WIMAX

Was ist Quadraturamplitudenmodulation (QAM) in WiMAX?

Wir wissen bereits, dass WiMAX eine fortschrittliche Technologie ist, die für eine schnelle und zuverlässige drahtlose Kommunikation sorgt. Jetzt ist es wichtig, dass du verstehst, wie Quadraturamplitudenmodulation (QAM) dabei eine Rolle spielt. QAM ist das Herzstück, das WiMAX hilft, hohe Datenraten zu erreichen und gleichzeitig eine stabile Verbindung zu gewährleisten.

QAM funktioniert, indem es sowohl die Amplitude als auch die Phase eines Signals ändert. Stell dir vor, du sendest Informationen, indem du zwei verschiedene Aspekte eines Signals veränderst: einmal wie stark das Signal ist (Amplitude) und dann, wann es sendet (Phase). Diese Technik ermöglicht es, mehr Daten gleichzeitig zu übertragen, was für WiMAX entscheidend ist, um die hohe Bandbreite zu liefern, die wir brauchen.

Hier sind die wichtigsten Punkte, die du dir merken solltest:

• Amplitude und Phase: Bei QAM werden beide Aspekte eines Signals verändert, was eine höhere Datenrate ermöglicht.
• Mehrere Bits pro Symbol: Mit QAM kannst du mehr als ein Bit pro Symbol übertragen. Das bedeutet, dass mehr Informationen gleichzeitig gesendet werden können.
• Effizienzsteigerung: Durch die Kombination von Amplitude und Phase in einem Signal wird die Bandbreitennutzung effizienter, was WiMAX zu einer schnellen und stabilen Technologie macht.
• WiMAX und QAM: In WiMAX werden verschiedene Varianten von QAM genutzt, um den besten Kompromiss zwischen Datenrate und Signalqualität zu erreichen. Je mehr Quadraturstufen, desto mehr Bits können gleichzeitig übertragen werden.

Wie du vielleicht schon weißt, wird QAM auch in anderen Technologien wie LTE verwendet, um hohe Übertragungsraten zu erzielen. In WiMAX wird jedoch besonders Wert auf die Anpassung an unterschiedliche Netzwerkbedingungen gelegt, sodass QAM je nach Signalqualität angepasst wird.

Hier ist eine einfache Tabelle, die dir zeigt, wie verschiedene QAM-Varianten mehr Bits pro Symbol übertragen:

QAM-Modulation	Bits pro Symbol	Beispiel
16-QAM	4	Moderne drahtlose Netzwerke
64-QAM	6	WiMAX, LTE
256-QAM	8	Hochgeschwindigkeitsinternet

Wenn WiMAX mit 64-QAM arbeitet, können 6 Bits gleichzeitig übertragen werden, was zu sehr schnellen Verbindungen führt. Bei schlechteren Bedingungen, wenn das Signal schwächer wird, kann WiMAX auf eine niedrigere QAM-Variante umschalten, um die Verbindung stabil zu halten. Das bedeutet, WiMAX passt sich an, um die bestmögliche Leistung bei jedem Signalpegel zu erzielen.

Das ist der Grund, warum QAM in WiMAX eine Schlüsselrolle spielt. Es ermöglicht nicht nur höhere Datenraten, sondern sorgt auch dafür, dass die Verbindung auch unter weniger idealen Bedingungen stabil bleibt. Wenn du das verstehst, wird es dir leichter fallen, WiMAX und andere drahtlose Technologien in ihrer vollen Komplexität zu begreifen.

Grundlegende Modulationstechniken für WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) nutzt verschiedene Modulationstechniken, um eine effiziente Datenübertragung über drahtlose Netzwerke zu gewährleisten. Diese Techniken maximieren die Bandbreitennutzung und gewährleisten eine robuste Leistung bei unterschiedlichen Signalbedingungen.

Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM)

OFDM ist eine Kerntechnologie von WiMAX. Es teilt das verfügbare Frequenzband in mehrere schmale Unterträger auf, die orthogonal zueinander sind. Diese Technik verbessert die Robustheit gegenüber Mehrwegeeffekten und reduziert Interferenzen.

Quadraturamplitudenmodulation (QAM)

WiMAX verwendet QAM, um Datenbits sowohl durch die Amplitude als auch durch die Phase eines Trägersignals zu modulieren. Je nach Kanalbedingungen werden verschiedene Stufen von QAM (z. B. 16-QAM, 64-QAM) eingesetzt, um die Datenrate zu maximieren.

