Wimax阶段性研究汇报课件

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1、2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1 1介绍所涉及的内容n nWimax介绍n nWimax标准演进n nWimax协议模型n nWimax主要标准及技术n nWimax关键技术n nWimax与3G的对比n nWimax发展前瞻2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2 2什么是Wimax？2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3 31.Wimax介绍n nWiMAXWiMAX（World wide Interoperability for

2、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专为支持电信运营商级部署和低成本、免许可证部专为支持电信运营商级部署和低成本、免许可证部署而设计的、获署而设计的、获WiMAXWiMAX论坛认证的系统，不仅将论坛认证的系统，不仅将提供大吞吐量（在提供大吞吐量（在20MHz20MHz新信道上最高可达新信道上最高可达75Mbps75Mbps），而且还能够在近视距和非视距环境中），而且还能够在近视距和非视距环境中实现实现3 35 5英里的信号传播距离。这些系统拥有足英里

3、的信号传播距离。这些系统拥有足够的容量，可以同时支持数百个使用够的容量，可以同时支持数百个使用T-1T-1连接速度连接速度的公司和数千个使用的公司和数千个使用DSLDSL连接速度的家庭。连接速度的家庭。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4 42.Wimax标准演进2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报5 5802.16n nIEEE 802.16IEEE 802.16工作组于工作组于20022002年年4 4月月8 8日正式发布日正式发布了了IEEE 802.16-2001IEEE 802.

4、16-2001标准，为宽带无线接入标准，为宽带无线接入(BWA)(BWA)定义了无线城域网定义了无线城域网(WMAN)(WMAN)的空中接口规的空中接口规范，它标志着宽带无线接入将作为一个新的主要范，它标志着宽带无线接入将作为一个新的主要途径，把各商业机构和家庭接入全球电信核心网。途径，把各商业机构和家庭接入全球电信核心网。n nIEEE 802.16-2001IEEE 802.16-2001工作在工作在101066 GHz66 GHz频段，频段，由于这个频段对于像建筑物和树这样的障碍物无由于这个频段对于像建筑物和树这样的障碍物无穿透能力，故要求基站和用户站是视距穿透能力，故要求基站和用户站是

5、视距(LOS)(LOS)链链路，从而限制了基站的覆盖范围。同时由于用户路，从而限制了基站的覆盖范围。同时由于用户站天线的安装要求很高，并且系统受雨衰影响较站天线的安装要求很高，并且系统受雨衰影响较大大 2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报6 6802.16an nIEEE 802.16IEEE 802.16工作组于工作组于20032003年年4 4月颁布了月颁布了IEEE IEEE 802.16a802.16a，该标准支持的工作频段为，该标准支持的工作频段为2 211 GHz11 GHz，包括了需要发放牌照频段和免牌照的频段。与，包括了需要发

6、放牌照频段和免牌照的频段。与高频段相比，该频段能以更低的成本提供更大的高频段相比，该频段能以更低的成本提供更大的用户覆盖，系统受雨衰影响不大，系统可以在非用户覆盖，系统受雨衰影响不大，系统可以在非视距传输环境下运行，大大降低了用户站安装的视距传输环境下运行，大大降低了用户站安装的要求。另外，要求。另外，IEEE 802.16aIEEE 802.16a的的MACMAC层提供服务层提供服务质量质量(QoS)(QoS)保证机制，可支持语音和视频等实时保证机制，可支持语音和视频等实时性业务，增加了对网格拓扑结构网络的支持，能性业务，增加了对网格拓扑结构网络的支持，能适应各种物理层环境。适应各种物理层环

7、境。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报7 7802.16dn nIEEE 802.16aIEEE 802.16a标准仅仅是标准仅仅是IEEE 802.16-2001IEEE 802.16-2001标准的修改和扩展，不是一个独立的标准，所以标准的修改和扩展，不是一个独立的标准，所以20042004年年7 7月月IEEE 802.16IEEE 802.16组织又通过了组织又通过了IEEE IEEE 802.16d802.16d。IEEE 802.16dIEEE 802.16d对对2 266 GHz66 GHz频段的频段的空中接口物理层和空中接口

8、物理层和MACMAC层做了详细规定，定义了层做了详细规定，定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的MACMAC层和相对应的多个物理层。该标准对层和相对应的多个物理层。该标准对IEEE IEEE 802.16-2001802.16-2001和和IEEE 802.16aIEEE 802.16a进行了整合和修进行了整合和修订，但仍属于固定宽带无线接入规范，是相对比订，但仍属于固定宽带无线接入规范，是相对比较成熟并且最具实用性的一个标准版本。较成熟并且最具实用性的一个标准版本。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性

9、研究汇报8 8802.16en nIEEE 802.16eIEEE 802.16e是工作在是工作在2 26 GHz6 GHz频段支持移动频段支持移动性的宽带无线接入空中接口标准。制订它的目的是性的宽带无线接入空中接口标准。制订它的目的是为了实现既能提供高速数据业务又使用户具有移动为了实现既能提供高速数据业务又使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案。性的宽带无线接入解决方案。n nIEEE 802.16eIEEE 802.16e的目标是能够向下兼容的目标是能够向下兼容IEEE IEEE 802.16d802.16d，因此，因此IEEE 802.16eIEEE 802.16e的标准化工作基本的标准

