协议中入网测距和时延调整算法.ppt
协议中入网测距和时延调整算法 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望前言前言802.16802.16标准定义了无线标准定义了无线MANMAN（城域网）空中接口规（城域网）空中接口规范。范。802.16802.16是固定无线接入的标准，可以应用于是固定无线接入的标准，可以应用于2 211GHz11GHz非视距非视距(NLOS)(NLOS)传输和传输和101066GHz66GHz视距视距(LOS)(LOS)传输。传输。802.16802.16可支持可支持TDD(TDD(时分双工时分双工)和和FDD(FDD(频分双工频分双工)两两种无线双工方式。根据使用频段的不同，种无线双工方式。根据使用频段的不同，10-10-66GHz66GHz固定无线接入系统主要采用单载波调制技术，固定无线接入系统主要采用单载波调制技术，而对于而对于2-11GHz2-11GHz频段的系统，将主要采用频段的系统，将主要采用OFDMOFDM和和OFDMAOFDMA技术。技术。802.16802.16未规定具体的载波带宽，系统未规定具体的载波带宽，系统可以采用从可以采用从1.25MHz-20MHz1.25MHz-20MHz之间的带宽。对于之间的带宽。对于10-10-66GHz66GHz的固定无线接入系统，还可以采用的固定无线接入系统，还可以采用2525或或28MHz28MHz载波带宽，提供更高的接入速率。载波带宽，提供更高的接入速率。本文主要介绍工作在本文主要介绍工作在TDDTDD方式下的，以方式下的，以BSBS为中心的，为中心的，点对多点（点对多点（PMPPMP）的宽带无线接入系统中）的宽带无线接入系统中SSSS的入网的入网和测距过程，以及其中的时延调整算法。和测距过程，以及其中的时延调整算法。1.802.161.802.16协议概述协议概述 802.16协议详细说明了提供多种服务的固定的点对多点（PMP）的宽带无线接入系统的空中接口，包括媒体接入控制层（MAC）和物理层（PHY）。802.16协议的MAC层包含三个子层（如下图所示）：服务汇聚子层（CS）（Service Specific Convergence SublayerService Specific Convergence Sublayer）该层通过服务汇聚子层服务访问点（SAP）接收到高层数据，并将其进行转换或者映射，再发到MAC公共部分子层(MAC CPS)的MAC服务访问点。1)从高层接受协议数据单元（PDU），并对其进行分类，将它们分配到合适的连接中（对应于不同的CID）。2)(如果需要)处理基于分类的高层协议数据单元，例如载荷头抑制。3)把处理后的CS PDU传送到与业务流相关联的MAC接入点，以完成到对等MAC接入点的传输。4)从对等实体接收会聚子层的协议数据单元，并恢复被压缩的载荷头信息。公共部分子层（MAC CPSMAC CPS）（MAC Common Part SublayerMAC Common Part Sublayer）提供系统访问，带宽分配，连接建立和连接维护等核心MAC层功能。它通过MAC 层服务访问点从服务汇聚子层接收数据，再分别对应到不同的MAC层连接。并实现相应服务质量(QoS)。单独的加密子层（PSPS）（Privacy SublayerPrivacy Sublayer）用以提供鉴权，安全密钥交换和加密功能。2.2.802.16协议中的帧结构 本文中讨论的802.16协议采用TDD时分双工。上行链路采用TDMA时分多址接入。下行链路采用TDM时分复用。802.16中物理帧由下行链路子帧和上行链路子帧构成，帧结构如下图所示（帧长为5ms）。