Adaptives Modulationsschema

WiMAX passt die Modulation dynamisch an die Signalbedingungen an. In Bereichen mit gutem Signal wird eine höhere Modulation wie 64-QAM verwendet, um höhere Geschwindigkeiten zu erzielen. Bei schwächeren Signalen wird auf robustere Modulationen wie QPSK umgeschaltet.

Quadraturphasenumtastung (QPSK)

QPSK wird für zuverlässige Übertragungen bei schlechten Signal- oder Rauschbedingungen eingesetzt. Es moduliert zwei Bits pro Symbol und bietet eine gute Balance zwischen Dateneffizienz und Robustheit.

Modulationstechnik	Vorteile	Einsatzbereich
OFDM	Hohe Robustheit gegen Interferenzen	Grundlage für WiMAX
QAM	Höhere Datenraten	Bereiche mit gutem Signal
QPSK	Zuverlässig bei schlechten Signalen	Bereiche mit schwachem Signal

WiMAX-Forum

• Definition von Konformitäts- und Interoperabilitätsprofilen aus der riesigen Menge an Optionen in IEEE 802.16
• Interoperabilitätstests und Konformitäts- und Interoperabilitätszertifizierung
• Die Definition von Konformitäts- und Interoperabilitätsprofilen konzentriert sich immer noch auf OFDM 256
• Mehr als 380 Unternehmen

384 Unternehmen (Stand Nov. 05 / WiMAX-Forum) Geräte-/Systemlieferanten, Komponentenlieferanten und Betreiber

WiMAX-Ziele:

• Stellen Sie die Interoperabilität von IEEE 802.16 und anderen interoperablen (ETSI HiperMAN) Systemen sicher
• Entspricht dem Zweck der Wi-Fi Alliance für 802.11
• Konformitätstestspezifikationen entwickeln
• Zweijähriger, unternehmensübergreifender Prozess zur Entwicklung von Testsuiten basierend auf ISO/IEC 9646-Prozessen
• Systemprofile entsprechen marktorientierten Nutzungsmodi. Richten Sie Zertifizierungslabore zum Testen ein.
• Host-Interoperabilitätsereignisse Konformität ist nicht gleich Interoperabilität
• Stellen Sie ein WiMAX-zertifiziertes Gütesiegel bereit

WiMAX-Forum und IEEE-Prinzip

Die Abbildung zeigt die Verantwortlichkeiten beider Organisationen:

Während IEEE 802.16-Arbeitsgruppen die Protokolle und protokollbezogenen Aspekte entwickeln, befasst sich WiMAX mit der gesamten Netzwerkinfrastruktur und den Zertifizierungsprozessen, die erforderlich sind, um die Interoperabilität zwischen verschiedenen Anbietern und Netzwerkbetreibern sicherzustellen.

WMAN-Protokollschichten

Der WMAN-Protokollstapel besteht aus einer physikalischen Schicht (PHY) und einer Medium Access Control Layer (MAC). Die MAC-Schicht ist in einen gemeinsamen Teil unterteilt: eine Sicherheitsunterschicht und eine Konvergenzunterschicht (CS).

Die physikalische Schicht (PHY) stellt die Luftschnittstelle zwischen der Basisstation (BS) und den Teilnehmerstationen (SS/MS) bereit.

Die PHY-Schicht ist für verschiedene Bänder (2 – 66 GHz) für Einzel- und Mehrträgerbänder spezifiziert.

Die wichtigsten Mehrträgertechniken sind OFSM/OFDMA und SOFDM/SOFDMA. Die PHY-Schicht unterstützt auch reduzierte Mobilität mit dem IEEE802.16e-Standard.

WMAN-Standardisierung

Überblick zur Standardentwicklung

Die Standardisierung von Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN) wurde primär durch die IEEE unter der Arbeitsgruppe 802.16 vorangetrieben. Ziel war die Entwicklung eines drahtlosen Breitbandsystems, das große urbane Gebiete mit hoher Datenrate abdecken kann – als Ergänzung oder Alternative zu kabelgebundenen Infrastrukturen.

Der Fokus lag auf Interoperabilität, Skalierbarkeit und QoS-Unterstützung. Die Standards wurden in mehreren Phasen entwickelt und stetig erweitert, um verschiedene Frequenzbänder, Mobilität und Sicherheitsanforderungen abzudecken.