10、化工作基本上是在上是在IEEE 802.16dIEEE 802.16d的基础上进行的。在的基础上进行的。在IEEE IEEE 802.16d802.16d固定无线接入标准研制的基础上，为了支固定无线接入标准研制的基础上，为了支持移动特性，持移动特性，IEEE 802.16eIEEE 802.16e提出了具有移动特性提出了具有移动特性的系统框架结构，并于的系统框架结构，并于20042004年年9 9月通过了草案，但月通过了草案，但由于种种原因推迟发布，到了直到由于种种原因推迟发布，到了直到0606年年1 1月底才正月底才正式发布。式发布。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax

11、 阶段性研究汇报阶段性研究汇报9 9几个重要的补充标准除了以上几个标准外，另外还有除了以上几个标准外，另外还有3 3个重要标准：个重要标准：n n20022002年正式发布的年正式发布的IEEE 802.16cIEEE 802.16c，它是对，它是对IEEE IEEE 802.16802.16的增补，是使用的增补，是使用101066 GHz66 GHz频段频段IEEE 802.16IEEE 802.16系统的兼容性标准，它详细规定了工作于系统的兼容性标准，它详细规定了工作于101066 GHz66 GHz频频段的段的IEEE 802.16IEEE 802.16系统在实现上的一系列特性和功能。系

12、统在实现上的一系列特性和功能。n nIEEE 802.16fIEEE 802.16f，它定义了，它定义了IEEE 802.16IEEE 802.16系统系统MACMAC层和物层和物理层的管理信息库理层的管理信息库(MIB)(MIB)以及相关的管理流程。以及相关的管理流程。n nIEEE 802.16gIEEE 802.16g，制订它的目的是为了规定标准的，制订它的目的是为了规定标准的IEEE IEEE 802.16802.16系统管理流程和接口，从而实现系统管理流程和接口，从而实现IEEE 802.16IEEE 802.16设设备的互操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。备的互操作性和对

13、网络资源、移动性和频谱的有效管理。IEEE 802.16fIEEE 802.16f和和IEEE 802.16gIEEE 802.16g这两个标准是的目的是这两个标准是的目的是在网络管理层面形成新标准。目前标准的制订工作处于起在网络管理层面形成新标准。目前标准的制订工作处于起步阶段。步阶段。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1010IEEE IEEE 协议族协议族n nIEEE Std 802.16-2001IEEE Std 802.16-2001固定宽带无线接入系统空中接口固定宽带无线接入系统空中接口n nIEEE Std 802.16IE

14、EE Std 802.16/Conformance01-2003/Conformance01-2003协议执行一致性陈述协议执行一致性陈述 1010 66 GHz 66 GHz n nIEEE Std 802.16IEEE Std 802.16/Conformance02-2003/Conformance02-2003 测试配套结构和测试目的测试配套结构和测试目的n nIEEE Std 802.16IEEE Std 802.16/Conformance03-2004/Conformance03-2004射频一致性测试射频一致性测试n nIEEE Std 802.16IEEE Std 802.1

15、6-2004(802.16d)-2004(802.16d)固定宽带无线接入系统空中接口固定宽带无线接入系统空中接口nIEEE Std 802.16e-2005Physical and Medium AccessControl Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands授权频段物理层和授权频段物理层和MACMAC层联合固定和移动操作层联合固定和移动操作2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1111Wimax与802.16协议族的关系n nWiMAXWiMAX论坛

16、成立于论坛成立于20012001年年4 4月，最初该组织旨在对基于月，最初该组织旨在对基于IEEE 802.16IEEE 802.16标准和标准和ETSI HiperMANETSI HiperMAN标准的宽带无线接标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证，通过入产品进行一致性和互操作性认证，通过WiMAXWiMAX认证的认证的产品会拥有产品会拥有“WiMAX(r)CERTIFIEDWiMAX(r)CERTIFIED”标识。随着标识。随着802.16e802.16e技术和规范的进展，该组织的目标也逐步扩展，技术和规范的进展，该组织的目标也逐步扩展，不仅要建立一整套基于不仅要建立一整套基于I

17、EEE 802.16IEEE 802.16标准和标准和ETSI ETSI HiperMANHiperMAN标准的认证体系，同时还致力于可运营的宽带标准的认证体系，同时还致力于可运营的宽带无线接入系统的研究、需求的分析、应用模式的探索、市无线接入系统的研究、需求的分析、应用模式的探索、市场的拓展等一系列大力促进宽带无线接入市场发展的工作。场的拓展等一系列大力促进宽带无线接入市场发展的工作。通常认为，通常认为，IEEE 802.16IEEE 802.16工作组是工作组是IEEE802.16 WiMAXIEEE802.16 WiMAX空中接口规范的制定者，而空中接口规范的制定者，而WiMAXWiMA

