Wimax階段性研究匯報課件

2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1 1介紹所涉及的內容n nWimax介紹n nWimax標準演進n nWimax協議模型n nWimax主要標準及技術n nWimax關鍵技術n nWimax與3G的對比n nWimax發(fā)展前瞻2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2 2什么是Wimax？2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3 31.Wimax介紹n nWiMAXWiMAX（World wide Interoperability for World wide Interoperability for Microwave AccessMicrowave Access，全球微波接入互操作性），全球微波接入互操作性）n n專為支持電信運營商級部署和低成本、免許可證部專為支持電信運營商級部署和低成本、免許可證部署而設計的、獲署而設計的、獲WiMAXWiMAX論壇認證的系統，不僅將論壇認證的系統，不僅將提供大吞吐量（在提供大吞吐量（在20MHz20MHz新信道上最高可達新信道上最高可達75Mbps75Mbps），而且還能夠在近視距和非視距環(huán)境中），而且還能夠在近視距和非視距環(huán)境中實現實現3 35 5英里的信號傳播距離。這些系統擁有足英里的信號傳播距離。這些系統擁有足夠的容量，可以同時支持數百個使用夠的容量，可以同時支持數百個使用T-1T-1連接速度連接速度的公司和數千個使用的公司和數千個使用DSLDSL連接速度的家庭。連接速度的家庭。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4 42.Wimax標準演進2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報5 5802.16n nIEEE 802.16IEEE 802.16工作組于工作組于20022002年年4 4月月8 8日正式發(fā)布日正式發(fā)布了了IEEE 802.16-2001IEEE 802.16-2001標準，為寬帶無線接入標準，為寬帶無線接入(BWA)(BWA)定義了無線城域網定義了無線城域網(WMAN)(WMAN)的空中接口規(guī)的空中接口規(guī)范，它標志著寬帶無線接入將作為一個新的主要范，它標志著寬帶無線接入將作為一個新的主要途徑，把各商業(yè)機構和家庭接入全球電信核心網。途徑，把各商業(yè)機構和家庭接入全球電信核心網。n nIEEE 802.16-2001IEEE 802.16-2001工作在工作在101066 GHz66 GHz頻段，頻段，由于這個頻段對于像建筑物和樹這樣的障礙物無由于這個頻段對于像建筑物和樹這樣的障礙物無穿透能力，故要求基站和用戶站是視距穿透能力，故要求基站和用戶站是視距(LOS)(LOS)鏈鏈路，從而限制了基站的覆蓋范圍。同時由于用戶路，從而限制了基站的覆蓋范圍。同時由于用戶站天線的安裝要求很高，并且系統受雨衰影響較站天線的安裝要求很高，并且系統受雨衰影響較大大 2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報6 6802.16an nIEEE 802.16IEEE 802.16工作組于工作組于20032003年年4 4月頒布了月頒布了IEEE IEEE 802.16a802.16a，該標準支持的工作頻段為，該標準支持的工作頻段為2 211 GHz11 GHz，包括了需要發(fā)放牌照頻段和免牌照的頻段。與，包括了需要發(fā)放牌照頻段和免牌照的頻段。與高頻段相比，該頻段能以更低的成本提供更大的高頻段相比，該頻段能以更低的成本提供更大的用戶覆蓋，系統受雨衰影響不大，系統可以在非用戶覆蓋，系統受雨衰影響不大，系統可以在非視距傳輸環(huán)境下運行，大大降低了用戶站安裝的視距傳輸環(huán)境下運行，大大降低了用戶站安裝的要求。另外，要求。另外，IEEE 802.16aIEEE 802.16a的的MACMAC層提供服務層提供服務質量質量(QoS)(QoS)保證機制，可支持語音和視頻等實時保證機制，可支持語音和視頻等實時性業(yè)務，增加了對網格拓撲結構網絡的支持，能性業(yè)務，增加了對網格拓撲結構網絡的支持，能適應各種物理層環(huán)境。適應各種物理層環(huán)境。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報7 7802.16dn nIEEE 802.16aIEEE 802.16a標準僅僅是標準僅僅是IEEE 802.16-2001IEEE 802.16-2001標準的修改和擴展，不是一個獨立的標準，所以標準的修改和擴展，不是一個獨立的標準，所以20042004年年7 7月月IEEE 802.16IEEE 802.16組織又通過了組織又通過了IEEE IEEE 802.16d802.16d。IEEE 802.16dIEEE 802.16d對對2 266 GHz66 GHz頻段的頻段的空中接口物理層和空中接口物理層和MACMAC層做了詳細規(guī)定，定義了層做了詳細規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務類型的固定寬帶無線接入系統的支持多種業(yè)務類型的固定寬帶無線接入系統的MACMAC層和相對應的多個物理層。該標準對層和相對應的多個物理層。該標準對IEEE IEEE 802.16-2001802.16-2001和和IEEE 802.16aIEEE 802.16a進行了整合和修進行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范，是相對比訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范，是相對比較成熟并且最具實用性的一個標準版本。較成熟并且最具實用性的一個標準版本。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報8 8802.16en nIEEE 802.16eIEEE 802.16e是工作在是工作在2 26 GHz6 GHz頻段支持移動頻段支持移動性的寬帶無線接入空中接口標準。