WiMAX基本原理与关键技术.ppt

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1、Security Level:Internal HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential WiMAX 基本原理基本原理与关键技术与关键技术无线案例培训部无线案例培训部2008-7Page 1HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 前前 言言lWiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）lWMAN(Wireless Metropolitan Access Network)technologyPage 1Page 2HUAWE

2、I TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 培训目标培训目标l学完本课程后,您应该能:p了解OFDM技术的基本原理p了解WiMAX无线接入网无理层关键技术Page 2Page 3HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 目目 录录1.OFDM/OFDMAOFDM/OFDMA基本原理基本原理基本原理基本原理2.WiMAX物理层关键技术物理层关键技术Page 3Page 4HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 目录目录1.1.OFDM/OFDMA

3、OFDM/OFDMA基本原理基本原理基本原理基本原理p1.1 OFDM 原理原理p1.2 OFDMA 原理 Page 4Page 5HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential FDMA系统演进Single CarrierlOFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用frequencyMulti-carrierfrequencyOFDMfrequencyPage 5Page 6HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 主要思想:

4、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）基本原理（模拟处理时）OFDM基本原理基本原理Page 6Page 7HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential OFDM的系统实现Sf0fN-1P/SIFFTPage 7Page 8HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l 频谱利用率高l 易于克服频率选择性衰落l 易于克服多径干扰（码间串

5、扰）l 信道估计与均衡实现简单l 易于同其他技术相结合OFDM技术特点l对时间同步的要求比较高l对频率偏移特别敏感lPAPR(Peak to Average Power Ratio)值较大Page 8Page 9HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 克服频率选择性衰落克服频率选择性衰落 FadingTransmit SignalReceived SignalffP(f)P(f)宽带系统窄带系统FadingTransmit SignalReceived SignalffP(f)P(f)Page 9Page 10HUAWEI TECHNOL

6、OGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 多径环境多径环境ReceivedsignalTransmittedsignaltimetimePage 10Page 11HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 克服多径干扰l CP(cyclic prefix)=Tg/Tb,有1/32,1/16,1/8,1/4.通常CP取值为1/8.l在OFDMA系统中,增加CP可减小多径干扰造成的影响.Page 11Page 12HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 时域同步的

7、重要性Page 12Page 13HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 频域同步的重要性Page 13Page 14HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 目录目录1.OFDM/OFDMAOFDM/OFDMA基本原理基本原理基本原理基本原理p1.1 OFDM 原理原理p1.2 OFDMA 原理原理 Page 14Page 15HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 什么是什么是OFDMA？（？（1）l OFDMA:Orthog

8、onal Frequency Division Multiple Accessl 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 FrequencyTimeOFDMOFDMAOutput PowerFrequencyOFDMOFDMAPage 15Page 16HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential Frequency Subcarrier-NSubcarrier-1Time Bandwidth Subcarrier-2Subcarrier-3Subcarrier-4Guard TimeOFDM Slot/FrameIF

9、FTIFFTIFFTS1S2S3S4S5S6S7SNSN+1SN+2SN+3SN+4OFDM Symbol (FTT duration)S2N什么是什么是OFDMA？（？（2）l资源最小分配单位 Slot=n子信道m OFDMA符号ln与m的大小与Zone和上下行有关Page 16Page 17HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential OFDMA帧结构帧结构PreambleDL Sub-frameTTGUL Sub-frameRTGLast FramePowerTimeFCHDLMAPULMAPDL Burst#2DL Burst#4DL

10、Burst#3DL Burst#1DL Burst#6DL Burst#7DL Burst#5ACKBurst#1RangingFast Feedback(CQICH)Burst#2Burst#3Burst#4Burst#501234567N01234MGuardSymbol1SNSub-channel Logical NumberNext FrameTTG:Transmit/receive transition gap RTG:Receive/transmit transition gapPage 17HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidenti

11、al 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):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.OFDMA帧结构帧结构lOFDMA帧长

12、为5ms,并且包含48个symbol.l一帧包括DL子帧和UL子帧.lDL子帧:Preamble、FCH(frame control header),DL_MAP和下行数据burst组成.lPreamble:占用下行子帧的第一个符号,用于物理帧的同步.lFCH: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.lDL_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.l下行数据burst:用于承载下行数据,每个下行burst在帧结

13、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 18HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.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):18pt 颜色:黑色内部使用字体:FrutigerNext LT Regular外部使用字体:Arial中文正

14、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.OFDMA帧结构帧结构l上行子帧由Ranging子信道和上行数据burst组成.lRanging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.l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 19Page 20HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Conf

15、idential 目目 录录1.OFDM/OFDMA基本原理基本原理2.WiMAX物理层关键技术物理层关键技术Page 20Page 21HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 目录目录2.WiMAXWiMAX系统关键技术系统关键技术系统关键技术系统关键技术p2.1 WiMAX系统通信模型系统通信模型p2.2 信道编码p2.3 AMC p2.4 HARQp2.5 多天线技术 Page 21Page 22HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 通信系统基本模型信源解码信源解码信源编码信

16、源编码 Interleavingdeinterleaving调制调制 解调解调发射发射接收接收无线信道无线信道信道解码信道解码和和信道解交织信道解交织信道编码信道编码和和 信道交织信道交织Page 22Page 23HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 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

17、23Page 24HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 目录目录2.WiMAXWiMAX系统关键技术系统关键技术系统关键技术系统关键技术p2.1 WiMAX系统通信模型p2.2 信道编码信道编码p2.3 AMC p2.4 HARQp2.5 多天线技术 Page 24Page 25HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l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）l目的:接收端通过判断接收到的信息码元与监

