IEEE 802.16m寬帶無線技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計

前言

　　經(jīng)過十幾年的發(fā)展，基于第三代移動通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)已在全球得到了廣泛應用。隨著用戶需求的提高和業(yè)務(wù)的豐富，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比例不斷增加。在傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)為提高系統(tǒng)容量和服務(wù)質(zhì)量，向?qū)拵Щl(fā)展的同時，一些傳統(tǒng)的無線寬帶接入技術(shù)也開始提供移動能力的支持。移動通信技術(shù)與寬帶接入技術(shù)的融合成為無線通信的發(fā)展趨勢。　　新的需求帶來新的機遇，2004年第一個基于OFDMA+MIMO的移動WiMAX技術(shù)的推出，給無線移動通信市場打了一劑強心針，也打破了碼分多址（CDMA）技術(shù)一統(tǒng)移動通信天下的局面。隨后，全球主要的移動通信標準組織3GPP和3GPP2，紛紛開始3G演進型系統(tǒng)的開發(fā)和標準化，相繼推出了長期演進（LTE）技術(shù)和超移動寬帶（UMB）技術(shù)。LTE從立項之初到標準的發(fā)布，一直受到多方關(guān)注，它的出現(xiàn)也給WiMAX技術(shù)帶來了一定的壓力和挑戰(zhàn)。2006年年底IEEE-SA（美國電氣和電子工程師學會的標準協(xié)會）通過了802.16m立項申請。IEEE802.16m以802.16e為基礎(chǔ)，支持更大帶寬、更高階天線配置，提供兩倍于802.16e的頻譜效率。同時，802.16m以ITUIMT-.Advanced（也稱為4G）的需求為目標性能需求，面向IMT-Advanced進行設(shè)計，以期在較長的時間內(nèi)保持對其他無線通信標準的競爭優(yōu)勢?！　≡诮窈蟮臄?shù)年，IEEE802.16m的標準成果將逐步被產(chǎn)業(yè)化，應用到市場中。設(shè)備企業(yè)需要根據(jù)這個標準開發(fā)設(shè)備，運營企業(yè)技術(shù)人員需要根據(jù)此標準部署商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，科研人員可以此為基礎(chǔ)研發(fā)新技術(shù)，這一切都需要對802.16m標準有深入理解。因而，在IEEE802.16m標準制定收尾之時，撰寫一本介紹IEEE802.16m技術(shù)原理和系統(tǒng)設(shè)計的書籍很有必要，也是正當其時?！　”緯淖髡叽蠖紖⑴c了IEEE802.16m標準化過程，在會議過程中也提交了大量文稿，較深入地參與了IEEE820.16m標準的制定，了解標準制定過程中技術(shù)方案的選擇過程。為了便于讀者理解IEEE802.16m標準的前因和后果，本書的作者將參會的體會和技術(shù)理解也融入到書中，盡可能詳細地介紹技術(shù)方案的甄選過程、各種解決方案的特點等。在書稿編寫過程中，作者盡可能地參考和引用會議文稿，以做到有據(jù)可依，也方便讀者查閱相關(guān)資料。此外，IEEE802.16m基于IEEE802.16e進行增強，為了更好地體現(xiàn)IEEE802.16m的技術(shù)特點和優(yōu)勢，作者盡可能地采用與802.16e對比的方式編寫本書，以便讀者更好地理解?！　”緯髡鹿?jié)寫作分工如下：杜瀅編寫了第1章、第4章（除4.6節(jié)），第5.1、5.3、5.4、5.7和11.1節(jié)；李揚編寫了第2章和第3章；第4.6節(jié)由龔賢衛(wèi)、許進、徐前子編寫；第5.2、5.5、5.6、5.8節(jié)由方惠英、關(guān)艷峰、梁婷、劉錕、魯照華、朱登魁編寫。

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)闡述了IEEE 802.16m寬帶無線技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計。本書內(nèi)容包含IEEE 802.16m空中接口物理層傳輸技術(shù)、物理層系統(tǒng)設(shè)計、MAC子層設(shè)計、主要物理過程、多載波技術(shù)、增強多播廣播業(yè)務(wù)、定位業(yè)務(wù)、中繼技術(shù)、Femtocell、自組織技術(shù)?！　”緯晒氖乱苿油ㄐ殴ぷ鞯难邪l(fā)人員、工程技術(shù)人員、運營管理人員閱讀(尤其適合IEEE 802.16、4G技術(shù)研究和開發(fā)人員使用)，也可供高等院校通信及相關(guān)專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