制訂它的目的是性的寬帶無線接入空中接口標準。制訂它的目的是為了實現既能提供高速數據業(yè)務又使用戶具有移動為了實現既能提供高速數據業(yè)務又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案。性的寬帶無線接入解決方案。n nIEEE 802.16eIEEE 802.16e的目標是能夠向下兼容的目標是能夠向下兼容IEEE IEEE 802.16d802.16d，因此，因此IEEE 802.16eIEEE 802.16e的標準化工作基本的標準化工作基本上是在上是在IEEE 802.16dIEEE 802.16d的基礎上進行的。在的基礎上進行的。在IEEE IEEE 802.16d802.16d固定無線接入標準研制的基礎上，為了支固定無線接入標準研制的基礎上，為了支持移動特性，持移動特性，IEEE 802.16eIEEE 802.16e提出了具有移動特性提出了具有移動特性的系統框架結構，并于的系統框架結構，并于20042004年年9 9月通過了草案，但月通過了草案，但由于種種原因推遲發(fā)布，到了直到由于種種原因推遲發(fā)布，到了直到0606年年1 1月底才正月底才正式發(fā)布。式發(fā)布。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報9 9幾個重要的補充標準除了以上幾個標準外，另外還有除了以上幾個標準外，另外還有3 3個重要標準：個重要標準：n n20022002年正式發(fā)布的年正式發(fā)布的IEEE 802.16cIEEE 802.16c，它是對，它是對IEEE IEEE 802.16802.16的增補，是使用的增補，是使用101066 GHz66 GHz頻段頻段IEEE 802.16IEEE 802.16系統的兼容性標準，它詳細規(guī)定了工作于系統的兼容性標準，它詳細規(guī)定了工作于101066 GHz66 GHz頻頻段的段的IEEE 802.16IEEE 802.16系統在實現上的一系列特性和功能。系統在實現上的一系列特性和功能。n nIEEE 802.16fIEEE 802.16f，它定義了，它定義了IEEE 802.16IEEE 802.16系統系統MACMAC層和物層和物理層的管理信息庫理層的管理信息庫(MIB)(MIB)以及相關的管理流程。以及相關的管理流程。n nIEEE 802.16gIEEE 802.16g，制訂它的目的是為了規(guī)定標準的，制訂它的目的是為了規(guī)定標準的IEEE IEEE 802.16802.16系統管理流程和接口，從而實現系統管理流程和接口，從而實現IEEE 802.16IEEE 802.16設設備的互操作性和對網絡資源、移動性和頻譜的有效管理。備的互操作性和對網絡資源、移動性和頻譜的有效管理。IEEE 802.16fIEEE 802.16f和和IEEE 802.16gIEEE 802.16g這兩個標準是的目的是這兩個標準是的目的是在網絡管理層面形成新標準。目前標準的制訂工作處于起在網絡管理層面形成新標準。目前標準的制訂工作處于起步階段。步階段。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1010IEEE IEEE 協議族協議族n nIEEE Std 802.16-2001IEEE Std 802.16-2001固定寬帶無線接入系統空中接口固定寬帶無線接入系統空中接口n nIEEE Std 802.16IEEE Std 802.16/Conformance01-2003/Conformance01-2003協議執(zhí)行一致性陳述協議執(zhí)行一致性陳述 1010 66 GHz 66 GHz n nIEEE Std 802.16IEEE Std 802.16/Conformance02-2003/Conformance02-2003 測試配套結構和測試目的測試配套結構和測試目的n nIEEE Std 802.16IEEE Std 802.16/Conformance03-2004/Conformance03-2004射頻一致性測試射頻一致性測試n nIEEE Std 802.16IEEE Std 802.16-2004(802.16d)-2004(802.16d)固定寬帶無線接入系統空中接口固定寬帶無線接入系統空中接口nIEEE Std 802.16e-2005Physical and Medium AccessControl Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands授權頻段物理層和授權頻段物理層和MACMAC層聯合固定和移動操作層聯合固定和移動操作2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1111Wimax與802.16協議族的關系n nWiMAXWiMAX論壇成立于論壇成立于20012001年年4 4月，最初該組織旨在對基于月，最初該組織旨在對基于IEEE 802.16IEEE 802.16標準和標準和ETSI HiperMANETSI HiperMAN標準的寬帶無線接標準的寬帶無線接入產品進行一致性和互操作性認證，通過入產品進行一致性和互操作性認證，通過WiMAXWiMAX認證的認證的產品會擁有產品會擁有“WiMAX(r)CERTIFIEDWiMAX(r)CERTIFIED”標識。隨著標識。隨著802.16e802.16e技術和規(guī)范的進展，該組織的目標也逐步擴展，技術和規(guī)范的進展，該組織的目標也逐步擴展，不僅要建立一整套基于不僅要建立一整套基于IEEE 802.16IEEE 802.16標準和標準和ETSI ETSI HiperMANHiperMAN標準的認證體系，同時還致力于可運營的寬帶標準的認證體系，同時還致力于可運營的寬帶無線接入系統的研究、需求的分析、應用模式的探索、市無線接入系統的研究、需求的分析、應用模式的探索、市場的拓展等一系列大力促進寬帶無線接入市場發(fā)展的工作。場的拓展等一系列大力促進寬帶無線接入市場發(fā)展的工作。通常認為，通常認為，IEEE 802.16IEEE 802.16工作組是工作組是IEEE802.16 WiMAXIEEE802.16 WiMAX空中接口規(guī)范的制定者，而空中接口規(guī)范的制定者，而WiMAXWiMAX論壇是技術和產業(yè)鏈論壇是技術和產業(yè)鏈的推動者。