浅析WiMax的关键技术和mimo-ofdmPPT课件.ppt

浅析WiMax的关键技术 1 浅析WiMax的关键技术 WiMax技术 任务分工 OFDM MIMO技术 2 WiMax 目录 WiMax提出背景 WiMax技术概述 WiMax组网方式 WiMax的优势及劣势 WiMax的关键技术 WiMax 3 WiMax提出背景 4 WiMax提出背景 全球3G标准 WCDMA CDMA2000 5 WiMax技术概述 WiMAX World wideInteroperabilityforMicrowaveAccess 全球微波互联接入 是一种面向城域网的宽带无线接入技术 能提供面向互联网的高速连接 是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准 6 WiMax技术概述 WiMAX是一种适用于无线城域网的新兴宽带接入技术 有望取代电缆调制解调或数字用户线方式 在非视距环境中为众多用户提供 最后一英里 的无线宽带接入 7 WiMax技术概述 WiMax技术是以IEEE802 16系列标准为基础的 IEEE802 16技术是宽带无线接入技术 通过接入核心网向用户提供业务 核心网通常采用基于IP协议的网络 IEEE802 16技术可以应用的频段非常宽 包括10GHz 66GHz频段 11GHz以下许可频段和11GHz以下免许可频段 8 WiMax技术概述 IEEE802 16d是固定宽带无线接入的标准 IEEE802 16e是移动宽带无线接入的标准 该标准后向兼容IEEE802 16d 9 WiMax技术概述 IEEE802 16d e的物理层可选用单载波 正交频分复用 OFDM 和正交频分多址 OFDMA 共3种技术 IEEE802 16标准在MAC层定义了较为完整的服务质量 QoS 机制 可以根据业务的需要提供实时 非实时的不同速率要求的数据传输服务 MAC层针对每个连接可以分别没置不同的QoS参数 包括速率 延时等指标 10 WiMax技术概述 WiMAX的高性能与其严密 完善的体系结构密切相关 这里以WiMAX业务接入点SAP的协议栈模型来描述WiMAX技术的协议结构 11 WiMax技术概述 12 WiMax的网络架构 一种是小区蜂窝架构 也可称为点对多点 PMP 结构 网络中所有的节点都直接与基站通信 由基站来控制所有的传输和资源的分配 另一种是自组织状网结构 也可称为Mesh结构 所有节点间通过一跳或多跳链路可相互通信 13 WiMax网络架构 PMP应用模式中基站扮演业务接入点 SAP 的角色 通过动态带宽分配技术 基站可以根据覆盖区域用户的情况 灵活选用定向天线 全向天线以及多扇区技术来满足大量的用户站 SS 设备接入核心网的需求 PMP应用模式是一种常用的接入网应用形式 其特点在于网络结构简洁 应用模式与xDSL等线缆接入形式相似 因而是一种替代线缆的理想方案 14 WiMax网络架构 Mesh结构采用多个基站以网状网方式扩大无线覆盖区 Mesh组网结构的特点在于网状网结构可以根据实际情况灵活部署 实现网络的弹性延伸 对于市郊等远离骨干网络而有线网络不易覆盖的地区 可以采用该模式扩大覆盖范围 其规模取决于基站半径 覆盖区域大小等因素 15 WiMax网络架构 PMP结构 16 WiMAX网络架构 Mesh结构 17 WiMAX网络架构 目前 WiMAX的组网方案有两种 独立组网与联合组网 独立组网特点是 能够提供端到端的无线宽带解决能力以及端到端的QoS和安全解决方案 支持强大的NMS和计费功能 支持与IMS的无缝集成 系统包含各种基站 能够提供不同等级的覆盖和兼容能力 终端种类非常丰富 系统可同时支持固定和移动终端 18 WiMAX网络架构 联合组网可分为与TD SCDMA的联合组网与WCDMA的联合组网都大致可以分为紧耦合方式和松耦合方式两种 19 WiMAX网络架构 20 WiMAX网络架构 21 WiMax的优势 提供广泛的多媒体通信服务 能够实现电信级的多媒体通信服务 支持语音 视频和Internet 设备标准化 投资成本低 由于采用同一技术标准 不同厂商设备可在同一系统中工作 运营商可以自主选择设备 降低成本 传输距离远 传输速率高 高达50公里的覆盖范围 只要建设少数基站就能实现全城覆盖 无线网络的应用范围大大扩展 WiMAX技术借助无线基站进行数据传输 当频宽为20MHz时 数据传输速率最高可以达到75Mbit s 是3G所能提供的宽带速度的30倍 22 WiMax的优势 服务质量 QoS 机制完善 数据安全性更高 IEEE802 16引入了TDMA上行 下行协议 可以对用户接入网络进行智能控制 既改善了系统的时延特性 又提高了服务的可靠性 还可以提供优质的语音和图像服务 系统部署灵活 容量升级方便 根据业务需求区域灵活部署基站设备增加方便 扇区增加简易 可根据用户的发展来逐渐升级扩大网络 信道带宽规划灵活能使容量最大化 