18、X论坛是技术和产业链论坛是技术和产业链的推动者。目前的推动者。目前WiMAXWiMAX几乎成为了几乎成为了IEEE802.16 WiMAXIEEE802.16 WiMAX技术的代名词，其空中接口规范涵盖了技术的代名词，其空中接口规范涵盖了IEEE 802.16d/eIEEE 802.16d/e标准。标准。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1212WiMAX技术应用场景n nWiMAXWiMAX论坛给出论坛给出WiMAXWiMAX技术的技术的5(4)5(4)种应用场景定义，即固种应用场景定义，即固定、游牧、便携定、游牧、便携 (简单移动简单移

19、动)和全移动。和全移动。n n固定应用场景：固定接入业务是固定应用场景：固定接入业务是802.16802.16运营网络中最基本运营网络中最基本的业务模型，包括用户因特网接入、传输承载业务及的业务模型，包括用户因特网接入、传输承载业务及Wi-FiWi-Fi热点回程等。热点回程等。n n游牧应用场景：游牧式业务是固定接入方式发展的下一个阶游牧应用场景：游牧式业务是固定接入方式发展的下一个阶段。终端可以从不同的接入点接入到一个运营商的网络中段。终端可以从不同的接入点接入到一个运营商的网络中 n n便携应用场景：在这一场景下，用户可以步行连接到网络，便携应用场景：在这一场景下，用户可以步行连接到网络，

20、除了进行小区切换外，连接不会发生中断。便携式业务在游除了进行小区切换外，连接不会发生中断。便携式业务在游牧式业务的基础上进行了发展，从这个阶段开始，终端可以牧式业务的基础上进行了发展，从这个阶段开始，终端可以在不同的基站之间进行切换。在不同的基站之间进行切换。n n简单移动应用场景：在这一场景下，用户在使用宽带无线接简单移动应用场景：在这一场景下，用户在使用宽带无线接入业务中能够步行、驾驶或者乘坐公共汽车等，但当终端移入业务中能够步行、驾驶或者乘坐公共汽车等，但当终端移动速度达到动速度达到6060120km/h120km/h时，数据传输速度将有所下降。时，数据传输速度将有所下降。n n全移动应

21、用场景：在这一场景下，用户可以在移动速度为全移动应用场景：在这一场景下，用户可以在移动速度为120km/h120km/h甚至更高的情况下无中断地使用宽带无线接入业甚至更高的情况下无中断地使用宽带无线接入业务，当没有网络连接时，用户终端模块将处于低功耗模式。务，当没有网络连接时，用户终端模块将处于低功耗模式。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1313802.16 协议参考模型2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1414802.16物理层(1)n n物理层由传输汇聚子层(TCL)和物理媒质依赖

22、子层(PMD)组成，通常说的物理层主要是指PMD。物理层定义了两种双工方式：TDD和FDD，这两种方式都使用突发数据传输格式，这种传输机制支持自适应的突发业务数据，传输参数(调制方式、编码方式、发射功率等)可以动态调整，但是需要MAC层协助完成。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1515802.16物理层(2)n n为了更好地使用带宽，IEEE 802.16支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)模式。两种模式下都采用突发(Burst)格式发送。在每一帧中，BS和各个SS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

23、、编码类型等。在FDD模式下，系统支持全双工SS，也支持半双工SS。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1616802.16物理层(3)n n对于对于101066 GHz66 GHz频段的无线接入系统，由于工频段的无线接入系统，由于工作波长较短，必须要求视距传输，而多径衰落是作波长较短，必须要求视距传输，而多径衰落是可以忽略的。因此可以忽略的。因此IEEE 802.16IEEE 802.16规定在该频段采规定在该频段采用单载波调制方式，具体可以采用正交移相键控用单载波调制方式，具体可以采用正交移相键控(QPSK)(QPSK)、1616相正交幅

24、度调制相正交幅度调制(16QAM)(16QAM)和和6464相相正交幅度调制正交幅度调制(64QAM)(64QAM)调制方式。调制方式。n n对于对于2 211 GHz11 GHz频段，必须考虑多径衰落，而多频段，必须考虑多径衰落，而多径衰落会引起符号间干扰径衰落会引起符号间干扰(ISI)(ISI)。OFDMOFDM作为一作为一种可以有效对抗种可以有效对抗ISIISI的高速传输技术，引起了广泛的高速传输技术，引起了广泛关注。所以在关注。所以在2 211 GHz11 GHz频段上主要采用频段上主要采用OFDMOFDM和和OFDMAOFDMA技术。技术。(其实是其实是802.16a)802.16a

25、)2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1717802.16MAC层(1)MAC层结构：n n特定业务汇聚子层(Convergence Sublayer CS)、n nMAC公共部分子层(Common Part Sublayer CPS)n n加密协议子层(Security SublayerSS)其中加密协议子层是可选的。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1818802.16MAC层(2)n n802.16是面向连接的，即所有用户站点的数据业务及与之相关的QoS要求，都是在面向连接的范畴中来