目前的推動者。目前WiMAXWiMAX幾乎成為了幾乎成為了IEEE802.16 WiMAXIEEE802.16 WiMAX技術的代名詞，其空中接口規(guī)范涵蓋了技術的代名詞，其空中接口規(guī)范涵蓋了IEEE 802.16d/eIEEE 802.16d/e標準。標準。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1212WiMAX技術應用場景n nWiMAXWiMAX論壇給出論壇給出WiMAXWiMAX技術的技術的5(4)5(4)種應用場景定義，即固種應用場景定義，即固定、游牧、便攜定、游牧、便攜 (簡單移動簡單移動)和全移動。和全移動。n n固定應用場景：固定接入業(yè)務是固定應用場景：固定接入業(yè)務是802.16802.16運營網絡中最基本運營網絡中最基本的業(yè)務模型，包括用戶因特網接入、傳輸承載業(yè)務及的業(yè)務模型，包括用戶因特網接入、傳輸承載業(yè)務及Wi-FiWi-Fi熱點回程等。熱點回程等。n n游牧應用場景：游牧式業(yè)務是固定接入方式發(fā)展的下一個階游牧應用場景：游牧式業(yè)務是固定接入方式發(fā)展的下一個階段。終端可以從不同的接入點接入到一個運營商的網絡中段。終端可以從不同的接入點接入到一個運營商的網絡中 n n便攜應用場景：在這一場景下，用戶可以步行連接到網絡，便攜應用場景：在這一場景下，用戶可以步行連接到網絡，除了進行小區(qū)切換外，連接不會發(fā)生中斷。便攜式業(yè)務在游除了進行小區(qū)切換外，連接不會發(fā)生中斷。便攜式業(yè)務在游牧式業(yè)務的基礎上進行了發(fā)展，從這個階段開始，終端可以牧式業(yè)務的基礎上進行了發(fā)展，從這個階段開始，終端可以在不同的基站之間進行切換。在不同的基站之間進行切換。n n簡單移動應用場景：在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接簡單移動應用場景：在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接入業(yè)務中能夠步行、駕駛或者乘坐公共汽車等，但當終端移入業(yè)務中能夠步行、駕駛或者乘坐公共汽車等，但當終端移動速度達到動速度達到6060120km/h120km/h時，數據傳輸速度將有所下降。時，數據傳輸速度將有所下降。n n全移動應用場景：在這一場景下，用戶可以在移動速度為全移動應用場景：在這一場景下，用戶可以在移動速度為120km/h120km/h甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接入業(yè)甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接入業(yè)務，當沒有網絡連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。務，當沒有網絡連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1313802.16 協議參考模型2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1414802.16物理層(1)n n物理層由傳輸匯聚子層(TCL)和物理媒質依賴子層(PMD)組成，通常說的物理層主要是指PMD。物理層定義了兩種雙工方式：TDD和FDD，這兩種方式都使用突發(fā)數據傳輸格式，這種傳輸機制支持自適應的突發(fā)業(yè)務數據，傳輸參數(調制方式、編碼方式、發(fā)射功率等)可以動態(tài)調整，但是需要MAC層協助完成。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1515802.16物理層(2)n n為了更好地使用帶寬，IEEE 802.16支持時分雙工(TDD)和頻分雙工(FDD)模式。兩種模式下都采用突發(fā)(Burst)格式發(fā)送。在每一幀中，BS和各個SS可以根據需要靈活地改變突發(fā)的類型，從而選取適當的發(fā)射參數，如調制方式、編碼類型等。在FDD模式下，系統支持全雙工SS，也支持半雙工SS。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1616802.16物理層(3)n n對于對于101066 GHz66 GHz頻段的無線接入系統，由于工頻段的無線接入系統，由于工作波長較短，必須要求視距傳輸，而多徑衰落是作波長較短，必須要求視距傳輸，而多徑衰落是可以忽略的。因此可以忽略的。因此IEEE 802.16IEEE 802.16規(guī)定在該頻段采規(guī)定在該頻段采用單載波調制方式，具體可以采用正交移相鍵控用單載波調制方式，具體可以采用正交移相鍵控(QPSK)(QPSK)、1616相正交幅度調制相正交幅度調制(16QAM)(16QAM)和和6464相相正交幅度調制正交幅度調制(64QAM)(64QAM)調制方式。調制方式。n n對于對于2 211 GHz11 GHz頻段，必須考慮多徑衰落，而多頻段，必須考慮多徑衰落，而多徑衰落會引起符號間干擾徑衰落會引起符號間干擾(ISI)(ISI)。OFDMOFDM作為一作為一種可以有效對抗種可以有效對抗ISIISI的高速傳輸技術，引起了廣泛的高速傳輸技術，引起了廣泛關注。所以在關注。所以在2 211 GHz11 GHz頻段上主要采用頻段上主要采用OFDMOFDM和和OFDMAOFDMA技術。技術。(其實是其實是802.16a)802.16a)2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1717802.16MAC層(1)MAC層結構：n n特定業(yè)務匯聚子層(Convergence Sublayer CS)、n nMAC公共部分子層(Common Part Sublayer CPS)n n加密協議子層(Security SublayerSS)其中加密協議子層是可選的。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1818802.16MAC層(2)n n802.16是面向連接的，即所有用戶站點的數據業(yè)務及與之相關的QoS要求，都是在面向連接的范疇中來實現的，每個連接均由一個16位的連接標識符Connect ID(CID)來唯一標識。