3GWiMAX无线工程技术的研究与仿真毕业论文

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1、 本科生毕业论文（设计） 题 目 3G-WiMAX无线工程技术的研究与仿真 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　

2、 　　日　 期：　　 　 　　  指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  学位论文原创性声明 本人郑重声明：所

3、呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描

4、等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等）

5、，文科类论文正文字数不少于1.2万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文

6、、译文原文（复印件）次序装订 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及

7、格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2

8、、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规

9、范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中

10、 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及

11、格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观

12、念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 目录 目录 II 摘要 IV ABSTRACT V 第一章 绪论 1 1.

13、1研究背景 1 1.2研究现状 1 1.2.1 WiMAX的由来 1 1.2.2 WiMAX发展现状 2 1.3论文结构 3 第二章 WIMAX技术及分析 4 2.1 WiMAX的关键技术 4 2.1.1 WiMAX的物理技术特点 4 2.1.2 WiMAX物理层调制模式 5 2.2 几种无线宽带技术的介绍及分析 6 2.2.1 WiFi技术介绍 6 2.2.2 MESH-WiFi技术介绍 7 2.2.3 WiMAX技术与其他两种技术比较 8 第三章 模拟搭建WIMAX组网模型 10 3.1 WiMAX的组网技术 10 3.1.1频率复用 10 3.1.2认证计

14、费 11 3.1.3 移动性管理 11 3.2 WiMAX的组网方案 11 3.2.1 应用模式的选择 12 3.2.2 无线信道模型选择 15 3.2.3 覆盖规划 18 3.2.4 设备介绍及调试 23 3.3 本章内容小结 25 第四章 WIMAX技术仿真 27 4.1网络仿真方法与流程 27 4.1.1准备阶段 27 4.1.2模型设计阶段 27 4.1.3网络仿真阶段 28 4.1.4仿真结果分析阶段 28 4.2软件选择及介绍 28 4.2.1仿真软件选择 28 4.2.2仿真软件OPNET介绍 29 4.3 基于OPNET的WiMAX网络仿真 3

15、0 4.3.1工程仿真 30 4.3.2 仿真结果及分析 32 第五章 总结 36 5.1工作总结 36 5.2 展望 36 致谢 38 参考文献 39 摘要 近年来，无线宽带技术蓬勃发展。随着技术的进步，无线宽带网的建设也开始进入高速发展阶段。许多国家均在政府支持和电信制造商、运营商的积极投入下，研究和建设各种不同类型的无线宽带网络。这当中，基于WiMAX技术的无线宽带网由于传输速度快、覆盖范围广、抗扰能力强、灵活易部署的优点成为该领域研究的热点。 本文

16、中第一章明确了WiMAX概念和它的发展现状；第二章介绍了WiMAX的关键技术，并通过对比WiMAX、MESH-WiFi和WiFi得出了WiMAX优势；第三章是介绍WiMAX组网要点，结合中南大学实际情况提出一系列具体方案；第四章是基于OPNET软件,对WiMAX工程技术进行仿真，完成了中南大学校园无线接入的仿真模型，并对得出的结果进行简单分析；第五章是对全文进行总结，展望了WiMAX技术在下一步可以进行的工作和改进。 关键词：WiMAX，无线宽带技术，OPNET仿真软件，IEEE 标准 ABSTRACT

17、The wireless broadband technology has developed energetically in recent years.With the progress of technology,wireless broadband net construction is going into high speed development.Many countries are constructing diffe -rent types of wireless broadband net based on government support,telecom opera

18、tors and manufacturers getting into the market.Because of its high speed transmission,wide cover range, good capacity of resisting disturbance,flexi -ble disposition,the wireless broadband net based on WiMAX became a hot spot in the studying field. Chapter one introduced the concept and development

19、 status of WiMAX. Then followed by Chapter two,the introduction of key technologies for WiMAX by comparing the advantages and disadvantages with other wireless broadband access techniques such as WiFi and MESH WiFi. Chapter three specified the WiMAX network main elements.Combined with the actual sit

20、uation in Central South University I put forward a series of specific programs. In Chapter four,I finished the simulation model of CSU campus wireless access based on the OPNET software and WiMax simulation engineering technology, and draw a simple analysis of the structure.Chapter five summerized t

21、he whole paper, and set forth the development and improve of WiMax technology in the future. Key Words: WiMAX, Wireless broadband technology, OPNET, IEEE standards X 3G-WiMAX无线工程技术的研究与仿真　　　　　　　　　　　　　　　　　 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1研究背景 随着个人通信需求的迅猛增长，人们对通信业务的接入能力及服务水平提出了

