MIMO和OFDM升级WiMAX

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  WiMAX技术正在不断向前演进,当前,OFDM(正交频分复用)和MIMO(多输入多数出)被认为是下一代所有无线网络的核心技术和融合的基础,也首先被应用到WiMAX技术中。
  MIMO技术充分开发空间资源,利用多个天线实现多发多收,在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下,可以成倍地提高信道容量。OFDM技术是多载波传輸的一种,其多载波之间相互正交,可以高效地利用频谱资源。另外,OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波可以有效地抵抗频率选择性衰落。
  因此充分开发这两种技术的潜力,将二者结合起来可以成为新一代移动通信核心技术的解决方案,基于OFDM和MIMO技术,它结合了各种创新的传输和天线技术,能够最大程度地提高频谱效率,提供高品质移动视频和电视业务所需的高速度和高带宽。由于WiMAX技术能够通过无线的方式,以最少量的基础设施为大片区域提供高速的固定和移动宽带服务,因此,在帮助运营商改善功率和性能的同时,能够让运营商显著节省成本支出。
  
  OFDM解决覆盖问题
  
  目前,WiMAX还需面对诸多技术挑战。首要的技术挑战是提供一个非视距(NLOS)范围的覆盖,即能为给定区域内的大部分用户提供服务,无需安装昂贵的指向基站的室外天线。WiMAX可采用OFDM技术有效地解决NLOS覆盖问题,WiMAX OFDM信号的优势在于,即使发生大的NLOS传播延迟也能工作。OFDM信号由多路窄带正交载波组成,选择性衰落只发生在载波的子集,相对容易补偿。采用OFDM技术的WiMAX在高数据率传输下能够有效地克服传播延迟、多径及ISI,因而可以提供真正NLOS覆盖能力。
  虽然OFDM的概念已经存在了很长时间,但是直到最近随着多媒体业务的发展,它才被认识到是一种实现高速双向无线数据通信的良好方法。第一个OFDM技术的实际应用是军用的无线高频通信链路,经过多年的发展,该技术在广播式的音频和视频领域已得到广泛的应用。OFDM由于其频谱利用率高、成本低等因素,随着对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求,在个人无线接入领域实现广泛应用。
  
  实现真正的QoS
  
  第二个技术挑战是实现真正的服务质量(QoS),这可以通过使用面向连接的MAC层来实现。WiMAX支持以下两个主要级别的服务:尽力而为(best effort)服务,典型应用如电子邮件、网页浏览、文件传输等,该服务基于BE和nrTPs服务流;实时(real time)服务,针对那些必须保证带宽和给定延迟的应用,如VoIP、双路视频、在线游戏等。
  WiMAX也依靠一些先进的技术为网络提供附加性能。例如,上行链路的子通道化(subchannelization)提供了一种增加上行链路覆盖和性能的简单方法,而对客户端设备(CPE)的成本不产生实质影响。这项技术相当重要,典型应用如链路预算不平衡时,由于基站能够传送更多的功率而有利于下行链路。其它的先进技术还包括智能天线,这种天线通常由硬件和软件组成并提供一种可变的技术,以提高频谱效率或覆盖范围,典型应用包括空间分集整合、自适应波束及无控抗干扰等。
  移动WiMAX不仅采用了如OFDM/OFDMA、HARQ、AMC、MIMO、快速调度等先进技术,而且为满足多业务承载能力,MAC层还定义了端到端的QoS机制。为满足移动性,移动WiMAX还增加了终端睡眠模式:Sleep模式和Idle模式。移动WiMAX还可以满足用户在时速120公里的移动环境中的服务需求,提供高带宽、大数据流应用。
  
  未来方向:超级连接性
  
  目前WiMAX主要的发展方向是“超级连接性”。网络连接的人数在21世纪基本上是呈指数发展,另外对连接上的终端设备也开始了,原来是手机和计算机的连接,照相机将来也会有WiMAX的设备在其中,娱乐设备iPod都可以在网上连接,还有家里的冰箱、炉子都可以使用,这些发展趋势对网络带宽的要求非常高。北电目前所倡导的“超级连接性”,其中的趋势之一就是实现“真正的”宽带服务。在真正的宽带通信体验中,技术在提供丰富的体验上非常有效,以至于用户意识不到技术的存在,而只专注于沟通。
  WiMAX的频率今年下半年在亚洲将出现,他们所用的OFDM和MIMO技术将是下一代的技术。这个技术对发达的市场来讲,需要很多的带宽。数据要足够快,时延要特别短,这个正好就是WiMAX能够解决的。原因如下:第一,WiMAX是一个OFDM、MIMO的空间接口;第二,它是一个扁平的网络结构,这个网络的结构造成了它的时延非常短,与3G的系统比起来时延短很多。这就是为什么我们觉得WiMAX很重要的原因。
  
  注:(1) 假定采用ITU-PB,每小时3公里的信道模式;
  (2) 假定用于HSPA的是1×2 DL SIMO;
  (3)使用移动WiMAX 2×2 MIMO,matrix-A/B适配和MLD接收器,这预计是理想的信道配置。
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