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報1919802.16MAC層(3)MACMAC幀結構：幀結構：n n一個一個MACMAC幀總是占用一段連續(xù)的物理層定義的時幀總是占用一段連續(xù)的物理層定義的時隙，隙，MACMAC幀由子幀（幀由子幀（Sub-frameSub-frame）組成，前兩個）組成，前兩個子幀是子幀是Downstream mapDownstream map和和 Upstream mapUpstream map，用于說明在時隙中的內容和哪些時隙是空的。，用于說明在時隙中的內容和哪些時隙是空的。n nDownstream map Downstream map 中包括各種系統參數，并通中包括各種系統參數，并通告新站點此時可以請求進入。告新站點此時可以請求進入。n n下行信道較為簡單，基站只要決定內容放在哪個下行信道較為簡單，基站只要決定內容放在哪個子幀中。子幀中。n n上行信道則由互不相關而又需要接入的用戶互相上行信道則由互不相關而又需要接入的用戶互相競爭，基站將盡可能根據競爭，基站將盡可能根據QoSQoS的要求分配。的要求分配。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2020802.16MAC層(4)n nMAC定義了4種上行基本業(yè)務，通過這4種與QoS相關的上行預訂業(yè)務，基站可以預期上行數據的吞吐量及處理時間，并在適當時間進行查詢并進行分配帶寬。主動授予服務(UGS)、實時輪詢業(yè)務(rtPS)、非實時輪詢業(yè)務(nrtPS)、盡力傳輸業(yè)務(BE)2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2121特定業(yè)務匯聚子層(CS)n n該子層代替了該子層代替了LLCLLC子層，子層，CSCS子層主要功能是負責將其業(yè)子層主要功能是負責將其業(yè)務接入點務接入點(SAP)(SAP)收到的外部網絡數據轉換和映射到收到的外部網絡數據轉換和映射到MACMAC業(yè)業(yè)務數據單元務數據單元(SDU)(SDU)，并傳遞到，并傳遞到MACMAC層業(yè)務接入點層業(yè)務接入點(SAP)(SAP)。具體包括對外部網絡數據具體包括對外部網絡數據SDUSDU執(zhí)行分類，并映射到適當的執(zhí)行分類，并映射到適當的MACMAC業(yè)務流和連接標識符業(yè)務流和連接標識符(CID)(CID)上，甚至可能包括凈荷頭上，甚至可能包括凈荷頭抑制抑制(PHS)(PHS)等功能。協議提供多個等功能。協議提供多個CSCS規(guī)范作為與外部各規(guī)范作為與外部各種協議的接口。種協議的接口。n n它的功能可以理解為提供與網絡層的接口。由于它的功能可以理解為提供與網絡層的接口。由于802.16802.16設計為可以與數據報協議（如設計為可以與數據報協議（如IPIP、PPPPPP、以太網）和、以太網）和ATMATM協議進行無縫銜接，但數據報協議是無連接的，而協議進行無縫銜接，但數據報協議是無連接的，而ATMATM是是面向連接的，這意味著每一條面向連接的，這意味著每一條ATMATM連接要映射到一條連接要映射到一條802.16802.16連接上，而連接上，而IPIP分組也必須映射到一條分組也必須映射到一條802.16802.16連接連接上，該層主要處理這些內容。上，該層主要處理這些內容。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2222公共部分子層(CPS)n nMAC CPS是MAC的核心部分，主要功能包括系統接入、帶寬分配、連接建立和連接維護等。它通過MAC SAP接收來自各種CS層的數據并分類到特定的MAC連接，同時對物理層上傳輸和調度的數據實施服務質量(QoS)控制。通常說的MAC層主要指MAC CPS。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2323加密協議子層（SS）n n加密協議子層的主要功能是提供認證、密鑰交換加密協議子層的主要功能是提供認證、密鑰交換和加解密處理。和加解密處理。n n加密封裝協議加密封裝協議(Privacy Key management)(Privacy Key management)n n負責加密算法在負責加密算法在MAC PDUMAC PDU數據傳輸中應用規(guī)則并數據傳輸中應用規(guī)則并實現，實現，對傳輸的數據進行加密。加密只針對對傳輸的數據進行加密。加密只針對MAC MAC PDUPDU中的載荷部分，而不包括中的載荷部分，而不包括MACMAC頭部。頭部。MACMAC中中的所有管理信息都不被加密。的所有管理信息都不被加密。通常的算法是：通常的算法是：n nDESDES（Data Encryption StandardData Encryption Standard）n nTriple DESTriple DESn nAES (Advanced Encryption Standard)AES (Advanced Encryption Standard)2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2424802.16協議族重要協議的具體介紹n n目前，IEEE 802.16標準主要包括IEEE 802.16d和IEEE 802.16e。802.16d的初衷是統一固定無線接入的空中接口。該標準可以應用于211GHz非視距(NLOS)傳輸和1066GHz視距(LOS)傳輸。而IEEE 802.16e的目標是能夠向下兼容IEEE802.16d，為了支持移動特性，在IEEE802.16d的基礎上加入了切換、QoS、安全等新的特性。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2525n n802.16d802.16d對對2-66GHz2-66GHz頻段的空中接口物理層和頻段的空中接口物理層和MACMAC層做了詳細規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務類型層做了詳細規(guī)定，定義了支持多種業(yè)務類型的固定寬帶無線接入系統的的固定寬帶無線接入系統的MACMAC層和相對應的多層和相對應的多個物理層。