第1章　背景及概述　　1.1　IEEE組織架構(gòu)和工作流程　　1.2　IEEE 802各工作組情況　　1.3　WiMAX論壇及技術(shù)現(xiàn)狀　　　1.3.1　固定WiMAX技術(shù)現(xiàn)狀　　　1.3.2　移動WiMAX技術(shù)現(xiàn)狀　　1.4　IEEE 802.16及ITU-R標準進展　　1.5　IEEE 802.16m主要技術(shù)特點和下一步工作　第2章　IEEE 802.16m需求　　2.1　基本需求　　2.2　功能性需求　　2.3　基本性能需求　　2.4　目標性能需求　　2.5　系統(tǒng)部署　第3章　IEEE 802.16m系統(tǒng)架構(gòu)　　3.1　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)　　3.2　IEEE 802.16m系統(tǒng)參考模型　　3.3　IEEE 802.16m空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)　　　3.3.1　AMS/ABS數(shù)據(jù)面處理　　　3.3.2　AMS/ABS控制面處理　　　3.3.3　多載波協(xié)議　第4章　物理層傳輸技術(shù)　　4.1　雙工方式　　　4.1.1　FDD　　　4.1.2　TDD　　　4.1.3　H-FDD　　4.2　多址接入技術(shù)的選擇　　　4.2.1　OFDMA　　　4.2.2　DFT-S-OFDMA　　　4.2.3　IFDMA　　　4.2.4　混合多址　　4.3　下行多天線技術(shù)及選擇　　　4.3.1　下行MIMO框架和數(shù)據(jù)處理　　　4.3.2　支持的多天線技術(shù)　　　4.3.3　空時編碼　　　4.3.4　循環(huán)延時/相位偏移分集　　　4.3.5　天線跳變(hopping)　　　4.3.6　天線選擇技術(shù)　　　4.3.7　空間復用　　　4.3.8　下行預編碼　　　4.3.9　波束賦形　　　4.3.10　多用戶MIMO　　　4.3.11　多天線技術(shù)自適應　　　4.3.12　相關(guān)反饋信息的設(shè)計　　　4.3.13　多基站MIMO技術(shù)(網(wǎng)絡(luò)MIMO)　　4.4　上行多天線技術(shù)　　　4.4.1　上行MIMO框架和數(shù)據(jù)處理　　　4.4.2　支持的多天線技術(shù)　　　4.4.3　單用戶MIMO(SU-MIMO)　　　4.4.4　多用戶MIMO(MU-MIMO)　　　4.4.5　非自適應MIMO　　　4.4.6　SU-MIMO和MU-MIMO的反饋和控制信道　　4.5　鏈路自適應　　　4.5.1　下行鏈路自適應　　　4.5.2　上行鏈路自適應　　4.6　信道編碼　　　4.6.1　數(shù)據(jù)信道的信道編碼　　　4.6.2　控制信道的信道編碼　　　4.6.3　IR HARQ　　　4.6.4　星座圖重排　第5章　物理層系統(tǒng)設(shè)計　　5.1　OFDMA參數(shù)設(shè)計　　　5.1.1　CP長度設(shè)計　　　5.1.2　子載波帶寬設(shè)計　　5.2　幀結(jié)構(gòu)設(shè)計　　　5.2.1　基本幀結(jié)構(gòu)　　　5.2.2　支持16e的幀結(jié)構(gòu)(后向兼容)　　　5.2.3　共存的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計　　　5.2.4　多載波幀結(jié)構(gòu)設(shè)計　　5.3　下行物理結(jié)構(gòu)　　　5.3.1　物理和邏輯資源設(shè)計　　　5.3.2　信道化和資源映射　　　5.3.3　導頻結(jié)構(gòu)設(shè)計　　　5.3.4　用于E-MBS的物理資源結(jié)構(gòu)　　5.4　上行物理結(jié)構(gòu)　　　5.4.1　物理和邏輯資源設(shè)計　　　5.4.2　信道化和資源映射　　　5.4.3　導頻結(jié)構(gòu)設(shè)計　　　5.4.4　支持多載波的上行物理資源　　5.5　下行控制信道　　　5.5.1　下行控制信息分類　　　5.5.2　下行控制信道設(shè)計　　　5.5.3　下行控制信息映射　　5.6　上行控制信道　　　5.6.1　上行控制信息分類　　　5.6.2　上行控制信道設(shè)計　　　5.6.3　上行控制信息映射　　5.7　功率控制　　　5.7.1　下行功率控制　　　5.7.2　上行功率控制　　5.8　干擾消除技術(shù)　　　5.8.1　基于部分頻率重用　　　5.8.2　基于多天線技術(shù)　第6章　