WIMAX 技术 薛建彬.

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1 WIMAX 技术 薛建彬

2 IEEE 标准 IEEE 标准又称IEEE Wireless MAN 空中接口标准，对工作于不同频带的无线接入系统空中接口进行了规范。由于它所规定的无线系统覆盖范围在公里级，因此 系统主要应用于城域网。根据是否支持移动性， 标准可分为固定宽带无线接入空中接口标准（IEEE ）和移支宽带无线接入空中接口标准（IEEE802.16e）。 IEEE 标准系统到目前为止包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d、802.16e、802.16f 和802.16g 共七个标准。其中802.16、802.16a、802.16d 属于固定无线接入空中接口标准，而802.16e 属于宽带无线接入空中标准。

3 系列标准

4 系列标准

5 WiMAX 的关键技术（1） OFDM 利用OFDM调制技术将可用带宽划分成若干个子载波，每个子载波的带宽较窄，每个OFDM符号的持续时间就比较长，由多径时延扩展带来的影响将减小，可以有效地提高系统的抗多径干扰能力，扩大设备的适用范围。OFDM 调制方式具有较高的频谱利用率，在抵抗多径衰落、抵抗窄带干扰上具有明显的优势，可以提高系统的非视距传播能力。 摩托罗拉2004 年8 月份在摩托罗拉美国总部做过一个试验，完全采用OFDM 技术，在20M（3.675G），能够给用户最高提供300M 带宽，因为所有无线频段资源是有限的，如果能利用有限的资源做更高带宽的组网将是WiMAX 发展的一个强大的技术拉动力。

6 OFDM 优点：􀂾 频谱利用率高􀂾 抗码间干扰能力强􀂾 适合于链路自适应控制机制􀂾 抗多径干扰与频率选择性衰落能力强􀂾 易于数字处理􀂙

7 OFDM 缺点 对频偏和相位噪声很敏感􀂾 峰值平均功率比（PAR）大􀂾 自适应调制下的系统复杂度较高􀂾
要求信道时延扩展小于CP，造成能量损失高速移动的支持能力有限

8 WiMAX 的关键技术（2） 空时编码 带有多个发射机、接收机及和天线的组合。在接收端将不相关的接受信号进行处理这样可以提供额外的信息补偿增益。传统的单波束无线电遇到深衰落的时候需要40dB，通过4 个不相关信号处理后，衰落深度可降至15dB。

9 WiMAX 的关键技术（3） MIMO 空间复用增益：通过将相互独立的数据分别从不同天线发送出去，在不占用新的频率、时间和码资源的情况下，利用空域资源来使系统容量获得线性放大，提高了频谱效率 分集增益：由于MIMO采用了是多天线发送/接收方案和空时编码技术，所以可以为系统带来空间和时间分集增益，对于对抗信号衰落是十分有益 合并增益：在已知信道信息的条件下，接收端可以从相互独立的空间信道中接收到的信息进行信号合并，从而获得信号合并增益。 干扰消除：在多天线系统中，可以利用已知传输信道的空间信息来对信号进行区分，从而达到干扰减小和消除的目的

10 MIMO技术 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。

11 WiMAX 的关键技术（4） 正交频分复用接入（OFDMA） 自适应调制编码（AMC） 采用OFDM和TDMA复用的慢跳频方式工作
OFDM信号中，把100KHz的频隙作为一个基本的资源单位 分配若干个频隙来达到高比特率，组成宽带信号 把信息分配到载波中以获得分集 自适应调制编码（AMC） AMC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，可以产生不同的传输速率 处于较好信道中的SS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衡量信道质量 SS根据BS的指示取得这些参数报告给BS；SS也可以自主地发送未经请求的报告给BS

12 WiMAX 的关键技术（5） 混合自动重传（HARQ） 综合前向纠错码（FEC） 和ARQ的各自优点，提高数据传输的可靠性和系统吞吐量
减少信道编码中传输的冗余信息 需要反馈信道 额外控制开销 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

13 AAS－基本原理 采用多根天线收发信号，利用数字信号处理技术跟踪、提取各移动用户的空间信息，产生空间定向波束，达到充分利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。另外，可以利用用户空间位置的不同，在同一信道中发送和接收各用户的信号而不发生相互干扰，进而提高系统的频谱利用率。 M元AAS结构框图

14 宽带无线接入的解决方案（1） 无线 互联 网接 入解 决方 案

15 宽带无线接入的解决方案（2） 可运营 可维护 的解决 方案

16 宽带无线接入的解决方案（3） 热点覆盖的解决方案 （摩托罗拉热点区域覆盖的解决方案）

17 无线标准应用场合对比---覆盖范围

18 无线标准应用场合对比---可移动性

19 IEEE 802.16标准简要说明 物理层 SC（单载波—QAM调制方式）、256-OFDM、2048-OFDM MAC层
大量参考DOCSIS(有线电缆数据服务接口规范) MAC层内容，如上行预定基本业务种类：UGS、rtPS、nrtPS和BE 安全机制 直接借用DOCSIS BPI+协议中的密钥管理部分 完备性 充分考虑到2-66GHz、频段执照等因素 制订者 来自宽带无线接入行业各方面代表