該標準對前幾個標準進行了整合和修訂，個物理層。該標準對前幾個標準進行了整合和修訂，但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范。它保持了但仍屬于固定寬帶無線接入規(guī)范。它保持了802.16802.16、16a16a等標準中的所有模式和主要特性同等標準中的所有模式和主要特性同時未增加新的模式，增加或修改的內容用來提高系時未增加新的模式，增加或修改的內容用來提高系統性能和簡化部署。統性能和簡化部署。n nIEEE 802.16dIEEE 802.16d是固定寬帶無線接入的標準，該標是固定寬帶無線接入的標準，該標準定義了三種物理層實現方式：單載波、準定義了三種物理層實現方式：單載波、OFDM(256-Point)OFDM(256-Point)、OFDMA(2048-Point)OFDMA(2048-Point)。802.16d2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2626802.16d/e技術特征(1)n n在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA(時分多址)，下行采用TDM(時分復用)支持多用戶傳輸。另一種多址方式是OFDMA，以2048個子載波的情況為例，系統將所有可用的子載波分為32個子信道，每個子信道包含若干子載波。多用戶多址采用和跳頻類似的方式實現，只是跳頻的頻域單位為一個子信道，時域單位為2或3個符號周期。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2727802.16d/e技術特征(2)n n在調制技術方面，802.16d/e支持的最高階調制方式為64QAM，相對于蜂窩移動通信系統(3GPP HSDPA最高支持16QAM)，802.16d/e更強調在信道條件較好時實現極高的峰值速率。為適應高質量數據通信的要求，802.16d/e選用了塊Turbo碼、卷積Turbo碼等糾錯能力很強但解碼延時較大的信道碼，同時也考慮使用低復雜度、低延時的LDPC碼。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2828802.16d/e適應性調制802.16d/e 可以根據傳輸環(huán)境的好壞自適應的選擇調制方式，從QAM-64到BPSK，QPSK2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報2929802.16d/e技術特征(3)n n在在雙工方式方面雙工方式方面雙工方式方面雙工方式方面，802.16d/e802.16d/e支持支持FDDFDD和和TDDTDD兩兩種方式，其物理層技術基本相同。相對而言，種方式，其物理層技術基本相同。相對而言，3G3G技術中技術中FDDFDD和和TDDTDD模式采用的物理層有較大不同。模式采用的物理層有較大不同。802.16d/e802.16d/e在在5MHz5MHz頻帶上可以實現約頻帶上可以實現約15Mbit/s15Mbit/s的速率，頻譜效率為的速率，頻譜效率為3bit/s/Hz3bit/s/Hz，與，與HSDPAHSDPA相似。相似。但但802.16d/e802.16d/e在固定或低速環(huán)境下可以使用更大在固定或低速環(huán)境下可以使用更大帶寬帶寬(20MHz)(20MHz)，實現高達，實現高達75Mbit/s75Mbit/s的峰值速率，的峰值速率，這是現有蜂窩移動通信系統難以達到的。這充分這是現有蜂窩移動通信系統難以達到的。這充分體現出體現出OFDMOFDM技術在使用更寬頻帶方面的優(yōu)勢。技術在使用更寬頻帶方面的優(yōu)勢。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3030802.16d/e技術特征(4)n n802.16d/e802.16d/e標準支持全標準支持全IPIP網絡層協議，網絡層協議，802.16d/e802.16d/e設設備可以作為一個路由器接入現有的備可以作為一個路由器接入現有的IPIP網絡。但現有網絡。但現有IPIP核心核心網缺乏有效的移動性管理能力。網缺乏有效的移動性管理能力。WiMAXWiMAX論壇已經開始開論壇已經開始開發(fā)網絡層協議，發(fā)網絡層協議，802.16 NetMAN802.16 NetMAN工作組也已開展這方面工作組也已開展這方面的工作。同時，的工作。同時，802.16802.16協議也可以通過一個協議也可以通過一個ATMATM匯聚子匯聚子層將層將ATMATM信元映射到信元映射到802.16d/e MAC802.16d/e MAC層，具備支持層，具備支持3G3G核心網的潛力。也就是說，核心網的潛力。也就是說，WiMAXWiMAX支持和支持和3G3G系統的互通系統的互通和融合。和融合。802.16d/e802.16d/e的的MACMAC層支持多種層支持多種QoSQoS等級以適應等級以適應VoIPVoIP、可視電話、流媒體、在線游戲、瀏覽、下載等不同、可視電話、流媒體、在線游戲、瀏覽、下載等不同的業(yè)務類型，包括主動分配帶寬的業(yè)務類型，包括主動分配帶寬(UGS)(UGS)、實時輪詢、實時輪詢(RtPS)(RtPS)、非實時輪詢、非實時輪詢(NrtPS)(NrtPS)和盡力而為和盡力而為(BE)(BE)，其中最后，其中最后一種為競爭接入的調度機制。一種為競爭接入的調度機制。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3131802.16e在802.16d上的技術改變n n物理層的改進n n對MAC層的改進n n802.16e切換方式n n休眠模式n n空中接口規(guī)范工作進展情況2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3232802.16e對物理層的改進n n對對OFDM/OFDMAOFDM/OFDMA方式的改進方式的改進 802.16d OFDM802.16d OFDM物理層采用物理層采用256256個子載波，個子載波，OFDMAOFDMA物理層采用物理層采用20482048個子載波，信號帶寬從個子載波，信號帶寬從1.251.2520MHz20MHz可變?？