Wichtige IEEE 802.16 Standards

• IEEE 802.16: Ursprünglicher Basisstandard für stationäre Breitbandverbindungen im Frequenzbereich zwischen 10 und 66 GHz.
• IEEE 802.16a: Erweiterung für niedrigere Frequenzen (2–11 GHz) zur besseren Gebäudedurchdringung und weiteren Reichweite.
• IEEE 802.16e: Einführung von Mobilitätsunterstützung für mobile Nutzer mit Unterstützung für Handover und roamingfähige Geräte (oft auch als Mobile WiMAX bezeichnet).
• IEEE 802.16m: Verbesserung des Standards mit höheren Datenraten, geringerer Latenz und Kompatibilität zu 4G-Anforderungen.

Struktur der Standardfamilie

Teilstandard	Zielsetzung	Frequenzbereich	Beweglichkeit
802.16	Stationäre Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikation	10–66 GHz	Keine Mobilität
802.16a	Erweiterung auf niedrigere Frequenzbereiche	2–11 GHz	Festnetzähnlich
802.16e	Mobile Breitbandnutzung	2–6 GHz	Voll mobil
802.16m	Leistungssteigerung, 4G-kompatibel	Variabel je nach Implementierung	Mobil mit QoS-Unterstützung

Merkmale und Zielsetzungen

Die Standardisierung zielte darauf ab, eine drahtlose Infrastruktur mit hoher Reichweite und hoher Kapazität zu schaffen. Dies schloss sowohl ländliche Regionen ohne Kabelzugang als auch dicht besiedelte Städte ein. WMAN-Standards ermöglichten flexible Netzwerktopologien, darunter Punkt-zu-Mehrpunkt- und Mesh-Netze.

• Unterstützung von verschiedenen QoS-Klassen für Voice, Video und Daten
• Skalierbare Bandbreite mit Unterstützung für bis zu mehreren hundert Benutzern pro Zelle
• Starke Verschlüsselung und Authentifizierungsmethoden zur Sicherung des Datenverkehrs
• Integrierte Mobilitätsunterstützung durch Handover-Mechanismen

Hier schreibe ich über grundlegende Hinweise zu High-Speed-Datenlösungen in Wimax.

Diese drei Diagramme vergleichen verschiedene Systemparameter von WLAN (WIFI), WMAN (WiMAX) und den Mobilfunknetztechnologien UMTS mit High Speed ​​Packed Downlink Access (HSPDA). Die Parameter haben folgende Bedeutung:

Spektrale Effizienz: ist die Ausnutzung der Funkfrequenzen

Spektrumsbreite: bedeutet die Ausnutzung der Anzahl gleichzeitiger Funkkanäle

Teilnehmer/Zelle: ist die Unterstützung des Mehrfachzugriffs auf ein Netz. Reichweite: ist die Erreichbarkeit von Teilnehmern innerhalb von Funkgebieten

Sicherheit: bedeutet Authentifizierung, Autorisierung und Verschlüsselung

Mobilität: ist der Ortswechsel mit voller oder reduzierter Geschwindigkeit

CPE-Kosten: sind die Kosten für die Ausrüstung beim Kunden vor Ort

Globale Kosten: sind die Kosten für Netzbetreiber und Dienstnutzer

Diese Art der Visualisierung wird als Spinnendiagramm bezeichnet. Damit lassen sich Unterschiede zwischen den verglichenen Systemen hervorheben. Die Form des Spinnennetzes zeigt die verschiedenen Parameter und die damit verbundenen Werte an. Spinnennetzdiagramme werden auch bei komplexen Anwendungen verwendet, die auf einen Blick unterschiedliche Schwellenwerte für normales und kritisches Systemverhalten anzeigen.

Dieses Bild zeigt komplementäre Zugangslösungen für unterschiedliche Mobilitäts- und nomadische bzw. „fixe mobile“ Bedürfnisse. Heute gibt es für alle Arten von Anwendungen die passende Zugangstechnologie

Die Abbildung zeigt die typischen Zugangslösungen für unterschiedliche Mobilitäts- und Nomadenbedürfnisse. Für Festnetzzugänge liefern DSL-basierte Systeme breitbandige Datenraten nur abhängig von der Art des Zugangs

Verwendete Technologie: Kupferleitung oder Glasfaser WiMAX ist das Synonym für Worldwide Interoperability for Microwave Access und steht für die Unterstützung und Förderung der WMAN- oder IEEE 802.16-Technologie

Diese Technologie bewahrt die Servicequalität durch die Luftschnittstelle, die echte Echtzeitanwendungen unterstützt.

