile^{3 Буквальный перевод tile – одна черепица, элемент мозаичного панно} ). Фрагмент компонуется из 4-х поднесущих. Для передачи 3-х символов OFDM.используются приведенные ниже компоновки ( рис. 8.5). Каждый символ отображается фрагментом, состоящим из четырех несущих.

Рис. 8.5. Компоновка символов с помощью несущих: а) 3-х символов с помощью 4 –х поднесущих б) 3-х символов с помощью 3 –х поднесущих

Каждый подканал содержит 6 фрагментов по 4 поднесущих в каждом и используемых в соответствии с рис. 8.5, таким образом, для одного подканала используется 24 поднесущих. Для 3 –х символов используется . Из этих поднесущих образуется слот, содержащий 48 поднесущих для передачи данных и 24 поднесущих пилот сигнала. Результат разнесения поднесущих частот приведен в таблица 8.4.

При распределении поднесущих "вверх" возможно использования фрагментов, показанных на рис.8.5б, которые содержат 3 поднесущих на фрагмент, что немного увеличивает число подканалов.