18、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 l编码效率:k/nlWiMAX中用到的信道编码的类型:p CC:卷积码,目前支持的编码格式为1/2,2/3,3/4,5/6p 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1/2,2/3,3/4,5/6p 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 25Page 26HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential Questionsl信道编码效率是不是越高越好

19、？Page 26Page 27HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 目录目录2.WiMAXWiMAX系统关键技术系统关键技术系统关键技术系统关键技术p2.1 WiMAX通信系统模型p2.2 信道编码p2.3 AMC p2.4 HARQp2.5 多天线技术 Page 27Page 28HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l AMC:Adaptive Modulation and Codingl 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

20、支持不同的传输速率 AMC 16QAMQPSK64QAMPage 28Page 29HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 802.16e的调制方式的调制方式lQPSK 16QAM 64QAM星座图Page 29Page 30HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential WiMAX系统支持的调制和编码方式系统支持的调制和编码方式Supported Code and ModulationsSupported Code and ModulationsModulationModulationDL

21、DLULULQPSKQPSK、16QAM16QAM、64QAM64QAMQPSKQPSK、16QAM16QAM、64QAM64QAMCC(CC(ConvolutionalConvolutional Code)Code)1/2,2/3,3/4,5/61/2,2/3,3/4,5/61/2,2/3,3/4,1/2,2/3,3/4,5/65/6CTC(CTC(ConvolutionalConvolutional Turbo Turbo Code)Code)1/2,2/3,3/4,5/61/2,2/3,3/4,5/61/2,2/3,3/4,1/2,2/3,3/4,5/65/6RepetitionRepe

22、tition0,x2,x4,x60,x2,x4,x60,x2,x4,x60,x2,x4,x6l 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 30Page 31HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l 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 l 避免通过发射功率的途径来提高系统性能,降低干扰l 802.16基于RSSI和CINR来衡量信道质量l 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

23、强的信道编码方式AMCPage 31Page 32HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential Questionsl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p 每符号所传输的有效信息比特调制阶数编码效率l 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？l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 32Page 33HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confident

24、ial 目录目录2.WiMAXWiMAX系统关键技术系统关键技术系统关键技术系统关键技术p2.1 WiMAX系统通信模型p2.2 信道编码p2.3 AMC p2.4 HARQp2.5 多天线技术 Page 33Page 34HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential lHARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）pHARQ技术是ARQ和前向纠错(FEC)相结合的纠错方法l ARQ类型p SAW:Stop-and-waitp GBN:Go-Back-Np SR:Selective RepeatlARQ只在接收端做检

25、测,检测到误码就扔掉或者要求对方重发l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.l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 34Page 35HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential HARQ的类型的类型l Type I:每次重传相同的内容,但接收端不合并l Type II(IR):重传不同的冗余版本,接收端保留原数据包.l Type III:每次重传具有自解码能力,冗余版本相同或不相同,接

26、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的类型的类型Page 35Page 36HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l优点:p 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pHARQ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p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l缺点:p需要反馈信道p额外控制开销HARQ的特点Page 36Page 37HUAWEI

27、 TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential 目录目录2.WiMAXWiMAX系统关键技术系统关键技术系统关键技术系统关键技术p2.1 WiMAX系统通信模型p2.2 信道编码p2.3 AMC p2.4 HARQp2.5 多天线技术多天线技术 Page 37Page 38HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential Contents2.5 多天线技术多天线技术 p2.5.1 MIMOp2.5.2 AASPage 38Page 39HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Conf

28、idential l MIMO:Multiple input and multiple outputMIMO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 39Page 40HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l 分集模式（Matrix A）p在不同的天线上发射相同的数据 p分集模式能间接的增加容量 p接收天线的数目可以少于发射天线的数目 l复用模式（Matrix B）p在不同的天线上发射不同的数据 p分集模式

29、能直接接的增加容量 p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 40Page 41HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential MIMO天线架构天线架构lDL中支持的天线架构中支持的天线架构（发射天线数最少的接收天线数）:21、22 31、32、33 41、42、44MIMO天线架构天线架构Page 41Page 42HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l 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

30、支持Page 42Page 43HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential Contents2.5 多天线技术多天线技术 p2.5.1 MIMOp2.5.2 AASPage 43Page 44HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential l AAS:Adaptive/Advanced Antenna System（自适应天线系统）什么是AAS？全向天线全向天线定向天线定向天线AASPage 44Page 45HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confiden

31、tial l多波束型多波束型AAS特点特点:p多个固定波束覆盖小区、每个波束指向固定AAS 天线的类型l自适应型自适应型AASAAS特点特点:p波束能够动态跟踪所需用户信号Page 45Page 46HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential lAASAAS能提高系统性能能提高系统性能,主要体现在以下方面主要体现在以下方面:p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p提高了基站发射机的等效发射功率p降低了系统干扰p改进了小区的覆盖,增加了覆盖距离p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P

32、age 46Page 47HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential AAS与与MIMO的比较的比较AASMIMO特征利用不同天线信号之相关特性,天线间距近利用不同天线信号之独立特性,天线间距远应用在宏小区性能较佳,天线位置较高在微小区、室内等环境下性能较好基站通道数较多,且对系统结构影响较大,系统架构需要专门为AAS优化,难以兼容传统系统架构有两通道的,主要是基带信号处理,对系统架构影响较小,容易与传统系统兼容平台终端影响小,仅增加部分信令影响大,要求终端支持多天线Page Security Level:Internal HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.Huawei Confidential Thank Y2008-7