Kleine, nicht QoS-sensitive Zugangsmethoden nutzen WLAN, das in sogenannten Hot-Spot-Bereichen verfügbar ist

Der mit dieser Methode erzeugte Benutzerverkehr kann über flexiblen drahtlosen Zugang in leistungsstarke Kernnetzwerke transportiert werden. WMAN-Hotzones können auch die städtische Mobilität unterstützen.

Volle Mobilität unter Wahrung der QoS-Anforderungen wird mithilfe der UMTS- und EDGE/GPRS-Technologie realisiert

Hervorragende Zukunft für mobiles WiMAX

WiMAX ist eine drahtlose Breitbandlösung, die zahlreiche Funktionen mit großer Flexibilität in Bezug auf Bereitstellungsoptionen und potenzielle Serviceangebote bietet. Einige der hervorstechenderen Merkmale, die hervorgehoben werden sollten, sind folgende:

OFDM-basierte physikalische Schicht:

Die physikalische Schicht (PHY) von WiMAX basiert auf orthogonalem Frequenzmultiplex, einem Schema, das eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Mehrwege bietet und den Betrieb von WiMAX unter NLOS-Bedingungen ermöglicht. OFDM gilt heute weithin als die Methode der Wahl zur Reduzierung von Mehrwegeausbreitung für Breitband-Wireless. Kapitel 4 bietet einen detaillierten Überblick über OFDM.

Sehr hohe Spitzendatenraten:

 WiMAX ist in der Lage, sehr hohe Spitzendatenraten zu unterstützen. Tatsächlich kann die maximale PHY-Datenrate bis zu 74 Mbit/s betragen, wenn ein breites Spektrum von 20 MHz2 genutzt wird. Typischererweise beträgt die maximale PHY-Datenrate bei Verwendung eines 10-MHz-Spektrums, das mit dem TDD-Schema mit einem Downlink-zu-Uplink-Verhältnis von 3:1 betrieben wird, etwa 25 Mbit/s und 6,7 Mbit/s für den Downlink bzw. den Uplink. Diese Spitzen-PHY-Datenraten werden erreicht, wenn 64 QAM-Modulationen mit Fehlerkorrekturkodierung der Rate 5/6 verwendet werden. Bei sehr guten Signalbedingungen können mit mehreren Antennen und räumlichem Multiplexing noch höhere Spitzenraten erreicht werden.

Unterstützung für skalierbare Bandbreite und Datenrate:

WiMAX verfügt über eine skalierbare Physical-Layer-Architektur, die eine einfache Skalierung der Datenrate mit der verfügbaren Kanalbandbreite ermöglicht. Diese Skalierbarkeit wird im OFDMA-Modus unterstützt, wo die FFT-Größe (Fast Fourier Transform) basierend auf der verfügbaren Kanalbandbreite skaliert werden kann. Beispielsweise kann ein WiMAX-System 128-, 512- oder 1.048-Bit-FFTs verwenden, je nachdem, ob die Kanalbandbreite 1,25 MHz, 5 MHz oder 10 MHz beträgt. Diese Skalierung kann dynamisch erfolgen, um Benutzer-Roaming über verschiedene Netzwerke hinweg zu unterstützen, die möglicherweise unterschiedliche Bandbreitenzuweisungen haben.

Adaptive Modulation und Codierung (AMC):

 WiMAX unterstützt eine Reihe von Modulations- und FEC-Codierungsschemata (Forward Error Correction) und ermöglicht die Änderung des Schemas pro Benutzer und pro Frame basierend auf den Kanalbedingungen. AMC ist ein effektiver Mechanismus zur Maximierung des Durchsatzes in einem zeitvariablen Kanal.

Der Anpassungsalgorithmus erfordert typischerweise die Verwendung des höchsten Modulations- und Codierungsschemas, das vom Signal-Rausch- und Interferenzverhältnis am Empfänger unterstützt werden kann, sodass jedem Benutzer die höchstmögliche Datenrate zur Verfügung gestellt wird, die in seinem Gerät unterstützt werden kann entsprechende Links.