下行子帧仅为一个下行物理层下行子帧仅为一个下行物理层PDUPDU，它由长，它由长前导码、帧控制头（前导码、帧控制头（FCHFCH）、和）、和mm个突发个突发（burstburst）组成。长前导码用于物理层同步。前导）组成。长前导码用于物理层同步。前导码后是一个码后是一个OFDMOFDM符号长度的帧控制头符号长度的帧控制头(FCH)(FCH)，FCHFCH部分采用统一的调制和编码方式，以保证较部分采用统一的调制和编码方式，以保证较低的误码率，并保证低的误码率，并保证SSSS检测检测MACMAC层消息，完成注层消息，完成注册过程。册过程。FCHFCH中包含下行链路帧前缀（中包含下行链路帧前缀（DLFPDLFP）来）来指定其后紧跟的一个或几个突发的模式和长度。指定其后紧跟的一个或几个突发的模式和长度。FCHFCH后是用于传送管理消息、数据等的一些突发，后是用于传送管理消息、数据等的一些突发，其中紧跟着其中紧跟着FCHFCH的突发中会发送的突发中会发送DL-MAPDL-MAP消息、消息、UL-UL-MAPMAP消息，并在一定的间隔内周期性的发送消息，并在一定的间隔内周期性的发送DCDDCD消息、消息、UCDUCD消息。每个下行突发数据包都被唯一消息。每个下行突发数据包都被唯一的的DIUCDIUC码所标识（由码所标识（由DL-MAPDL-MAP指定），该指定），该DIUCDIUC码码表征了相应的突发数据包的物理层传输参数，以表征了相应的突发数据包的物理层传输参数，以采用不同的调制和编码方式，给突发数据包提供采用不同的调制和编码方式，给突发数据包提供不同的稳定性和高效性。不同的稳定性和高效性。一个上行链路子帧由初始化测距时隙、带宽请求时隙和一个或几个由不同SS发出的上行链路物理层PDU构成。每个物理层PDU由短前导码和上行突发组成，每个物理层PDU对应于不同SS所发送的突发数据包,每个突发数据包中又包含一个或多个MAC层PDU供改SS中不同的业务使用。每个上行突发的数据包被唯一的UIUC码所标识，采用对应的传输参数发送数据。3.802.16协议中的入网过程和时延调整算法 在入网过程中，测距是几个过程的组合，BS和SS用来维持它们之间的RF通信的质量。初始测距使得新入网的SS获得正确的上行传输参数，例如时间偏移和发送功率等级。这样SS就能通过标记微时隙的边界来对齐符号（时延调整），并采用正确的发射门限（功率控制）以便SS能与BS通信。（1）扫描网络粗同步 BS开机后，在每一个下行子帧的开始都要发送长前导码（长前导码定义为一个REF1信号，其后跟一个REF2信号），FCH（DLFP）、DL-MAP和UL-MAP信号，以及周期发DCD,UCD信号。当SS进入网络后，会先扫描长前导码，由长前导码来判断帧边界，进行粗同步。然后接收DL-MAP和UL-MAP并从中取出时隙分配信息.还要接收DCD和UCD，以获取上下行链路的参数，以及初始化测距时隙的尺寸。因为传播时延的存在，SS的帧边界的粗同步与BS的帧边界相比滞后了一个传播时延，因此SS要执行测距过程来进行时延和功率的校正.如图3所示：（2）发出初始化测距请求。在每一上行子帧中有一个公用的初始化测距在每一上行子帧中有一个公用的初始化测距的传输机会。要入网的的传输机会。要入网的SSSS通过接收通过接收DL-MAPDL-MAP和和UL-UL-MAPMAP解析出这个公用测距机会的位置，然后在这解析出这个公用测距机会的位置，然后在这个传输机会内以竞争方式发出个传输机会内以竞争方式发出RNG-REQRNG-REQ消息（其消息（其中包含中包含SSSS的的MACMAC地址），其中地址），其中CIDCID将设置为未初将设置为未初始化的始化的SSSS的值（的值（0 x00000 x0000）。一旦）。