構(gòu)建寬帶無線城域網(wǎng)的移動(dòng)WiMAX技術(shù)

前言

　　無線城域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Metropolitan Area Networks，WirelessMAN）是一種新興的寬帶無線接入（Broadband Wireless Access，BWA）技術(shù)，它可以為家庭和企業(yè)提供傳輸速度快、頻譜效率高、信道容量大的無線多媒體應(yīng)用，因此WirelessMAN（WiMAX）被認(rèn)為是一種4G技術(shù)。由于WirelessMAN取得的巨大成功，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織非常積極地制定了IEEE 802.16、ETSI HiperMAN和韓國(guó)WiBro等一系列標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)建立了WiMAX論壇，以確保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的兼容性。WirelessMAN提供了兩種工作模式：點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式（Point-to-MultiPoint，PMP）和Mesh網(wǎng)絡(luò)模式。這兩種可選架構(gòu)在設(shè)計(jì)中需要具有靈活的可集成性、可迅速開發(fā)性、易維護(hù)性、可測(cè)試性和彈性服務(wù)。為了達(dá)到這些設(shè)計(jì)目的，許多研究機(jī)構(gòu)和工業(yè)組織都做出了巨大的努力，將協(xié)議棧分成物理（Physical）層、媒體接入控制（MAC）層、網(wǎng)絡(luò)（Network）層和應(yīng)用（Application）層，分別解決其中的技術(shù)問題。為了保證系統(tǒng)滿足全部需求，需要在高效信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、安全協(xié)議、軟件架構(gòu)和靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面展開深入的研究?！　”緯圆捎肐EEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX為重點(diǎn)，主要介紹了WirelessMAN的基本概念、技術(shù)發(fā)展的最新進(jìn)展和標(biāo)準(zhǔn)化等內(nèi)容。本書共17章，涵蓋了WirelessMAN中的主要內(nèi)容，包括以O(shè)FDM/OFDMA為基礎(chǔ)的物理層、射頻電路、MIMO、信號(hào)處理算法、信道容量、多媒體應(yīng)用、QoS、MAC、移動(dòng)管理、動(dòng)態(tài)信道分配、跨層優(yōu)化和安全協(xié)議等方面。本書旨在為讀者提供WirelessMAN在技術(shù)、應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)和策略等方面較為全面的參考?！　”緯?章介紹了WirelessMAN進(jìn)展的基本狀況，其他16章分為以下3個(gè)部分。　　第一部分：射頻、信號(hào)處理和MIMO；　　第二部分：協(xié)議問題；　　第三部分：安全系統(tǒng)與策略。　　第1章指出了WirelessMAN物理層遇到的挑戰(zhàn)和可能的解決途徑；第2章討論了射頻和電路設(shè)計(jì)方面面臨的問題；第3章從信號(hào)處理角度說明了以 OFDMA為基礎(chǔ)的物理層技術(shù)；第4章和第5章分析了采用MIMO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。第二部分主要集中討論了協(xié)議問題，主要包括MAC、PMP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的QoS，跨層優(yōu)化技術(shù)、移動(dòng)管理、不同網(wǎng)絡(luò)之間的信息傳遞、功率管理和鏈路自適應(yīng)機(jī)制。第三部分重點(diǎn)在于WiMAX中的安全、組織和系統(tǒng)容量等問題。　　本書具有以下顯著特點(diǎn)：　　·為WirelessMAN提供了豐富的參考資料；　　·從WiMAX不同協(xié)議棧層次進(jìn)行研究；　　·說明了基本概念和所采用的技術(shù)，并分析了前沿性課題和發(fā)展方向；　　·為便于讀者理解，提供了大量直觀說明圖；　　·詳細(xì)分析了為提高WiMAX性能所采用的特殊技術(shù)?！　”緯梢詾闊o線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信領(lǐng)域的學(xué)生、教師、研究人員、工程師、通信運(yùn)營(yíng)商、策略研究者等提供實(shí)用的參考?！　≡诒緯某霭婧桶l(fā)行中，我們首先要感謝為本書撰寫提供支持的合作者，同時(shí)感謝本書的審稿人，他們提出的寶貴意見和建議顯著提高了最終發(fā)行版的質(zhì)量。特別感謝在本書發(fā)行過程中Taylor&Francis Group的Richard O’Hanley和Jessica的指導(dǎo)以及耐心和專業(yè)化的要求。最后要感謝我們的家人和朋友在本書的編寫過程中對(duì)我們一如既往的鼓勵(lì)、耐心和理解。