Link-Layer-Neuübertragungen:

Für Verbindungen, die eine erhöhte Zuverlässigkeit erfordern, unterstützt WiMAX automatische Neuübertragungsanforderungen (ARQ) auf der Verbindungsebene. Bei ARQ-fähigen Verbindungen muss jedes übertragene Paket vom Empfänger bestätigt werden. Unbestätigte Pakete gelten als verloren und werden erneut übertragen. WiMAX unterstützt optional auch Hybrid-ARQ, einen effektiven Hybrid zwischen FEC und ARQ.

Unterstützung für TDD und FDD:

IEEE 802.16-2004 und IEEE 802.16e-2005 unterstützen sowohl Zeitduplex als auch Frequenzduplex sowie ein Halbduplex-FDD, was eine kostengünstige Systemimplementierung ermöglicht.

TDD wird aufgrund seiner Vorteile von den meisten Implementierungen bevorzugt:

1. Flexibilität bei der Wahl des Uplink-zu-Downlink-Datenratenverhältnisses,
2. Fähigkeit, Kanalreziprozität auszunutzen,
3. Fähigkeit zur Implementierung im ungepaarten Spektrum,
4. weniger komplexes Transceiver-Design.

Alle anfänglichen WiMAX-Profile basieren auf TDD, mit Ausnahme von zwei festen WiMAX-Profilen in 3,5 GHz.

Orthogonaler Frequenzmultiplexzugriff (OFDMA):

Mobile WiMAX nutzt OFDM als Mehrfachzugriffstechnik, wobei verschiedenen Benutzern unterschiedliche Teilmengen der OFDM-Töne zugewiesen werden können. Wie in Kapitel 6 ausführlich erläutert, erleichtert OFDMA die Nutzung von Frequenzdiversität und Mehrbenutzerdiversität, um die Systemkapazität erheblich zu verbessern.

Flexible und dynamische Ressourcenzuweisung pro Benutzer:Sowohl die Uplink- als auch die Downlink-Ressourcenzuweisung wird von einem Scheduler in der Basisstation gesteuert. Die Kapazität wird mithilfe eines Burst-TDM-Schemas je nach Bedarf auf mehrere Benutzer aufgeteilt. Bei Verwendung des OFDMA-PHY-Modus erfolgt das Multiplexen zusätzlich in der Frequenzdimension, indem verschiedenen Benutzern unterschiedliche Teilmengen von OFDM-Unterträgern zugewiesen werden.

Bei Verwendung der optionalen Advanced Antenna Systems (AAS) können Ressourcen auch im räumlichen Bereich zugewiesen werden. Der Standard ermöglicht die Zuweisung von Bandbreitenressourcen in Zeit, Frequenz und Raum und verfügt über einen flexiblen Mechanismus zur Übertragung der Informationen zur Ressourcenzuteilung auf Frame-für-Frame-Basis.

Unterstützung für erweiterte Antennentechniken:

Die WiMAX-Lösung verfügt über eine Reihe von in das Physical-Layer-Design integrierten Hooks, die den Einsatz von Mehrantennentechniken wie Beamforming, Raum-Zeit-Kodierung und räumliches Multiplexing ermöglichen. Diese Schemata können verwendet werden, um die Gesamtsystemkapazität und die spektrale Effizienz zu verbessern, indem mehrere Antennen am Sender und/oder am Empfänger eingesetzt werden. Kapitel 5 bietet einen detaillierten Überblick über die verschiedenen Mehrfachantennentechniken.

Quality-of-Service-Unterstützung:

Die WiMAX-MAC-Schicht verfügt über eine verbindungsorientierte Architektur, die für die Unterstützung einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Sprach- und Multimediadiensten, ausgelegt ist. Das System bietet Unterstützung für konstante Bitrate, variable Bitrate, Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Verkehrsflüsse sowie Best-Effort-Datenverkehr. WiMAX MAC ist für die Unterstützung einer großen Anzahl von Benutzern mit mehreren Verbindungen pro Terminal konzipiert, von denen jede ihre eigenen QoS-Anforderungen hat.

Robuste Sicherheit:

WiMAX unterstützt eine starke Verschlüsselung mithilfe des Advanced Encryption Standard (AES) und verfügt über ein robustes Datenschutz- und Schlüsselverwaltungsprotokoll. Das System bietet außerdem eine sehr flexible Authentifizierungsarchitektur auf Basis des Extensible Authentication Protocol (EAP), die eine Vielzahl von Benutzeranmeldeinformationen ermöglicht, darunter Benutzername/Passwort, digitale Zertifikate und Smartcards.

