3g-wimax無線工程技術_的研究與仿真畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 OS)傳輸 。 （ 4） :支持固定和移動性的寬帶無線接入空中接口標準，工作在 2 GHz6 GHz 適用于移動性的許可頻段，可支持用戶站以車輛速度移動，已經于 2020年 12月完成，以 名稱發布。 的目標是能夠向上兼 容 ，因此它的標準化工作基本上是在 的基礎上進行的。 目前定位的目標速率為車速，一般可以支持 120 km/h的移動速度。 帶寬可以高達 70 Mb/s.該標準還規定了支持基站或扇區間高層切換的功能。 表 標準 發布時間 2020 年 12 月 2020 年 1月 2020 年 6 月 2020 年 12 月 使用頻段 10 GHz66 GHz 2 GHz11 GHz 2 GHz66 GHz 2 GHz6 GHz 信道條件 視距 非視距 視距 +非視距 視距 +非視距 固定 /移動 固定 固定 固定 固定 +移動 覆蓋的技術 領域 固定寬帶無線接入系統空中接口標準 固定寬帶無線接入系統空中接口標準 固定寬帶無線接入系統空中接口標準 支持固定和移動性寬帶無線接入系統空中接口標準 信道帶寬 25/28 MHz MHz MHz MHz 傳輸速率 32134 Mbps (以 29MHz 為載波帶寬 ) 在 20MHz 信道上提供約75Mbps的速率 在 20MHz 信道上提供約75Mbps的速率 在 5MHz 信道上提供約20Mbps的速率 論文結構 本文先是介紹了 WiMAX 的基本情況，比如說 是研究背景， WiMAX 的發展現狀等相關內容。第二章主要是介紹 WiMAX 的關鍵技術，再介紹與 WiMAX 相關的幾種技術比如說 WiFi 和 MESHWiFi，再比較它們的相同點和不同點。第三章主要是介紹的是WiMAX 的組網技術，再結合中南大學鐵道校區的實際情況給出一個工程方案。第四章主要是運用通信仿真軟件 OPNET 的對 WiMAX 進行工程仿真，得出結果后進行相關分析。第五章是總結內容，得出 WiMAX 工程技術優勢。 （和摘要重復了 ,是不是另外寫或不要此段內容 ）3GWiMAX無線 工程技術的研究與仿真 第二章 WiMAX技術及分析 4 第二章 WiMAX 技術及分析 WiMAX 的關鍵技術 WiMAX 的物理技術特點 物理層的主要工作是對原始數據進行調制 /解調，編碼 /解碼，使之變成適合無線鏈路傳輸的數據。物理層由傳輸匯聚子層 (TCL)和物理媒質依賴子層 (PMD)組成，通常說的物理層主要是指 PMD。 目前最通用的 IEEE ()標準的工作頻段定義分為兩段 ： 2 GHz11GHz(用于非視距傳輸 )和 1O GHz66 GHz(用于視 距傳輸 )。 ()標準為了確保移動性，工作頻段定義為 26 GHz。 WiMAX組織正在各個國家尋求較低的頻段。根據各個國家頻率規劃的不同，目前 WiMAX 選定了首先對工作于 GHz頻段、 GHz 頻段、 GHz 頻段這三個頻段的 設備進行一致性和互操作性測試，現已完成并商業化。選擇這幾個頻段先做側試是因為 GHz、 GHz、 GHz 是運營商比較愿意采納的頻段。其中按照國際慣例， GHz和 GHz 是免授權頻段 。而 是需要授權的。 WiMAX系統支持 TDD(時分雙工 )和 FDD(頻分雙工 )兩種復用技術，在 中，還規定了用戶站可以采用半雙工頻分雙工 (HFDD)方式，這樣就降低了終端收發器的要求，從而降低了終端成本。為了更好地使用帶寬，兩種模式下都采用突發(Burst)格式發送，支持自適應的突發業務數據。在每一幀中，基站和各個客戶端可以根據需要靈活地改變突發的類型，從而選取適當的發射參數，如調制方式、編碼類型等。 WiMAX 能夠提供高于 3 bit/second/Hz 的數據傳輸速率， 并未規定具體的載波帶寬，系統可以采用從 之間的帶寬。考慮各個國家己有固 定無線接入系統的載波帶寬劃分且各自不統一， 規定了幾個系列 : MHz 的倍數 , MHz 的倍數。 MHz 系列包括 等 : MHz 系列包括 。對于 1066 GHz 的非視距固定無線接入系統，還可以采用 28 MHz 載波帶寬，提供更高的接入速率。 WiMAX 采用自適應調制、編碼技術，支持 BPSK、 QPSK、 16QAM 和 64QAM 多種調制技術。