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1、WiMAXWiMAX技術分析技術分析WiMAX技術簡介WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全全球微波互聯(lián)接入球微波互聯(lián)接入，是一種基于基于IEEE802.16標準的無線寬帶技標準的無線寬帶技術，術，主要用于無線城域網(wǎng)無線城域網(wǎng)(WMAN)“最后一公里最后一公里”的接入。WiMAX是針對微波微波和毫米波毫米波頻段的一種空中接入技術，提供一種在城域網(wǎng)接入多廠商環(huán)境下，有效實現(xiàn)設備互操作的寬帶無線接入寬帶無線接入手段。WiMAX論壇成立于2001年，Intel等眾多企業(yè)參與推動其標準制定和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。WiMAX是“無線無線+

2、寬帶寬帶”技術路線的產(chǎn)物，運用了OFDM、MIMO等技術，具有鮮明的特征和寬帶優(yōu)勢；被稱為“3.5G”技術，2007年成為3G領域的第四個技術標準。WiMAX技術簡介IEEE802系列標準的劃分在無線通信領域，有4個工作組在進行相關標準的研究工作。無線個域網(wǎng)(WPAN)802.15無線局域網(wǎng)(WLAN)802.11無線城域網(wǎng)(WMAN)802.16無線廣域網(wǎng)(WBAN)802.20四種技術標準覆蓋范圍由小到大，分別包括了多種具體的技術手段。無線通信標準的劃分WiMAX技術簡介WiMAX技術的優(yōu)勢與劣勢WiMAX的優(yōu)勢傳輸距離遠最大可達3050公里所需基站少，硬件成本低接入速率高采用OFDM和M

3、IMO技術最高可達70Mbps提供服務廣擴展性好(與WiFi相比)可提供多媒體通信服務WiMAX的劣勢設備發(fā)展滯后傳統(tǒng)通信設備制造商研發(fā)投入有限移動接入效果不佳充當蜂窩網(wǎng)時，移動接入時延較大WiMAX技術簡介802.16a(Jan 2003)擴展到2-11 GHz，允許非視距傳輸，支持PMP，用于“最后一公里”無線接入；802.16(Dec 2001)固定式寬帶無線訪問系統(tǒng)的空中接口，10 66 GHz，視距傳輸，單載波調(diào)制；802.16c(2002)固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標準增補文件：詳細系統(tǒng)框架固定寬帶固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標準(1066GHz、11GHz)，802.16標準系

4、列比較成熟并且最具有實用性的一個標準版本；移動和固定移動和固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標準，對MAC/PHY增強以支持車速移動。802.16d(Oct 2004)802.16e(Dec 2005)802.16標準的發(fā)展WiMAX標準體系結構目標頻段：2-66GHz視距&非視距應用調(diào)制方式：SC，OFDM，OFDMA雙工方式：TDD，F(xiàn)DD靈活的帶寬和幀長：幀長：2ms20ms 帶寬：1.25M20M物理層匯聚子層（CS）分類功能：將外部網(wǎng)絡數(shù)據(jù)映射到MAC SDU，并轉(zhuǎn)發(fā)給相應的連接。接收MAC層的CS協(xié)議數(shù)據(jù)單元。公共部分子層（CPS）MAC層的核心 系統(tǒng)接入、連接管理（建立/維護）、調(diào)度等

5、安全子層 鑒權、密鑰交換和數(shù)據(jù)加密WiMAX標準體系結構MAC層WiMAX主要技術參數(shù)技術參數(shù)802.16d802.16e頻段211GHz 66GHz帶寬 1.75MHz20MHz1.25MHz20MHz子載波數(shù)256（OFDM）2048（OFDMA）256（OFDM）128、512、1024、2048（OFDMA）移動性固定或便攜中低車速傳輸條件LOS（視距）、NLOS（非視距）峰值速率 75Mbps（20MHz）15Mbps（5MHz）調(diào)制方式QPSK、16QAM、64QAM接入控制主動帶寬分配、輪詢、競爭接入相結合QoS 支持5種QoS等級：UGS、rtPS、ertPS、nrtPS、BE

6、省電模式 不支持 支持空閑（Idle）、睡眠模式鏈路自適應AMC、功率控制、HARQ雙工方式TDD、FDD小區(qū)間切換不支持支持WiMAX關鍵技術OFDM技術Single CarrierfrequencyMulti-carrierfrequencyOFDMfrequencyFDMA系統(tǒng)演進（圖示）OFDM技術技術的核心思想：將信道分成若信道分成若干正交子信道干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到子信道上進行傳輸。頻譜相互重疊頻譜相互重疊，提高頻譜利用率。時域上引入CP（循環(huán)前綴），減輕多徑延遲引起的符號間干擾的影響。WiMAX關鍵技術OF