Unterstützung für Mobilität:

Die mobile WiMAX-Variante des Systems verfügt über Mechanismen zur Unterstützung sicherer, nahtloser Übergaben für verzögerungstolerante Vollmobilitätsanwendungen wie VoIP. Das System verfügt außerdem über eine integrierte Unterstützung für Energiesparmechanismen, die die Akkulaufzeit von Handheld-Teilnehmergeräten verlängern. Zur Unterstützung mobiler Anwendungen werden auch Verbesserungen der physikalischen Schicht spezifiziert, wie etwa eine häufigere Kanalschätzung, Uplink-Unterkanalisierung und Leistungssteuerung.

IP-basierte Architektur:

Das WiMAX-Forum hat eine Referenznetzwerkarchitektur definiert, die auf einer All-IP-Plattform basiert. Alle End-to-End-Dienste werden über eine IP-Architektur bereitgestellt, die auf IP-basierten Protokollen für End-to-End-Transport, QoS, Sitzungsverwaltung, Sicherheit und Mobilität basiert. Durch die Abhängigkeit von IP kann WiMAX die sinkenden Kostenkurven der IP-Verarbeitung bewältigen, eine einfache Konvergenz mit anderen Netzwerken ermöglichen und das reichhaltige Ökosystem für die Anwendungsentwicklung nutzen, das für IP vorhanden ist.

Die Herausforderung für die Breitband-Wireless-Technologie ergibt sich aus der Knappheit der Funkfrequenzressourcen. Regulierungsbehörden auf der ganzen Welt haben nur eine begrenzte Menge an Frequenzen für die kommerzielle Nutzung bereitgestellt. Die Notwendigkeit, einer ständig wachsenden Anzahl von Benutzern und Angeboten gerecht zu werden

Bandbreitenreiche Anwendungen, die ein begrenztes Spektrum nutzen, stellen den Systementwickler vor die Herausforderung, kontinuierlich nach Lösungen zu suchen, die das Spektrum effizienter nutzen. Überlegungen zur spektralen Effizienz wirken sich auf viele Aspekte des Entwurfs drahtloser Breitbandsysteme aus.

Das grundlegendste Instrument zur Erzielung einer höheren systemweiten Spektraleffizienz ist das Konzept einer Mobilfunkarchitektur, bei der anstelle eines einzelnen Hochleistungssenders zur Abdeckung eines großen geografischen Bereichs mehrere Sender mit geringerer Leistung verwendet werden, die jeweils einen kleineren Bereich abdecken. sogenannte Zelle, verwendet werden. Die Zellen selbst werden häufig durch den Einsatz von Richtantennen in wenige Sektoren unterteilt. Typischerweise bildet eine kleine Gruppe von Zellen oder Sektoren einen Cluster, und das verfügbare Frequenzspektrum wird auf die Zellen oder Sektoren in einem Cluster aufgeteilt und intelligent zugewiesen, um gegenseitige Störungen zu minimieren.

Das Muster der Frequenzzuteilung innerhalb eines Clusters wiederholt sich dann im gesamten gewünschten Versorgungsbereich und wird als Frequenzwiederverwendung bezeichnet. Für eine höhere Kapazität und spektrale Effizienz muss die Frequenzwiederverwendung maximiert werden. Allerdings führt die zunehmende Wiederverwendung zu einem größeren Störpotenzial. Um eine engere Wiederverwendung zu ermöglichen, besteht die Herausforderung daher darin, Übertragungs- und Empfangsschemata zu entwerfen, die unter Bedingungen eines niedrigeren Signal-zu-Interferenz-plus-Rausch-Verhältnisses (SINR) arbeiten können, oder wirksame Methoden zur Bewältigung von Interferenzen zu implementieren.

Eine wirksame Möglichkeit, mit Störungen umzugehen, ist die Verwendung einer Mehrantennenverarbeitung. Über die Nutzung der Mobilfunkarchitektur und die Maximierung der Frequenzwiederverwendung hinaus können mehrere andere Signalverarbeitungstechniken verwendet werden, um die spektrale Effizienz und damit die Kapazität des Systems zu maximieren. Viele dieser Techniken nutzen Kanalinformationen, um die Kapazität zu maximieren.

Schauen wir uns das Beispiel an.

Adaptive Modulation und Codierung:Die Idee besteht darin, die Modulations- und Codierungsrate pro Benutzer und/oder pro Paket basierend auf den vorherrschenden SINR-Bedingungen zu variieren. Durch die Verwendung der höchsten Modulations- und Codierungsrate, die vom SINR unterstützt werden kann, können die Benutzerdatenraten – und damit die Kapazität – maximiert werden. Adaptive Modulation und Codierung ist Teil des WiMAX-Standards.