26、实现的，每个连接均由一个16位的连接标识符Connect ID(CID)来唯一标识。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报1919802.16MAC层(3)MACMAC帧结构：帧结构：n n一个一个MACMAC帧总是占用一段连续的物理层定义的时帧总是占用一段连续的物理层定义的时隙，隙，MACMAC帧由子帧（帧由子帧（Sub-frameSub-frame）组成，前两个）组成，前两个子帧是子帧是Downstream mapDownstream map和和 Upstream mapUpstream map，用于说明在时隙中的内容和哪些时隙是空的。，用

27、于说明在时隙中的内容和哪些时隙是空的。n nDownstream map Downstream map 中包括各种系统参数，并通中包括各种系统参数，并通告新站点此时可以请求进入。告新站点此时可以请求进入。n n下行信道较为简单，基站只要决定内容放在哪个下行信道较为简单，基站只要决定内容放在哪个子帧中。子帧中。n n上行信道则由互不相关而又需要接入的用户互相上行信道则由互不相关而又需要接入的用户互相竞争，基站将尽可能根据竞争，基站将尽可能根据QoSQoS的要求分配。的要求分配。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2020802.16MAC层(4

28、)n nMAC定义了4种上行基本业务，通过这4种与QoS相关的上行预订业务，基站可以预期上行数据的吞吐量及处理时间，并在适当时间进行查询并进行分配带宽。主动授予服务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业务(nrtPS)、尽力传输业务(BE)2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2121特定业务汇聚子层(CS)n n该子层代替了该子层代替了LLCLLC子层，子层，CSCS子层主要功能是负责将其业子层主要功能是负责将其业务接入点务接入点(SAP)(SAP)收到的外部网络数据转换和映射到收到的外部网络数据转换和映射到MACMAC业业务数据

29、单元务数据单元(SDU)(SDU)，并传递到，并传递到MACMAC层业务接入点层业务接入点(SAP)(SAP)。具体包括对外部网络数据具体包括对外部网络数据SDUSDU执行分类，并映射到适当的执行分类，并映射到适当的MACMAC业务流和连接标识符业务流和连接标识符(CID)(CID)上，甚至可能包括净荷头上，甚至可能包括净荷头抑制抑制(PHS)(PHS)等功能。协议提供多个等功能。协议提供多个CSCS规范作为与外部各规范作为与外部各种协议的接口。种协议的接口。n n它的功能可以理解为提供与网络层的接口。由于它的功能可以理解为提供与网络层的接口。由于802.16802.16设计为可以与数据报协议

30、（如设计为可以与数据报协议（如IPIP、PPPPPP、以太网）和、以太网）和ATMATM协议进行无缝衔接，但数据报协议是无连接的，而协议进行无缝衔接，但数据报协议是无连接的，而ATMATM是是面向连接的，这意味着每一条面向连接的，这意味着每一条ATMATM连接要映射到一条连接要映射到一条802.16802.16连接上，而连接上，而IPIP分组也必须映射到一条分组也必须映射到一条802.16802.16连接连接上，该层主要处理这些内容。上，该层主要处理这些内容。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2222公共部分子层(CPS)n nMAC CP

31、S是MAC的核心部分，主要功能包括系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护等。它通过MAC SAP接收来自各种CS层的数据并分类到特定的MAC连接，同时对物理层上传输和调度的数据实施服务质量(QoS)控制。通常说的MAC层主要指MAC CPS。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2323加密协议子层（SS）n n加密协议子层的主要功能是提供认证、密钥交换加密协议子层的主要功能是提供认证、密钥交换和加解密处理。和加解密处理。n n加密封装协议加密封装协议(Privacy Key management)(Privacy Key management

32、)n n负责加密算法在负责加密算法在MAC PDUMAC PDU数据传输中应用规则并数据传输中应用规则并实现，实现，对传输的数据进行加密。加密只针对对传输的数据进行加密。加密只针对MAC MAC PDUPDU中的载荷部分，而不包括中的载荷部分，而不包括MACMAC头部。头部。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 Stan

33、dard)AES (Advanced Encryption Standard)2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2424802.16协议族重要协议的具体介绍n n目前，IEEE 802.16标准主要包括IEEE 802.16d和IEEE 802.16e。802.16d的初衷是统一固定无线接入的空中接口。该标准可以应用于211GHz非视距(NLOS)传输和1066GHz视距(LOS)传输。而IEEE 802.16e的目标是能够向下兼容IEEE802.16d，为了支持移动特性，在IEEE802.16d的基础上加入了切换、QoS、安全等新的特性。

34、2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2525n n802.16d802.16d对对2-66GHz2-66GHz频段的空中接口物理层和频段的空中接口物理层和MACMAC层做了详细规定，定义了支持多种业务类型层做了详细规定，定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的的固定宽带无线接入系统的MACMAC层和相对应的多层和相对应的多个物理层。该标准对前几个标准进行了整合和修订，个物理层。该标准对前几个标准进行了整合和修订，但仍属于固定宽带无线接入规范。它保持了但仍属于固定宽带无线接入规范。它保持了802.16802.16、16a16a等标准中的所