22、更高的要求，促使网络由低速向高速、由窄带向宽带、由有线到无线方向迅猛发展。今年中国3个3G牌照的发放，使得中国通信业进入下一个蓬勃发展的阶段。3G无线蜂窝系统的提出带给人们更大的系统容量和高速率、多速率数据传输。提供除语音和数据之外的高达2 Mbitps的高质量活动图像。3G无线蜂窝系统的目标则是提供比目前2G/3G无线蜂窝系统更高的传输速率。能够提供多种数据业务，如交互多媒体业务，基于IP的语音业务，网络游戏和视频会议等等。 另外无线宽带网也引起了业界的广泛关注，该网络采用了点对多点的网络结构，支持语音、数据以及视频业务。凭借其建设速度快、运营成本低、扩展能力强，灵活性高等特点，无线宽带网

23、逐渐受到运营商的青睐。作为无线宽带接入网技术的排头兵，WiFi从诞生伊始就引起了不小的轰动，其应用范围也越来越广。然而，最近几年WiMAX技术又在该领域内掀起了一股热潮，众多设备商和运营商纷纷投入其中，也成立了类似WiFi的WiMAX联盟推广该项技术。经过这几年的快速发展，WiMAX技术渐渐走向成熟，并且已经成为3G四个标准之一。与WiFi 技术相比，WiMAX技术具有覆盖范围大、传输速率高、部署速度快等优点。2006年，世界上已经有八个国家将WiMAX投入商用。正因为有如此重要的现实意义，基于WiMAX的无线宽带网组网技术已经成为当前通信领域的一个研究热点。 于正在蓬勃发展的中国信息产业而

24、言，WiMAX技术的出现与发展是机遇与挑战并存，如何充分发挥WiMAX的特点，并结合中国由于无线网络的现状，更好地发挥自身的优势，为用户提供更加便捷和优质的服务，创造新的业务增长点，同时如何尽量减少WiMAX技术对中国现有和将来的无线网络及相应电信业务的冲击，其意义格外重要。 1.2研究现状 1.2.1 WiMAX的由来 WiMAX的全名是微波接入全球互操作性认证(Worldwide Interoperabiliy tfor Microwave Access)[1]。它是一种新兴的无线城域网技术，是一种具有更高速率、更大覆盖率以及具有移动性的无线宽带接入方式，能够为用户提供上百兆的传

25、输速率。WiMAX一词来源于WiMAX论坛。WiMAX论坛是在IEEE工作组发布802.16系列标准后，由业界领先的运营商、通信部件和设备公司于2001年6月成立的非营利性组织，它旨在推进IEEE802.16系列标准和基于该标准的设备间的兼容性和互操作性。该论坛对于无线城域网的作用与WiFi联盟在推进IEEE 802.11系列标准过程中对无线局域网起到的作用类似。正因于此，如同WiFi是IEEE802.11的同义词一样，WiMAX也成为了IEEE802.16的代名词，本文也将IEEE802.11的同义词一样，WiMAX也成为了IEEE802.16的代名词，本文也将以它作为802.16的代名词。

26、WiMAX技术可以替代现有的有线和DSL连接方式， 来提供最后一公里的无线宽带接入。它可以提供固定、便携、移动三种形式的无线宽带连接，并最终达到能够在不需要直接视距基站的情况下提供移动无线宽带连接[2]。因此在不到六年的时间里，WiMAX从默默无闻变为全球瞩目，关于这项技术的研究成为通信领域的热点。现在WiMAX论坛成员超过350家公司，包括了英特尔、诺基亚、英国电信、朗讯、西门子和三星等知名企业，我国的华为、中兴等公司也是WiMAX论坛中的重要成员。 1.2.2 WiMAX发展现状 在众多的宽带无线接入(BWA，Broadband Wireless Access)技术中，

27、WiMAX以其独具优势的高速接入能力成为了业界追捧的宠儿。高数据率、高移动性，宽带实现全球覆盖、实现对等的文件传输和其他应用，同时我们可以利用这种宽带技术来实现其他多种多样的应用。另外一点在设计网络的时候，使用的方式是宽带的接入，各种各样的用户都可以同时进行接入。正是由于这些优势使得WiMAX引起整个业界的关注。 IEEE802.16工作组是为制定无线城域网(Wireless MAN)标准成立的，该工作组自1999年成立后，主要负责开发工作在2-66 GHz频带的无线接入系统空中接口物理层 (PHY)和媒质接入控制层 (MAC)规范，同时还开发与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系

