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无线技术应用 宽带无线接入技术WiMAX


无线技术应用 宽带无线接入技术 WiMAX 一.WiMAX 的概述 二. 802.16 协议栈参考模型 三. WiMAX 关键技术 四.WiMAX 技术标准的发展与 3G

一. WiMAX 的概述 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access:全球微波接入互操作 作为一种 :全球微波接入互操作)作为一种 新兴的宽带无线接入技术,一经提出便受到了业界的普遍关注。 新兴的宽带无线接入技术,一经提出便受到了业界的普遍关注。它的主要技术特点是传输 速率高、覆盖范围大、支持移动性、 的网络架构, 速率高、覆盖范围大、支持移动性、提供 QoS 保证并采用基于全 IP 的网络架构,实现了数 据分组化、接入宽带化和终端移动化三者合一 因而具有广泛的应用前景。 移动化三者合一, 据分组化、接入宽带化和终端移动化三者合一,因而具有广泛的应用前景。为了获得更大 的覆盖范围、 更高的传输速率和更好的服务质量, 的覆盖范围、 更高的传输速率和更好的服务质量, 推动与保证基于 IEEE 802.16 系列标准的 宽带无线设备的兼容性和互操作性, 宽带无线设备的兼容性和互操作性,Intel、富士通和诺基亚等公司于 2001 年共同成立了非 、 营利性工业贸易联盟——WiMAX 论坛。 论坛。 营利性工业贸易联盟 从此 WiMAX 就成为 IEEE802.16 系列标准技术的 代名词。 代名词。 二. 802.16 协议栈参考模型 IEEE 802.16 标准定义的空中接口由物理层 MAC 层组成,如下图所示。物理层由传输汇聚 层组成,如下图所示。 子层(TCL)和物理媒质依赖子层 和物理媒质依赖子层(PMD)组成,通常说的物理层主要是指 PMD。TCL 将收到 组成, 子层 和物理媒质依赖子层 组成 通常说的物理层主要是指 。 层数据分段, 协议数据单元(PDU)。PMD 则具体执行信道编码、调制 则具体执行信道编码、 的 MAC 层数据分段,封装成 TCL 协议数据单元 。 解调等一系列处理过程。 层采用分层结构,分为三个子层:特定服务汇聚子层(CS)、 解调等一系列处理过程。MAC 层采用分层结构,分为三个子层:特定服务汇聚子层 、 公共部分子层(CPS)和安全子层。 和安全子层。 公共部分子层 和安全子层 1) CS 子层负责和高层接口,汇聚上层不同业务。它将通过服务访问点 子层负责和高层接口,汇聚上层不同业务。它将通过服务访问点(SAP)收到的外部网 收到的外部网 业务数据单元, 络数据转换和映射为 MAC 业务数据单元,并传递到 MAC 层的 SAP。协议提供了多个 CS 。 规范作为与外部各种协议的接口, 规范作为与外部各种协议的接口,可实现对 ATM、IP 等协议数据的透明传输。 、 等协议数据的透明传输。 2) CPS 子层实现主要的 MAC 功能,包括系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护等。 功能,包括系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护等。 连接, 它通过 MAC 层 SAP 接收来自各种 CS 层的数据并分类到特定的 MAC 连接,同时对物理 控制。 层上传输和调度的数据实施 QoS 控制。 3) 安全子层的主要功能是提供认证、密钥交换和加解密处理。该子层支持 128 位、192 位 安全子层的主要功能是提供认证、密钥交换和加解密处理。 位加密系统,并采用数字证书的认证方式,以保证信息的安全传输。 及 256 位加密系统,并采用数字证书的认证方式,以保证信息的安全传输。 三.WiMAX 关键技术 (1) OFDM 与 OFDMA (2) 多天线技术 (3) 自适应调制编码 (4) 混合自动重传请求 混合自动重传请求(H-ARQ) ●自适应调制编码 无线信道的时变和衰落特性决定了信道容量是一个时变的随机变量, 自适应调制编码(AMC) 无线信道的时变和衰落特性决定了信道容量是一个时变的随机变量, 自适应调制编码 技术就是根据信道条件动态调整编码和调制方式,以提高传输速率或系统吞吐量。 技术就是根据信道条件动态调整编码和调制方式,以提高传输速率或系统吞吐量。基本方 法是根据对信道质量的测量结果, 在信道条件较好时使用高阶调制和高编码速率(例如 法是根据对信道质量的测量结果 , 在信道条件较好时使用高阶调制和高编码速率 例如 64QAM,5/6 码率 ,以实现更高的峰值速率;而在信道条件较差时使用低阶调制和低编码 码率),以实现更高的峰值速率; , 速率(例如 码率),以保证传输性能。 速率 例如 QPSK,1/2 码率 ,以保证传输性能。通过改变调制编码方式而不是发射功率来 , 改善性能,还可以在很大程度上降低因发射功率提高而引入的额外干扰。 改善性能,还可以在很大程度上降低因发射功率提高而引入的额外干扰。 在现代移动通信中,系统拥有多种物理层( 在现代移动通信中,系统拥有多种物理层(PHY)传输模式可供选择,自适应调制编码实 )传输模式可供选择, 传输模式,如下图所示, 际上就是根据信道条件合理的选择 PHY 传输模式,如下图所示,采用 PHY 模式 1。 。