20 WiMAX组织与802.16协议关系 为了有效地协调各方面立场，由众多通信器件、设备公司在2003年组成了非营利性机构WiMAX，致力于推动802.16无线宽带设备进入市场，加速最后一公里的宽带部署。

21 WiMAX工作目标 WiMAX积极推动各方面力量制定互通性测试标准，符合WiMAX/802.16协议固定宽带无线接入产品在2005年批量上市，工作频段在2.5/3.5/5.8GHz，采用256-OFDM物理层平台。

22 WiMAX/802.16协议 BWA产品(256-OFDM) Internet上网、VoIP、TDM电路业务、蜂窝基站互联
产品类型 专有协议BWA产品 WiMAX/802.16协议 BWA产品(256-OFDM) 应用市场 Internet上网、VoIP、TDM电路业务、蜂窝基站互联 Internet上网、VoIP 工作频段GHz 2.5/3.5/5.8 波道带宽MHz 1.75/3.5/5.5/20 1.75/3.5/5.5/10/20 用户接口 10BaseT/RJ11/E1 10BaseT/RJ11 调制方式 SC(QAM)/OFDM 256-OFDM 基站成本 适中 终端成本 较低

23 对WiMAX/802.16系统认识 WiMAX/802.16标准逐渐成为宽带无线接入行业的统一标准
WiMAX/802.16标准中SC、256-OFDM、2048-OFDM物理层各有应用重点 SC物理层重点实现TDM业务、256 OFDM物理层重点实现支持NLOS的固定IP业务、2048 OFDM重点实现高速切换移动业务 开展业务如以TDM、语音为主，可以采用支持升级802.16/SC的系统 基于WiMAX/802.16标准产品（256 OFDM） IEEE d标准发布时间在2004年7月，影响关键芯片厂商进度 未采用关键芯片的系统成本不具备优势，升级困难

24 对WiMAX/802.16系统认识 —国内市场应用方向 基于802.16 SC/256-OFDM 固定承载业务--集团用户
*TDM、语音承载（ SC）-支持3G移动基站组网、IP语音超市接入 *IP业务承载（ OFDM） -中小企业Internet接入、NGN网络接入、WLAN接入 基于 OFDM 无线DSL--居民用户 与xDSL等有线手段相互补充、相互竞争 基于 /2048-OFDM宽带移动IP网--个人用户 配合3G、WLAN，支持低速漫游移动（3-11GHz）或高速切换移动（<3GHz）的宽带IP接入业务

25 802.16d 应用模式 企业综合应用 综合无线接入 目标客户：集团客户、商业客户
提供业务：企业局域网络连接，语音、数据、多媒体等多种业务应用承载 综合无线接入 目标客户：高端住宅用户 提供业务：提供包括语音、数据和多媒体等多种电信业务的综合无线宽带接入

26 802.16d 应用模式 电信业务承载 目标客户：电信运营商 提供业务：
在有线资源匮乏（如：北方或者农村地区）或者热点需求地区进行无线宽带覆盖或者热点补充。 在有需求地区，提供承载服务如移动基站互联、WiFi互联等。 提供电信特色业务，如网吧、IP话吧

27 802.16d典型业务 为中小型企业和个人用户提供IP语音、数据业务 为特殊用户提供可定制服务质量的传输链路 做为WiFi热点地区的回程连接
应急通讯、重要线路备份 交通、港口等地方的无线视频监控 做为WiFi热点地区的回程连接 做为有线接入的临时补充/替代方案，解决有线接入资源不足的问题 为满足准视距或视距条件的城市边缘地区提供相对较长距离的语音和数据接入服务

28 802.16e的应用模式 802.16e 提供的具有一定移动特性的宽带数据业务，在静止和低速移动环境下提供高速数据传输服务，也可以通过VoIP支持语音业务 802.16e终端一般为用户移动设备（如便携机或PDA）。网络向在基站覆盖的范围内、具有802.16e终端的用户提供宽带无线接入服务, 用户可以支持达120kmh的移动速度下接入 面向的主要用户将可能是商旅人士、移动娱乐内容使用者等用户，他们在终端方面和资费方面支付能力比较强

