WiMAX详解－第3部分

正如表格2.3所示，WiMAX允许有一个更宽的保护时间，让系统设计者在频谱效率和延迟扩展稳定可靠性之间作出恰当的均衡。要实现最大的延迟扩展稳定性，保护时间必须占到符号时间长度的25％，让3.5MHz信道下的延迟扩展可以达到16ms，7MHz信道中的延迟扩展达到8ms。在相对较好的多路径信道中，保护时间余度可以降低到3％。

表格2.3 WiMAX中所用的OFDM参数

表格2.3

移动WiMAX OFDMA-PHY：在移动WiMAX中，FFT大小可以在128到2048之间调节。在此，当可用带宽增加时，FFT的大小也会增加，以便让副载波间隔始终保持在10.94kHz。这就使得作为基本资源单元的OFDM的符号持续时间能够固定，因而将FFT的扩大对更高层的影响最小化。此外，可调节的设计还能降低成本。10.94kHz的副载波间隔，是满足固定和移动WiMAX应用中延迟扩展要求和多普勒扩展要求之间的一个很好的平衡。在3.5GHz的频段下，这个副载波间隔可以支持20ms的延迟扩展，并能用于时速125km的汽车中。副载波间隔为10.94kHz，意味着当信道带宽为1.25MHz、5MHz、10MHz和20MHz时，所用FFT的大小分别为128、512、1024和2048。但必须注意的是，移动WiMAX也可能会有另外的带宽配置。比如，一套能与WiBro兼容的配置，会采用8.75MHz的信道带宽和1024的FFT。这显然需要一个不同的副载波间隔，因而其可调节性能也不一样。

子信道化：OFDMA

可用的副载波可能会被分成多组副载波，也叫子信道。基于OFDM-PHY的固定WiMAX只能在上行链路中允许有限的子信道化。标准中规定可以有16个子信道信道，其中上行链路的信道1、2、4、8或者所有组合可分配到一个用户站(SS)。固定WiMAX中的上行子信道化让用户站可以只发送基站所分配带宽的一部分（最小可达1/16），从而改进链路预算，来扩大用户站的覆盖距离和/或延长电池寿命。当子信道化因数为1/16时，链路预算就可改进12 dB。

但是基于OFDMA-PHY的移动WiMAX则能在上行和下行链路中都可进行子信道化，其中子信道构成了基站分配的最小频率资源单元。因此，不同的子信道可以分配

给不同的客户，形成一个多路存取机制。这种多路存取方案叫做正交频分多址（OFDMA），这也是移动WiMAX PHY得名的由来。

子信道可以由临近副载波组成，也可由在频谱中伪随机分散的副载波组成。用分散副载波组成的子信道能提供更多频率分集，这对于移动应用尤其有利。WiMAX规定了多个基于分散式副载波的子信道化方案，用于上行和下行链路。其中一个名为副载波部分利用（PUSC）的方案是所有移动WiMAX应用都必须要执行的。当PUSC方案在5MHz的带宽下执行时，初始WiMAX配置分别规定了15个下行链路子信道和17个上行链路子信道。而带宽为10MHz时，则分别是30个下行子信道和35个上行子信道。

WiMAX中基于连续副载波的子信道化方案被称为频段自适应调制和编码（AMC）。尽管频率分集减少了，频段AMC却可让系统设计人员充分利用多用户分集，根据用户的频率响应来给其分配子信道。只要系统尽力为每个用户提供一个子信道，使其接收的SINR最大化，多用户分集能给系统整体性能带来很大提升。总之，连续副载波更适合用于固定的和低移动性的应用。

时隙和帧结构

WiMAX PHY层还负责时隙分配和空中设定框架。WiMAX系统可分配给某个指定链路的最小时频资源称为时隙。取决于所用的特殊子信道化方案的不同，每个时隙包含的一个子信道可能会跨越1、2或者3个OFDM符号。分配给某个用户的连续时隙，称作该用户的数据区；调度算法可根据用户的需要、QoS要求和信道情况为不同用户分配数据区。

表格2.1展示了一个采用TDD模式的OFDMA和OFDM框架。该框架被分成两个字框架：一个是下行链路框架，一个小的保护间隔之后是上行链路框架。下行－上行子框架之比可以是3:1或者1:1，以支持不同的通信量配置。WiMAX还支持频分双工，此时帧结构是一样的，只是下行和上行链路由不同载波同时传送。目前有些固定WiMAX系统使用FDD模式，而大部分WiMAX系统都因为TDD模式的优势而使用TDD模式。TDD模式让上行和下行链路可以灵活共享带宽，不需要成对频谱，而且有一个能够用于空间信息处理的互易信道和一个更简单的接收器设计。TDD的缺点是需要多个基站同步运行，以确保无干扰共存。但成对频段调节可能会让一些运营商不得不采用FDD模式来配置WiMAX网络。

如表格2.1所示，下行链路子框架以一个下行前导符号作为开端；该前导符号用于物理层程序 － 如时间和频率同步以及初始信道估计等。在下行前导符号之后，是一个框架控制标题（FCH），提供MAP信息长度、调制和编码方案以及可用副载波等框架配置信息。多个用户在框架内被分配了数据区，而这些分配是由在下行子框架中紧随FCH之后的上行链路和下行链路MAP信息（DL-MAP和UL-MAP）来指定的。MAP信息包含了每个用户的突发配置，规定了该链路中所用的调制和编码方案。由于MAP包含了所有用户必须接收到的关键信息，因此通常会采用一个非常稳定可靠的链路来发送，例如带1/2编码和重复编码的BPSK编码。尽管MAP信息是一个很好的方法，让基站用来以小到每帧的精确度将分配和突发配置的信息告知各个用户，但它也会产生一个很大的费用，尤其是需要分配大量数据包较小（如VoIP）的用户时。为了解决这个问题，移动WiMAX系统可以选择多个子MAP信息，根据用户各自的SINR情况，以更高速度将面向不同用户的专用控制信息发射出去，也可以压缩广播MAP信息以进一步提高效率。