28、统之间共存的规范，涉及 MMDS(Microwave Multipoint Distribution Systems,微波多点业务分布系统)、LMDS(Local Multipoint Distribution Systems，本地多点业务分布系统)等技术[3]。它由三个工作小组组成，每个工作小组分别负责不同的方向：IEEE802.16.1负责制定频率为10-66GHz的无线接口标准；IEEE802.16.2负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准； IEEE802.16.3负责制定频率在2GHz-1OGHz之间获得频率使用许可权可应用的无线接口标准。 以下是IEEE802.16工作

29、组制定的几个标准[1] [2] [5]： （1）IEEE802.16:固定宽带无线接入系统空中接口标准，应用于 1O GHz-66 GHz视距传输，2001年12月发布。 （2）IEEE802.16a:固定宽带无线接入系统空中接口标准，应用于2 GHz-11 GHz非视距传输，2003年1月发布。 （3）IEEE802.16d:固定宽带无线接入系统空中接口标准 (2 GHz-66 GHz), 主要是对802.16/802.16a的修订。2004年6月在IEEE802委员会获得通过，以 802.16-2004名称发布。IEEE802.16d可以应用于2 GHz-lO GHz非视距 (N

30、LOS) 传输和1O GHz-66 GHz视距 (LOS)传输。 （4）IEEE802.16e:支持固定和移动性的宽带无线接入空中接口标准，工作在2 GHz-6 GHz适用于移动性的许可频段，可支持用户站以车辆速度移动，已经于2005年12月完成，以802.16e-2005名称发布。802.16e的目标是能够向上兼容802.16d，因此它的标准化工作基本上是在802.16d的基础上进行的。802.16e目前定位的目标速率为车速，一般可以支持120 km/h的移动速度。802.16e目标带宽可以高达70 Mb/s.该标准还规定了支持基站或扇区间高层切换的功能。 表1.1 IEEE802

31、.16工作组制定的几个标准的比较 标准 802.16 802.16a 802.16d 802.16e 发布时间 2001年12月 2003年1月 2004年6月 2005年12月 使用频段 10 GHz-66 GHz 2 GHz-11 GHz 2 GHz-66 GHz 2 GHz-6 GHz 信道条件 视距 非视距 视距+非视距 视距+非视距 固定/移动 固定 固定 固定 固定+移动 覆盖的技术 领域 固定宽带无线接入系统空中接口标准 固定宽带无线接入系统空中接口标准 固定宽带无线接入系统空中接口标准 支持固定和移动性宽带无线接入系

32、统空中接口标准 信道带宽 25/28 MHz 1.25-20 MHz 1.25-20 MHz 1.25-20 MHz 传输速率 32-134 Mbps (以29MHz为载波带宽) 在20MHz信道上提供约75Mbps的速率 在20MHz信道上提供约75Mbps的速率 在5MHz信道上提供约20Mbps的速率 1.3论文结构 本文先是介绍了WiMAX的基本情况，比如说是研究背景，WiMAX的发展现状等相关内容。第二章主要是介绍WiMAX的关键技术，再介绍与WiMAX相关的几种技术比如说WiFi和MESH-WiFi，再比较它们的相同点和不同点。第三章主要是介绍的是WiMA

33、X的组网技术，再结合中南大学铁道校区的实际情况给出一个工程方案。第四章主要是运用通信仿真软件OPNET的对WiMAX进行工程仿真，得出结果后进行相关分析。第五章是总结内容，得出WiMAX工程技术优势。（和摘要重复了,是不是另外写或不要此段内容） 40 3G-WiMAX无线工程技术的研究与仿真　　　　　　　　　　　　　　第二章 WiMAX技术及分析 第二章 WiMAX技术及分析 2.1 WiMAX的关键技术 2.1.1 WiMAX的物理技术特点 物理层的主要工作是对原始数据进行调制/解调，编码/解码，使之变成适合无线链路传输的数据。物理层由传输汇聚子层 (TCL)和物理媒质依赖子层(