在信道編碼糾錯方面， 采用 了截短的 RS 編碼和卷積碼級連的糾錯編碼，并且還支持分組 Turbo 碼、卷積 Turbo 碼。它可以根據不同的調制方式和糾錯編碼方法組合成多種發送方案，系統可以根據信道狀況的好壞以及傳輸的需求，選擇一個合適的傳輸方案。信道質量好的時候，選擇 傳輸速率比較高的調制方式 ；反之，則選擇抗干擾能力比較強但是傳輸速率比較低的調制方式。比如說，當信道3GWiMAX無線 工程技術的研究與仿真 第二章 WiMAX技術及分析 5 狀態差時，可以選擇例如 QPSK低階的調制方式，當信道狀況好時，可以選擇例如 64QAM高階的調制方式 。 自適應調制給無線傳輸系統帶來了很好的抗衰落性能。 為了增加系統容量、擴大 履蓋范圍以及提高系統的可靠性， 支持多種多天線技術比如空時編碼 (SpaceTime Coding,STC)，自適應天線系統 (Adaptive Antenna System,AAS)和多輸入多輸出 (MultipleInput Multiple Output,MIMO)系統。 MIMO 技術就是在 BS(Base Station，基站 )和 SS(Subscriber Station，用戶站 )端使用多根天線，能夠大幅度的增加信道的容量、覆蓋范圍和頻譜的利用率。 AAS 可以描述為一種波束成形技術。 BS 使用天線陣列增加目標 SS 的增益，同時減少其他SS 或者干擾源的干擾。 AAS 技術使用 SDMA 方法，得空間上分開的多個 SS 能在同一時間使用相同子信道。通過使用波束成形， BS 能夠將信號導向到不同 SS，也能區分同一時刻來自不同 SS 的信號。 STC 和 MIMO 屬于同一類技術，在發送端不需要知道信道信息，而 AAS 在發送端需要知道信道信息。廣義上來說， STC 使用多根天線發送、單根天線接收，應該也屬于 MIMO 技術中的一種。 使用多天線技術會帶來以下幾個優點： ?陣列增益 ： 使用多天線后增加了信號的 相干性，從而獲得了陣列增益 ； ?分集增益 ： 這是通過利用多徑來獲得的，當任何一徑性能變壞時，就不會影響系統的性能。在無線衰落信道里，這個可以增加接收信號強度的穩定性從而提高性能。分集增益可以在空間 (天線 )、時域 (時間 )或者頻域 (頻率 )各個維度上獲得 ； ?共信道干擾消除 (CCIR)： 通過干擾的不同信道響應，從而消除共信道的干擾信號。 多天線技術和 OFDM（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 正交頻分復用 ） 技術結合使用能夠大幅度地提高覆蓋范 圍和容量。 WiMAX 物理層調制模式 最早發布的 標準中使用單載波 (SingleCarrier,SC)調制模式，因此將其稱為 “ WirelessMANSC” 。 而后續頒布的 和 標準除了支持單載波方式外，還增加了以下三種載波調制方式 ： (1)改進型單載波方式 ： 基于WirelessMANSＣ 單載波方式，但工作在支持非視距傳輸的 11GHz 以下頻 段，稱為“ WirelessMANSca” ； (2)256 載波正交頻分多路復用 (OFDM)方式 : 這種方 式采用頻率上等間隔的 256 個正交子載波進行調制，充分發揮了 OFDM 技術的優勢，具有抗多徑衰落、抗時延擴展的能力，可滿足大部分應用需求，稱為 ”“ Wireless MANOFDM”；(3)2048 載波正交頻分多址接入 (OFDMA)方式 : 這種方式引入頻域多址接入，將頻帶劃分為多個子信道，各子信道之間依次正交排列并根據信道特性分配給不同用戶，3GWiMAX無線 工程技術的研究與仿真 第二章 WiMAX技術及分析 6 實現多用戶信號傳輸復用和接入，可支持某些特定的多對象通信應用，稱為“ Wireless MANOFDMA”。 WiMAX 的主要優點如傳輸速率快，抗干擾能力強都是因為采取了 OFDM 技術 [８ ]。 正交頻分復用 (OFDM)實際上是一種多載波數字調制技術。正交是指各個載波的信號頻譜是正交的， OFDM 全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基本振蕩頻率的整數倍。 OFDM 技術的基本思想就是在頻域內將所給信道分成許多正交子信道，在每一個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸 。 