勺儭?02.16e802.16e對對OFDMAOFDMA物理層物理層進行了修改，使其可支持進行了修改，使其可支持128128、512512、10241024和和20482048共共4 4種不同的子載波數量，但子載波間隔不種不同的子載波數量，但子載波間隔不變，信號帶寬與子載波數量成正比，這種技術稱變，信號帶寬與子載波數量成正比，這種技術稱為可擴展的為可擴展的OFDMA(Scalable OFDMA)OFDMA(Scalable OFDMA)。采用。采用這種技術，系統可以在移動環(huán)境中靈活適應信道這種技術，系統可以在移動環(huán)境中靈活適應信道帶寬的變化。對帶寬的變化。對OFDMOFDM方式的改進方式的改進 2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3333802.16e對MAC層的改進n n802.16e對MAC層也進行了改進，主要是對于物理層和其它功能的修改增加了相應的消息和消息傳輸機制，并實現了快速自動請求重傳（ARQ）和預留，以實現低時延。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3434802.16e切換方式切換方式n n對切換的支持包括：定義了切換對切換的支持包括：定義了切換(包括軟切換包括軟切換)過程，明確過程，明確了切換的了切換的MACMAC層信令，完善了切換過程中的測距層信令，完善了切換過程中的測距(ranging)(ranging)操作，增加了基于多天線的軟切換功能等。操作，增加了基于多天線的軟切換功能等。n n80280216e16e中采用了終端輔助的切換方式，移動用戶站中采用了終端輔助的切換方式，移動用戶站（MSMS）收集相應的切換信息并將其傳輸給網絡，網絡收）收集相應的切換信息并將其傳輸給網絡，網絡收集相應的信息，進行判決并執(zhí)行切換。有三種類型的切換：集相應的信息，進行判決并執(zhí)行切換。有三種類型的切換：n n1 1）信道間切換：同一基站（）信道間切換：同一基站（BSBS）的不同信道之間的）的不同信道之間的切換，在這種情況下，切換，在這種情況下，BSBS做出切換的判決并執(zhí)行切換；做出切換的判決并執(zhí)行切換；n n2 2）小區(qū)間的軟切換：發(fā)生在兩個同頻的）小區(qū)間的軟切換：發(fā)生在兩個同頻的BSBS間，這時間，這時原原BSBS進行切換判決并執(zhí)行切換；進行切換判決并執(zhí)行切換；n n3 3）小區(qū)間的硬切換：在與原）小區(qū)間的硬切換：在與原BSBS的鏈路完全斷開的情的鏈路完全斷開的情況下，況下，MSMS與新與新BSBS建立連接。在切換過程中新建立連接。在切換過程中新BSBS會通知原會通知原來的來的BSBS。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3535休眠模式休眠模式n n為了減少MS的功率消耗，802.16e中采用了休眠模式。支持休眠模式的MS具有兩種狀態(tài)：清醒狀態(tài)和休眠狀態(tài)。n n在清醒狀態(tài)下，MS能夠正常的接收和發(fā)送數據分組，而在休眠狀態(tài)，它不能發(fā)送和接收分組，甚至可以關機。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3636802.16e空中接口規(guī)范工作進展情況空中接口規(guī)范工作進展情況 對移動終端的支持包括：確定了省電模式，增加了低復雜度、低延時的LDPC信道編碼。為了適應多變的移動信道環(huán)境，增加的功能包括：支持靈活的帶寬使用，增強了HARQ、AMC、智能天線和空時碼的功能，增加了TDD系統的閉環(huán)發(fā)送(close-loop transmission)功能。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3737802.16802.16各協議簡單比較各協議簡單比較2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3838Wimax關鍵技術之一OFDM使用原因：使用原因：n n2 211 GHz11 GHz頻段，必須考慮多徑衰落，而多徑衰落會引頻段，必須考慮多徑衰落，而多徑衰落會引起符號間干擾起符號間干擾(ISI)(ISI)。克服符號間干擾的措施一般采用自。克服符號間干擾的措施一般采用自適應均衡器，但隨著數據傳輸速率的提高，為了克服適應均衡器，但隨著數據傳輸速率的提高，為了克服ISIISI，往往要求均衡器的抽頭數很大，均衡器的復雜性大大增，往往要求均衡器的抽頭數很大，均衡器的復雜性大大增加。加。n n例如，一個例如，一個200 kb/s200 kb/s的的QPSKQPSK系統，符號周期為系統，符號周期為10 us10 us。如果多徑信道的時延拓展為如果多徑信道的時延拓展為20 us20 us，則相應地，則相應地N N 20/1020/102 2個符號，這時的均衡器不太復雜，比較容易實現。但個符號，這時的均衡器不太復雜，比較容易實現。但是如果數據傳輸速率增加是如果數據傳輸速率增加4040倍，即倍，即8 Mb/s8 Mb/s，則，則N N 等于等于8080個符號，相應均衡器的復雜度要增加個符號，相應均衡器的復雜度要增加1 6001 600倍倍(考慮考慮N 2N 2趨趨向無窮大向無窮大)，這大大超出了當前器件的處理能力。因此在，這大大超出了當前器件的處理能力。因此在寬帶無線系統中，應考慮采用其他的技術來克服寬帶無線系統中，應考慮采用其他的技術來克服ISIISI。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報3939OFDM介紹n nOFDMOFDM實際是一種多載波數字調制技術。實際是一種多載波數字調制技術。OFDMOFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基本振蕩頻率的整數倍，正交指各個載波的信號頻本振蕩頻率的整數倍，正交指各個載波的信號頻譜是正交的。譜是正交的。