Отчет мсэ-r f. 2058 Методы проектирования, применимые к системам широкополосного фиксированного беспроводного доступа, которые транспортируют

1 ARQ для системы FWA, базирующейся на ATM

1.1 Введение

Такой ARQ эффективен для услуг не в реальном масштабе времени. Но в случае услуг в реальном масштабе времени время задержки создает проблему. Одним из решений является ограничение использования ARQ услугами не в реальном масштабе времени. Однако стратегия быстрого ARQ с ограниченным количеством повторений может применяться для услуг в реальном масштабе времени.

Следует оценить ARQ по сравнению только с FEC или комбинацию этих двух методов.

Основным недостатком ARQ с ATM является наличие задержки; во избежание CDV в приемнике должна добавляться фиксированная задержка, равная максимальному времени повторной передачи (или времени для максимального количества повторных передач).

В системе ATM обычно обеспечиваются услуги, имеющие жесткие требования к величине задержки, и услуги, менее чувствительные к задержке; также следует принимать во внимание требования к потерям ячеек.

Рабочая группа по беспроводному АТМ ассоциации "Форум ATM" предлагает следующие параметры в качестве наиболее жестких требований¹:

Вариант ограничения использования ARQ только услугами не в реальном масштабе времени означает, что радиоствол должен быть отрегулирован (передаваемая мощность и производительность FEC) так, чтобы обеспечивать коэффициент потери ячеек меньше 10^7 без ARQ; использование ARQ для услуг не в реальном масштабе времени позволяет уменьшить CLR услуг не в реальном масштабе времени до требуемого значения 10^9, которое соответствует усилению в 0,5–1 дБ (по гауссовскому каналу), следовательно, этот способ дает лишь незначительное преимущество (того же усиления можно добиться, незначительно увеличив мощность или длину FEC) и, кроме того, является сложным.

Ограниченный ARQ может также привести к ситуации, когда система окажется неработоспособной для случая CBR и работоспособной для случая UBR. Это одна из основных причин, по которым возникают сомнения относительно практичности повторной передачи, являющейся медленной и селективной по типу услуги.

Рекомендуется в качестве необязательного варианта рассматривать ARQ с быстрым селективным повтором, обеспечивающий возможность повторной передачи всех типов трафика, особенно для каналов, пораженных пакетными ошибками (тех, в которых преобладают затухание и помехи); определение максимального числа повторных передач и значения максимальной задержки на повторную передачу (что, в принципе, может быть другим соединением, и может составлять 0 = нет повторных передач) позволит обеспечивать соединения, в отношении которых действуют разные требования.

Следует прилагать все возможные усилия к тому, чтобы сделать повторную передачу максимально быстрой, с тем чтобы обеспечить обработку ARQ максимально возможного числа соединений.

Можно показать, что в случае гауссовского канала преимущества ARQ становятся ограниченными по сравнению с FEC с такой же длиной служебной нагрузки (или более длинной FEC, если используется в сочетании). ARQ является мощным средством в условиях пакетных ошибок. На более низких частотах (в первую очередь для подвижного, но также и для фиксированного доступа) возникают промышленный шум, помехи и затухание вследствие многолучевого распространения, поэтому пакетные ошибки здесь – обычное явление. На более высоких частотах вышеуказанные виды шумов не возникают, и поэтому они, как правило, рассматриваются как белый гауссовский шум.

ARQ следует рекомендовать (в качестве необязательной опции) для более низких, но не для высоких (выше 18 ГГц) частот.

Особое внимание следует уделять реализации ARQ в системах с TDD (как для P-MP, так и для P-P); поскольку он вызывает большие задержки (в восходящем и нисходящем направлениях предусмотрены кадры, превышающие по длине одну ячейку ATM, и, следовательно, подтверждение и повторная передача всегда задерживаются на время длины кадра). Рекомендуется рассматривать ARQ в системах с TDD только в случае необходимости.

1.2 Сравнение различных подходов к реализации ARQ

В целом существуют два метода ARQ – метод "возвращение-на-N" (GBN) и метод селективного повтора (SR). Схемы GBN и SR показаны на рис. 33 a) и b), соответственно. В рамках GBN приемник сообщает передатчику порядковый номер первой ячейки с ошибками как NAK, после этого передатчик выполняет повторную передачу потока ячеек, начиная с ячейки, помеченной как NAK. В рамках SR приемник по получении NAK повторяет передачу только ячейки с ошибками.

Наряду с этими двумя методами возможно применять метод, согласно которому передатчик получает от приемника подтверждение успешного приема ячеек поочередно и не передает следующие ячейки, до тех пор пока предыдущие ячейки не достигнут приемника (см. рисунок 33 c)). В аспекте эффективности использования спектра этот метод непригоден для систем FWA, использующих ATM.