7、DM技術主要步驟載波調(diào)制載波調(diào)制對比特流進行QPSK或QAM調(diào)制經(jīng)過串并變換和逆快速傅立葉變換(IFFT)加入“循環(huán)前綴”，形成OFDM碼元輸出正交的基帶信號輸出正交的基帶信號加入同步序列信道估計序列載波解調(diào)載波解調(diào)進行同步和信道估計經(jīng)過快速傅立葉變換(FFT)進行QPSK或QAM的相應解調(diào)得到比特流WiMAX關鍵技術OFDM信道編碼擾碼擾碼擾碼即有規(guī)律的隨機處理信碼（模二算法即擾碼方式）對所有指配的數(shù)據(jù)采用不同的擾碼器擾碼器輸出的比特送給編碼器WiMAX關鍵技術OFDM信道編碼前向糾錯（前向糾錯（FEC）FEC是一種增加信號可信度的方法利用傳輸冗余信息的方法，當傳輸中出現(xiàn)錯誤時，允許接收器再

8、建數(shù)據(jù)FEC主要包括卷積內(nèi)編碼和RS外編碼根據(jù)使用的信號調(diào)制方式，確定FEC中兩種編碼比率交織交織所有的編碼數(shù)據(jù)都由一個塊交織器進行交織交織的目的是使信道傳輸突發(fā)產(chǎn)生的錯誤最大限度的分散化不同的調(diào)制方式對應不同的交織塊大小交織器最大限度改變數(shù)據(jù)結構而不改變數(shù)據(jù)內(nèi)容WiMAX關鍵技術OFDM工作流程下行鏈路子幀只包含一個下行的物理層PDU第一個下行鏈路突發(fā)的位置和參數(shù)在下行幀前綴中指定上行鏈路子幀由競爭區(qū)間（初始測距、帶寬申請）以及一個或數(shù)個上行的物理層PDU組成冗余循環(huán)校驗碼包含在上下行PDU的MAC msg 有效內(nèi)容（即MAC PDU）中WiMAX關鍵技術OFDM幀結構特點WiMAX關鍵技術

9、WiMAX物理層的特點OFDM技術技術高效利用頻譜支持支持TDD和和FDD支持移動支持移動網(wǎng)絡網(wǎng)絡帶寬帶寬1.2520MHz1.25MHz的倍數(shù)和1.75MHz的倍數(shù)多天線技術多天線技術提高覆蓋范圍和容量自動重傳自動重傳技術技術自適應調(diào)制自適應調(diào)制編碼技術編碼技術功率控制功率控制技術技術時空編碼時空編碼技術技術提高通信質(zhì)量WiMAX關鍵技術WiMAX MAC層業(yè)務類型主動授權業(yè)務主動授權業(yè)務(UGS)用來傳輸固定速率的業(yè)務資源由基站強制調(diào)度，用戶請求無效實時輪詢業(yè)務實時輪詢業(yè)務(rtPS)視頻、語音等可變速率業(yè)務業(yè)務出現(xiàn)隨機性較強非實時輪非實時輪詢業(yè)務詢業(yè)務(nrtPS)長周期或非周期的單播請

10、求業(yè)務盡力而為業(yè)盡力而為業(yè)務務(BE)不需要及時發(fā)送不保證時延和容量WiMAX關鍵技術WiMAX MAC層業(yè)務類型調(diào)度類型主動授權服務UGS實時輪詢服務rtPS非實時輪詢服務nrtPS盡力而為服務BE特點恒速率，時延要求高突發(fā)性強，速率高、時延要求高速率低、時延要求較低無時延要求較最大保持速率最小保留速率最大延遲可容忍的延時抖動請求發(fā)送策略典型應用沒有靜默期的VOIP，周期性授予固定帶寬，避免請求開銷vedio，支持變長數(shù)據(jù)，需要實時周期性的單播請求機會。FTPeMailWiMAX關鍵技術WiMAX 拓撲結構點對多點結構點對多點結構(PMP)基站(BS)與多個固定或者移動終端通信終端間不直接通

11、信所有通信必須經(jīng)過基站多點對多點結構多點對多點結構(mesh)終端間可通過一定規(guī)則進行通信分布式分布式無基站，結構類似Ad hoc網(wǎng)絡集中式集中式有基站，結構與PMP類似數(shù)據(jù)調(diào)度機制與PMP不同WiMAX關鍵技術PMP模式資源調(diào)度PMP模式以BS為核心，采用點到多點的連接方式，構建星形拓撲結構BS為業(yè)務接入點(SAP)，通過動態(tài)帶寬分配技術，根據(jù)覆蓋區(qū)域的用戶情況，選擇天線使用方式，滿足大量SS設備接入的需求BS通過輪詢過程響應SS的帶寬請求，為SS分配帶寬；SS接收到CID準許消息后，如滿意帶寬分配，則將帶寬分配給請求的連接；如不滿意帶寬分配情況，則增加帶寬請求WiMAX關鍵技術PMP模式資

