构建宽带无线城域网的移动WiMAX技术

第1章 IEEE 802.16标准和WirelessMAN
1.1 引言
1.2 IEEE 802.16 MAC层
1.2.1 MAC子层
1.2.2 MAC协议数据单元（PDU）格式
1.3 IEEE 802.16 物理层（PHY）
1.3.1 下行链路子帧结构
1.3.2 上行链路子帧结构
1.3.3 复用技术
1.4 IEEE 802.16支持的业务
1.4.1 用户服务质量的支持
1.4.2 移动管理的支持
1.5 结论
参考文献

第一部分 射频、信号处理和MIMO
第2章 WiMAX射频系统及电路中的挑战
2.1 引言
2.2 RF的体系结构
2.3 TDD，FDD和HFDD结构
2.3.1 TDD
2.3.2 FDD
2.3.3 HFDD
2.3.4 RF接口
2.3.5 HFDD体系结构
2.3.6 TDD结构
2.3.7 I/Q基带结构1
2.3.8 I/Q基带结构2
2.3.9 MIMO、AAS和OFDMA的射频挑战
2.4 射频系统模块
2.4.1 频率合成器
2.4.2 功率放大器
2.4.3 滤波器
2.4.4 WiMAX规范
2.5 小结
参考文献

第3章 无线城域网物理层协议：信号处理视角
3.1 引言
3.2 IEEE 802.16e OFDMA的物理层规范
3.2.1 子信道组织的框架结构及类型
3.2.2 PUSC中的子信道组织结构
3.2.3 编码和调制
3.3 OFDMA接收机中主要的信号处理功能
3.4 同步
3.4.1 载波频率偏移（CFO）和符号定时估计
3.4.2 寻找下行链路前导码索引
3.4.3 小结
3.5 信道估计
3.5.1 导频处的最小均方值信道估计
3.5.2 频域内插（Interpolation）和时域平均
3.5.3 基于子空间的方法
3.5.4 IEEE 802.16e OFDMA中应用的信道估计方法
3.6 解调和解码
3.6.1 尾比特卷积编码（Tail-biting CC）的解码
3.6.2 比特交织QAM调制下的分支度量（Branch Metric）的计算
3.7 后向兼容的延迟系统设计
3.7.1 帧结构的设计及其对同步和信道估计的影响
3.7.2 用数字说明帧结构对信道估计的影响
3.8 结论
3.9 开放性问题
参考文献

第4章 MIMO在无线城域网中的应用
4.1 引言
4.2 多输入多输出（MIMO）无线通信
4.2.1 MIMO系统模型
4.2.2 MIMO的系统容量
4.2.3 WiMAX中MIMO的容量
4.3 分组空时编码
4.3.1 分组空时码的不同类别
4.3.2 正交STC
4.3.3 WiMAX中的空时码
4.4 发射分集技术
4.4.1 发射分集技术的分类
4.4.2 空间分集的合并技术
4.4.3 接收分集和发射分集
4.4.4 极化分集和角分集
4.5 小结
参考文献

第5章 移动WiMAX下行链路中 的MIMO频谱效率
5.1 引言
5.2 移动WiMAX概述
5.2.1 物理层
5.2.2 MAC层
5.3 移动WiMAX中的MIMO技术：自适应MIMO切换（AMS）
5.4 链路级性能评估
5.4.1 MIMO信道模型
5.4.2 STC MIMO模式的性能
5.4.3 SM MIMO模式的性能
5.4.4 MIMO物理层抽象
5.5 系统级性能评估
5.5.1 网络拓扑和频率复用
5.5.2 模式部署和链路预算
5.5.3 路径传播模型
5.5.4 干扰模型和载荷
5.5.5 OFDMA空中接口模型
5.5.6 仿真方法论
5.5.7 OFDMA调度器和HARQ
5.5.8 移动WiMAX MIMO下行链路系统级仿真结果
5.6 结论
参考文献

第二部分 协议问题
第6章 无线城域网中的媒体接入控制（MAC）
6.1 引言
6.2 IEEE 802.16的MAC层
6.2.1 IEEE 802.16标准MAC层的子层
6.2.2 服务流（SF）和连接（Connection）
6.2.3 帧结构
6.2.4 移动性
6.2.5 IEEE 802.16的开放问题
6.3 MAC层的ETSI HiperACCESS
6.3.1 汇聚层
6.3.2 DLC层
6.3.3 连接
6.3.4 帧结构
6.4 ETSI HiperMAN的MAC层
6.5 TTA WiBro的MAC层
参考文献

第7章 WiMAX网格网络中的MAC和QoS
7.1 引言
7.2 业务提供
7.2.1 业务和参数
7.2.2 业务实现方案
7.3 QoS构架
7.4 QoS调度
7.4.1 类型间调度
7.4.2 类型内调度
7.5 结论
参考文献