n n正交頻分復用（正交頻分復用（OFDMOFDM）技術的基本思想就是在）技術的基本思想就是在頻域內將所給信道分成許多正交子信道，在每一頻域內將所給信道分成許多正交子信道，在每一個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道并非平坦的，載波并行傳輸，這樣，盡管總的信道并非平坦的，也就是說，具有頻率選擇性，但是每個子信道是也就是說，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，并且在每個信道上進行的是窄帶傳相對平坦的，并且在每個信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此可以大輸，信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此可以大大消除符號間干擾。大消除符號間干擾。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4040OFDM技術優(yōu)點n nOFDMOFDM系統比傳統系統比傳統FDMFDM系統要求的帶寬要小得多。由于系統要求的帶寬要小得多。由于OFDMOFDM使用無干擾正交載波技術，單個載波間無需保護頻使用無干擾正交載波技術，單個載波間無需保護頻帶，這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，帶，這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，OFDMOFDM技技術可動態(tài)分配在子信道中的數據，為獲得最大的數據吞吐術可動態(tài)分配在子信道中的數據，為獲得最大的數據吞吐量，多載波調制器可以智能地分配更多的數據到噪聲小的量，多載波調制器可以智能地分配更多的數據到噪聲小的子信道上。子信道上。n n通過各個子載波的聯合編碼，通過各個子載波的聯合編碼，OFDMOFDM具有很強的抗衰落能具有很強的抗衰落能力，同時也有很強的抗窄帶干擾能力，因為這些干擾僅僅力，同時也有很強的抗窄帶干擾能力，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。影響到很小一部分的子信道。OFDMOFDM系統可以有效地抗信系統可以有效地抗信號波形間干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數據號波形間干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數據傳輸。傳輸。OFDMOFDM信道利用率高，這點在頻譜資源有限的無線信道利用率高，這點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤其重要。環(huán)境中尤其重要。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4141OFDM原理n n實現OFDM，需要利用一組正交的信號作為子載波。再以碼元周期為T的不歸零方波作為基帶碼型，經調制器調制后送入信道傳輸。n n要發(fā)送的串行二進制數據經過數據編碼器形成了M個復數序列，此復數序列經過串并變換器變換后得到碼元周期為T的M路并行碼，碼型選用不歸零方波。用這M路并行碼調制M個子載波來實現頻分復用。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4242OFDM原理圖2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4343實際使用的OFDM技術原理(1)發(fā)送端n n用戶信號以串行的方式輸入發(fā)送器。這些碼字先被送入一個并用戶信號以串行的方式輸入發(fā)送器。這些碼字先被送入一個并/串變串變換器中。換器中。n n該該OFDMOFDM碼隨后被送入一個進行快速傅立葉逆變換的模塊，進行快速碼隨后被送入一個進行快速傅立葉逆變換的模塊，進行快速傅立葉逆變換。快速傅立葉逆變換可以把頻域離散的數據轉化為時域傅立葉逆變換?？焖俑盗⑷~逆變換可以把頻域離散的數據轉化為時域離散的數據。由此，用戶的原始輸入數據就被離散的數據。由此，用戶的原始輸入數據就被OFDMOFDM按照頻域數據進按照頻域數據進行了處理。計算出快速傅立葉逆變換樣值之后，一個循環(huán)前綴被加到行了處理。計算出快速傅立葉逆變換樣值之后，一個循環(huán)前綴被加到了樣值前，形成一個循環(huán)拓展的了樣值前，形成一個循環(huán)拓展的OFDMOFDM信息碼字。信息碼字。n n循環(huán)拓展信息碼的樣值再次通過一個并循環(huán)拓展信息碼的樣值再次通過一個并/串轉換器模塊。然后按照串串轉換器模塊。然后按照串行的方式通過信道（經過適當的濾波和調制）。在傳輸過程中，信道行的方式通過信道（經過適當的濾波和調制）。在傳輸過程中，信道的沖擊響應對時域信號造成了干擾。由于循環(huán)前綴使所傳輸的的沖擊響應對時域信號造成了干擾。由于循環(huán)前綴使所傳輸的OFDMOFDM信號表現出周期性，這種卷積就成了一種圓周卷積。根據離散時間線信號表現出周期性，這種卷積就成了一種圓周卷積。根據離散時間線性系統原理，這種圓周卷積就相當于性系統原理，這種圓周卷積就相當于OFDMOFDM信號的頻率響應和信道頻信號的頻率響應和信道頻率響應的乘積。率響應的乘積。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4444實際使用的OFDM技術原理(2)接收端n n接收器完成與發(fā)送器相反的操作。接收器收到的信號是時域信號。由接收器完成與發(fā)送器相反的操作。接收器收到的信號是時域信號。由于無線信道的影響發(fā)生了一定的變化，接收到的信號經過一個串行于無線信道的影響發(fā)生了一定的變化，接收到的信號經過一個串行并行的轉換器，并且把循環(huán)前綴清除掉。并行的轉換器，并且把循環(huán)前綴清除掉。n n清除循環(huán)前綴并沒有刪掉任何信息。循環(huán)前綴中的信息是冗余的。使清除循環(huán)前綴并沒有刪掉任何信息。循環(huán)前綴中的信息是冗余的。使用循環(huán)前綴是為了保證前面提到的卷積特性的成立。用循環(huán)前綴是為了保證前面提到的卷積特性的成立。n n循環(huán)前綴的另外一個好處是可以消除碼間干擾。我們要求循環(huán)前綴的循環(huán)前綴的另外一個好處是可以消除碼間干擾。我們要求循環(huán)前綴的值比信道內存更大一些。多徑信號引起先發(fā)信息碼字的滯后到達而影值比信道內存更大一些。多徑信號引起先發(fā)信息碼字的滯后到達而影響當前信息碼字，從而產生碼間干擾。