MAC子層　　6.1　MAC尋址　　　6.1.1　MAC地址　　　6.1.2　邏輯標識符　　6.2　HARQ功能　　　6.2.1　HARQ反饋機制　　　6.2.2　下行HARQ　　　6.2.3　上行HARQ　　　6.2.4　HARQ和ARQ交互　　6.3　切換(Handover，HO)　　　6.3.1　網(wǎng)絡(luò)拓撲獲取　　　6.3.2　切換處理　　　6.3.3　支持Femtocell的切換　　　6.3.4　支持WirelessMAN OFDMA參考系統(tǒng)的切換處理　　　6.3.5　Inter-RAT切換流程　　6.4　ARQ　　　6.4.1　ARQ機制　　　6.4.2　ARQ控制信息　　　6.4.3　ARQ反饋　　　6.4.4　ARQ塊　　6.5　功率管理　　　6.5.1　休眠模式　　　6.5.2　空閑模式　　6.6　安全　　　6.6.1　安全結(jié)構(gòu)　　　6.6.2　鑒權(quán)　　　6.6.3　密鑰管理協(xié)議　　　6.6.4　安全聯(lián)盟管理　　　6.6.5　加密方法　　　6.6.6　AMS私密性保護　　6.7　匯聚子層　　6.8　網(wǎng)絡(luò)接入過程　　6.9　連接管理　　　6.9.1　管理連接　　　6.9.2　傳輸連接　　　6.9.3　緊急服務(wù)流　　6.10　QoS　　　6.10.1　業(yè)務(wù)分類　　　6.10.2　自適應輪詢和許可　　　6.10.3　業(yè)務(wù)調(diào)度　　6.11　MAC管理　　6.12　MAC PDU(消息及開銷設(shè)計)　　　6.12.1　MAC Header格式　　　6.12.2　擴展頭(Extended Header)格式　第7章　主要物理過程　　7.1　同步過程　　7.2　網(wǎng)絡(luò)捕獲過程　　7.3　隨機接入過程　　　7.3.1　異步AMS使用的測距信道　　　7.3.2　同步AMS使用的測距信道　　7.4　帶寬請求過程　　　7.4.1　與其他控制信道和數(shù)據(jù)信道的復用　　　7.4.2　物理層結(jié)構(gòu)　　　7.4.3　上行帶內(nèi)控制信令　　　7.4.4　上行控制信息到上行控制信道的匹配　第8章　多載波技術(shù)　　8.1　問題提出和設(shè)計準則　　8.2　子載波不對齊問題的處理　　8.3　多載波物理層操作　　　8.3.1　支持多載波的幀結(jié)構(gòu)　　　8.3.2　控制信道設(shè)計　　8.4　多載波MAC層操作　　　8.4.1　尋址　　　8.4.2　安全　　　8.4.3　網(wǎng)絡(luò)接入　第9章　增強多播廣播業(yè)務(wù)(E-MBS)　　9.1　概述　　9.2　E-MBS傳輸　　　9.2.1　宏分集傳輸　　　9.2.2　非宏分集傳輸　　9.3　E-MBS操作　　　9.3.1　E-MBS連接建立　　　9.3.2　連接狀態(tài)下的E-MBS操作　　　9.3.3　空閑狀態(tài)下的E-MBS操作　　9.4　E-MBS協(xié)議及功能　　　9.4.1　物理層　　　9.4.2　MAC層　第10章　定位業(yè)務(wù)技術(shù)　　10.1　定位能力的協(xié)商　　10.2　基本LBS能力　　　10.2.1　AAI_LBS-ADV消息的基本功能　　　10.2.2　定位的測量和報告　　　10.2.3　基于衛(wèi)星輔助的定位　　　10.2.4　LBS消息格式　　　10.2.5　增強LBS　第11章　其他技術(shù)　　11.1　中繼技術(shù)　　　11.1.1　概述　　　11.1.2　.16m與802.16j　　　11.1.3　MAC層功能　　　11.1.4　物理層功能　　11.2　Femtocell　　　11.2.1　Femto基站概述　　　11.2.2　Femto系統(tǒng)原理　　　11.2.3　Femto系統(tǒng)設(shè)計方案　　　11.2.4　小結(jié)　　11.3　自組織技術(shù)　　　11.3.1　自組織網(wǎng)絡(luò)與Femto基站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃/頻率規(guī)劃問題　　　11.3.2　自組織網(wǎng)絡(luò)與Femto基站系統(tǒng)的空口同步　　　11.3.3　Femto基站系統(tǒng)與宏基站網(wǎng)絡(luò)的空口同步　　　11.3.4　自組織網(wǎng)絡(luò)與Femto基站系統(tǒng)的干擾避免、消除問題　　　11.3.5　自組織網(wǎng)絡(luò)與Femto基站的初始化、重初始化和退出網(wǎng)絡(luò)　縮略語　參考文獻　

