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IEEE802.16-2004 WiMAX物理層操作和測量

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作者：安捷倫科技有限公司
802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)描述了四種不同的空中接口 。其中一種接口標(biāo)準(zhǔn)是針對NLOS，RF頻率小于11GHz和距離達(dá)到30km的無線通信而優(yōu)化的 。
許多人都把它稱為WiMAX空中接口，其基本特性是256載波OFDM，帶寬范圍為1.25-20MHz，載波頻率最高達(dá)11GHz 。本文是安捷倫科技有限公司專門為需要全面了解802.16-2004定義的256載波OFDM空中接口基本RF特性，以及使用Agilent測試解決方案實(shí)現(xiàn)的RF參數(shù)測量技術(shù)的工程師編寫的應(yīng)用指南 。
802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)描述了四種不同的空中接口 。其中一種接口標(biāo)準(zhǔn)是針對NLOS，RF頻率小于11GHz和距離達(dá)到30km的無線通信而優(yōu)化的 。雖然標(biāo)準(zhǔn)把這一物理層正式命名為WirelessMAN-OFDM，但許多人都把它稱為WiMAX空中接口 。該空中接口的基本特性是256載波OFDM，帶寬范圍為1.25-20MHz，載波頻率最高達(dá)11GHz 。
一、WiMAX空中接口
WiMAX系統(tǒng)可配置成使用1.25MHz至20MHz的任何帶寬；無論帶寬多寬，符號始終包含200個(gè)載波 。因此窄帶寬系統(tǒng)子載波的間距很近，從而提供相對長的符號周期（符號周期定義為1/子載波間距） 。這些間距很近的子載波和長符號有助于克服諸如多徑之類的信道損傷 。長符號周期是WiMAX系統(tǒng)與無線局域網(wǎng)系統(tǒng)（相對短的符號）的要害差別，使WiMAX對于長距離和NLOS應(yīng)用有著明顯的優(yōu)點(diǎn) 。
WiMAX空中接口中的基本OFDM符號基于256點(diǎn)FFT 。類似其它OFDM系統(tǒng)，256個(gè)子載波中有一部分作為保護(hù)頻段（不使用），中心頻率也不使用，因?yàn)樗鼘F載波的直饋非常敏感 。WiMAX中實(shí)際只使用200個(gè)子載波 。這200個(gè)載波的分配是192個(gè)載波用于數(shù)據(jù)，8個(gè)載波用于導(dǎo)頻（見圖1） 。導(dǎo)頻載波始終為BPSK調(diào)制，數(shù)據(jù)載波則為BPSK、QPSK、16QAM或64QAM 。
圖1.OFDM子載波
WiMAX系統(tǒng)可部署為TDD、FDD或半雙工FDD 。圖2示出TDD配置中的一個(gè)典型幀，這里基站和用戶設(shè)備以相同RF頻率發(fā)送，用時(shí)間分隔 ?；景l(fā)送下行鏈路子幀，接著是稱為發(fā)送/接收轉(zhuǎn)換間隙（TTG）的短間隙，然後是用戶發(fā)送上行鏈路子幀 。各用戶間有精確的同步，因此它們的發(fā)射信號在到達(dá)基站時(shí)不會(huì)重疊 。在所有上行鏈路幀後和基站能再次發(fā)射前，有另一個(gè)稱為接收/發(fā)送轉(zhuǎn)換間隙（RTG）的短間隙 。
注重各個(gè)上行鏈路子幀前面是一個(gè)前置碼 。它被稱為“短前置碼”，它答應(yīng)基站與每個(gè)用戶同步 。讓我們進(jìn)一步看下行鏈路，下行鏈路的子幀始終由前置碼開始，接著是報(bào)頭，然後是一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā) 。這些下行鏈路突發(fā)通常由多個(gè)符號構(gòu)成 。每一突發(fā)內(nèi)的調(diào)制形式是固定的；但不同突發(fā)可能有不同的調(diào)制類型 。要先傳輸如BPSK和QPSK等高抗擾性調(diào)制類型的突發(fā)，接著是抗擾性稍差的調(diào)制類型（16和64QAM） 。包含所有4類調(diào)制的下行鏈路子幀的次序?yàn)椤肂PSK,QPSK,16 QAM和64 QAM 。
圖2.下行鏈路和上行鏈路子幀
在上行鏈路和下行鏈路上的每一次傳輸始終從前置碼開始 。該前置碼答應(yīng)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)同步，并用于信道評估 。下行鏈路傳輸由長前置碼開始 。長前置碼（圖3）由兩個(gè)QPSK調(diào)制符號構(gòu)成 。第一個(gè)符號使用200載波中的50個(gè)載波（每第4個(gè)子載波），第二個(gè)符號使用200個(gè)載波中的100個(gè)載波（所有偶數(shù)號的子載波） 。這些前置碼符號的發(fā)送功率比下行鏈路子幀中的所有其它符號高3dB，使接收機(jī)更易于接收，以進(jìn)行正確的解調(diào)和解碼 。在各上行鏈路突發(fā)的開始處使用“短前置碼” 。該短前置碼是使用100個(gè)QPSK載波的一個(gè)符號（所有偶數(shù)號的子載波） 。當(dāng)使用包含許多符號的極長下行鏈路突發(fā)時(shí)，可能需要在下行鏈路突發(fā)間插入中同步碼（短前置碼） 。該短前置碼幫助接收機(jī)再同步，并提供附加的信道評估 。

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