35、有模式和主要特性同等标准中的所有模式和主要特性同时未增加新的模式，增加或修改的内容用来提高系时未增加新的模式，增加或修改的内容用来提高系统性能和简化部署。统性能和简化部署。n nIEEE 802.16dIEEE 802.16d是固定宽带无线接入的标准，该标是固定宽带无线接入的标准，该标准定义了三种物理层实现方式：单载波、准定义了三种物理层实现方式：单载波、OFDM(256-Point)OFDM(256-Point)、OFDMA(2048-Point)OFDMA(2048-Point)。802.16d2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2626

36、802.16d/e技术特征(1)n n在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA(时分多址)，下行采用TDM(时分复用)支持多用户传输。另一种多址方式是OFDMA，以2048个子载波的情况为例，系统将所有可用的子载波分为32个子信道，每个子信道包含若干子载波。多用户多址采用和跳频类似的方式实现，只是跳频的频域单位为一个子信道，时域单位为2或3个符号周期。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2727802.16d/e技术特征(2)n n在调制技术方面，802.16d/e支持的最高阶调制方式为64QAM，相对于蜂窝移动通信系统(3GPP

37、 HSDPA最高支持16QAM)，802.16d/e更强调在信道条件较好时实现极高的峰值速率。为适应高质量数据通信的要求，802.16d/e选用了块Turbo码、卷积Turbo码等纠错能力很强但解码延时较大的信道码，同时也考虑使用低复杂度、低延时的LDPC码。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2828802.16d/e适应性调制802.16d/e 可以根据传输环境的好坏自适应的选择调制方式，从QAM-64到BPSK，QPSK2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报2929802.16d/e技术

38、特征(3)n n在在双工方式方面双工方式方面双工方式方面双工方式方面，802.16d/e802.16d/e支持支持FDDFDD和和TDDTDD两两种方式，其物理层技术基本相同。相对而言，种方式，其物理层技术基本相同。相对而言，3G3G技术中技术中FDDFDD和和TDDTDD模式采用的物理层有较大不同。模式采用的物理层有较大不同。802.16d/e802.16d/e在在5MHz5MHz频带上可以实现约频带上可以实现约15Mbit/s15Mbit/s的速率，频谱效率为的速率，频谱效率为3bit/s/Hz3bit/s/Hz，与，与HSDPAHSDPA相似。相似。但但802.16d/e802.16d/

39、e在固定或低速环境下可以使用更大在固定或低速环境下可以使用更大带宽带宽(20MHz)(20MHz)，实现高达，实现高达75Mbit/s75Mbit/s的峰值速率，的峰值速率，这是现有蜂窝移动通信系统难以达到的。这充分这是现有蜂窝移动通信系统难以达到的。这充分体现出体现出OFDMOFDM技术在使用更宽频带方面的优势。技术在使用更宽频带方面的优势。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3030802.16d/e技术特征(4)n n802.16d/e802.16d/e标准支持全标准支持全IPIP网络层协议，网络层协议，802.16d/e802.16d

40、/e设设备可以作为一个路由器接入现有的备可以作为一个路由器接入现有的IPIP网络。但现有网络。但现有IPIP核心核心网缺乏有效的移动性管理能力。网缺乏有效的移动性管理能力。WiMAXWiMAX论坛已经开始开论坛已经开始开发网络层协议，发网络层协议，802.16 NetMAN802.16 NetMAN工作组也已开展这方面工作组也已开展这方面的工作。同时，的工作。同时，802.16802.16协议也可以通过一个协议也可以通过一个ATMATM汇聚子汇聚子层将层将ATMATM信元映射到信元映射到802.16d/e MAC802.16d/e MAC层，具备支持层，具备支持3G3G核心网的潜力。也就是说，

41、核心网的潜力。也就是说，WiMAXWiMAX支持和支持和3G3G系统的互通系统的互通和融合。和融合。802.16d/e802.16d/e的的MACMAC层支持多种层支持多种QoSQoS等级以适应等级以适应VoIPVoIP、可视电话、流媒体、在线游戏、浏览、下载等不同、可视电话、流媒体、在线游戏、浏览、下载等不同的业务类型，包括主动分配带宽的业务类型，包括主动分配带宽(UGS)(UGS)、实时轮询、实时轮询(RtPS)(RtPS)、非实时轮询、非实时轮询(NrtPS)(NrtPS)和尽力而为和尽力而为(BE)(BE)，其中最后，其中最后一种为竞争接入的调度机制。一种为竞争接入的调度机制。2023

42、/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3131802.16e在802.16d上的技术改变n n物理层的改进n n对MAC层的改进n n802.16e切换方式n n休眠模式n n空中接口规范工作进展情况2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3232802.16e对物理层的改进n n对对OFDM/OFDMAOFDM/OFDMA方式的改进方式的改进 802.16d OFDM802.16d OFDM物理层采用物理层采用256256个子载波，个子载波，OFDMAOFDMA物理层采用物理层采用20482048个子载

