WiMAX技术分析.ppt

WiMAX技术 互联领域无线通信技术之二 WiMAX技术简介 WiMAX WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess 即全球微波互联接入 是一种基于IEEE802 16标准的无线宽带技术 主要用于无线城域网 WMAN 最后一公里 的接入 WiMAX是针对微波和毫米波频段的一种空中接入技术 提供一种在城域网接入多厂商环境下 有效实现设备互操作的宽带无线接入手段 WiMAX论坛成立于2001年 Intel等众多企业参与推动其标准制定和产业化发展 WiMAX是 无线 宽带 技术路线的产物 运用了OFDM MIMO等技术 具有鲜明的特征和宽带优势 被称为 3 5G 技术 2007年成为3G领域的第四个技术标准 WiMAX技术简介 IEEE802系列标准的划分 在无线通信领域 有4个工作组在进行相关标准的研究工作 无线个域网 WPAN 802 15无线局域网 WLAN 802 11无线城域网 WMAN 802 16无线广域网 WBAN 802 20四种技术标准覆盖范围由小到大 分别包括了多种具体的技术手段 无线通信标准的划分 WiMAX技术简介 WiMAX技术的优势与劣势 WiMAX的优势 传输距离远最大可达30 50公里所需基站少 硬件成本低 接入速率高采用OFDM和MIMO技术最高可达70Mbps 提供服务广扩展性好 与WiFi相比 可提供多媒体通信服务 WiMAX的劣势 设备发展滞后传统通信设备制造商研发投入有限 移动接入效果不佳充当蜂窝网时 移动接入时延较大 WiMAX技术简介 802 16标准的发展 WiMAX标准体系结构 目标频段 2 66GHz视距 非视距应用调制方式 SC OFDM OFDMA 双工方式 TDD FDD灵活的带宽和帧长 帧长 2ms 20ms带宽 1 25M 20M 物理层 汇聚子层 CS 分类功能 将外部网络数据映射到MACSDU 并转发给相应的连接 接收MAC层的CS协议数据单元 公共部分子层 CPS MAC层的核心系统接入 连接管理 建立 维护 调度等安全子层鉴权 密钥交换和数据加密 WiMAX标准体系结构 MAC层 WiMAX主要技术参数 WiMAX关键技术 OFDM技术 FDMA系统演进 图示 OFDM技术的核心思想 将信道分成若干正交子信道 将高速数据信号转换成并行的低速子数据流 调制到子信道上进行传输 频谱相互重叠 提高频谱利用率 时域上引入CP 循环前缀 减轻多径延迟引起的符号间干扰的影响 WiMAX关键技术 OFDM技术主要步骤 载波调制对比特流进行QPSK或QAM调制经过串并变换和逆快速傅立叶变换 IFFT 加入 循环前缀 形成OFDM码元 输出正交的基带信号加入同步序列信道估计序列 载波解调进行同步和信道估计经过快速傅立叶变换 FFT 进行QPSK或QAM的相应解调得到比特流 WiMAX关键技术 OFDM信道编码 扰码扰码即有规律的随机处理信码 模二算法即扰码方式 对所有指配的数据采用不同的扰码器扰码器输出的比特送给编码器 WiMAX关键技术 OFDM信道编码 前向纠错 FEC FEC是一种增加信号可信度的方法利用传输冗余信息的方法 当传输中出现错误时 允许接收器再建数据FEC主要包括卷积内编码和RS外编码根据使用的信号调制方式 确定FEC中两种编码比率 交织所有的编码数据都由一个块交织器进行交织交织的目的是使信道传输突发产生的错误最大限度的分散化不同的调制方式对应不同的交织块大小交织器最大限度改变数据结构而不改变数据内容 WiMAX关键技术 OFDM工作流程 下行链路子帧只包含一个下行的物理层PDU第一个下行链路突发的位置和参数在下行帧前缀中指定上行链路子帧由竞争区间 初始测距 带宽申请 以及一个或数个上行的物理层PDU组成冗余循环校验码包含在上下行PDU的MACmsg有效内容 即MACPDU 中 WiMAX关键技术 OFDM帧结构特点 WiMAX关键技术 WiMAX物理层的特点 OFDM技术高效利用频谱 支持TDD和FDD 支持移动网络 带宽1 25 20MHz1 25MHz的倍数和1 75MHz的倍数 多天线技术提高覆盖范围和容量 自动重传技术 自适应调制编码技术 功率控制技术 时空编码技术提高通信质量 WiMAX关键技术 WiMAXMAC层业务类型 