浅谈WiMAX无线接入技术

浅谈WiMAX无线接入技术

陈淳

（中国移动通信集团上海有限公司运维中心,上海200135）

摘要：IEEE802工作组制定了WiMAX（WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波接入互操作性）技术规范。WiMAX的出现大大的加快了宽带移动化的进程，满足了宽带用户对宽带移动化的需求。首先分析了WiMAX的产生背景，其次介绍了WiMAX的基本概念和无线接入技术，包括OOFDM调制技术、自适应天线系统技术等，最后对WiMAX无线接入技术的应用作了展望。

关键词：WiMAX；OFDM；智能天线；MIMO

引言

随着个人对数据通信需求的快速增长，固定宽带接入服务和移动服务在技术和业务上逐渐呈现融合的趋势。一方面，传统宽带固定接入用户已经不满足于在家庭等固定环境内使用宽带业务，希望实现宽带移动化；另一方面，传统的移动用户也不满足于简单的语音、短信和低速数据业务，希望能实现移动宽带化。在移动宽带化方面，一些国家和地区已经布置了3GR99系统，并正向R5发展。在宽带移动化方面，IEEE802工作组制定了WiMAX技术规范，意图能沿着固定、游牧/便携、移动这样的演进路线逐步实现宽带移动化。可以说，WiMAX的出现大大促进了移动宽带的演进和发展，是宽带移动化的重要里程碑。主要论述WiMAX系统的基本概念、关键技术以及应用前景。

1WiMAX概述

WiMAX是一项无线城域网(WMAN)技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准，能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，由此支持企业客户享受T1类服务以及居民用户拥有相当于DSL的访问能力。WiMAX凭借其在任意地点覆盖1～6英里范围的能力，可以为高速数据应用提供更出色的移动性。WiMAX之所以拥有这种强大的无线覆盖能力，在于它采用了先进的无线接入技术。

2WiMAX无线接入技术

WiMAX无线接入技术主要包括OFDM调制技术、自适应天线系统等。

2.1OFDM调制技术

WiMAX无线无线接入技术采用OFDM（OrthogonalFrequencypisionMultiplexing，正交频分复用技术）调制方式。如图1所示是OFDM发射接收原理，在发送端，用户数据经过串并变换进入串并缓冲器，转换成子载波幅度和相位的映射，再进行离散傅立叶反变换，将数据的频谱表达式变到时域上，增加循环前缀并经过并串变化和D/A转换，进行发送；在接收端，系统把从空中接收到的信号进行A/D转换，除去循环前缀，进行串并变化和傅立叶变化，通过接收检测后并串变化，子载波的幅度和相位被采集出来并转换回数字信号，最后输出。

OFDM的基带信号表示为

OFDM的频带信号表示为

其中：ak为分配给每个子信道的数据符号，fs为载波频率，N为子载波个数，T表示OFDM符号宽度，为子载波间隔，。

由上述信号表示方式可以看出，OFDM将信道分成N个正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。这里，OFDM正交载波集由单一用户产生，为单一用户并行传送数据流。WiMAX支持TDD和FDD双工方式，FDD和TDD两种方式物理层技术基本相同。802.16e在5MHz频带上可以实现约15Mbit/s的速率，频谱效率为3bit/s/Hz，与HSDPA相似。但802.16e在固定或低速环境下可以使用更大带宽(20MHz)，实现高达75Mbit/s的峰值速率，这是现有蜂窝移动通信系统难以达到的。这充分体现出0FDM技术在使用更宽频带方面的优势。OFDM上行链路采用TDMA多址方式，下行链路采用TDM复用方式。

接收端对OFDM符号进行解调时需要计算每个子载波频率的最大值，在每个子载波频率最大值处，所有其他子载波的频谱值恰好为0，因此可以从多个相互重叠的子信道符号中提取每一个子信道符号，而不会受到其他子信道的干扰，这样可以减少子信道之间的相互干扰。令外，由于每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的衰落可以看成平坦性衰落，信道均衡变得相对容易。

2.2自适应天线系统

WiMAX采用自适应天线系统以提高系统的接入容量，自适应天线系统涉及智能天线、MIMO等技术。

2.2.1智能天线。智能无线技术的基本原理是使用自适应天线阵列系统，优化空中无线接口的容量，从而扩大基站覆盖范围，提高信号质量。自适应天线阵列系统克服了传统的蜂窝系统的最大弱点：蜂窝系统需要尽可能保持全向信号的覆盖模式。因为传统的基站以全向方式发布射频广播信号，这样原始射频信号的能量只有很少一部分能够到达所要寻找的用户，射频广播信号的大部分能量都浪费了，更糟糕的情况是，可能形成干扰信号，减弱其他用户的信号质量。自适应天线阵列系统能够将发射功率的能量尽可能地集中发射到所要寻找的用户呢。通常自适应天线阵列系统包含4－8个天线，利用无线资源管理算法控制发射射频信号能量，动态地集中发射给所要寻找的用户，同时避免射频信号干扰网络中的其他用户，这样就大大提高了信噪比。

自适应智能无线技术利用了空分复用接入(spatialpisionmultipleaccess)技术，即当同一小区内的用户处于相当邻近的状态时，也能使用相同的频率资源和时间资源，自适应智能无线技术使基站能够与用户建立独立的虚拟天线连接，生成即时定义的空域信道。使用空域信道，原来定义的处于特定时域内某一频率上的无线信道可以在本小区内再多次利用，结果，大大提高了小区的容量。如图2所示是智能天线系统的示意图。

图2智能天线系统示意图

2.2.2MIMO技术。MIMO(Multiple-InputMultiple-Out-put)技术主要是利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-InputSingle-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-InputMulti-Output)系统和MISO(Multiple-InputSingle-Output)系统。

利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高，这利用了MIMO信道提供的空间复用增益。同时，MIMO技术也可以提高信道的可靠性，降低误码率，这利用了MIMO信道提供的空间分集增益。

MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。

3应用前景

从以上对WiMAX无线接入技术的分析，可见，WiMAX使用了高效的调制技术和先进的智能天线技术，这些都表明WiMAX是目前最先进的技术之一。如此高效的接入方式能为运营商、企业用户和个人用户提供以下好处：

首先，WiMAX技术组网迅速灵活，短时间内可以部署完成一个高速数据通信网络，这适合大型集会等场合的应用。

其次，WiMAX成本低，应用低成本的WiMax技术则可以迅速架起一座信息高速公路国，这特别适合我国很多经济欠发达地区，这些地方的信息化建设是非常落后的。WiMAX技术的应用对当地的经济发展会有很大的促进作用。

最后，WiMax速率高，可以提供高达54Mbps的无线接入速度，可以弥补移动电话系统接入慢的不足，使用户才用宽带移动访问外界，能产生巨大的经济效益。

4结论

作为一种新无线接入技术，WiMAX综合了OFDM、自适应天线等技术，为宽带用户带来了移动性的便利。宽带移动时代已经到来，WiMAX技术一定有所作为。

参考文献

[1]数字通信（第四版），JohnG.Proakis.张力军等译[M].北京：电子工业出版社，2003.