43、波，信号带宽从个子载波，信号带宽从1.251.2520MHz20MHz可变。可变。802.16e802.16e对对OFDMAOFDMA物理层物理层进行了修改，使其可支持进行了修改，使其可支持128128、512512、10241024和和20482048共共4 4种不同的子载波数量，但子载波间隔不种不同的子载波数量，但子载波间隔不变，信号带宽与子载波数量成正比，这种技术称变，信号带宽与子载波数量成正比，这种技术称为可扩展的为可扩展的OFDMA(Scalable OFDMA)OFDMA(Scalable OFDMA)。采用。采用这种技术，系统可以在移动环境中灵活适应信道这种技术，系统可以在移动环

44、境中灵活适应信道带宽的变化。对带宽的变化。对OFDMOFDM方式的改进方式的改进 2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3333802.16e对MAC层的改进n n802.16e对MAC层也进行了改进，主要是对于物理层和其它功能的修改增加了相应的消息和消息传输机制，并实现了快速自动请求重传（ARQ）和预留，以实现低时延。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3434802.16e切换方式切换方式n n对切换的支持包括：定义了切换对切换的支持包括：定义了切换(包括软切换包括软切换)过程，明确过程，

45、明确了切换的了切换的MACMAC层信令，完善了切换过程中的测距层信令，完善了切换过程中的测距(ranging)(ranging)操作，增加了基于多天线的软切换功能等。操作，增加了基于多天线的软切换功能等。n n80280216e16e中采用了终端辅助的切换方式，移动用户站中采用了终端辅助的切换方式，移动用户站（MSMS）收集相应的切换信息并将其传输给网络，网络收）收集相应的切换信息并将其传输给网络，网络收集相应的信息，进行判决并执行切换。有三种类型的切换：集相应的信息，进行判决并执行切换。有三种类型的切换：n n1 1）信道间切换：同一基站（）信道间切换：同一基站（BSBS）的不同信道之间的）

46、的不同信道之间的切换，在这种情况下，切换，在这种情况下，BSBS做出切换的判决并执行切换；做出切换的判决并执行切换；n n2 2）小区间的软切换：发生在两个同频的）小区间的软切换：发生在两个同频的BSBS间，这时间，这时原原BSBS进行切换判决并执行切换；进行切换判决并执行切换；n n3 3）小区间的硬切换：在与原）小区间的硬切换：在与原BSBS的链路完全断开的情的链路完全断开的情况下，况下，MSMS与新与新BSBS建立连接。在切换过程中新建立连接。在切换过程中新BSBS会通知原会通知原来的来的BSBS。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3

47、535休眠模式休眠模式n n为了减少MS的功率消耗，802.16e中采用了休眠模式。支持休眠模式的MS具有两种状态：清醒状态和休眠状态。n n在清醒状态下，MS能够正常的接收和发送数据分组，而在休眠状态，它不能发送和接收分组，甚至可以关机。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3636802.16e空中接口规范工作进展情况空中接口规范工作进展情况 对移动终端的支持包括：确定了省电模式，增加了低复杂度、低延时的LDPC信道编码。为了适应多变的移动信道环境，增加的功能包括：支持灵活的带宽使用，增强了HARQ、AMC、智能天线和空时码的功能，增加了T

48、DD系统的闭环发送(close-loop transmission)功能。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3737802.16802.16各协议简单比较各协议简单比较2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3838Wimax关键技术之一OFDM使用原因：使用原因：n n2 211 GHz11 GHz频段，必须考虑多径衰落，而多径衰落会引频段，必须考虑多径衰落，而多径衰落会引起符号间干扰起符号间干扰(ISI)(ISI)。克服符号间干扰的措施一般采用自。克服符号间干扰的措施一般采用自适应均衡器，

49、但随着数据传输速率的提高，为了克服适应均衡器，但随着数据传输速率的提高，为了克服ISIISI，往往要求均衡器的抽头数很大，均衡器的复杂性大大增，往往要求均衡器的抽头数很大，均衡器的复杂性大大增加。加。n n例如，一个例如，一个200 kb/s200 kb/s的的QPSKQPSK系统，符号周期为系统，符号周期为10 us10 us。如果多径信道的时延拓展为如果多径信道的时延拓展为20 us20 us，则相应地，则相应地N N 20/1020/102 2个符号，这时的均衡器不太复杂，比较容易实现。但个符号，这时的均衡器不太复杂，比较容易实现。但是如果数据传输速率增加是如果数据传输速率增加4040倍

50、，即倍，即8 Mb/s8 Mb/s，则，则N N 等于等于8080个符号，相应均衡器的复杂度要增加个符号，相应均衡器的复杂度要增加1 6001 600倍倍(考虑考虑N 2N 2趋趋向无穷大向无穷大)，这大大超出了当前器件的处理能力。因此在，这大大超出了当前器件的处理能力。因此在宽带无线系统中，应考虑采用其他的技术来克服宽带无线系统中，应考虑采用其他的技术来克服ISIISI。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报3939OFDM介绍n nOFDMOFDM实际是一种多载波数字调制技术。实际是一种多载波数字调制技术。OFDMOFDM全部载波频率有相等

51、的频率间隔，它们是一个基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，正交指各个载波的信号频本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。谱是正交的。n n正交频分复用（正交频分复用（OFDMOFDM）技术的基本思想就是在）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，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，但是每个子信道是也就是说，具有频率选择性，但是每个