Räumliches Multiplexing:

Die Idee hinter räumlichem Multiplexing besteht darin, dass mehrere unabhängige Streams parallel über mehrere Antennen übertragen und beim Empfänger durch entsprechende Signalverarbeitung über mehrere Empfangsketten getrennt werden können. Dies ist möglich, solange die Mehrwegekanäle, wie sie von den verschiedenen Antennen gesehen werden, ausreichend dekorreliert sind, wie es in einer streuungsreichen Umgebung der Fall wäre.

Räumliches Multiplexing bietet Datenraten- und Kapazitätsgewinne proportional zur Anzahl der verwendeten Antennen. Diese und andere Mehrantennentechniken werden in einem anderen Teil behandelt.

Effiziente Multi-Access-Techniken:Neben der Sicherstellung, dass jeder Benutzer das Spektrum so effizient wie möglich nutzt, müssen wirksame Methoden entwickelt werden, um die Ressourcen effizient auf mehrere Benutzer aufzuteilen. Dies ist die Herausforderung, die auf der MAC-Ebene des Systems angegangen wird. Eine höhere Effizienz bei der Spektrumnutzung kann durch die Kopplung von Kanalqualitätsinformationen in den Ressourcenzuweisungsprozess erreicht werden. MAC-Layer-Techniken werden in einem anderen Teil ausführlicher besprochen.

Es sollte betont werden, dass Kapazität und spektrale Effizienz nicht von der Notwendigkeit getrennt werden können, eine angemessene Abdeckung bereitzustellen. Wenn es nur um eine hohe spektrale Effizienz oder Kapazität ginge, wäre ein naheliegender Weg, dies zu erreichen, die Verringerung des Zellradius oder die Unterbringung von mehr Basisstationen pro Flächeneinheit.

Offensichtlich ist dies eine kostspielige Möglichkeit, die Kapazität zu verbessern. Daher ist es wichtig, die spektrale Effizienz umfassender zu betrachten und den Begriff der Abdeckungsfläche einzubeziehen. Die große Herausforderung beim Entwurf drahtloser Breitbandsysteme besteht darin, das richtige Gleichgewicht zwischen Kapazität und Abdeckung zu finden, das gute Qualität und Zuverlässigkeit zu angemessenen Kosten bietet.

Anwendungen, die eine feste drahtlose Lösung verwenden, können als Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Anwendungen klassifiziert werden. Zu den Punkt-zu-Punkt-Anwendungen gehören die gebäudeübergreifende Konnektivität innerhalb eines Campus und Mikrowellen-Backhaul.

Punkt-zu-Multipunkt-Anwendungenenthalten

1. Breitband für Privathaushalte, kleine Büros/Heimbüros (SOHO) und kleine bis mittlere Unternehmen (KMU),
2. T1- oder Teil-T1-ähnliche Dienste für Unternehmen und (3) Wireless-Backhaul für Wi-Fi-Hotspots.

Breitband für Verbraucher und kleine Unternehmen:Eine der größten Anwendungen von WiMAX in naher Zukunft dürfte eindeutig der Breitbandzugang für Privat-, SOHO- und KMU-Märkte sein. Breitbanddienste, die über festes WiMAX bereitgestellt werden, könnten Hochgeschwindigkeits-Internetzugang, Telefondienste mit Voice over IP und eine Vielzahl anderer internetbasierter Anwendungen umfassen. Festes WLAN bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen kabelgebundenen Lösungen.

Zu diesen Vorteilen gehören niedrigere Einstiegs- und Bereitstellungskosten, schnellere und einfachere Bereitstellung und Umsatzrealisierung, die Möglichkeit, das Netzwerk nach Bedarf auszubauen, niedrigere Betriebskosten für Netzwerkwartung, -verwaltung und -betrieb sowie Unabhängigkeit von den etablierten Netzbetreibern.

Aus Sicht der Kundenstandortausrüstung (CPE) oder der Teilnehmerstation (SS) können zwei Arten von Bereitstellungsmodellen für feste Breitbanddienste für Privathaushalte verwendet werden:SOHO- und KMU-Märkte.