這樣盡管總的信道并非平坦的，也就是說，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，并且在每個信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此可以大大消除符號間干擾 。 OFDMA（ Orthogonal Frequency Division Multiple Access， 正交頻分多址 ）和 OFDM 的最根本的區別在于前者在上行和下行均支持子信道化，后者僅在上行方向支持子信道化 。 OFDM 和 OFDMA 頻譜利用率高，而且在抵抗多徑效應、頻率選擇性衰落和窄帶干擾上具有明顯的優勢。但是與單載波相比， OFDM 和 OFDMA 技術也有缺點，最主要的是它對載波頻率偏移比較敏感，相對于子載波間隔來說很小的載波頻偏就會引起系統性能的大幅下降。 幾種無線寬帶技術的介紹及分析 到目前為止，世界上的無線城 市建設所采用的技術主要有三種，分別是 WiFi、MESHWiFi 以及 WiMAX。這三種技術有著不同的技術特點，適用的范圍也不盡相同。 WiFi 技術介紹 標準在 1997 年由 IEEE 作組提出，該標準提供 了 三個物理層規范，包括 ISM 免 費 頻 段 中 的 紅 外 線 、 12Mbps 跳 頻 技 術 (FrequencyHopping Spread Spectrum,FHSS)和 12 Mbps 直接序列擴頻技術 (Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)，主要用來解決辦公室局域網和校園網中用戶與用戶終端的無線接入，業務主要限于數據存取，速率最高只能達到 2 Mbps。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此， IEEE 于 1999 年又新推出了兩個版本的無線網絡標準， IEEE 和 IEEE 。除原 IEEE 的內容之外，增加了基于 SNMP 協議的管理信息庫 (MIB)以取代原 OSI 協議的管理信息庫，3GWiMAX無線 工程技術的研究與仿真 第二章 WiMAX技術及分析 7 同時也擴展了網絡的傳輸速度。 IEEE 使用開放的 GHz 頻率，采用直接序列擴頻 和補償編碼鍵控 (Complementary CodeKeying,CCK)的調制方式，室內傳輸距離可以支持 100m, 傳輸速率可以達到 11 Mbps，可以兼容 。 IEEE 工作頻段為 5GHz 頻段，物理層也采用 OFDM 技術，大大提升無線局域網的速度和整體信號質量，傳輸速率可達 54 Mbps。由于 技術具有數據傳輸速率高，抗千擾能力強的優點，能滿足高密度數據傳輸用戶的需要。 由于 IEEE 和 IEEE 標準之間互不兼容，為了解 決這個問題， IEEE 又于 2020 年 11 月發布了 1g 協議，工作頻段為 ,規定的調制方法有兩種，包括 中采用的 OFDM 與 中采用的 CCK。通過規定兩種調制方式，既達到了用 頻段實現 水平的數據傳輸速度，也確保了和 產品的兼容，工作距離為 80100 米 (室內 )， 所以現在市場上大多數無線網卡都支持 IEEE 。 MESHWiFi 技術介紹 無線網絡 技術 發展 日新月異，各種新技術層出不窮， 而 MESHWiFi 就是基于 IEEE 技術發展而來的，它的全名是 Wireless Mesh Network，又稱無線網狀網 。無線網狀網引入了對等網狀拓撲的概念，可實現節點之間的無線通信，核心指導思想是讓網絡中的每個節點都可以發送和接收信號。這個概念解決了當今面臨的許多部署問題，比如進行廣泛的以太網布線，支持新的部署模式等 。 傳統的 WLAN 一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題由此迎刃而解。無線網狀網技術的出現，代 表著無線網絡技術的又一大跨越，有極為廣闊的應用前景。 無線網狀網 (WMN)由網狀路 由器節點和客戶機節點組成，其中的網狀路由器節點組成了無線網狀網的網絡骨干，其移動性很小。它們一起為無線網狀網和其它常規無線網絡的客戶機節點提供網絡的無線接入 。 WMN技術結合了中心式控制的蜂窩網與分布式控制的無線自組織網 (Adhoc)的優點，可有效克服這兩種技術的缺陷并顯著提高無線網絡的性能，已經成為下一代無線通信網絡的研究熱