WiMAX基本原理与关键技术

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1、Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Page,*,HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.,Huawei Confidential,HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,Huawei Confidential,英文标题:32-35pt,颜色:R153 G0 B0,内部使用字体:,FrutigerNext LT Medium,外部使用字体:Arial,中文标题:30-32pt,颜色:R153 G0 B0,字体:黑体,英文正文:20-22pt,子目录(2-5级)

2、:18pt,颜色:黑色,内部使用字体:,FrutigerNext LT Regular,外部使用字体:Arial,中文正文:18-20pt,子目录(2-5级):18pt,颜色:黑色,字体:细黑体,配色参考方案:,建议同一页面内不超过四种颜色,以下是组配色方案,同一页面内只选择一组使用.,（仅供参考）,客户或者合作伙伴的标志放在右上角.,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,WiMAX 基本原理与关键技术,无线案例培训部,2008-7,前 言,WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）,WMAN(Wireless Metrop

3、olitan Access Network)technology,Page 1,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 2,目 录,OFDM/OFDMA,基本原理,2.,WiMAX,物理层关键技术,Page 3,目录,OFDM/OFDMA,基本原理,1.1,OFDM,原理,1.2 OFDMA,原理,Page 4,FDMA系统演进,Single Carrier,OFDM:,Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用,frequency,Multi-carrier,fr

4、equency,OFDM,frequency,Page 5,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 6,OFDM,的系统实现,S,f,0,f,N-1,P/S,IFFT,Page 7,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

5、Average Power Ratio)值较大,Page 8,克服频率选择性衰落,Fading,Transmit Signal,Received Signal,f,f,P(f),P(f),宽带系统,窄带系统,Fading,Transmit Signal,Received Signal,f,f,P(f),P(f),Page 9,多径环境,Received,signal,Transmitted,signal,time,time,Page 10,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

6、小多径干扰造成的影响.,Page 11,时域同步的重要性,Page 12,频域同步的重要性,Page 13,目录,OFDM/OFDMA,基本原理,1.1,OFDM,原理,1.2 OFDMA,原理,Page 14,什么是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,Frequency,Time,OFDM,OFDMA,Output Power,Frequency,OFDM,OFDMA,Page 15,Frequency,Subcarrier-N,Subc

7、arrier-1,Time,Bandwidth,Subcarrier-2,Subcarrier-3,Subcarrier-4,Guard Time,OFDM Slot/Frame,IFFT,IFFT,IFFT,S,1,S,2,S,3,S,4,S,5,S,6,S,7,S,N,S,N+1,S,N+2,S,N+3,S,N+4,OFDM Symbol,(FTT duration),S,2N,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 16,OFDMA帧结构,Preamble,DL Sub-frame,T

8、TG,UL Sub-frame,RTG,Last Frame,Power,Time,FCH,DL,MAP,UL,MAP,DL Burst#2,DL Burst#4,DL Burst#3,DL Burst#1,DL Burst#6,DL Burst#7,DL Burst#5,A,C,K,Burst#1,Rang,ing,Fast Feedback(CQICH),Burst#2,Burst#3,Burst#4,Burst#5,0,1,2,3,4,5,6,7,N,0,1,2,3,4,M,Guard,Symbol,1,S,N,Sub-channel Logical Number,Next Frame,

9、TTG:Transmit/receive transition gap RTG:Receive/transmit transition gap,Page 17,OFDMA帧结构,OFDMA,帧长为,5ms,并且包含,48,个,symbol.,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 zon

10、e,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 18,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,

11、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 19,目 录,1.,OFDM/OFDMA基本原理,2.,WiMAX物理层关键技术,Page 20,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 21,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

12、解交织,信道编码和 信道交织,Page 22,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,射频,接收,基带,Page 23,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 24,定义:在发送端被传输的信息序列上附加

13、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 25,Questions,信道编码效

14、率是不是越高越好？,Page 26,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 27,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,AMC,16,QAM,QPSK,64,QAM,Page 28,802.16e的调制方式,QPSK 16QAM 64QAM星座图,Page 29,WiMAX系统支持的调制和编码方式,Supported Code and Modula

15、tions,Modulation,DL,UL,QPSK、16QAM、64QAM,QPSK、16QAM、,64QAM,CC(Convolutional Code),1/2,2/3,3/4,5/6,1/2,2/3,3/4,5/6,CTC(Convolutional Turbo Code),1/2,2/3,3/4,5/6,1/2,2/3,3/4,5/6,Repetition,0,x2,x4,x6,0,x2,x4,x6,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 30,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

16、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 31,Questions,在其它输入条件相同的情况下,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 32,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 33,HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）,HARQ技术是ARQ和前向纠错(FEC)相结合的纠错方法,ARQ类型,SAW:Stop-and-wait,GBN:Go-Back-N,SR:Selective Repeat