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1、2008-7,WiMAX 基本原理 与关键技术 无线案例培训部,Page 1,前 言,WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access） WMAN (Wireless Metropolitan Access Network) technology,Page 2,培训目标,学完本课程后,您应该能: 了解OFDM技术的基本原理 了解WiMAX无线接入网无理层关键技术,Page 3,目 录,OFDM/OFDMA基本原理 2. WiMAX物理层关键技术,Page 4,目录,OFDM/OFDMA基本原理 1.1 OFDM 原理 1.2 OFDMA
2、 原理,Page 5,FDMA系统演进,Single Carrier,OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用,frequency,Page 6,主要思想: 将数据进行串并转换,得到N路并行的数据流,将每一路调制到相互正交的子载波上,子载波频谱可以重叠 发送信号表达式: 在接收端对其进行相关解调时,下面的式子可以保证子载波之间的正交性:,基本原理（模拟处理时）,OFDM基本原理,Page 7,OFDM的系统实现,Page 8,频谱利用率高 易于克服频率选择性衰落 易于克服多径干扰（码间串扰） 信道估计与均衡实现简单 易于同其
3、他技术相结合,OFDM技术特点,对时间同步的要求比较高 对频率偏移特别敏感 PAPR (Peak to Average Power Ratio)值较大,Page 9,克服频率选择性衰落,Page 10,多径环境,Page 11,克服多径干扰,CP (cyclic prefix)= Tg/Tb, 有1/32, 1/16,1/8, 1/4.通常CP取值为1/8. 在OFDMA系统中,增加CP可减小多径干扰造成的影响.,Page 12,时域同步的重要性,Page 13,频域同步的重要性,Page 14,目录,OFDM/OFDMA基本原理 1.1 OFDM 原理 1.2 OFDMA 原理,Page 1
4、5,什么是OFDMA？（1）,OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access OFDMA 是一种资源分配粒度更小的多址方式,可同时支持多个用户,Page 16,什么是OFDMA？（2）,资源最小分配单位 Slot=n子信道m OFDMA符号 n与m的大小与Zone和上下行有关,Page 17,OFDMA帧结构,TTG: Transmit/receive transition gap RTG: Receive/transmit transition gap,Page 18,OFDMA帧结构,OFDMA帧长为5ms,并且包含48个symbo
5、l. 一帧包括DL子帧和UL子帧. DL子帧:Preamble、FCH (frame control header), DL_MAP和下行数据burst组成. Preamble:占用下行子帧的第一个符号,用于物理帧的同步. FCH:在下行第一个PUSC zone中最前面4个连续的 slots上发射,用于指示PUSC zone使用的子信道和DL-MAP的发射信息. DL_MAP:紧随FCH之后,用于向所有的MS广播下行子帧的资源分配情况,包括每个下行burst的位置、大小、burst profile等. 下行数据burst:用于承载下行数据,每个下行burst在帧结构中都是一个二维的矩形结构;下
6、行一个burst中可能包含有多个MS的数据,MS解调后根据MAC PDU头里的CID信息判断是否是自己的数据.,Page 19,OFDMA帧结构,上行子帧由Ranging子信道和上行数据burst组成. Ranging子信道是一个竞争资源,用于MS发竞争的Ranging和带宽请求信息,所有MS都可以使用,BS将对此进行检测. 上行数据burst承载上行数据,上行每个MS使用一个burst.不一定需要是矩形.,Page 20,目 录,1. OFDM/OFDMA基本原理 2. WiMAX物理层关键技术,Page 21,目录,2. WiMAX系统关键技术 2.1 WiMAX系统通信模型 2.2 信道
7、编码 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 多天线技术,Page 22,通信系统基本模型,信源解码,信源编码,Interleaving,deinterleaving,调制,解调,发射,接收,无线信道,信道解码 和 信道解交织,信道编码和 信道交织,Page 23,WiMAX 系统通信模型,FEC （RS,BTC, CTC）,调制映射,随机化,IFFT,添加 循环 前缀,交织,下行物理层处理过程,上行物理层处理过程,去除 循环 前缀,FFT,频域均衡,解调制 解映射,Viterbi & RS Decoder,去随机化,去交织,数据送至 MAC 层,源于 MAC 层 的数据,射频 发射,基带,
8、射频 接收,基带,Page 24,目录,2. WiMAX系统关键技术 2.1 WiMAX系统通信模型 2.2 信道编码 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 多天线技术,Page 25,定义:在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元,这些多余的码元（冗余信息）与信息码元之间以某种确定的规则互相关联（约束） 目的:接收端通过判断接收到的信息码元与监督码元之间的关系是否符合发送端的规则来发现传输中的错误,乃至纠正错误 编码效率:k/n WiMAX中用到的信道编码的类型: CC: 卷积码,目前支持的编码格式为1/2,2/3,3/4,5/6 CTC: 卷积Turbo码,迭代译码比经典Turbo码