但是，事實上，碼間干擾僅僅響當前信息碼字，從而產生碼間干擾。但是，事實上，碼間干擾僅僅會干擾當前信息碼的循環(huán)前綴。因此，使用適當大小的循環(huán)前綴就能會干擾當前信息碼的循環(huán)前綴。因此，使用適當大小的循環(huán)前綴就能夠使夠使OFDMOFDM技術消除碼間干擾。技術消除碼間干擾。n n在清除了循環(huán)前綴之后，信號將會經過一個快速傅立葉變換模塊，把在清除了循環(huán)前綴之后，信號將會經過一個快速傅立葉變換模塊，把信號從時域轉變回頻域。信號經過一個并行串行轉換模塊進行并串信號從時域轉變回頻域。信號經過一個并行串行轉換模塊進行并串變換，就完成了對原始變換，就完成了對原始OFDMOFDM信號的接收。信號的接收。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4545用離散傅立葉變換實現OFDM的調制器/解調器示意圖2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4646Wimax與3G的對比(1)802.16e 802.16e 技術和技術和3G3G技術，首先由于定位不同，技術，首先由于定位不同，兩者存在很大差異，表現在：兩者存在很大差異，表現在：n n從標準化程度上看從標準化程度上看802.16e802.16e僅定義了空中接口的物理層和僅定義了空中接口的物理層和MACMAC層。層。在在MACMAC層之上采用的協議以及核心網部分不在層之上采用的協議以及核心網部分不在802.16e802.16e所包含的范圍之內。所包含的范圍之內。802.16e802.16e的空中的空中接口標準化工作已于近期完成。接口標準化工作已于近期完成。3G3G技術作為一技術作為一個完整的網絡，空中接口規(guī)范、核心網系列規(guī)個完整的網絡，空中接口規(guī)范、核心網系列規(guī)范以及業(yè)務規(guī)范等都已經完成了標準化工作，范以及業(yè)務規(guī)范等都已經完成了標準化工作，涉及無線傳輸、移動性管理、業(yè)務應用、用戶涉及無線傳輸、移動性管理、業(yè)務應用、用戶號碼管理等內容。號碼管理等內容。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4747Wimax與3G的對比(2)n n從業(yè)務能力上看從業(yè)務能力上看802.16e802.16e提供的主要是具有一定移動特性的寬帶數據業(yè)務，提供的主要是具有一定移動特性的寬帶數據業(yè)務，面向的用戶主要是筆記本終端和面向的用戶主要是筆記本終端和802.16e802.16e終端持有者。終端持有者。802.16e802.16e接入接入IPIP核心網，也可以提供核心網，也可以提供VoIPVoIP業(yè)務。業(yè)務。3G3G從設從設計最初就是為話音業(yè)務和數據業(yè)務共同設計的，對于話音計最初就是為話音業(yè)務和數據業(yè)務共同設計的，對于話音業(yè)務，核心網絡仍采用電路交換方式實現，業(yè)務，核心網絡仍采用電路交換方式實現，QoSQoS有較高的有較高的保障。保障。802.16e802.16e犧牲了移動性換取了數據傳輸能力的提高，犧牲了移動性換取了數據傳輸能力的提高，它的數據帶寬優(yōu)于它的數據帶寬優(yōu)于3G3G系統。但是系統。但是3G3G的數據能力也在不斷的數據能力也在不斷提高，提高，3G3G增強型如增強型如HSDPAHSDPA，已經可以實現，已經可以實現10Mbit/s10Mbit/s的接的接入速率。按照入速率。按照ITUITU的定義，的定義，3G3G增強型最終目標可以達到增強型最終目標可以達到30Mbit/s30Mbit/s。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4848Wimax與3G的對比(3)n n從覆蓋范圍上看802.16e為了獲得較高的數據接入帶寬(30Mbit/s)，必然要犧牲覆蓋和移動性，因此802.16e在相當長的時間內將主要解決熱點覆蓋，網絡可以提供部分的移動性，主要應用會集中在游牧或低速移動狀態(tài)下的數據接入。3G則是無處不在的網絡，覆蓋是連續(xù)的，用戶可以實現不間斷的通信。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報4949Wimax與3G的對比(4)n n從無線頻譜資源上看3G擁有全球統一的頻譜資源，而802.16e則正在試圖尋找26GHZ之間的頻率資源，各個國家目前可用的頻率都不一致。因此，802.16e最終獲得足夠的全球統一頻率存在一定難度。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報5050Wimax與3G的對比(5)n n從以上各個角度的分析可以看出，雖然802.16e在數據能力上要優(yōu)于3G，但是從標準化、全球統一頻譜、技術特性等多角度考慮，802.16e距離真正商用還有很長的路要走，而且在相當長的時間內主要解決熱點覆蓋，解決部分移動性。它的應用將在3G之后。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報5151Wimax發(fā)展前瞻(1)需要解決的問題：需要解決的問題：n n全球頻譜可用性：全球頻譜可用性：固定固定WiMAXWiMAX產品將使用指定的產品將使用指定的3.5GHz3.5GHz、2.5GHz2.5GHz和和5.8GHz5.8GHz頻譜。這些頻段在世界上的很頻譜。這些頻段在世界上的很多地區(qū)已經被分配多地區(qū)已經被分配雖然部分增長中的市場雖然部分增長中的市場（如印度）仍然需要進行新的分配。（如印度）仍然需要進行新的分配。n n 全球需求和法規(guī)要求的協調：全球需求和法規(guī)要求的協調：WiMAXWiMAX市場的增長總會存在地域上的差別。市場的增長總會存在地域上的差別。WiMAXWiMAX論壇必須了解每一市場的細微差別，并幫論壇必須了解每一市場的細微差別，并幫助擁有不同利益的很多不同的地方、國家和地區(qū)助擁有不同利益的很多不同的地方、國家和地區(qū)組織在制訂相關法規(guī)時進行協調。組織在制訂相關法規(guī)時進行協調。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 階段性研究匯報階段性研究匯報5252Wimax發(fā)展前瞻(