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OFDM在无线城域网的使用

IEEE802.16a标准是针对无线城域网接入方式而提出的一种新的空中接口标准。这一标准采用了OFDM技术,大大改进了非视距性,增加了传输距离,降低了运营成本。近期芯片制造巨头英特尔公司宣布将开发支持

  跟着新的通讯事务和宽带事务不断开展,用户对带宽的需求不断添加,各种高速率的宽带接入也是敏捷开展。现在宽带用户接入技能首要有数字数字用户环路(xDSL)、光纤接入方法、同轴电缆(HFC)和宽带无线接入网等手法。其间,宽带无线接入体系凭仗其建造速度快、运营本钱低、扩展才能强,灵敏性高级特色,遭到运营商的喜爱并积极参与,宽带固定无线接入体系将是未来几年内通讯商场开展的一个热门。

  宽带无线接入技能的开展极为敏捷,各种微波、无线通讯范畴的先进手法和方法不断引进,一方面这些技能充分利用曩昔运用不是许多的频率资源;另一方面它们交融了在其他通讯范畴成功运用的先进技能,如高阶QAM调制、OFDM等,以完结更大的频谱利用率、更丰厚的事务接入才能、更灵敏的带宽分配方法。宽带无线接入技能开展的趋势包含:OFDM技能开端鼓起,多址方法不断充分,调制方法向多状况化开展,双工方法都可挑选,一起支撑电路交流与分组交流,带宽动态分配、事务接口日趋丰厚。

  OFDM(正交频分复用)是一种无线环境下的高速传输技能,适合在多径传达和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据。它能有用对立多径效应,消除符号间搅扰,对立频率挑选性式微,而且信道利用率高。OFDM技能先后被欧洲数字音频播送(DAB)、欧洲数字视频播送(DVB)、HIPERLAN和IEEE802.11无线局域网等体系选用。

  IEEE802.16作业组担任宽带无线规范的拟定作业,2003年1月29日IEEE经过了802.16a规范规范书,处理了2GHz~11GHz之间频率规模的宽带无线问题。802.16a规范规范中清晰界说了OFDM技能作为无线数据传输方法。

  802.16a的开展进程及技能特色

  IEEE802.16作业组成立于1999年,其作业首要内容是拟定宽带无线接入规范,包含空中接口及其相关功用规范。它由三个作业小组组成,每个小组别离担任不同的方面:IEEE802.16.1担任拟定频率为10GHz~60GHz的无线接口规范;IEEE802.16.2担任拟定宽带无线接入体系共存方面的规范;IEEE 802.16.3担任拟定频率规模在2GHz~10GHz之间获得频率运用答应运用的无线接口规范。

  IEEE802.16规范于2001年12月经过同意,802.16规范界说无线城域网单载波空中接口,即传输频率10GHz~66GHz的单载波调制形式。由于作业波长较短,有必要要求视距传输(LOS),多径式微是能够疏忽的,因而在该频段的规范中规则依然选用单载波调制方法。

  IEEE802.16规范物理层不适合较低频率的运用,其掩盖规模在可视间隔之内。2003年1月29日,IEEE802.16规范有了批改草案IEEE802.16a,以处理较低频率的无线衔接问题。802.16a在2GHz~11Gz的频带上供给衔接家庭、企业和无线局域网热门的无线最终一公里宽带接入。

  802.16a规范是IEEE802.16规范的扩展,大大改进了非视距功能,是现在在呈现树木和修建等妨碍时最合适的技能。基站能够安装在住所或修建顶部,而不用安装在山顶上的高塔上。

  IEEE802.16a对特许和非特许频段的通讯作了清晰规则,在特许频段内能够运用单载波调制或正交频分复用。在各种办理环境和布置环境确认的情况下,运营特许频段事务的运营商就能够选用一种形式定制其处理方案。至于非特许频谱选用哪一种形式尚无规范,但就IEEE802.16a规范而论,现在的批改草案规则用OFDM形式。在非特许频谱通讯时,无线城域网之间以及无线城域网与无线局域网等其他通讯事务之间会发生搅扰。作为处理这个问题的一个方法,802.16a批改草案为非特许频谱规则了动态频率挑选,并支撑有些用户台绕过基站与其他转发数据的用户台通讯的网状结构,然后扩展了蜂窝掩盖规模,直接衔接基站不能衔接的用户。

  OFDM技能

  OFDM是一种高效的数据传输方法,其根本思想是在频域内将给定信道分红许多正交子信道,在每个子信道上运用一个子载波进行调制,而且各子载波并行传输。这样,虽然总的信道对错平整的,具有频率挑选性,可是每个子信道是相对平整的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因而就能够大大消除信号波形间的搅扰。OFDM相关于一般的多载波传输的不同之处是它答应子载波频谱部分堆叠,只需满意子载波间彼此正交,则能够从混叠的子子载波上别离出数据信号。由于OFDM答应子载波频谱混跌,其频谱功率大大提高,因而是一种高效的调制方法。

  OFDM技能在20世纪60年代中期被初次提出,但在之后适当长的一段时刻,OFDM技能一向没有构成大规模的运用。其时OFDM技能的开展遇到了许多好像难于处理的问题。首要,OFDM要求各个子载波之间彼此正交,尽办理论上发现选用快速傅立叶改换(FFT)能够很好地完结这种调制方法,但实践上,如此杂乱的实时傅立叶改换设备在其时是底子无法完结的。此外,发射机和接纳机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等要素也都是OFDM技能完结的限制条件。

  20世纪80年代以来,大规模集成电路技能的开展处理了FFT的完结问题,跟着DSP芯片技能的开展,格栅编码(TrellisCode)技能、软判定技能(SoftDecision)、信道自适应技能等的运用,OFDM技能开端从理论向实践运用转化。OFDM技能凭仗其固有的对时延扩展较强的反抗力和较高的频谱功率两大优势敏捷成为研讨的焦点并被多个世界规范选用,如欧洲的数字音频播送、数字视频播送和IEEE的无线局域网规范802.11a。

  802.16a中的OFDM技能

  IEEE802.16a规范规则在特许频段,能够运用单载波调制或正交频分复用,关于非特许频段,有必要运用正交频分复用调制方法。

  OFDM码元由子载波构成,子载波的数目决议了FFT的点数,有三种类型的子载波:

  数据子载波:用来数据传输。

  导频子载波:用于信道估量等。

  空子载波: 不用于传输,只用于维护频带和DC子载波。

  802.16a规范中体系的带宽取决于各个国家的具体规则,带宽能够是1.75MHz的整数倍,或许6、10、15、20MHz等。别的,在IEEE802.16a中,关于维护时刻与有用时刻的比值,规则能够在1/4、1/8、1/16和1/32中选取,这样在不同的多径时延扩展环境下,能够选取不同的维护时刻,在反抗多径式微特性和高传输功率之间获得平衡。维护时刻Tg最大到达6.4 μs,能够运用于室外环境。

  表1给出了作业带宽10MHz情况下256子载波OFDM中的参数。

  

  在OFDMA方法中,FFT点数为2048,除掉DC和维护子载波,剩余的为有用子载波。这些有用子载波分为多个子载波子集,每个子集称为子信道(subchannel)。在下行链路(DL)中,一个子信道或许会对应不同的接纳端,而在上行链路(UL)中,一个发送端能够占用一个或多个子信道。

  上行和下行链路中导频子载波和数据子载波的分配不同:在下行链路中,导频子载波首要分配,剩余的为专门传送数据的子载波。在上行链路中,有用的子载波先分为子信道,然后在每个子信道中各自分配导频子载波。这样,在下行链路中存在着公共的导频子载波集,但在下行链路中,每个子信道包含它自己的导频子载波集。这是必需的,由于在OFDMA中,基站(BS)下行链路对一切的用户站(SS)进行播送,但在上行链路中,每个子信道或许来自不同的SS。

  有用子载波分为固定方位的导频,不定方位的导频及数据子信道。固定方位的导频子载波的方位坚持不变,它们的方位编号归于根本固定导频集。不定方位导频在码元中的方位每隔4个码元改换一次。

  在分配了导频子信道后,剩余的有用的子载波是数据子载波。由于不定方位的导频子载波在每个码元中中的方位改变,每4个码元重复一次,因而数据子载波的方位也相应发生改变。

  定论

  IEEE802.16a规范是针对无线城域网接入方法而提出的一种新的空中接口规范。这一规范选用了OFDM技能,大大改进了非视距性,添加了传输间隔,降低了运营本钱。近期芯片制作巨子英特尔公司宣告将开发支撑高速无线通讯规范的IEEE802.16a芯片组,标志着这种新式的无线接入规范被首要厂商所承受。咱们信任802.16a会展示宽带无线通讯新的远景。

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