12、源調(diào)度BS單播輪詢廣播或多播輪詢SS不需要發(fā)送填充所分配的時隙SS需要發(fā)送請求根據(jù)準許的時隙給每個連接分配帶寬分組分配CID時隙SS利用所在組獲得的時隙發(fā)送帶寬請求SS未獲準許繼續(xù)發(fā)送請求SS得到準許滿意則發(fā)送數(shù)據(jù)不滿意則等待下次請求機會有足夠帶寬無足夠帶寬WiMAX關鍵技術Mesh分布式資源調(diào)度源節(jié)點發(fā)送請求消息(DSCH-request)目的節(jié)點尋找時隙空閑目的節(jié)點完成時隙分配授權源節(jié)點源節(jié)點收到授權并回復確認時隙預約成功源節(jié)點和目的節(jié)點廣播預約信息相鄰“一跳”節(jié)點更新自身時隙表按預約發(fā)送/接收數(shù)據(jù)每個節(jié)點的權限相同每個節(jié)點在本地維護一張時隙表，記錄當前時隙的利用情況，并及時根據(jù)時隙動態(tài)進

13、行更新。WiMAX關鍵技術Mesh集中式資源調(diào)度SS根據(jù)調(diào)度樹的結構在CSCH(Centralized Scheduling 集中式調(diào)度)請求消息中攜帶所請求的帶寬信息，向MBS(Mesh BS)請求資源。BS收到所有子節(jié)點的請求信息后，根據(jù)當前可用資源及各節(jié)點請求進行帶寬資源分配。通過CSCH授權消息將分配結果告知樹結構的各子節(jié)點，同時廣播每條鏈路的突發(fā)配置。SS(子節(jié)點)在接收到CSCH消息之后，找到自己可以利用的時隙，并傳輸數(shù)據(jù)。AAS:Adaptive/Advanced Antenna System（自適應天線系統(tǒng)），（自適應天線系統(tǒng)），可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)自動調(diào)整。全向天線全向天線定向天線

14、定向天線AASWiMAX關鍵技術自適應天線系統(tǒng) AAS能提高系統(tǒng)性能能提高系統(tǒng)性能:增加信干噪比，提高接收機的靈敏度，降低誤碼率提高了基站發(fā)射機的等效發(fā)射功率降低了系統(tǒng)干擾改進小區(qū)的覆蓋，增加了覆蓋距離利用空分多址技術（SDMA），提高了頻譜利用率WiMAX關鍵技術自適應天線系統(tǒng)MIMO：Multiple input and multiple outputMIMO是是一種多天線技術，通過在收發(fā)兩端增加天線個數(shù)及相應的信號處理功能建立起來的3維傳輸結構，它將多徑作為有利因素加以利用，在不增加帶寬的情況下，提高通信系統(tǒng)容量、頻譜利用率、數(shù)據(jù)傳輸速率。WiMAX關鍵技術MIMO技術空間復用模式是在不

15、同的天線上發(fā)射相同的數(shù)據(jù)；接收天線的數(shù)目可以少于發(fā)射天線的數(shù)目WiMAX關鍵技術定定 位位ARQ功能功能：室外遠距離條件下，無線信道的衰落現(xiàn)象非常顯著。在鏈路層加入了ARQ機制，減少到達網(wǎng)路層的信息差錯，可大大提高系統(tǒng)的業(yè)務吞吐量。ARQ類型類型SAW（Stop-and-wait）：發(fā)送端每發(fā)一個數(shù)據(jù)包就停下來，等待接收端的）：發(fā)送端每發(fā)一個數(shù)據(jù)包就停下來，等待接收端的確認信息確認信息。若正確，返回確認(ACK)信號，否則返回不確認(NACK)信號。發(fā)送端收到ACK后發(fā)新包，否則重發(fā)上一包。等待確認期間，信道是空的，不發(fā)送數(shù)據(jù)。由于物理層采用物理層采用OFDMAOFDMA調(diào)制方式，則可以很好的

16、克服停等協(xié)議調(diào)制方式，則可以很好的克服停等協(xié)議信道利用率低的缺陷信道利用率低的缺陷。特點：實現(xiàn)簡單，信令開銷小，收端所需的緩存較低。ARQ機制WiMAX關鍵技術定定 位位GBN（Go-Back-N）：）：發(fā)送端發(fā)完一個包后，不停下來等確認信息，而是連續(xù)發(fā)送若干個包。接收端將每個數(shù)據(jù)包相應的ACK或 NACK信息和包的分組號反饋回發(fā)送端，當接收到一個當接收到一個NACK信號時，發(fā)送端就重新發(fā)送包括錯信號時，發(fā)送端就重新發(fā)送包括錯誤數(shù)據(jù)的誤數(shù)據(jù)的N 個數(shù)據(jù)包。個數(shù)據(jù)包。特點：相比SAW增大了系統(tǒng)的吞吐量，但信令開銷大。SR（Selective Repeat）：只重傳出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)包，）：只重傳出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)包，在收端需要相當容量的緩存空間來存儲已經(jīng)成功譯碼但還沒能按序輸出的分組。同時收端在組合數(shù)據(jù)包前必須知道序列號，序列號要和數(shù)據(jù)分別編碼，而且序列號需要更可靠的編碼以克服任何時候出現(xiàn)在數(shù)據(jù)里的錯誤，增加了對信令的要求。特點：信道利用律高，所需緩存空間和信令開銷大。ARQ機制結束結束