34、PMD)组成，通常说的物理层主要是指PMD。 目前最通用的IEEE 802.16d(802.16-2004)标准的工作频段定义分为两段：2 GHz-11GHz(用于非视距传输)和1O GHz-66 GHz(用于视距传输)。802.16e　(802.16e-2005)标准为了确保移动性，工作频段定义为2-6 GHz。WiMAX组织正在各个国家寻求较低的频段。根据各个国家频率规划的不同，目前WiMAX选定了首先对工作于2.4 GHz频段、3.5 GHz频段、5.8 GHz频段这三个频段的 802.16d设备进行一致性和互操作性测试，现已完成并商业化。选择这几个频段先做侧试是因为2.4

35、GHz、3.5 GHz、5.8 GHz是运营商比较愿意采纳的频段。其中按照国际惯例，2.4 GHz和5.8 GHz是免授权频段;而3.5GHz是需要授权的。 WiMAX系统支持TDD(时分双工)和FDD(频分双工)两种复用技术，在IEEE802.16d中，还规定了用户站可以采用半双工频分双工 (H-FDD)方式，这样就降低了终端收发器的要求，从而降低了终端成本。为了更好地使用带宽，两种模式下都采用突发(Burst)格式发送，支持自适应的突发业务数据。在每一帧中，基站和各个客户端可以根据需要灵活地改变突发的类型，从而选取适当的发射参数，如调制方式、编码类型等。 WiMAX能够提供

36、高于3 bit/second/Hz的数据传输速率，IEEE802.16并未规定具体的载波带宽，系统可以采用从1.25MHz-20MHz之间的带宽。考虑各个国家己有固定无线接入系统的载波带宽划分且各自不统一，IEEE802.16d规定了几个系列:1.25 MHz的倍数,1.75 MHz的倍数。1.25 MHz系列包括1.25/2.515/10/20 MHz等:1.75 MHz系列包括1.75/3.5/7/14 MHz等。对于10-66 GHz的非视距固定无线接入系统，还可以采用28 MHz载波带宽，提供更高的接入速率。 WiMAX采用自适应调制、编码技术，支持BPSK、QPSK、16

37、QAM和64QAM多种调制技术。在信道编码纠错方面，IEEE802.16d采用了截短的RS编码和卷积码级连的纠错编码，并且还支持分组Turbo码、卷积Turbo码。它可以根据不同的调制方式和纠错编码方法组合成多种发送方案，系统可以根据信道状况的好坏以及传输的需求，选择一个合适的传输方案。信道质量好的时候，选择传输速率比较高的调制方式；反之，则选择抗干扰能力比较强但是传输速率比较低的调制方式。比如说，当信道状态差时，可以选择例如QPSK低阶的调制方式，当信道状况好时，可以选择例如64QAM高阶的调制方式。自适应调制给无线传输系统带来了很好的抗衰落性能。 为了增加系统容量、扩大履盖范围

38、以及提高系统的可靠性，IEEE802.16d支持多种多天线技术比如空时编码(Space-Time Coding,STC)，自适应天线系统(Adaptive Antenna System,AAS)和多输入多输出(Multiple-Input Multiple- Output,MIMO)系统。MIMO技术就是在BS(Base Station，基站)和SS(Subscriber Station，用户站)端使用多根天线，能够大幅度的增加信道的容量、覆盖范围和频谱的利用率。AAS可以描述为一种波束成形技术。BS使用天线阵列增加目标 SS的增益，同时减少其他SS或者干扰源的干扰。AAS技术使用SDMA方法

39、，得空间上分开的多个SS能在同一时间使用相同子信道。通过使用波束成形，BS能够将信号导向到不同SS，也能区分同一时刻来自不同SS的信号。 STC和MIMO属于同一类技术，在发送端不需要知道信道信息，而AAS在发送端需要知道信道信息。广义上来说，STC使用多根天线发送、单根天线接收，应该也属于MIMO技术中的一种。 使用多天线技术会带来以下几个优点： Ø阵列增益：使用多天线后增加了信号的相干性，从而获得了阵列增益； Ø分集增益：这是通过利用多径来获得的，当任何一径性能变坏时，就不会影响系统的性能。在无线衰落信道里，这个可以增加接收信号强度的稳定性从而提

40、高性能。分集增益可以在空间(天线)、时域 (时间)或者频域 (频率)各个维度上获得； Ø共信道干扰消除(CCIR)：通过干扰的不同信道响应，从而消除共信道的干扰信号。 多天线技术和OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术结合使用能够大幅度地提高覆盖范围和容量。 2.1.2 WiMAX物理层调制模式 最早发布的IEEE802.16标准中使用单载波(Single-Carrier,SC)调制模式，因此将其称为“WirelessMAN-SC”。而后续颁布的802.16a和802.16d标准除了