并适应多种频率分配情况 非视距传输 无 最后一公里 瓶颈限制 采用OFDM技术 具备非视距传输能力 可方便更多用户接入基站 也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展 实现最后一公里的宽带接入 23 WiMax的劣势 第一 从标准来讲WiMax技术是不能支持用户在移动过程中无缝切换 其速度只有50公里 而且如果高速移动 WiMax达不到无缝切换的要求 跟3G的三个主流标准比 其性能相差是很远的 第二 WiMax严格意义讲不是一个移动通信系统的标准 还是一个无线城域网的技术 第三 WiMax要到802 16m才成成为具有无缝切换功能的移动通信系统 WiMax阵营把解决这个问题的希望寄托于未来的16m标准上 而16m的进展情况还存在不确定因素 24 WiMax的关键技术 这是一种高速传输技术 是未来无线宽带接入系统 下一代蜂窝移动系统的关键技术之一 定义不同的业务流对应不同的分组 为每个业务流定义相关QoS参数 包括速率 延时等指标 系统动态建立支持QoS的业务流 关键技术 OFDM 技术能显著地提高系统的容量和频谱利用率 可以大大提高系统的性能 QoS机制 25 OFDM MIMO目录 1 OFDM与MIMO技术的优势 2 OFDM技术的基本原理 3 MIMO技术的基本原理 OFDM MIMO 26 OFDM技术的优势 移动通信信道的一个重要特点就是当信号带宽超过信道相干带宽时 信道时间弥散特性将对接收信号产生频率选择性衰落 正交频分复用 OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing OFDM 技术在频域把信道分成许多正交子信道 对每个子信道而言都是平坦衰落的 OFDM技术具有抗频率选择性衰落强 频谱利用率较高等众多优点 它不仅可以增加系统容量 还可以更好的满足多媒体通信要求 27 MIMO技术的优势 多入多出 MIMO 技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破 该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率 充分开发MIMO OFDM这两种技术的潜力 将二者结合起来可以成为新一代移动通信中无线传输链路的主要备选方案之一 28 MIMO OFDM技术的基本原理 OFDM技术的基本原理正交频分复用 OFDM 技术是一种特殊的多载波传输方案 以其特殊的频谱结构 图1 1 引起了广泛的关注 图1 1OFDM频谱结构示意图 29 OFDM收发信机的基本原理图 30 OFDM与FDMA OFDM不再是通过很多带通滤波器来实现 而是直接在基带处理 OFDM的高数据速率与子载波的数量有关 增加子载波数目就能提高数据的传送速率 OFDM每个频带的调制方法可以不同 这增加了系统的灵活性 31 OFDM弃用传统的用带通滤波器来分隔子载波频谱的方式 转而选用那些即便频谱混叠也能够保持正交的波形 两者频谱结构的对比如图1 3所示 OFDM与FDMA 32 OFDM对抗多径时延扩展 把输入的数据流串并变换到N个并行的子信道中 使得每个用于调制子载波的数据符号周期可以扩大为原始数据符号周期的N倍 因此时延扩展与符号周期的比值也同样降低N倍 为了最大限度地消除符号间干扰 还可以在每个OFDM符号之间插入保护间隔 在这段保护间隔内 可以不插入任何信号 即是一段空闲的传输时段 33 OFDM技术的独特优点 频谱利用率很高 频谱效率比串行系统高近一倍抗多径干扰与频率选择性衰落能力强采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率通过各子载波的联合编码 可具有很强的抗衰落能力基于离散傅立叶变换 DFT 的OFDM有快速算法 OFDM采用IFFT和FFT来实现调制和解调 易用DSP实现 34 MIMO系统 多入多出 MIMO Multiple InputMultiple Out put MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线 或阵列天线 和多通道 MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的 传输信息流s k 经过空时编码形成N个信息子流ci k I 1 N 这N个子流由N个天线发射出去 经空间信道后由M个接收天线接收 35 MIMO提高无线通信系统的容量对于发射天线数为N 接收天线数为M的多入多出 MIMO 系统 假定信道为独立的瑞利衰落信道 并设N M很大 则信道容量C近似为 C min M N Blog2 2 其中B为信号带宽 为接收端平均信噪比 min M N 为M N的较小者 利用MIMO技术不仅可以提高信道的容量 同时也可以提高信道的可靠性 降低误码率 MIMO系统 36 MI