內(nèi)容概要

本書以采用IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX為重點(diǎn)，主要介紹了WirelessMAN的基本概念、技術(shù)發(fā)展的最新進(jìn)展和標(biāo)準(zhǔn)化等內(nèi)容。本書共17章，涵蓋了WirelessMAN中的主要內(nèi)容，包括以O(shè)FDM／OFDMA為基礎(chǔ)的物理層、射頻電路、MIMO、信號(hào)處理算法、信道容量、多媒體應(yīng)用、QoS、MAC、移動(dòng)管理、動(dòng)態(tài)信道分配、跨層優(yōu)化和安全協(xié)議等方面。本書旨在為讀者提供WirelessMAN在技術(shù)、應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)和政策等方面較為全面的參考。    本書適合于從事寬帶無線通信系統(tǒng)研究和開發(fā)的技術(shù)人員閱讀，也可以作為高等院校通信專業(yè)師生的參考書。

書籍目錄

第1章  IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)和WirelessMAN  1.1  引言  1.2  IEEE802.16MAC層    1.2.1  MAC子層    1.2.2  MAC：協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）格式  1.3  IEEE802.16物理層（PHY）    1.3.1  下行鏈路子幀結(jié)構(gòu)    1.3.2  上行鏈路子幀結(jié)構(gòu)    1.3.3  復(fù)用技術(shù)  1.4  IEEE802.16支持的業(yè)務(wù)    1.4.1  用戶服務(wù)質(zhì)量的支持    1.4.2  移動(dòng)管理的支持  1.5  結(jié)論  參考文獻(xiàn)第一部分  射頻、信號(hào)處理和MIMO　第2章  WiMAX射頻系統(tǒng)及電路中的挑戰(zhàn) 　 2.1  引言　  2.2  RF的體系結(jié)構(gòu)　  2.3  TDD，F(xiàn)DD和HFDD結(jié)構(gòu)　    2.3.1  TDD　    2.3.2  FDD　    2.3.3  HFDD　    2.3.4  RF接口　    2.3.5  HFDD體系結(jié)構(gòu)　    2.3.6  TDD結(jié)構(gòu)　    2.3.7  I/Q基帶結(jié)構(gòu)1　    2.3.8  I/Q基帶結(jié)構(gòu)2　    2.3.9  MIMO、AAS和OFDMA的射頻挑戰(zhàn)　  2.4  射頻系統(tǒng)模塊　    2.4.1  頻率合成器　　　  2.4.2功率放大器    2.4.3濾波器    2.4.4  WiMAX規(guī)范    2.5  小結(jié)    參考文獻(xiàn)　第3章  無線城域網(wǎng)物理層協(xié)議：信號(hào)處理視角    3.1  引言    3.2 IEEE 802.16e OFDMA的物理層規(guī)范    　3.2.1  子信道組織的框架結(jié)構(gòu)及類型　    3.2.2  PUSC中的子信道組織結(jié)構(gòu)　    3.2.3  編碼和調(diào)制    3.3  0FDMA接收機(jī)中主要的信號(hào)處理功能    3.4  同步  　  3.4.1  載波頻率偏移（CFO）和符號(hào)定時(shí)估計(jì)　    3.4.2  尋找下行鏈路前導(dǎo)碼索引　    3.4.3  小結(jié)    3.5　信道估計(jì)　    3.5.1  導(dǎo)頻處的最小均方值信道估計(jì)　    3.5.2  頻域內(nèi)插（Interpolation）和時(shí)域平均　    3.5.3  基于子空間的方法　    3.5.4  IEEE 802.16e OFDMA中應(yīng)用的信道估計(jì)方法    3.6　解調(diào)和解碼    　3.6.1  尾比特卷積編碼（Tail.biting CC）的解碼  　  3.6.2  比特交織QAM調(diào)制下的分支度量（Branch Metric）的計(jì)算      3.7  后向兼容的延遲系統(tǒng)設(shè)計(jì)　    3.7.1  幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其對(duì)同步和信道估計(jì)的影響　    3.7.2  用數(shù)字說明幀結(jié)構(gòu)對(duì)信道估計(jì)的影響    3.8  結(jié)論    3.9  開放性問題    參考文獻(xiàn)　第4章  MOMO在無線城域網(wǎng)中的應(yīng)用    4.1  引言    4.2  多輸入多輸出（MIMO）無線通信    　4.2.1 MIMO系統(tǒng)模型    　4.2.2 MIMO的系統(tǒng)容量    　4.2.3  WiMAX中MIMO的容量    4.3  分組空時(shí)編碼    　4.3.1  分組空時(shí)碼的不同類別　　……　第5章  移動(dòng)WiMAX下行鏈路中的MIMO頻譜效率第二部分  協(xié)議問題　第6章  無線城域網(wǎng)中的媒體接入控制（MAC）　第7章  WiMAX網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中的MAC和QoS　第8章  IEEE802.16WiMAX網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中的無線資源管理　第9章  無線城域網(wǎng)中的跨層設(shè)計(jì)　第10章  移動(dòng)WiMAX中的移動(dòng)性管理　第11章  無線LAN/MAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)選擇　第12章  對(duì)無線PAN、LAN和MAN中的移動(dòng)性支持　第13章  IEEE802.16無線城域網(wǎng)（WiMAX）中的能量管理　第14章  無線城域網(wǎng)的鏈路自適應(yīng)機(jī)制第三部分  安全系統(tǒng)與策略　第15章  WiMAX/802.16安全威脅的分析　第16章  固定WiMAX網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析　第17章  基于無線城域網(wǎng)的正交頻分多址的性能縮略語