41、支持单载波方式外，还增加了以下三种载波调制方式：(1)改进型单载波方式：基于WirelessMAN-SＣ单载波方式，但工作在支持非视距传输的11GHz以下频段，称为“WirelessMAN-Sca”；(2)256载波正交频分多路复用(OFDM)方式: 这种方式采用频率上等间隔的256个正交子载波进行调制，充分发挥了OFDM技术的优势，具有抗多径衰落、抗时延扩展的能力，可满足大部分应用需求，称为”“Wireless MAN-OFDM”；(3)2048载波正交频分多址接入(OFDMA)方式: 这种方式引入频域多址接入，将频带划分为多个子信道，各子信道之间依次正交排列并根据信道特性分配给不同用户，实

42、现多用户信号传输复用和接入，可支持某些特定的多对象通信应用，称为“Wireless MAN-OFDMA”。 WiMAX的主要优点如传输速率快，抗干扰能力强都是因为采取了OFDM技术[８]。 正交频分复用(OFDM)实际上是一种多载波数字调制技术。正交是指各个载波的信号频谱是正交的，OFDM全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个基本振荡频率的整数倍。 OFDM技术的基本思想就是在频域内将所给信道分成许多正交子信道，在每一个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样尽管总的信道并非平坦的，也就是说，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个信道上进行的是窄带传

43、输，信号带宽小于信道的相关带宽，因此可以大大消除符号间干扰。 OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址）和OFDM的最根本的区别在于前者在上行和下行均支持子信道化，后者仅在上行方向支持子信道化。 OFDM和OFDMA频谱利用率高，而且在抵抗多径效应、频率选择性衰落和窄带干扰上具有明显的优势。但是与单载波相比，OFDM和OFDMA技术也有缺点，最主要的是它对载波频率偏移比较敏感，相对于子载波间隔来说很小的载波频偏就会引起系统性能的大幅下降。 2.2 几种无线宽带技术的介绍及分析 到目前为止，世界

44、上的无线城市建设所采用的技术主要有三种，分别是WiFi、MESH-WiFi以及WiMAX。这三种技术有着不同的技术特点，适用的范围也不尽相同。 2.2.1 WiFi技术介绍 IEEE802.11标准在1997年由IEEE 802.112作组提出，该标准提供了三个物理层规范，包括2.4GHz ISM免费频段中的红外线、1-2Mbps跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum,FHSS)和1-2 Mbps直接序列扩频技术(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)，主要用来解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入

45、，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2 Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE 于 1999年又新推出了两个版本的无线网络标准，IEEE 802.11a和IEEE 802.llb。除原IEEE 802.11的内容之外，增加了基于SNMP协议的管理信息库(MIB)以取代原OSI协议的管理信息库，同时也扩展了网络的传输速度。 IEEE 802.11b使用开放的2.4 GHz频率，采用直接序列扩频和补偿编码键控 (Complementary CodeKeying,CCK)的调制方式，室内传输距离可以支持100m, 传输速率可以达到11 Mbps，可以兼

46、容802.11。 IEEE 802.11a工作频段为5GHz频段，物理层也采用OFDM技术，大大提升无线局域网的速度和整体信号质量，传输速率可达54 Mbps。由于802.11a技术具有数据传输速率高，抗千扰能力强的优点，能满足高密度数据传输用户的需要。 由于IEEE 802.11a和IEEE 802.11b标准之间互不兼容，为了解决这个问题， IEEE又于2001年11月发布了IEEE802.１1g协议，工作频段为2.4GHz,规定的调制方法有两种，包括802.11a中采用的OFDM与802.11b中采用的CCK。通过规定两种调制方式，既达到了用2.4GHz频段实现I

47、EEE802.lla水平的数据传输速度，也确保了和IEEE802.11b产品的兼容，工作距离为80-100米 (室内)，所以现在市场上大多数无线网卡都支持IEEE 802.11g。 2.2.2 MESH-WiFi技术介绍 无线网络技术发展日新月异，各种新技术层出不穷，而MESH-WiFi就是基于IEEE 802.11技术发展而来的，它的全名是Wireless Mesh Network，又称无线网状网。无线网状网引入了对等网状拓扑的概念，可实现节点之间的无线通信，核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号。这个概念解决了当今面临的许多部署问题，比如进行广泛的以太网布线，支持新的

