構建寬帶無線城域網(wǎng)的移動WiMAX技術

前言

　　無線城域網(wǎng)絡（Wireless Metropolitan Area Networks，WirelessMAN）是一種新興的寬帶無線接入（Broadband Wireless Access，BWA）技術，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用，因此WirelessMAN（WiMAX）被認為是一種4G技術。由于WirelessMAN取得的巨大成功，國際標準化組織非常積極地制定了IEEE 802.16、ETSI HiperMAN和韓國WiBro等一系列標準。同時建立了WiMAX論壇，以確保相關標準和技術的兼容性。WirelessMAN提供了兩種工作模式：點對多點模式（Point-to-MultiPoint，PMP）和Mesh網(wǎng)絡模式。這兩種可選架構在設計中需要具有靈活的可集成性、可迅速開發(fā)性、易維護性、可測試性和彈性服務。為了達到這些設計目的，許多研究機構和工業(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（Network）層和應用（Application）層，分別解決其中的技術問題。為了保證系統(tǒng)滿足全部需求，需要在高效信號處理、網(wǎng)絡結(jié)構、安全協(xié)議、軟件架構和靈活的系統(tǒng)設計等方面展開深入的研究。　　本書以采用IEEE 802.16標準的WiMAX為重點，主要介紹了WirelessMAN的基本概念、技術發(fā)展的最新進展和標準化等內(nèi)容。本書共17章，涵蓋了WirelessMAN中的主要內(nèi)容，包括以OFDM/OFDMA為基礎的物理層、射頻電路、MIMO、信號處理算法、信道容量、多媒體應用、QoS、MAC、移動管理、動態(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、應用、經(jīng)濟和策略等方面較為全面的參考?！　”緯?章介紹了WirelessMAN進展的基本狀況，其他16章分為以下3個部分?！　〉谝徊糠郑荷漕l、信號處理和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計方面面臨的問題；第3章從信號處理角度說明了以 OFDMA為基礎的物理層技術；第4章和第5章分析了采用MIMO技術的優(yōu)勢。第二部分主要集中討論了協(xié)議問題，主要包括MAC、PMP網(wǎng)絡結(jié)構和Mesh網(wǎng)絡結(jié)構中的QoS，跨層優(yōu)化技術、移動管理、不同網(wǎng)絡之間的信息傳遞、功率管理和鏈路自適應機制。第三部分重點在于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：　　·為WirelessMAN提供了豐富的參考資料；　　·從WiMAX不同協(xié)議棧層次進行研究；　　·說明了基本概念和所采用的技術，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；　　·詳細分析了為提高WiMAX性能所采用的特殊技術。　　本書可以為無線網(wǎng)絡和移動通信領域的學生、教師、研究人員、工程師、通信運營商、策略研究者等提供實用的參考?！　≡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我們一如既往的鼓勵、耐心和理解。

內(nèi)容概要

本書以采用IEEE 802.16標準的WiMAX為重點，主要介紹了WirelessMAN的基本概念、技術發(fā)展的最新進展和標準化等內(nèi)容。本書共17章，涵蓋了WirelessMAN中的主要內(nèi)容，包括以OFDM／OFDMA為基礎的物理層、射頻電路、MIMO、信號處理算法、信道容量、多媒體應用、QoS、MAC、移動管理、動態(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、應用、經(jīng)濟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標準和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    1.3.2  上行鏈路子幀結(jié)構    1.3.3  復用技術  1.4  IEEE802.16支持的業(yè)務    1.4.1  用戶服務質(zhì)量的支持    1.4.2  移動管理的支持  1.5  結(jié)論  參考文獻第一部分  射頻、信號處理和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　  2.3  TDD，F(xiàn)DD和HFDD結(jié)構　    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　    2.3.6  TDD結(jié)構　    2.3.7  I/Q基帶結(jié)構1　    2.3.8  I/Q基帶結(jié)構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　第3章  無線城域網(wǎng)物理層協(xié)議：信號處理視角    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)構及類型　    3.2.2  PUSC中的子信道組織結(jié)構　    3.2.3  編碼和調(diào)制    3.3  0FDMA接收機中主要的信號處理功能    3.4  同步  　  3.4.1  載波頻率偏移（CFO）和符號定時估計　    3.4.2  尋找下行鏈路前導碼索引　    3.4.3  小結(jié)    3.5　信道估計　    3.5.1  導頻處的最小均方值信道估計　    3.5.2  頻域內(nèi)插（Interpolation）和時域平均　    3.5.3  基于子空間的方法　    3.5.4  IEEE 802.16e OFDMA中應用的信道估計方法    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）的計算      3.7  后向兼容的延遲系統(tǒng)設計　    3.7.1  幀結(jié)構的設計及其對同步和信道估計的影響　    3.7.2  用數(shù)字說明幀結(jié)構對信道估計的影響    3.8  結(jié)論    3.9  開放性問題    參考文獻　第4章  MOMO在無線城域網(wǎng)中的應用    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  分組空時編碼    　4.3.1  分組空時碼的不同類別　　……　第5章  移動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)絡中的MAC和QoS　第8章  IEEE802.16WiMAX網(wǎng)格網(wǎng)絡中的無線資源管理　第9章  無線城域網(wǎng)中的跨層設計　第10章  移動WiMAX中的移動性管理　第11章  無線LAN/MAN異構網(wǎng)絡中的動態(tài)網(wǎng)絡選擇　第12章  對無線PAN、LAN和MAN中的移動性支持　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)的鏈路自適應機制第三部分  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)絡的技術經(jīng)濟分析　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標準和WirelessMAN　　電氣和電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）的802.16標準是一種無線城域網(wǎng)（Wireless Metropolitan Area Network，WirelessMAN）的革命性標準，它可以為數(shù)據(jù)、視頻和語音業(yè)務提供高速的無線接入服務。微波接入全球互通（WorldwideInteroperability for Microwave Access，WiMAX）是供應商互連互通組織為IEEE 802.16—2004修正案所定的行業(yè)名稱，該標準支持PMP和Mesh兩種網(wǎng)絡模式。在PMP模式中，多個用戶站（Subscriber Stations，SS）接入一個基站（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。在這個標準中采用了兩種復用技術：頻分復用（Frequency Division Duplex，F(xiàn)DD），上行鏈路和下行鏈路工作在獨立的頻段內(nèi)，可以同時進行通信；時分復用（Time DivisionDuplex，TDD），上行鏈路和下行鏈路共享同一個頻段，不能同時進行通信。IEEE 802.16的MAC是以接入為導向的接入控制結(jié)構。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。通過對主動授權服務（Unsolicited Grant Service，UGS）、實時輪詢服務（real—time Polling Service，rtPS）、非實時輪詢服務（non.real—time Polling Service，nrtPS）和盡力傳送（Best Effort，BE）四種典型服務要求的區(qū)別和劃分，IEEE 802.16標準可以提供高性能下行鏈路信道QoS。在上行鏈路信道中，標準中只采用UGS過程。本章將詳細說明IEEE 802.16標準中的QoS規(guī)范，以及上行鏈路信道業(yè)務管理的一些前期工作。為了支持移動性，IEEE制定了IEEE 802.16e補充標準，也被稱為移動WiMAX。在微移動（同一地域網(wǎng)絡的不同子網(wǎng)之間的移動）和宏移動（不同地域網(wǎng)絡之間的移動）兩種移動模式中，電池工作時間和越區(qū)切換是需要解決的兩個重要問題?！　　?/pre>








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