章節(jié)摘錄

　　全球無線通信正呈現(xiàn)出移動化、寬帶化和IP化的趨勢。傳統(tǒng)蜂窩移動通信的陣營中，由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比例不斷增加，移動通信在向提供無線高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的方向演進，移動通信設(shè)備制造商也相應地優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不斷提高數(shù)據(jù)傳輸速率。一些傳統(tǒng)的無線寬帶接入技術(shù)也開始提供移動能力的支持。移動通信技術(shù)和傳統(tǒng)寬帶接入技術(shù)之間的界線越來越模糊，移動通信技術(shù)與寬帶接入技術(shù)的融合成為無線通信的發(fā)展趨勢。　　2004年第一個基于OFDMA+MIMO的移動WiMAX技術(shù)的推出，給無線移動通信市場打了一劑強心針。全球主要的移動通信標準組織3GPP和3GPP2，紛紛開始3G演進型系統(tǒng)的開發(fā)和標準化，相繼推出了LTE技術(shù)和UMB技術(shù)。由于各種原因，UMB技術(shù)最終被3GPP2所放棄。LTE從立項之初到標準的發(fā)布，一直受到多方關(guān)注，它的出現(xiàn)也給WiMAX技術(shù)帶來了一定的壓力和挑戰(zhàn)?！　×硪环矫孀鳛榈谝粋€基于OFDMA+MIMO的移動通信系統(tǒng)，其性能在某些方面可進一步增強，運營商在此方面有強烈的需求。此外，國際電信聯(lián)盟（ITU）于2008年3月正式發(fā)出通函，征集IMT-Advanced（也稱為4G移動無線技術(shù)）候選提案，各個標準組織根據(jù)ITU時間表積極準備提案。ITU于2008年年底、2009年年初表示將征集IMT-Advanced候選技術(shù)?！　?006年12月IEEE.SA（美國電氣和電子工程師學會的標準協(xié)會）通過了IEEE802.1 6提交的16m立項申請，16m具體標準工作在IEEE802.1 6WG下設(shè)的TGM任務(wù)組中進行，預計在2010年完成。16m以ITUIMT-Advanced的需求為目標性能需求（Target Performance Requirement），面向IMT-Advanced進行設(shè)計?！　?.1 IEEE組織架構(gòu)和工作流程　　美國電氣和電子工程師學會（IEEE）的前身AIEE（美國電氣工程師學會）和IRE（無線電工程師學會）成立于1884年。1963年1月1日AIEE和IRE正式合并為IEEE。自成立以來，IEEE一直致力于推動電氣和電子技術(shù)在理論方面的發(fā)展和應用方面的進步。作為科技革新的催化劑，IEEE通過在廣泛領(lǐng)域的活動規(guī)劃和服務(wù)支持其成員的需要。其主要工作范疇為電氣、電子和計算機及其相關(guān)科學技術(shù)領(lǐng)域。　　IEEE是一個非營利性科技學會，擁有全球近175個國家36萬多名會員。通過多元化的會員，該組織在太空、計算機、電信、生物醫(yī)學、電力及消費性電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中都是主要的權(quán)威。在電氣及電子工程、計算機及控制技術(shù)領(lǐng)域中，IEEE發(fā)表的文獻約占全球的30％。

編輯推薦

　　參考技術(shù)規(guī)范、報告、會議提案及紀要編寫，便于讀者查閱。　　融入作者參會體會，介紹技術(shù)方案甄選過程，便于讀者理解標準的前因后果?！　〔捎门c802.16e對比的方式編寫，更易理解。

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