De uitdaging voor draadloze breedband komt voort uit de schaarste aan radiospectrumbronnen. Regelgevende instanties over de hele wereld hebben slechts een beperkte hoeveelheid spectrum toegewezen voor commercieel gebruik. De noodzaak om een steeds groter aantal gebruikers en aanbod te huisvesten
bandbreedterijke toepassingen die een beperkt spectrum gebruiken, dagen de systeemontwerper uit om voortdurend te zoeken naar oplossingen die het spectrum efficiënter gebruiken. Overwegingen met betrekking tot spectrumefficiëntie zijn van invloed op veel aspecten van het ontwerp van draadloze breedbandsystemen.
Het meest fundamentele hulpmiddel dat wordt gebruikt om een hogere systeembrede spectrale efficiëntie te bereiken is het concept van een cellulaire architectuur, waarbij in plaats van één enkele zender met hoog vermogen te gebruiken om een groot geografisch gebied te bestrijken, meerdere zenders met een lager vermogen die elk een kleiner gebied bestrijken, een cel genoemd, worden gebruikt. De cellen zelf worden vaak onderverdeeld in een paar sectoren door het gebruik van directionele antennes. Normaal gesproken vormt een kleine groep cellen of sectoren een cluster, en wordt het beschikbare frequentiespectrum verdeeld over de cellen of sectoren in een cluster en op intelligente wijze toegewezen om interferentie met elkaar te minimaliseren.
Het patroon van frequentietoewijzing binnen een cluster wordt vervolgens herhaald in het gewenste servicegebied en wordt frequentiehergebruik genoemd. Voor een hogere capaciteit en spectrale efficiëntie moet frequentiehergebruik worden gemaximaliseerd. Toenemend hergebruik leidt echter tot een groter potentieel voor interferentie. Om een strikter hergebruik mogelijk te maken, is de uitdaging daarom om transmissie- en ontvangstschema’s te ontwerpen die kunnen werken onder lagere signaal-interferentie-plus-ruis-verhoudingen (SINR) of om effectieve methoden te implementeren om met interferentie om te gaan.
Een effectieve manier om met interferentie om te gaan, is het gebruik van verwerking met meerdere antennes. Naast het gebruik van de cellulaire architectuur en het maximaliseren van frequentiehergebruik, kunnen verschillende andere signaalverwerkingstechnieken worden gebruikt om de spectrale efficiëntie en daarmee de capaciteit van het systeem te maximaliseren. Veel van deze technieken maken gebruik van kanaalinformatie om de capaciteit te maximaliseren.
Laten we het voorbeeld controleren.
Adaptieve modulatie en codering:Het idee is om de modulatie- en coderingssnelheid per gebruiker en/of per pakket te variëren, gebaseerd op de heersende SINR-omstandigheden. Door gebruik te maken van de hoogste modulatie- en coderingssnelheid die door de SINR kan worden ondersteund, kunnen de datasnelheden van de gebruiker (en dus de capaciteit) worden gemaximaliseerd. Adaptieve modulatie en codering maken deel uit van de WiMAX-standaard.
Ruimtelijke multiplexing:
Het idee achter ruimtelijke multiplexing is dat meerdere onafhankelijke stromen parallel over meerdere antennes kunnen worden verzonden en bij de ontvanger kunnen worden gescheiden met behulp van meerdere ontvangstketens door middel van passende signaalverwerking. Dit kan worden gedaan zolang de multipath-kanalen, zoals gezien door de verschillende antennes, voldoende gedecorreleerd zijn, zoals het geval zou zijn in een omgeving die rijk is aan verstrooiing.
Ruimtelijke multiplexing zorgt voor een toename van de datasnelheid en capaciteit die evenredig is aan het aantal gebruikte antennes. Deze en andere multi-antennetechnieken worden in een ander deel behandeld.
Efficiënte multi-toegangstechnieken:Naast het waarborgen dat elke gebruiker het spectrum zo efficiënt mogelijk gebruikt, moeten er effectieve methoden worden bedacht om de hulpbronnen efficiënt onder de meerdere gebruikers te verdelen. Dit is de uitdaging die wordt aangepakt op de MAC-laag van het systeem. Grotere efficiëntie bij het spectrumgebruik kan worden bereikt door informatie van kanaalkwaliteit te koppelen aan het toewijzingsproces van middelen. MAC-laagtechnieken worden in een ander deel in meer detail besproken.
Benadrukt moet worden dat capaciteit en spectrale efficiëntie niet los kunnen worden gezien van de noodzaak om adequate dekking te bieden. Als het puur om een hoge spectrale efficiëntie of capaciteit gaat, zou een voor de hand liggende manier om dat te bereiken het verkleinen van de celradius zijn of het plaatsen van meer basisstations per oppervlakte-eenheid.
Uiteraard is dit een dure manier om de capaciteit te verbeteren. Daarom is het belangrijk om de spectrale efficiëntie breder te bekijken en ook het begrip dekkingsgebied op te nemen. De grote uitdaging bij het ontwerpen van draadloze breedbandsystemen is het vinden van de juiste balans tussen capaciteit en dekking, die goede kwaliteit en betrouwbaarheid biedt tegen redelijke kosten.