Для SR требуется более сложный контроль ARQ по сравнению с GBN, но этот метод характеризуется более высокой эффективностью. На рис. 34 показаны характеристики эффективности передачи по методу GBN в случае формата кадра на базе TDMA и при предположении случайной ошибки. Производительность SR соответствует производительности GBN при N_output = 1 и не зависит от N_output, где N_output показывает количество ячеек, переданное в период ARQ (то есть в течение кадра TDMA). При таком расчете не накладывается ограничений на количество повторов. В передатчике предполагается неограниченная емкость буфера, а объем передачи информации ACK для простоты игнорируется. Вместе с тем, если вместо случайных ошибок происходят, как правило, пакетные ошибки, разница между этими двумя методами становится менее значительной. Как показано на рис. 34, при условии высокого BER характеристики передачи по методу GBN существенно ухудшаются по сравнению с характеристиками передачи по методу SR. Следовательно, метод SR является предпочтительным для ARQ.

1.3 Методы отправки уведомлений об ошибке от приемника к передатчику

Как правило, по методу SR предусматривается, что приемник сообщает передатчику ACK порядковых номеров данных (в данном случае – ячеек), которые достигли приемника. Информация ACK для всех переданных ячеек, однако может иметь значительный объем в беспроводных системах с АТМ, которые обсуждаются в настоящем документе, в силу большого числа ячеек, обрабатываемых ARQ. В этом случае информация ACK занимает большую часть ширины полосы канала. Следовательно, в аспекте эффективности использования спектра желательным является метод, при котором приемник сообщает передатчику подтверждения NAK, указывающие ячейки, еще не полученные приемником (при том допущении, что частота повторных передач менее 1%, то есть, что NAK передается лишь через каждые 100 ячеек).

РИСУНОК 33

Основные схемы ARQ

РИСУНОК 34

Взаимосвязь между N_output и производительностью GBN²

Использование NAK (без ACK) для уменьшения трафика подтверждений необходимо пояснить: подтверждение NAK для ячейки 2 может быть создано только после приема ячейки 3; если NAK потеряно или потеряна первая повторная передача, приемник должен повторить NAK после некоторого тайм-аута. Этот тайм-аут может быть сокращен, если подтверждениям NAK и повторным передачам присвоить наивысший приоритет.

При выборе использования только NAK необходимо решить еще одну проблему: передатчик должен хранить ячейку в буфере, до тех пор пока не удостоверится, что NAK не будет получен. К сожалению, учитывая вероятность потери NAK, это означает, что ячейка должна сохраняться, пока не истечет (длительный) тайм-аут. Тайм-аут должен превышать по длительности максимальное время повторной передачи или время, необходимое для максимального числа повторных передач. Такой же буфер (и, следовательно, фиксированная задержка) должен быть предусмотрен в приемнике, с тем чтобы обеспечить восстановление без введения CDV.

Невзирая на вышеизложенное, трафик подтверждений, особенно в потоках связи P-MP в восходящем направлении, представляет серьезную проблему, и использование подтверждений NAK является хорошим решением этой проблемы, даже при некоторых присущих этому методу недостатках. Еще один способ заключается в применении метода кумулятивного подтверждения. Этот метод обладает средней (между методом "возвращение-на-N" и методом селективного повтора) производительностью, но сочетает в себе преимущество небольшого объема трафика подтверждений с меньшими по емкости буферами.

1.4 Предотвращение избыточного повторения

Беспроводный ATM применяется для нескольких типов услуг, и каждая из них накладывает различные требования в отношении КО. Требуемое качество услуг в реальном масштабе времени, таких как CBR и rt-VBR (VBR реального времени) в беспроводных системах на базе ATM, определяется рядом организаций по стандартизации. В ассоциации "Форум ATM" требуемые значения CTD и CLR для худшего случая CBR или rt-VBR считаются равными 10 мс и 10^7, соответственно. Кроме того, согласно Рекомендации МСЭ T I.356, CLR должен быть меньше 10^8 для наиболее высокого класса. Для расширения сферы применения до FWA желательно, чтобы CLR мог соответствовать вышеуказанным параметрам качества в условиях беспроводной связи с бόльшим количеством ошибок путем коррекции ошибок с использованием FEC и/или ARQ.

Для услуг в реальном времени допустимое время задержки меньше, как указано выше. Чрезмерная отработка ARQ по допустимому времени задержки более не имеет смысла. Следовательно, приемник должен контролировать количество повторений или время задержки, и если одно из них превысит допустимое значение, приемник должен прекратить выработку подтверждений NAK (передатчик также будет сбрасывать ячейку из своего буфера после такого же по величине тайм-аута).