29 802.16e 典型业务 移动语音（VOIP） 移动互联网 移动增值业务:包括移动游戏、消息类业务、移动电视、位置服务等
可以进行大规模组网覆盖 QoS机制可以有效保证VOIP业务的时延等参数要求 ATPC以及省电模式可以有效的延长终端使用时间 在基站间的连续切换为终端进行大范围的移动提供了基础,需要结合MobileIP技术，完成用户语音业务的切换 移动互联网 提供用户移动互联网接入业务，对传统互联网业务进行延伸 移动增值业务:包括移动游戏、消息类业务、移动电视、位置服务等

30 WiMAX的两个分支 802.16d 仅支持固定宽带无线接入的标准（IEEE 802.16-2004）
802.16e: 支持固定和移动性的宽带无线接入标准 （IEEE ）

31 802.16d技术特性 TDD和FDD两种双工方式􀂙 应用频段：10～66GHz、<11GHz许可频段和免许可频段，目前多采用3.5GHz宽带无线接入频段，信产部尚未分配WiMAX运营频段􀂙 信道带宽：1.25～20MHz，FDD设备采用1.75MHz/3.5MHz􀂙 传输速率：最大75Mbps(20MHz信道带宽)，10Mbps（3.5MHz信道带宽），视实际环境与距离而定􀂙 覆盖范围：5～50km，支持非视距传输，具体覆盖距离视实际环境而定􀂙 业务能力：􀂾 语音：可以提供具有QoS保障基于IP的话音业务􀂾 数据：可以提供不同等级QoS需求的宽带数据业务􀂾 承载：可以提供基于IP的业务承载，如WiFi回程

32 802.16d关键技术 802.16d 支持五种不同的物理层：WirelessMAN-SC 、WirelessMAN-SCa、WirelessMAN-OFDM、WirelessMAN-OFDMA、WirelessHUMAN 802.16d计划进行产品互操作性认证的是256-FFT OFDM 物理层关键技术 OFDM、HARQ、AMC和MIMO MAC 层主要关键技术 QoS机制、ARQ（可选）

33 802.16e技术特性 TDD双工方式，采用TDM/TDMA的多址技术􀂙 应用频段：2-11GHz许可频段和免许可频段
信道带宽：1.25～20MHz􀂙 传输速率：MIMO2×2最大速率可达几十Mbps􀂙 覆盖范围：几km􀂙 移动速度：120km/h

34 802.16e关键技术 支持WirelessMAN-OFDM、WirelessMAN-OFDMA物理层􀂙
睡眠模式：Sleep、Idle􀂾 切换：HO，MDHO（宏分集切换）、FBSS（快速BS切换）

35 QoS调度 采用请求/授权的带宽分配机制。提供了多种带宽申请的方式，便于动态的根据业务需求分配带宽。
定义了4种(16d)或5种(16e)调度服务类型，每种调度服务具有不同的QoS参数，带宽申请和授权的方式也不同。 􀂾UGS（unsolicited grant service） 􀂾rtPS（real-time polling service） 􀂾ErtPS（ExtendedrtPS） e支持 􀂾nrtPS（non-real-time polling service） 􀂾BE（best effort）

36 省电模式 Sleep Mode：目的在于减少MS的能量消耗并降低对空中资源的使用，MS跨越BS需要进行切换，当终端有业务连接，而业务连接在一段时间内一直没有数据传输时，此连接进入Sleep状态 Idle Mode：当MS仅存在管理连接没有业务连接，一定时间内MS都没有建立业务连接，则MS可进入Idle模式，这种状态下，MS更省电。MS定期向系统登记位置，MS跨越BS时不需要进行切换

37 切换技术 HO（硬切换） FBSS（快速BS切换） MDHO（宏分集切换）
必选的切换模式，既可以由MS决策发起也可以由BS决策发起。可以在同频或者异频下进行 FBSS（快速BS切换） 要维护一个由多个BS构成的分集集合，并选择其中一个BS做为Anchor BS，MS只与Anchor BS进行通信，所谓快速是指不用执行HO过程中的步骤就可以完成切换。必须在同频情况下进行 MDHO（宏分集切换） 也要维护一个由多个BS构成的diversity set (分集集合)，MS可以同时在多个BS之间发送和接收数据，这样可以获得分集合并增益以改善信号质量。必须在同频情况下进行

38 WiMAX应用模式 固定式 游牧式 便携和简单移动式 移动式

39 WiMAX演进 无线宽带 固定无线接入 非标的3.5GHz产品 标准的2.5G/2.3G产品 LMDS 移动WiMAX MMDS
IEEE 标准的3.5G产品 固定无线接入 标准的2.5G/2.3G产品 移动WiMAX IEEE e 无线宽带 LMDS MMDS 标准化 互通性测试 OFDM 移动化 OFDMA 固定无线接入 移动宽带

40 附录-缩写 MMDS (Multichannel Muitipoint Distribution Service)系统
LMDS (Local Multipoint Distribution Services),即区域多点传输服务技术,是一种工作于毫米波段的宽带无线接入系统