48、部署模式等。传统的WLAN一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题由此迎刃而解。无线网状网技术的出现，代 表着无线网络技术的又一大跨越，有极为广阔的应用前景。 无线网状网(WMN)由网状路由器节点和客户机节点组成，其中的网状路由器节点组成了无线网状网的网络骨干，其移动性很小。它们一起为无线网状网和其它常规无线网络的客户机节点提供网络的无线接入。WMN技术结合了中心式控制的蜂窝网与分布式控制的无线自组织网(Adhoc)的优点，可有效克服这两种技术的缺陷并显著提高无线网络的性能，已经成为下一代无线通信网络的研究热点之一。WMN可为无线个域网、局域网、校园网、城域网的一系列应用提供高速无线宽带接入

49、服务。 无线网状网也称为“多跳 (multi-hop)”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。在传统的WLAN中，每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的AP，这种网络结构被称为单跳网络。而在无线网状网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于:如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到

50、与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。 与传统的交换式网络相比，无线网状网去掉了节点之间的布线需求，但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。在无线网状网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径。 2.2.3 WiMAX技术与其他两种技术比较 WiMAX与WiFi最大的区别是覆盖半径的长短[7]。WiMAX的基站覆盖半径可达到6000m到8000m，与之相比的是WiFi覆盖的半径只有

51、50m到100m，可见WiMAX的覆盖范围更广。WiFi在MAC层采用的是CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)协议，比较适合突发性较大的业务如数据业务，可以提供较短的响应时间，但也使得WiFi不能象WMAX那样具备带宽动态分配的能力，而且如果一个WLAN内有一个传输速率较慢的客户端，会使整个局域网的传输效率明显下降。从系统容量上看，WMAX也有显著的优势，一个WMAX基站可以同时接入数百个用户站。同时，WiMAX可为同一用户站提供多个业务流的传输能力。 MESH-WiFi（无线网状物）与WiMAX相比，多了AP接入和覆盖半径的差别。MESH-WiFi网络中AP相当于路由功能，但在Wi

52、MAX中已经不需要AP，也是因为WiMAX得覆盖范围更广，不需要AP作为中继功能。MESH-WiFi因为是基于802.11的无线网状物，所以拥有着WiFi相对的功能结构。 总之,与 WiFi、MESH-WiFi相比，WiMAX具有覆盖范围更宽、频段适应面更广、 伸缩性更强、QoS和安全性能更高等技术优势。WiFi、MESH-WiFI是基于无线局域网 (WLAN)标准 ,主要用于室内、办公室或热点地区的近距离分布式的 Internet / Intranet接入；WiMAX是基于无线城域网 (WMAN)标准 ,主要用于固定和低速移动下的高速数据接入服务。 表2.1 WiMAX、WIFI、

53、MESH-WIFI的比较 WiMAX WiFi MESH-WiFI 典型覆盖距离（km） 30-50（视距） 4 -10（非视距） 01 01 最大下行速率（Mbit/s） 75 54 108 最大上行速率（Mbit/s） 75 54 3 可扩张性 强 中等 中等 支持QoS 是 否 否 安全性 强 弱 弱 成本 逐步降低 中等 中等 建设周期 短 中等 中等 从表 2.1中可以看出 ,WiMAX较理想的非视距传输特性、灵活的部署与配置伸缩性、优秀的 QoS服务质量和强大的安全性都使其成为无线城域网络理想的接入方

54、式。但是未来WiMAX与其他无线网络技术很有可能是共存于市场，因为他们市场定位就不一样，就如同今天移动通信的GSM和CDMA制式共存一样。 3G-WiMAX无线工程技术的研究与仿真　　　　　　　　　　　第三章 模拟搭建WiMAX组网模型 第三章 模拟搭建WiMAX组网模型 3.1 WiMAX的组网技术 参用通用的无线通信体系结构，WiMAX网络参考架构可以分成终端、接入网和核心网3个部分，如图3.1所示。在图3.1中，WiMAX终端包括固、漫游和移动3种类型终端；WiMAX接入网主要为无线基站，支持无线资源管理等功能；WIMAX核心网主要解决的客户认证、漫游等功能及WiMAX