一旦BSBS成功的接收到成功的接收到了了RNG-REQRNG-REQ消息，它将下一帧的下行子帧中以消息，它将下一帧的下行子帧中以SSSS的的MACMAC地址为标识返回一个地址为标识返回一个RNG-RSPRNG-RSP消息。如果消息。如果发生碰撞，发生碰撞，SSSS应该根据退避算法随机退避整数个应该根据退避算法随机退避整数个帧长，在随后的某个帧中再发出测距请求。帧长，在随后的某个帧中再发出测距请求。（3）分配基本CID分配专用信道。当一个SS的测距请求被正确接收到以后，BS将下一帧的下行子帧中返回一个RNG-RSP消息，并以SS的MAC地址来对不同的SS进行标识，在这个消息中会给SS分配一个基本CID，RNG-RSP中也包含射频功率调整、频率偏移量调整、和时间偏差校正值。从这个时间点开始，BS将使用SS的基本CID来标注这个SS并完成测距过程。一旦一旦SSSS得到基本得到基本CIDCID，BSBS会在以后每帧的会在以后每帧的公用带宽申请时隙后给该公用带宽申请时隙后给该SSSS分配一个专用的测分配一个专用的测距时隙（以基本距时隙（以基本CIDCID为标识）。公用测距时隙将为标识）。公用测距时隙将空出来，空出来，SSSS以后的测距过程将利用专用测距时以后的测距过程将利用专用测距时隙来完成。若有其它隙来完成。若有其它SSSS在这个过程中也要入网在这个过程中也要入网并竞争发送成功，则并竞争发送成功，则BSBS也为它单独分配另一个也为它单独分配另一个测距信道用于维持它的入网。当测距信道用于维持它的入网。当SSSS入网成功后入网成功后BSBS负责将这个信道删除。负责将这个信道删除。（4）利用专用的测距时隙进行初始化测距 在BS给SS分配了专用的测距时隙后，SS在这个信道内发出RNG-REQ消息，BS在随后的下行子帧中给这个SS回应一个RNG-RSP消息，通过这样的一个消息来回完成了二个功能：1、调整功率。2、调整时延。一方面，在初始化测距过程中，BS和SS要完成将SS的发射功率调整到一个适当的值，使SS的无线信号刚好能到达BS，又不会对其他网络造成影响或者浪费能量。另一方面，SS在粗同步的过程中是以收到的BS的前导码和DL-MAP、UL-MAP所计算出来的帧边界作为自己的帧边界的，这样SS的帧边界就比BS实际的帧边界在时间上延迟了一个传播时延。BS和SS也要通过测距过程来消除这个传播时延。这个过程的工作原理为：SS在测距信道内向BS发送一个RNG-REQ消息，BS根据一个测距算法计算出SS的功率修正值和SS的时延修正值，并将功率和时延的修正值放到RNG-RSP消息中发送给SS，SS利用该修正值修正自己的发射功率和时间偏移，然后利用修正过的参数继续发射RNG-REQ，BS再将修正的值通过RNG-RSP（其中包含的状态为：continue）消息发送给SS。1）初始化测距算法 2）下图SS发出一帧后移动了5个sample的距离（无时钟漂移）时，时延调整算法的工作流程。由于BS和SS帧边界的判断没有出现偏差，所以仅修正SS和BS之间的链路时延值（prop delay）。3）下图是SS出现时钟偏移后算法的工作情况。通过这样的往复迭代，当SS的各种参数满足要求后，BS就通过RNG-RSP（其中包含的状态为：success）给SS指示测距成功，并在其中给SS分配主管理CID,随后BS负责将这个信道删除.SS把基本CID和主管理CID放到自己的CID CAM中，将这些CID与本身的MAC地址对应起来。BS也确知了哪个SS加入网络，从而BS把SS的MAC地址和SS的CID对应起来放到BS的CID CAM中。通过以上讨论的操作，SS就完成了在BS上进行MAC层的注册功能。以后SS如果有业务要传输，它会以基本CID为标识在公用带宽申请时隙内发出带宽申请，BS会更据网络资源情况结合业务优先级给SS分配相应的业务CID，并会为该CID分配相应的传输时隙。这样多个SS就可在BS统一控制下进行通信。谢谢！