章節(jié)摘錄

　　第1章　IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和WirelessMAN　　電氣和電子工程師學(xué)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）的802.16標(biāo)準(zhǔn)是一種無線城域網(wǎng)（Wireless Metropolitan Area Network，WirelessMAN）的革命性標(biāo)準(zhǔn)，它可以為數(shù)據(jù)、視頻和語音業(yè)務(wù)提供高速的無線接入服務(wù)。微波接入全球互通（WorldwideInteroperability for Microwave Access，WiMAX）是供應(yīng)商互連互通組織為IEEE 802.16—2004修正案所定的行業(yè)名稱，該標(biāo)準(zhǔn)支持PMP和Mesh兩種網(wǎng)絡(luò)模式。在PMP模式中，多個(gè)用戶站（Subscriber Stations，SS）接入一個(gè)基站（Base Station，BS）。BS到SS的接入信道被稱為下行鏈路（DownLink，DL）信道，SS到BS的接入信道被稱為上行鏈路（UpLink，UL）信道。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中采用了兩種復(fù)用技術(shù)：頻分復(fù)用（Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD），上行鏈路和下行鏈路工作在獨(dú)立的頻段內(nèi)，可以同時(shí)進(jìn)行通信；時(shí)分復(fù)用（Time DivisionDuplex，TDD），上行鏈路和下行鏈路共享同一個(gè)頻段，不能同時(shí)進(jìn)行通信。IEEE 802.16的MAC是以接入為導(dǎo)向的接入控制結(jié)構(gòu)。物理層規(guī)范可以工作在2～66 GHz頻段范圍內(nèi)的寬帶接入許可頻段和無線免許可頻段。通過對(duì)主動(dòng)授權(quán)服務(wù)（Unsolicited Grant Service，UGS）、實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)（real—time Polling Service，rtPS）、非實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)（non.real—time Polling Service，nrtPS）和盡力傳送（Best Effort，BE）四種典型服務(wù)要求的區(qū)別和劃分，IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)可以提供高性能下行鏈路信道QoS。在上行鏈路信道中，標(biāo)準(zhǔn)中只采用UGS過程。本章將詳細(xì)說明IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)中的QoS規(guī)范，以及上行鏈路信道業(yè)務(wù)管理的一些前期工作。為了支持移動(dòng)性，IEEE制定了IEEE 802.16e補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，也被稱為移動(dòng)WiMAX。在微移動(dòng)（同一地域網(wǎng)絡(luò)的不同子網(wǎng)之間的移動(dòng)）和宏移動(dòng)（不同地域網(wǎng)絡(luò)之間的移動(dòng)）兩種移動(dòng)模式中，電池工作時(shí)間和越區(qū)切換是需要解決的兩個(gè)重要問題?！　　?/pre>








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