在信道信噪比较高时,系统吞吐量较低; 调制, 在信道信噪比较高时,系统吞吐量较低;而采用 PHY 模式 8(64-QAM 调制,码率 ( 卷积码编码) 虽然在高信噪比时系统吞吐量很高,但当信道处于较低信噪比时, 为 3/4 卷积码编码)时,虽然在高信噪比时系统吞吐量很高,但当信道处于较低信噪比时, 无法进行正常通信, 无法进行正常通信,而采用自适应调制编码技术则很好的在通信的可稳定性与系统吞吐量 之间取得折中,圆满的解决了二者的矛盾。 之间取得折中,圆满的解决了二者的矛盾。 四.WiMAX 技术标准的发展与 3G 从技术角度来看, 技术为核心, 从技术角度来看,3G 系统主要以 CDMA 技术为核心, 802.16e 则以正交频分复 而 用(OFDM)和多天线 MIMO(Multi-Input Multi-Output)技术为核心。CDMA 系统具有 ) ( )技术为核心。 容量大、频谱利用率高的优点, 容量大、频谱利用率高的优点,在一定程度上可以很好地克服因频率选择性衰落所引起的 符号间干扰问题。但是,对于高速数据业务来说, 符号间干扰问题。但是,对于高速数据业务来说,CDMA 系统的主要问题在于扩频增益与 高速数据流之间的矛盾。在保证相同带宽的前提下, 高速数据流之间的矛盾。在保证相同带宽的前提下,若对高速数据流所使用的扩频增益太 系统噪声平均的优点,从而使得系统的软容量受到一定的影响; 高,就会大大限制 CDMA 系统噪声平均的优点,从而使得系统的软容量受到一定的影响; 若保持原来的扩频增益, 则必须要相应地提高带宽。 此外, 受系统实现复杂度的限制 CDMA 现复杂度的限制, 若保持原来的扩频增益, 则必须要相应地提高带宽。 此外, 受系统实现复杂度的限制, 接收机的分支数量也不能太多( 左右) ,而在高速宽带系统中可分解 系统中 Rake 接收机的分支数量也不能太多(目前为 5 左右) 而在高速宽带系统中可分解 , 的多径数量较多,从而会有较大的能量损失。 的多径数量较多,从而会有较大的能量损失。 OFDM 技术本质上讲它是一种多载波调制技术。从频域看,它通过把无线通信信道 技术本质上讲它是一种多载波调制技术。 从频域看, 划分为多个窄带子信道同时并行传送,在每个子信道上使用一个子载波进行调制。这样, 划分为多个窄带子信道同时并行传送,在每个子信道上使用一个子载波进行调制。这样, 尽管总的信道特性是非平坦的,具有频率选择性, 尽管总的信道特性是非平坦的,具有频率选择性,但对每个子信道而言却都是窄带平坦信 从时域来看, 通过使用串并变换使得数据传输速率降低,符号持续时间加长, 道。从时域来看,OFDM 通过使用串并变换使得数据传输速率降低,符号持续时间加长, 从而提高了对抗由于多径时延所引起的符号间干扰的能力 干扰的能力。 从而提高了对抗由于多径时延所引起的符号间干扰的能力。 从一些传统电信运营商的角度看来, 从一些传统电信运营商的角度看来,WiMAX 还不能视为一种真正意义上的移动通信 技术,它在切换、 系统要差, 技术,它在切换、漫游等方面的性能比 3G 系统要差,例如尚不能支持移动过程中的无缝切 芯片、端和设备对标准的支持能力还显不足。为此, 换。另外 WiMAX 芯片、端和设备对标准的支持能力还显不足。为此,WiMAX 还需加快 其技术演进和终端开发的进程, 其技术演进和终端开发的进程,方有可能在各种同类技术的激烈竞争中及早实现全球范围 内的规模化应用。 内的规模化应用。 谢谢观看! 谢谢观看!


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