52、子信道是相对平坦的，并且在每个信道上进行的是窄带传相对平坦的，并且在每个信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相关带宽，因此可以大输，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。大消除符号间干扰。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4040OFDM技术优点n nOFDMOFDM系统比传统系统比传统FDMFDM系统要求的带宽要小得多。由于系统要求的带宽要小得多。由于OFDMOFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，带，这样使得可用频谱

53、的使用效率更高。另外，OFDMOFDM技技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。子信道上。n n通过各个子载波的联合编码，通过各个子载波的联合编码，OFDMOFDM具有很强的抗衰落能具有很强的抗衰落能力，同时也有很强的抗窄带干扰能力，因为这些干扰仅仅力，同时也有很强的抗窄带干扰能力，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。影响到很小一部分的子信道。OFDMOFDM系统可以有效地抗信系统可以有效地抗信号波形间干扰，适用于多径

54、环境和衰落信道中的高速数据号波形间干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。传输。OFDMOFDM信道利用率高，这点在频谱资源有限的无线信道利用率高，这点在频谱资源有限的无线环境中尤其重要。环境中尤其重要。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4141OFDM原理n n实现OFDM，需要利用一组正交的信号作为子载波。再以码元周期为T的不归零方波作为基带码型，经调制器调制后送入信道传输。n n要发送的串行二进制数据经过数据编码器形成了M个复数序列，此复数序列经过串并变换器变换后得到码元周期为T的M路并行码，码型选用不归零方波。用这M路并行码

55、调制M个子载波来实现频分复用。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4242OFDM原理图2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4343实际使用的OFDM技术原理(1)发送端n n用户信号以串行的方式输入发送器。这些码字先被送入一个并用户信号以串行的方式输入发送器。这些码字先被送入一个并/串变串变换器中。换器中。n n该该OFDMOFDM码随后被送入一个进行快速傅立叶逆变换的模块，进行快速码随后被送入一个进行快速傅立叶逆变换的模块，进行快速傅立叶逆变换。快速傅立叶逆变换可以把频域离散的数据转化为

56、时域傅立叶逆变换。快速傅立叶逆变换可以把频域离散的数据转化为时域离散的数据。由此，用户的原始输入数据就被离散的数据。由此，用户的原始输入数据就被OFDMOFDM按照频域数据进按照频域数据进行了处理。计算出快速傅立叶逆变换样值之后，一个循环前缀被加到行了处理。计算出快速傅立叶逆变换样值之后，一个循环前缀被加到了样值前，形成一个循环拓展的了样值前，形成一个循环拓展的OFDMOFDM信息码字。信息码字。n n循环拓展信息码的样值再次通过一个并循环拓展信息码的样值再次通过一个并/串转换器模块。然后按照串串转换器模块。然后按照串行的方式通过信道（经过适当的滤波和调制）。在传输过程中，信道行的方式通过信道

57、（经过适当的滤波和调制）。在传输过程中，信道的冲击响应对时域信号造成了干扰。由于循环前缀使所传输的的冲击响应对时域信号造成了干扰。由于循环前缀使所传输的OFDMOFDM信号表现出周期性，这种卷积就成了一种圆周卷积。根据离散时间线信号表现出周期性，这种卷积就成了一种圆周卷积。根据离散时间线性系统原理，这种圆周卷积就相当于性系统原理，这种圆周卷积就相当于OFDMOFDM信号的频率响应和信道频信号的频率响应和信道频率响应的乘积。率响应的乘积。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4444实际使用的OFDM技术原理(2)接收端n n接收器完成与发送器相

58、反的操作。接收器收到的信号是时域信号。由接收器完成与发送器相反的操作。接收器收到的信号是时域信号。由于无线信道的影响发生了一定的变化，接收到的信号经过一个串行于无线信道的影响发生了一定的变化，接收到的信号经过一个串行并行的转换器，并且把循环前缀清除掉。并行的转换器，并且把循环前缀清除掉。n n清除循环前缀并没有删掉任何信息。循环前缀中的信息是冗余的。使清除循环前缀并没有删掉任何信息。循环前缀中的信息是冗余的。使用循环前缀是为了保证前面提到的卷积特性的成立。用循环前缀是为了保证前面提到的卷积特性的成立。n n循环前缀的另外一个好处是可以消除码间干扰。我们要求循环前缀的循环前缀的另外一个好处是可以

59、消除码间干扰。我们要求循环前缀的值比信道内存更大一些。多径信号引起先发信息码字的滞后到达而影值比信道内存更大一些。多径信号引起先发信息码字的滞后到达而影响当前信息码字，从而产生码间干扰。但是，事实上，码间干扰仅仅响当前信息码字，从而产生码间干扰。但是，事实上，码间干扰仅仅会干扰当前信息码的循环前缀。因此，使用适当大小的循环前缀就能会干扰当前信息码的循环前缀。因此，使用适当大小的循环前缀就能够使够使OFDMOFDM技术消除码间干扰。技术消除码间干扰。n n在清除了循环前缀之后，信号将会经过一个快速傅立叶变换模块，把在清除了循环前缀之后，信号将会经过一个快速傅立叶变换模块，把信号从时域转变回频域。