第8章 IEEE 802.16 WiMAX网格网络中的无线资源管理
8.1 引言
8.2 IEEE 802.16网格模式操作
8.2.1 调度
8.2.2 网络接入过程
8.2.3 隧道技术
8.2.4 安全性
8.3 树状拓扑多跳IEEE 802.16网络中的RRM
8.3.1 干扰感知（Interference-Aware）路由选择
8.3.2 干扰感知调度
8.4 网格拓扑多跳IEEE 802.16回程网络中的RRM
8.4.1 网格回程中的路由构建
8.4.2 网格BS调度
8.4.3 计算两条路由间的数据分派（Dispatching）延时
8.4.4 网格BS上的流水线分派（Pipeline Dispatch）
8.4.5 作为回程（Backhaul）的WiMAX网格网络：接入点和路由选择
8.5 结论
参考文献

第9章 无线城域网中的跨层设计
9.1 引言
9.2 无线通信系统的跨层设计
9.2.1 跨层设计的范例和方法
9.2.2 跨层反馈信息及其应用
9.3 无线城域网系统及其跨层协议
9.3.1 IEEE 802.16e OFDMA系统的帧结构
9.3.2 用于一项跨层协议的上行链路控制信道
9.4 IEEE 802.16e OFDMA系统的跨层设计
9.4.1 用于提高容量的跨层设计
9.4.2 QoS保证的跨层设计
9.4.3 用于节能设计的跨层
9.5 WirelessMANS系统跨层化设计前景
9.5.1 多跳中继系统的跨层设计
9.5.2 自适应跨层协议的设计
9.5.3 多天线系统的跨层设计
9.6 结论
参考文献

第10章 移动WiMAX中的移动性管理
10.1 移动WiMAX网络介绍
10.2 空闲模式管理
10.3 ASN锚定移动性管理
10.3.1 扫描进程
10.3.2 关联（Association）进程
10.3.3 切换进程
10.3.4 快速基站切换（FBSS）和宏分集切换（MDHO）
10.4 CSN锚定移动性管理
10.5 结论
参考文献

第11章 无线LAN/MAN异构网络中的动态网络选择
11.1 引言
11.2 网络选择判决
11.2.1 传统网络中的选择判决
11.2.2 未来网络中的选择判决
11.2.3 切换实施过程
11.2.4 网络选择触发
11.2.5 用户偏好的衡量标准与重要性
11.3 技术发展中的挑战
11.3.1 体系结构设计
11.3.2 判决衡量标准
11.3.3 网络选择判决方法
11.3.4 移动性管理功能
11.4 接入网中的选择策略
11.4.1 网络选择判决算法的类型
11.4.2 网络选择判决算法的发展现状
11.4.3 网络选择判决算法的分析和对比
11.4.4 网络选择判决算法的性能
11.5 基于用户效用的网络选择策略
11.5.1 吞吐量预测方法
11.5.2 用户效用函数（User Utility Function）
11.5.3 基于消费者盈余的网络选择策略
11.5.4 性能评估
11.6 结论
参考文献

第12章 对无线PAN、LAN和MAN中的移动性支持
12.1 IEEE 802中对移动性的相关规定
12.1.1 局域网（LAN）中的移动性
12.1.2 城域网（MAN）中的移动性
12.1.3 个域网（PAN）中的移动性
12.1.4 技术独立的移动性（Technology-Independent Mobility）
12.2 一般的移动性功能
12.2.1 探测可用的无线小区
12.2.2 切换判决及其准则
12.2.3 重建链路层连接
12.2.4 较高层中移动性的基本功能
12.3 IEEE无线网络中的切换支持机制
12.3.1 IEEE 802.11
12.3.2 IEEE 802.15.1
12.3.3 IEEE 802.15.3
12.3.4 可用无线小区的检测
12.3.5 切换判决准则
12.3.6 重建链路层连接
12.4 不同技术之间的切换
12.4.1 因特网工程任务组（IETF）的移动性支持
12.4.2 媒体独立切换
12.5 未来技术的发展趋势和挑战
参考文献

第13章 IEEE 802.16无线城域网（WiMAX）中的能量管理
13.1 引言
13.1.1 标准化活动
13.2 WiMAX概述
13.2.1 OFDMA
13.2.2 MAC层概述
13.3 IEEE 802.16 WiMAX协议中的PMP和网状模式
13.3.1 PMP和网格（Mesh）组网模式
13.3.2 PMP模式中的帧结构
13.3.3 网格模式中的帧结构
13.3.4 WiMAX网格网络中的分布式调度
13.4 IEEE 802.16e协议中的睡眠模式
13.5 下行链路业务的能量消耗分析
13.6 下行与上行链路业务的能量消耗分析
13.6.1 图13.7中的第一种情况
13.6.2 图13.7中的第二种情况
13.6.3 图13.7中的第三种情况
13.7 一般业务过程中的能量消耗分析
13.7.1 能量消耗
13.7.2 分组时延
13.8 结论
参考文献