2 Исправление ошибок при передаче ячейки на базе ATM

2.1 Общие соображения

В случае FWA с переносом ячеек ATM должны выполняться характеристики качества работы на уровне ATM, а также характеристики качества работы на физическом уровне. Взаимосвязь между характеристиками качества работы на обоих уровнях исследуется в настоящее время в рамках Вопроса МСЭ R 210/9. В частности, необходимо спроектировать системы, которая удовлетворяла бы показателю SESR, определенному в Рекомендации МСЭ T G.826, а также показателям CLR или CER, определенным в Рекомендации МСЭ T I.356.

2.2 HEC по сравнению с FEC и воздействие дифференциального кодирования

При транспортировании ячеек на базе ATM проверка ошибок в заголовке (HEC) обычно применяется к части, содержащей заголовок. Таким образом, в содержащей заголовок части может быть исправлена однобитовая ошибка, результатом чего является значительно меньшее итоговое значение потерянных ячеек (LCO) и неверно вставленных ячеек.

Вместе с тем следует заметить, что HEC неэффективна в случае применения при FWA дифференциального кодирования, при котором одна ошибка кода вызывает ошибки в двух последовательных битах. Это может привести к тому, что HEC станет неэффективной, и, таким образом, ухудшатся показатели качества CLR и CMR системы. Следует также отметить, что HEC, вероятно, не обладает достаточной мощностью для большинства приложений беспроводной связи, и для проверки всей ячейки АТМ следует добавить более мощную FEC.

FEC применяется в качестве метода коррекции QoS всей ячейке АТМ и, как правило, способна исправлять многократные ошибки. Если применяется этот метод коррекции, решается проблема дифференциального кодирования. Кроме того, HEC становится избыточной при введении FEC и может быть удалена. Легко можно проверить, что удлиненная на один байт FEC всегда мощнее комбинации FEC+HEC.

Это предполагает, что следует применять FEC и удалять HEC всегда, когда это допустимо. Если не применяется FEC и используется дифференциальное кодирование, применяется описанный ниже метод обеспечения функционирования HEC в условиях дифференциального кодирования.

2.3 Пример способа предупреждения воздействия дифференциального кодирования в случае, когда применяется HEC без FEC

Несмотря на то, что для некоторых цифровых трактов дифференциальное кодирование не требуется, существует много других случаев применения дифференциального кодирования. В целях предотвращения распространения ошибки в пределах одной ячейки потребуется адаптация одного из методов побитовой обработки сигнала во входных потоках ячеек АТМ. Ниже представлен пример такого метода.

Дифференциальное кодирование используется, как правило, в целях исключения неопределенности фазы восстановленной несущей. В такой системе модулирующий сигнал отображается в пространстве сигнала в соответствии с суммой двух последовательных сигналов. На стороне приемника вычисляется разность между принимаемым сигналом и предыдущим сигналом. Суммирование и дифференцирование выполняются с использованием логического алгоритма по модулю 4. Даже если неопределенность составляет 90°, она исключается, поскольку восстановленные несущие двух соседних сигналов имеют одинаковую фазу. Эти взаимосвязи показаны на рис. 35.

РИСУНОК 35

Дифференциальное кодирование

Вместе с тем, если используется дифференциальное кодирование, появление битовой ошибки в принимаемом сигнале может распространиться на два последовательных временных слота, как показано на рис. 36.

РИСУНОК 36

Последовательная ошибка вследствие дифференциального кодирования

С другой стороны, контроль на базе HEC выполняется в заголовке ячейки ATM. Обработка HEC осуществляется за пределами процесса дифференциального кодирования, как показано на рис. 37, и затрагивается вышеупомянутой последовательной ошибкой вследствие дифференциального кодирования. Поскольку HEC использует такую функцию исправления ошибок для однобитовой ошибки и функцию обнаружения ошибки для более чем одной битовой ошибки, результат коррекции ошибок будет существенно ухудшен при наличии вышеупомянутых последовательных ошибок вследствие дифференциального кодирования.

РИСУНОК 37

Процесс HEC для ячейки ATM

Для предупреждения ухудшения HEC эффективным является чередование битов, как показано на рис. 38. Процесс чередования битов разбивает последовательные биты внутри ячейки на заголовок и полезную нагрузку. Таким образом на заголовок и полезную нагрузку будут разбиты последовательные биты с ошибками, что приведет к наличию однобитовой ошибки в заголовке и повысит вероятность успешной коррекции ошибок. На рис. 38 ячейка разбита на четыре при допущении использования дифференциально кодированной QPSK.

РИСУНОК 38

Чередование битов в пределах ячейки ATM

______________

1 ATM Forum Baseline Text for Wireless ATM specification, February, 1998 (ATM Forum BTD WATM 01.06).

2 OHTA, A. et al. [May 1998] PRIME ARQ: A Novel ARQ Scheme for High-speed Wireless ATM – Design, implementation and performance evaluation, VTC'98, p. 1128-1134.

жүктеу/скачать 7.22 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: