关键字 |
| WiMAX, IEEE 802.16, OFDMA, QPSK，信道编码。 |
介绍 |
| WiMAX是一种基于IEEE 802.16标准的技术，负责将宽带无线接入(BWA)作为有线宽带的替代方案推向世界。WiMAX标准802.1 6e提供固定、移动、便携和移动无线宽带连接，无需与基站直接保持视线。本文实现的模型基于WiMAX, WiMAX具有以下特点[3]。 |
| 标准:IEEE 802.16e |
| 载频:I1IGHz以下 |
| 频段:2.5GHz、3.5GHz、5.7GHz |
| 带宽:1.5MHz ~ 20MHz |
| 无线电技术:OFDM和OFDMA |
| 数据速率:70 Mbps |
| 距离:10公里 |
| 通过考虑模型对整个项目开发生命周期的影响，可以确定为该标准构建模型的重要性。Mathworks, Matlab软件的供应商已经就在Simulink中为WiMAX创建可执行规范的主题编写了一份白皮书[4]，该文件是从头开始构建模型的有用资源。 |
wimax模型 |
| 本文提出的模型建立在以下参数上[1,2]。 |
| 场景:16通道全带宽 |
| 调制方式:QPSK (QPSK与4-QAM相同) |
| RS码率:3/4 |
| CC码率:5/6 |
| 建模设置包括Matlab R2010a, Simulink10和运行在Windows XP SP2上的Communications Blockset。Matlab Simulink包括标准文档中指定的所有强制函数块。模型本身由发射机、接收机和信道三个主要部分组成。发射机和接收机组件由信道编码和调制子组件组成，而信道建模为AWGN和Fadding信道。 |
A. IEEE标准802.16e: |
| IEEE标准802.16e不同于以前的标准版本，因为802.16e在无线宽带标准中增加了移动性的功能。1998年8月，美国国家无线电子系统试验台发起成立了IEEE 802.16宽带无线接入标准工作组。2002年4月，802.16-2001标准正式发布。该标准已被802.16-2004标准所取代，该标准包括原始802.16-2001标准以及802.16.2-2001、802.16c-2002和802.16a-2003标准的内容。IEEE 802.16工作组是IEEE 802局域网/城域网标准委员会的一部分，并继续致力于许多项目。 |
B.频段: |
| 802.16标准定义了许多使用频段的空中接口，这些频段可分为三类:10-66 GHz许可频段、11 GHz以下的许可频段和11 GHz以下的未许可频段。表1总结了空中接口的名称及其频段的适用类别。 |
(a) 10-66 GHz许可频段: |
| 这些频段的波长较短，需要视线(LOS);然而，多径干扰可以忽略不计。该频段允许超过120 Mb/s的数据速率，并与非常适合实现点对多点(PMP)访问的环境相结合，该频段非常适合小型办公室/家庭办公室(SOHO)一直到大型办公应用。 |
(b) 11 GHz以下许可频段: |
| 第二类低于11 GHz的许可频段由于频段的特性需要特别注意。由于频率范围的带宽较长，不需要LOS，多径干扰可能很严重。因此，支持近los和非los (NLOS)应用的能力需要满足额外的PHY要求，如先进的电源管理技术、干扰缓解/共存和多天线。 |
(c) 11 GHz以下免许可证频段: |
| 11 GHz以下的最后一类，通常使用5-6 GHz频段。这些频段的工作环境类似于11 GHz许可频段;然而，频段的免许可证状态引入了来自范围内其他设备共存的额外干扰，以及限制辐射功率的监管约束。为了克服这些问题，在空中接口的PHY和MAC中引入了动态频率选择机制。 |
正交频分多路接入 |
| 数据下行传输依赖于OFDMA技术，OFDMA技术是实现高速无线网络高效接入的可靠技术。此外，在MIMO (multi - input - Multiple-Output)场景[5]下，也可用于广播。OFDMA通过将方便的总带宽划分为有限的子频带，由用户有效地分配，在多用户环境下获得了较高的频谱效率。不同的带宽被增强(从1.25到20 MHz)保持子载波间距不变，因此，子载波的数量也相应变化。该技术将以多Mbit/s的数据速率为最终用户提供数公里范围内的宽带无线接入。 |
| 物理层的OFDMA，结合介质访问控制(MAC)层，支持对不同类型的服务[6]的优化技术分配和服务质量(QoS)支持。 |
| LTE中使用的OFDM信号由最多2048个间隔为15千赫的不同子载波组成。虽然移动设备有能力吸引全部2048个子载波是必要的，但并不需要全部由基站传输，基站只需要赋能支持72个子载波的传输。通过这种方式，所有的手机都可以与任何基站通话。 |
A.信道编码: |
| 信道编码可以描述为信号的转换，通过增加对信道损伤(如噪声、干扰和衰落)的鲁棒性来提高通信性能。信道编码可以描述为三个阶段的过程，包括随机化、正向纠错和交织。 |
(一)随机化: |
| 随机化是在从上层接收到数据包后进行的。随机发生器是在位的基础上操作的。数据随机化的主要组成部分是伪随机二进制序列发生器，该发生器使用线性反馈移位寄存器实现。 |
(b)前向纠错(FEC): |
| 前向纠错由里德-所罗门外码和速率兼容的卷积内码组成。 |
| 对数据使用Reed-Solomon代码的目的是为数据序列增加冗余;它有助于纠正信号传输过程中发生的阻塞错误。 |
| RS编码器是基于伽罗瓦场计算来计算冗余位的。WiMAX采用基于GF(2)的固定RS编码技术，记为RS(N = 255, K = 239, T =8) |
| 地点: |
| N =编码后的字节数 |
| K =编码前的数据字节数 |
| T -可校正的字节数 |
(c)卷积编码: |
| 卷积码是一种由CC(m, n, k)指定的FEC码，其中每个待编码的入位信息符号被转换为n位符号，其中m/n为码率(n > m)，转换为最后k个信息符号的函数，其中k为码[5]的约束长度。 |
| 在WiMAX物理层中，每个RS块由二进制卷积编码器编码，其编码率为7/2，约束长度为7。该编码器有两个二进制加法器X和Y，并使用两个生成器多项式A和b。卷积编码器的输出然后被击穿以从编码流中去除额外的位。 |
(d)交叉: |
| 交错是通过在传输之前及时传播编码符号来实现的。输入到交织器的数据随机分为两种排列。第一个排列确保相邻的位被映射到非相邻的子载波上。第二种排列将相邻的编码位映射到星座中较低或较重要的位，从而避免较不可靠的位长时间运行。 |
b .调制 |
| 交织器记录数据并将数据帧发送给IQ映射器。IQ映射器的功能是将来自交织器的传入数据位映射到一个星座上。在调制阶段，编码位被映射到IQ星座，从载波号-100开始，一直到载波号+ 100。在结构中插入保护带、导频载波和直流载波，然后使用IFFT将频率119域信号转换为时域。 |
仿真结果 |
| 设计了OFDM和OFDMA的Simulink模型，在添加通道下进行误码率的计算。图1显示了一个输入信号到OFDM调制的频谱范围。 |
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| 图2显示了Rayliegh衰落信道存在AWGN噪声时OFDM调制后的接收输出。2(a)为信噪比5 db时的响应。我们可以将图1的输入频谱与图2(a)进行比较，以可视化在WiMax模型中OFDM传输过程中衰落和噪声的影响。类似地，我们改变信噪比以增加信号强度，并找到信噪比为15dB和25dB时的频谱响应(图2(b,c))。 |
图2:(a)，(b)和(c)在信噪比为5,15,25 db时，存在Raliegh衰落和AWGN信道的OFDM调制后的接收机输出频谱。2(d)，(e)和(f)是在重复R=2时使用OFDMA的相同输入的频谱。 |
| 同样，我们利用OFDMA技术得到了不同重复因子r -2,4,6时的响应。图3 R=2，信噪比5,15,25db时的(a,b)和(c)。图3 R=6时的(d)、(e)和(f)。 |
图3:(a)，(b)和(c)在R=4，信噪比5,15,25 db的情况下，存在Raliegh衰落和AWGN信道的OFDMA调制后的接收机输出频谱。2(d)，(e)和(f)是在重复R=6时使用OFDMA的相同输入的频谱。 |
| 我们可以通过OFDM和OFDMA模型的误码率计算图(图4(a)，(b)和(c)来比较它们的性能。 |
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| 表一不同重复因子下rayliegh漂移ofm / ofdma模型的ber计算。 |
图4:OFDM和ODMA模型的误码率与信噪比图，用于描述对衰落的鲁棒性。 |
结论 |
| 采用IEE802.16标准设计了用于WiMax系统的OFDM和OFDMA模型，研究了Raylegh信道衰落和可变信噪比影响下的性能分析。通过散点图、误码率计算和频谱范围计算得到了该算法的抗误差性能。在每个重复因子下，OFDMA的误码率都比OFDM低，但在重复因子R=6时，OFDMA的性能最好。(图4(c))导致误码率值与OFDM中获得的误码率相比存在较大差异。这项工作可以在其他基于16QAM和32QAM的调制IQ映射以及Recian衰落的情况下进一步研究。 |
参考文献 |
- IEEE 802.16-2006: IEEE局域网和城域网标准。第16部分:固定宽带无线接入系统的空中接口
- ETSI TS 102 177版本1.3。1, 2006年2月，“宽带无线接入网络(BRAN);HiperMAN;和物理层(层”)
- NuaymiLoutfi, 2007，宽带无线接入的WiMAX技术，威利，伦敦
- Mathworks白皮书，2006，“为WiMAX标准创建可执行规范”
- Laurent Boher, RodolpheLegouable和rodriguez -bineau“3GPP/ lttedl MIMO OFDMA系统中迭代接收机的性能分析”Orange Labs, 4 rue du Clos Courtel, 35512 Cesson-S´evign´eCedex，法国©2008 IEEE。
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