第14章 无线城域网的链路自适应机制
14.1 引言
14.2 链路自适应的基本概念
14.2.1 单天线系统中的链路自适应
14.2.2 链路自适应多天线系统
14.3 无线系统链路自适应的相关研究
14.4 IEEE 802.16（WIMAX）中的链路自适应
14.4.1 空中接口的命名和物理层定义
14.4.2 监视信道：信道质量的测量
14.4.3 物理层（PHY）模式间的转换: 媒体接入控制（MAC）功能
14.4.4 媒体接入控制对自动重传请求和混合自动重传请求的支持
14.4.5 WirelessMAN-SC的物理层
14.4.6 WirelessMAN-SCa的物理层
14.4.7 WirelessMAN-OFDM的物理层
14.4.8 WirelessMAN-OFDMA的物理层
14.5 HiperACCESS中的链路自适应
14.5.1 HiperACCESS中的自适应编码和调制
14.6 HiperMAN中的链路自适应
14.6.1 HiperMAN物理层
14.7 无线宽带（WiBro）中的链路自适应
14.8 开放性问题
14.8.1 更好的链路自适应算法：更智能的决策
14.8.2 越多越好：更多的物理层模式
14.8.3 相对与整体的协议层：更好的跨层方案
14.8.4 新型或反向兼容：把新型信道和信源编码方法融合到标准中去吗
14.8.5 激烈竞争或者合作：兼容性与协调性
14.9 结论
参考文献

第三部分 安全系统与策略
第15章 WiMAX/802.16安全威胁的分析
15.1 引言
15.2 方法
15.2.1 发生的可能性
15.2.2 对用户和系统的影响
15.3 分析
15.3.1 物理层的安全威胁
15.3.2 MAC层的威胁
15.4 结论
参考文献

第16章 固定WiMAX网络的技术经济分析
16.1 引言
16.2 技术-经济建模：方法论和工具
16.2.1 建立技术-经济模型的工具
16.2.2 灵敏度和风险分析
16.3 固定WiMAX系统的技术性能
16.3.1 标准和互操作性
16.3.2 频段和管理
16.3.3 范围和覆盖面积
16.3.4 容量
16.4 案例研究
16.4.1 关于市场和服务的输入
16.4.2 关于技术的输入
16.4.3 分析结果
16.4.4 灵敏度分析
16.4.5 风险分析
16.5 开放性问题
16.6 结论
参考文献

第17章 基于无线城域网的正交频分多址的性能
17.1 多载波、多用户、MIMO宽带系统
17.1.1 OFDMA
17.1.2 多用户分集
17.2 OFDMA的最优化
17.3 SISO/OFDMA的最优化
17.3.1 系统模型
17.3.2 OFDMA最优性的分析
17.3.3 数据结果
17.3.4 结论
17.4 MIMO/OFDMA的最优性
17.4.1 系统模型
17.4.2 OFDMA最优性的充分必要条件
17.4.3 特殊情形
17.4.4 数值算法
17.4.5 OFDMA子载波分配
17.4.6 结论

附录A 式（17.4）中的？Csum是一个凸函数
附录B 定理1中要求①的证明
附录C 高信噪比情形下的P？
附录D 定理5的证明
参考文献
缩略语

插图：


第1章 IEEE 802.16标准和WirelessMAN
电气和电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）的802.16标准是一种无线城域网（Wireless Metropolitan Area Network，WirelessMAN）的革命性标准，它可以为数据、视频和语音业务提供高速的无线接入服务。微波接入全球互通（WorldwideInteroperability for Microwave Access，WiMAX）是供应商互连互通组织为IEEE 802.16—2004修正案所定的行业名称，该标准支持PMP和Mesh两种网络模式。在PMP模式中，多个用户站（Subscriber Stations，SS）接入一个基站（Base Station，BS）。BS到SS的接入信道被称为下行链路（DownLink，DL）信道，SS到BS的接入信道被称为上行链路（UpLink，UL）信道。在这个标准中采用了两种复用技术：频分复用（Frequency Division Duplex，FDD），上行链路和下行链路工作在独立的频段内，可以同时进行通信；时分复用（Time DivisionDuplex，TDD），上行链路和下行链路共享同一个频段，不能同时进行通信。IEEE 802.16的MAC是以接入为导向的接入控制结构。物理层规范可以工作在2～66 GHz频段范围内的宽带接入许可频段和无线免许可频段。通过对主动授权服务（Unsolicited Grant Service，UGS）、实时轮询服务（real—time Polling Service，rtPS）、非实时轮询服务（non.real—time Polling Service，nrtPS）和尽力传送（Best Effort，BE）四种典型服务要求的区别和划分，IEEE 802.16标准可以提供高性能下行链路信道QoS。在上行链路信道中，标准中只采用UGS过程。本章将详细说明IEEE 802.16标准中的QoS规范，以及上行链路信道业务管理的一些前期工作。为了支持移动性，IEEE制定了IEEE 802.16e补充标准，也被称为移动WiMAX。在微移动（同一地域网络的不同子网之间的移动）和宏移动（不同地域网络之间的移动）两种移动模式中，电池工作时间和越区切换是需要解决的两个重要问题。