Ein Modell erfordert die Installation einer Außenantenne beim Kunden, das andere verwendet ein integriertes All-in-One-Funkmodem, das der Kunde wie herkömmliche DSL- oder Kabelmodems im Innenbereich installieren kann. Der Einsatz von Außenantennen verbessert die Funkverbindung und damit die Leistung des Systems. Dieses Modell ermöglicht eine größere Abdeckungsfläche pro Basisstation, wodurch die Dichte der für die Bereitstellung einer Breitbandabdeckung erforderlichen Basisstationen verringert und dadurch die Investitionskosten gesenkt werden.

Wenn jedoch eine Außenantenne erforderlich ist, bedeutet dies, dass die Installation einen Transport mit einem geschulten Fachmann erfordert und auch höhere SS-Kosten mit sich bringt. Die beiden Bereitstellungsszenarien zeigen eindeutig einen Kompromiss zwischen Kapitalkosten und Betriebskosten: zwischen den Kapitalinfrastrukturkosten der Basisstation und den SS- und Installationskosten.

In entwickelten Ländern wie den Vereinigten Staaten werden die hohen Arbeitskosten des LKW-Transports in Verbindung mit der Abneigung der Verbraucher gegenüber Außenantennen wahrscheinlich den Einsatz von SS in Innenräumen begünstigen, zumindest für den Wohnbereich.

Darüber hinaus ermöglicht eine selbstinstallierende SS im Innenbereich auch ein Geschäftsmodell, das den Einzelhandelsvertriebskanal nutzen und den Verbrauchern eine Vielzahl von SS-Auswahlmöglichkeiten bieten kann. In Entwicklungsländern jedoch, in denen Arbeitskräfte billiger sind und ästhetische und flächendeckende Überlegungen nicht so große Bedeutung haben, kann ein SS-Einsatzmodell im Freien wirtschaftlich sinnvoller sein.

In den Vereinigten Staaten und anderen entwickelten Ländern mit guter kabelgebundener Infrastruktur wird festes drahtloses Breitband eher in ländlichen oder unterversorgten Gebieten genutzt, wo herkömmliche Mittel zur Bereitstellung teurer sind. Dienste für diese Gebiete können von etablierten Telefongesellschaften oder von kleineren Akteuren wie WISPs oder lokalen Gemeinden und Versorgungsunternehmen bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, dass konkurrierende Dienstanbieter WiMAX nutzen, um in städtischen und vorstädtischen Märkten direkt mit DSL- und Kabelmodemanbietern zu konkurrieren.

In den Vereinigten Staaten dürfte die Entscheidung der FCC vom August 2005, die Anforderungen an die gemeinsame Nutzung von Kabelanlagen zurückzunehmen, die Attraktivität fester drahtloser Lösungen für konkurrierende Anbieter erhöhen, da diese nach alternativen Wegen suchen, um Abonnenten zu erreichen. Die Wettbewerbslandschaft in den Vereinigten Staaten ist so, dass traditionelle Kabelfernsehunternehmen und Telefongesellschaften miteinander konkurrieren, um ihren Kunden ein umfassendes Paket an Telekommunikations- und Unterhaltungsdiensten anzubieten.

In diesem Umfeld könnten Satellitenfernsehunternehmen dazu gedrängt werden, Breitbanddienste einschließlich Sprache und Daten anzubieten, um mit den Telefon- und Kabelunternehmen konkurrenzfähig zu bleiben, und könnten WiMAX als mögliche Lösung hierfür in Betracht ziehen.

T1-Emulation für Unternehmen:Die andere große Chance für festes WiMAX in entwickelten Märkten besteht als Lösung für wettbewerbsfähige T1/E1-, Teil-T1/E1- oder schnellere Dienste für den Geschäftsmarkt. Angesichts der Tatsache, dass weltweit nur ein kleiner Teil der Gewerbegebäude Zugang zu Glasfaser hat, besteht ein klarer Bedarf an alternativen Lösungen mit hoher Bandbreite für Unternehmenskunden.

Im Business-Markt besteht eine Nachfrage nach symmetrischen T1/E1-Diensten, für die Kabel und DSL bislang nicht die technischen Voraussetzungen erfüllen. Traditionelle Telekommunikationsdienste bedienen diese Nachfrage weiterhin mit relativ geringem Wettbewerb. Festnetz-Breitbandlösungen mit WiMAX könnten möglicherweise auf diesem Markt konkurrieren und Festnetzlösungen in Bezug auf Markteinführungszeit, Preisgestaltung und dynamische Bereitstellung von Bandbreite übertreffen.