55、网络与其他网络之间的接口关系。WIMAX网络组网的关键技术就是频率复用方案、认证计费和移动性管理。 图3.1 WiMAX网络架构 3.1.1频率复用 频率是一种稀缺资源，因此每个国家政府对于频率管理都十分严格。WiMAX是基于802.16网络建立的，所以它可以在可以2 Ghz到50 Ghz之间使用，但是实际上WiMAX网络可以使用的频率是非常有限的。例如我国正使用的小灵通频段因为和3G频段有冲突，所以拥有近1亿用户的小灵通也将面临退市。所以在考虑运营业务容量、频率干扰的前提下，运营商需要对WiMAX的网络频率进行全面规划。WiMAX网络频率规划遵循通用的

56、无线网络模型，但考虑到不同的应用场景，实际上存在不同的方案。以WiMAX网络在固定接入方式的应用场合为例，固定接入可以充分利用极化隔离和定向天线，其网络规划原则如下： (1)除非距离达到5到7倍程，或者两者之间存在较为明显的阻挡物，相邻站点不允许出现相同方向的同频复用。如果必须要采取复用，可以采用不同的极化方向以获得20 db的额外隔离度。 (2)同一站点，同一扇区，尽可能不使用邻频进行组网，尽可能错开一个角度，以保证服务扇区内的注册频点为最佳。 (3)同一站点，同一扇区，不可以使用同频。 (4)同一站点，相邻扇区，不可以使用同频。在高性能天线的情况下，如果终端（SU）的位置不在相邻两

57、个扇区交叠边缘的前提下，可以使用同频交叉极化方式。 (5) 同一站点，相背扇区，在基站天线前后隔离度满足30 db的要求下，可以使用相同极化的同频。 针对免许可证频段，IEEE 802.16协议还规定了动态频率选择方案，同时WiMAX系统可以支持多输入多输出（MIMO）、智能天下（天线）、正交频分多址（OFDMA）等技术，以降低频率干扰、增加网络容量。 3.1.2认证计费 认证计费系统是WiMAX网络重要组成部分，即认证、授权和记账（AAA）是网络安全策略的一个组成部分。典型的宽带用户AAA接入控制的实现过程如下：用户端设备→AAA客户机→AAA服务器→计费系统。WiMAX网络用户

58、认证过程也采取类似的方案。AAA客户机到AAA服务器之间通常采取远程拨号用户认证（RADIUS）协议；AAA服务器和计费系统统一集中建设，以支持用户漫游和减少建设成本；用户端设备和AAA客户机（如宽带接入服务器）之间多采用PPPoE、802.1X、WEB认证等等。 目前，WiMAX网络组建采用单独建网、数据城域网叠加、移动蜂窝网等几种方案，因此WiMAX网络的AAA客户机、AAA服务器和计费系统可以借用现有的网络的实现技术活直接采用现有网络的对应设备，以实现资源共享，降低网络设备的投资。 3.1.3 移动性管理 WiMAX网络设备支出漫游、移动业务能力，其移动性管理方式对于网络结构影

59、响也是比较巨大的。移动性管理的主要功能就是在整个服务网络内有效地支持终端站的漫游和移动，涉及位置管理和切换管理两个部分。其中，位置管理主要是确认合法终端所处网络位置，以便于再业务启动时，迅速建立业务路由；切换管理则是在终端移动状态下，保障激活业务的服务和质量。 WiMAX终端在漫游、移动情况下实现移动性管理可以采用简单IP（Simple IP）或者移动IP（Mobile IP）协议。在Simple IP网络结构下，终端分配的IP地址是动态可变的，但在跨区切换时业务要中断，必须通过应用层的专用协议实现再次连接，只适用于WWW、E-mail等对时间不太敏感的业务，不适用于大范围移动的适时业务，如

60、IP语音等。然而，Mobile IP也存在IPv4地址不足，切换过程中的时延和丢包率难以保障等问题，需要采用地址转换、IPv6、多层切换等方案来解决。 3.2 WiMAX的组网方案 按照基于WiMAX技术的无线宽带网络的组网方法，结合中南大学的实际情况，提出了一套无线宽带校园网的设计流程和方案。依据此方案搭建了中南大学无线宽带校园网模型，设置相关参数，模拟具体运营环境。并且针对实验室现有设备进行部分测试、调试及优化工作，针对实际可能出现的问题做出分析。最后，对全文进行总结，展望了下一步在无线宽带网组网技术方面可以进行的工作和改进。 基于WiMAX的无线宽带网络规划方案的流程是： （1）