60、信号经过一个并行串行转换模块进行并串信号从时域转变回频域。信号经过一个并行串行转换模块进行并串变换，就完成了对原始变换，就完成了对原始OFDMOFDM信号的接收。信号的接收。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4545用离散傅立叶变换实现OFDM的调制器/解调器示意图2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4646Wimax与3G的对比(1)802.16e 802.16e 技术和技术和3G3G技术，首先由于定位不同，技术，首先由于定位不同，两者存在很大差异，表现在：两者存在很大差异，表现在：n

61、n从标准化程度上看从标准化程度上看802.16e802.16e仅定义了空中接口的物理层和仅定义了空中接口的物理层和MACMAC层。层。在在MACMAC层之上采用的协议以及核心网部分不在层之上采用的协议以及核心网部分不在802.16e802.16e所包含的范围之内。所包含的范围之内。802.16e802.16e的空中的空中接口标准化工作已于近期完成。接口标准化工作已于近期完成。3G3G技术作为一技术作为一个完整的网络，空中接口规范、核心网系列规个完整的网络，空中接口规范、核心网系列规范以及业务规范等都已经完成了标准化工作，范以及业务规范等都已经完成了标准化工作，涉及无线传输、移动性管理、业务应用

62、、用户涉及无线传输、移动性管理、业务应用、用户号码管理等内容。号码管理等内容。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4747Wimax与3G的对比(2)n n从业务能力上看从业务能力上看802.16e802.16e提供的主要是具有一定移动特性的宽带数据业务，提供的主要是具有一定移动特性的宽带数据业务，面向的用户主要是笔记本终端和面向的用户主要是笔记本终端和802.16e802.16e终端持有者。终端持有者。802.16e802.16e接入接入IPIP核心网，也可以提供核心网，也可以提供VoIPVoIP业务。业务。3G3G从设从设计最初就是为话音

63、业务和数据业务共同设计的，对于话音计最初就是为话音业务和数据业务共同设计的，对于话音业务，核心网络仍采用电路交换方式实现，业务，核心网络仍采用电路交换方式实现，QoSQoS有较高的有较高的保障。保障。802.16e802.16e牺牲了移动性换取了数据传输能力的提高，牺牲了移动性换取了数据传输能力的提高，它的数据带宽优于它的数据带宽优于3G3G系统。但是系统。但是3G3G的数据能力也在不断的数据能力也在不断提高，提高，3G3G增强型如增强型如HSDPAHSDPA，已经可以实现，已经可以实现10Mbit/s10Mbit/s的接的接入速率。按照入速率。按照ITUITU的定义，的定义，3G3G增强型最

64、终目标可以达到增强型最终目标可以达到30Mbit/s30Mbit/s。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4848Wimax与3G的对比(3)n n从覆盖范围上看802.16e为了获得较高的数据接入带宽(30Mbit/s)，必然要牺牲覆盖和移动性，因此802.16e在相当长的时间内将主要解决热点覆盖，网络可以提供部分的移动性，主要应用会集中在游牧或低速移动状态下的数据接入。3G则是无处不在的网络，覆盖是连续的，用户可以实现不间断的通信。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报4949Wimax与

65、3G的对比(4)n n从无线频谱资源上看3G拥有全球统一的频谱资源，而802.16e则正在试图寻找26GHZ之间的频率资源，各个国家目前可用的频率都不一致。因此，802.16e最终获得足够的全球统一频率存在一定难度。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报5050Wimax与3G的对比(5)n n从以上各个角度的分析可以看出，虽然802.16e在数据能力上要优于3G，但是从标准化、全球统一频谱、技术特性等多角度考虑，802.16e距离真正商用还有很长的路要走，而且在相当长的时间内主要解决热点覆盖，解决部分移动性。它的应用将在3G之后。2023/5

66、/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报5151Wimax发展前瞻(1)需要解决的问题：需要解决的问题：n n全球频谱可用性：全球频谱可用性：固定固定WiMAXWiMAX产品将使用指定的产品将使用指定的3.5GHz3.5GHz、2.5GHz2.5GHz和和5.8GHz5.8GHz频谱。这些频段在世界上的很频谱。这些频段在世界上的很多地区已经被分配多地区已经被分配虽然部分增长中的市场虽然部分增长中的市场（如印度）仍然需要进行新的分配。（如印度）仍然需要进行新的分配。n n 全球需求和法规要求的协调：全球需求和法规要求的协调：WiMAXWiMAX市场的增长总会存在地域上的差别。市场的增长总会存在地域上的差别。WiMAXWiMAX论坛必须了解每一市场的细微差别，并帮论坛必须了解每一市场的细微差别，并帮助拥有不同利益的很多不同的地方、国家和地区助拥有不同利益的很多不同的地方、国家和地区组织在制订相关法规时进行协调。组织在制订相关法规时进行协调。2023/5/282023/5/28Wimax Wimax 阶段性研究汇报阶段性研究汇报5252Wimax发展前瞻(