主动授权业务 UGS 用来传输固定速率的业务资源由基站强制调度 用户请求无效 实时轮询业务 rtPS 视频 语音等可变速率业务业务出现随机性较强 非实时轮询业务 nrtPS 长周期或非周期的单播请求业务 尽力而为业务 BE 不需要及时发送不保证时延和容量 WiMAX关键技术 WiMAXMAC层业务类型 WiMAX关键技术 WiMAX拓扑结构 点对多点结构 PMP 基站 BS 与多个固定或者移动终端通信终端间不直接通信所有通信必须经过基站 多点对多点结构 mesh 终端间可通过一定规则进行通信 分布式无基站 结构类似Adhoc网络 集中式有基站 结构与PMP类似数据调度机制与PMP不同 WiMAX关键技术 PMP模式资源调度 PMP模式以BS为核心 采用点到多点的连接方式 构建星形拓扑结构BS为业务接入点 SAP 通过动态带宽分配技术 根据覆盖区域的用户情况 选择天线使用方式 满足大量SS设备接入的需求BS通过轮询过程响应SS的带宽请求 为SS分配带宽 SS接收到CID准许消息后 如满意带宽分配 则将带宽分配给请求的连接 如不满意带宽分配情况 则增加带宽请求 WiMAX关键技术 PMP模式资源调度 BS 单播轮询 广播或多播轮询 SS不需要发送填充所分配的时隙 SS需要发送请求根据准许的时隙给每个连接分配带宽 分组分配CID时隙 SS利用所在组获得的时隙发送带宽请求 SS未获准许继续发送请求 SS得到准许 满意则发送数据 不满意则等待下次请求机会 有足够带宽 无足够带宽 WiMAX关键技术 Mesh分布式资源调度 源节点发送请求消息 DSCH request 目的节点寻找时隙空闲 目的节点完成时隙分配授权源节点 源节点收到授权并回复确认 时隙预约成功 源节点和目的节点广播预约信息 相邻 一跳 节点更新自身时隙表 按预约发送 接收数据 每个节点的权限相同每个节点在本地维护一张时隙表 记录当前时隙的利用情况 并及时根据时隙动态进行更新 WiMAX关键技术 Mesh集中式资源调度 SS根据调度树的结构在CSCH CentralizedScheduling集中式调度 请求消息中携带所请求的带宽信息 向MBS MeshBS 请求资源 BS收到所有子节点的请求信息后 根据当前可用资源及各节点请求进行带宽资源分配 通过CSCH授权消息将分配结果告知树结构的各子节点 同时广播每条链路的突发配置 SS 子节点 在接收到CSCH消息之后 找到自己可以利用的时隙 并传输数据 AAS Adaptive AdvancedAntennaSystem 自适应天线系统 可实现系统参数自动调整 全向天线 定向天线 AAS WiMAX关键技术 自适应天线系统 AAS能提高系统性能 增加信干噪比 提高接收机的灵敏度 降低误码率提高了基站发射机的等效发射功率降低了系统干扰改进小区的覆盖 增加了覆盖距离利用空分多址技术 SDMA 提高了频谱利用率 WiMAX关键技术 自适应天线系统 MIMO MultipleinputandmultipleoutputMIMO是是一种多天线技术 通过在收发两端增加天线个数及相应的信号处理功能建立起来的3维传输结构 它将多径作为有利因素加以利用 在不增加带宽的情况下 提高通信系统容量 频谱利用率 数据传输速率 WiMAX关键技术 MIMO技术 空间复用模式是在不同的天线上发射相同的数据 接收天线的数目可以少于发射天线的数目 WiMAX关键技术 定位 ARQ功能 室外远距离条件下 无线信道的衰落现象非常显著 在链路层加入了ARQ机制 减少到达网路层的信息差错 可大大提高系统的业务吞吐量 ARQ类型SAW Stop and wait 发送端每发一个数据包就停下来 等待接收端的确认信息 若正确 返回确认 ACK 信号 否则返回不确认 NACK 信号 发送端收到ACK后发新包 否则重发上一包 等待确认期间 信道是空的 不发送数据 由于物理层采用OFDMA调制方式 则可以很好的克服停等协议信道利用率低的缺陷 特点 实现简单 信令开销小 收端所需的缓存较低 ARQ机制 WiMAX关键技术 定位 GBN Go Back N 发送端发完一个包后 不停下来等确认信息 而是连续发送若干个包 接收端将每个数据包相应的ACK或NACK信息和包的分组号反馈回发送端 当接收到一个NACK信号时 发送端就重新发送包括错误数据的N个数据包