61、首先确定应用模式，选定应用模式后通过调研，取得设备的性能参数，确定和调查规划区域、用户群和预期网络质量，完成需求和基础数据的收集。 （2）然后根据目标规划区域的特性选定传播模型，只有选择了合适的模型才能依据模型进行无线链路预算，从而计算系统可以容忍的最大路径损耗，得到基站覆盖小区半径。 （3）最后由小区半径算出基站可覆盖面积，得到覆盖面积后，依据目标规划区域的地形确定基站位置和客户端 (CPE)位置，完成覆盖规划，得出规划方案。 3.2.1 应用模式的选择 WiMAX的技术特性和应用特点决定了其能适应各种的应用环境，具有不同的应用模式，下面对WiMAX宽带无线接入的应用模式进行介

62、绍，然后进行初步的分析和探讨，根据实际情况选择适合中南大学无线宽带实验网的应用模式。 ● PMP应用模式 PMP应用模式以基站(BS)为核心，采用点到多点的连接方式，构建星形结构的WiMAX接入网络，如图3.2。 基站 (BS)扮演业务接入点 (SAP,Service Access Point)的角色，通过动态带宽分配技术，基站 (BS)可以根据覆盖区用户的情况，灵活选用定向天线、 全向天线以及多扇区技术满足大量的用户站(SS,Subscriber Station)设备接入核心网的需求。必要时，可以通过中继站(RS,Repeat Station)扩大无线覆盖范围。还可以根据用户群数量的变

63、化，灵活划分信道带宽，对网络扩容，实现效益与成本的协调。 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ADSL等线缆接入形式相似，因此，是一种线缆替代的理想选用方案。 图3.2 PMP模式 ●Mesh应用模式 Mesh应用模式采用多个基站(BS)以网状网方式扩大无线覆盖区。其中， 有一个基站作为业务接入点 (SAP)与核心网相连，其余基站 (BS)以无线链路与该SAP相连，如图3.3。因此，作为SAP的基站既是业务的接入点又是接入的汇聚点，而其余基站并非简单的中继站 (RS)功能，而是业务的接入点。Mesh应用模式的特点在于网

64、状结构，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，有线不易覆盖的地区，可以采用该模式扩大覆盖范围，其规摸取决于基站半径、覆盖区大小等因素。 图3.3 Mesh模式 ●无线桥接模式 无线桥接入模式是一种点到点无线链接方式，与远程网桥的作用相似，其目的是把地理位置分离的两个子网络通过WiMAX无线链路连接在一起。由于无线桥接采用点对点方式，两端WiMAX无线网桥设备天线的方向可以彼此对准固定，因此传输性能相对稳定，部署也相对简单。如图3.4。 显然，采用WiMAX无线桥接方式，可以避免困难的专线铺设或缴纳昂贵的线缆租金，并能迅速

65、开通使用，连接距离远，连接带宽完全能满足一般应用需要。对于移动运营商来说可以采用该应用模式，把各小区移动基站业务回传到移动交换中心。在用户专网建设或者和3G混合组网方面，比有线桥接方式更具竞争力。 图3.4 无线桥接模式 ●热点回传模式 热点回传 (backhaul)模式采用WiMAX无线接入网络把远端WiFi热Hotspot业务回送到核心网，WiMAX基站(BS)的作用仍为业务接入点(SAP)， 而WiMAX用户站 (SS)是热点侧的无线接入设备，提供标准接口与热点相连，作为WLAN接入点(AP,Access Point)的热点设备再通过IEEE8

66、02.11a/b/g无 线网卡与无线终端连接。WiMAX接入网络可根据实际情况灵活采用PMP或Mesh结构形式，如图3.5。 WiMAX热点回传模式的主要特点在于作为业务回传应用，采用无线传输方式，与传统有线回传模式相比.其优点显而易见，部署方便，不受地形影响，可作为传统回传模式的补充或替代方案。但应用此模式的前提是基站为支持WiMAX和WiFi双模制式的双模基站.我们部署的基站设备不具备双模功能，所以没有采用该模式。 图3.5 热点回传模式 ●终端直接接入模式 在终端直接接入模式下，用户终端设备(TE,TerminalEquipment)直接通过作为SAP的WiMAX基站(BS)接入核心网。而用户终端设备(TE)若要直接接入WiMAX网络，则必须配置符合WiMAX标准的用户单元(SU,Subscriber Unit)，用户单元((SU)一般是WiMAX无线网卡或无线模块形式。由于WiMAX 接入速率很高，而且支持城域内终端设备的移动性 (对于己经颁布的IEEE 802.16e)，因此特别适合于接入速率要求高并且有移动性要求的终端应用。如