WiMAX技术(1)

1、WiMAX技术,互联领域无线通信技术之二,WiMAX技术简介,WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) ，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

2、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3050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

3、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：2ms20ms 带宽：1.25M20M,物理层,汇聚子层（CS ） 分类功能：将外部网络数据映射到MAC SDU，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

4、（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

5、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

6、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MAC msg 有效内容（即MAC PDU）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1.2520MHz 1.25MHz的倍数和1.75MHz的倍数,多天线

7、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,WiMAX MAC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,WiMAX MAC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

8、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Ad hoc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

9、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

10、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(Centralized Scheduling 集中式调度)请求消息中携带所请求的带宽信息，向MBS(Mesh BS)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/Advanced Antenna System（自适应天线系统）

11、，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：Multiple input and multiple output MIMO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。

12、,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