9、性能更优,译码复杂度低,目前支持的编码格式为1/2,2/3,3/4,5/6 LDPC,低密度校验码,其译码性能和Turbo码接近,不要交织器,单次迭代复杂度低,编码计算量大,信道编码,Page 26,Questions,信道编码效率是不是越高越好？,Page 27,目录,2. WiMAX系统关键技术 2.1 WiMAX通信系统模型 2.2 信道编码 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 多天线技术,Page 28,AMC:Adaptive Modulation and Coding 作用:根据信道的质量情况,选择最合适的调制和编码 方式,通过编码和调制方式的组合,可以支持不同的传输速率,A
10、MC,Page 29,802.16e的调制方式,QPSK 16QAM 64QAM星座图,Page 30,WiMAX系统支持的调制和编码方式,在其它输入条件相同的情况下,不同的调制和编码方式直接影响单基站容量及单用户速率,Page 31,处于较好信道中的MS可以具有更高的速率,系统的平均传输速率也可得到提高 避免通过发射功率的途径来提高系统性能,降低干扰 802.16基于RSSI和CINR来衡量信道质量 调制编码方式的选取原则 信道质量好,用效率高的调制方式并结合较弱的信道编码方式 信道质量不好,用效率低的调制方式并结合较强的信道编码方式,AMC,Page 32,Questions,在其它输入条
11、件相同的情况下,计算不同的调制和编码方式下每符号所传输的有效信息比特 每符号所传输的有效信息比特调制阶数编码效率 对比16QAM 3/4和64QAM 1/2,两者传输的有效信息比特是否相等？性能上有何区别？ 当信道环境比较复杂的时候,因反馈延迟或者反馈译码错误而造成AMC判决错误,会发生什么样的后果？,Page 33,目录,2. WiMAX系统关键技术 2.1 WiMAX系统通信模型 2.2 信道编码 2.3 AMC 2.4 HARQ 2.5 多天线技术,Page 34,HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest） HARQ技术是ARQ和前向纠错(FEC)相结合的
12、纠错方法 ARQ类型 SAW:Stop-and-wait GBN: Go-Back-N SR:Selective Repeat ARQ只在接收端做检测,检测到误码就扔掉或者要求对方重发 信道编码（尤其是前向纠错码FEC）不仅有检错的功能而且有纠错的功能. 把两者结合起来就形成HARQ,先对接收到的误码进行纠错,能纠正过来的就不需要重发,无法纠正的再要求对方重发.对已经收到的错码有不同的处理方法.,什么是HARQ？,Page 35,HARQ的类型,Type I:每次重传相同的内容,但接收端不合并 Type II(IR):重传不同的冗余版本,接收端保留原数据包. Type III:每次重传具有自解
13、码能力,冗余版本相同或不相同,接收端进行合并(Chase合并/IR合并). 重传不同冗余版本,IR合并 重传相同冗余版本,Chase合并,HARQ的类型,Page 36,优点: 联合信道编码和ARQ的各自优点,提高数据传输的可靠性和系统吞吐量 HARQ基于信道条件提供精确的编码速率调节,自动适应瞬时信道变化,且对延迟和误差不敏感 结合AMC使用,可以弥补错误AMC操作（因反馈延迟/反馈译码错误而引起）所导致的性能损失,提高性能 缺点: 需要反馈信道 额外控制开销,HARQ的特点,Page 37,目录,2. WiMAX系统关键技术 2.1 WiMAX系统通信模型 2.2 信道编码 2.3 AMC
14、 2.4 HARQ 2.5 多天线技术,Page 38,Contents,2.5 多天线技术 2.5.1 MIMO 2.5.2 AAS,Page 39,MIMO: Multiple input and multiple output MIMO是通过在收发两端增加天线个数及相应的信号处理功能模块建立起来的复杂的3维传输结构,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.,MIMO基本原理,Page 40,分集模式（Matrix A） 在不同的天线上发射相同的数据 分集模式能间接的增加容量 接收天线的数目可以少于发射天线的数目 复用模式（Matrix B） 在不同的天线上发射不
15、同的数据 分集模式能直接接的增加容量 接收天线的数目不能少于发射天线的数目,MIMO的工作模式,Page 41,MIMO天线架构,DL中支持的天线架构（发射天线数最少的接收天线数）: 21、22 31、32、33 41、42、44,MIMO天线架构,Page 42,在802.16e协议中,MIMO是一种可选技术,在上下行都可以选择支持该技术,802.16e对MIMO技术的支持,Page 43,Contents,2.5 多天线技术 2.5.1 MIMO 2.5.2 AAS,Page 44,AAS: Adaptive/Advanced Antenna System（自适应天线系统）,什么是AAS？,Page 45,多波束型AAS特点: 多个固定波束覆盖小区、每个波束指向固定,AAS 天线的类型,自适应型AAS特点: 波束能够动态跟踪所需用户信号,Page 46,AAS能提高系统性能,主要体现在以下方面: 增加了信干噪比,提高了基站接收机的灵敏度,降低了系统误码率 提高了基站发射机的等效发射功率 降低了系统干扰 改进了小区的覆盖,增加了覆盖距离 利用空分多址技术（SDMA）,提高了频谱利用率,AAS对移动通信系统性能的改善,Page 47,AAS与MIMO的比较,2008-7,Thank You,
