[发明专利]基于IEEE802.16d/e实现Mesh模式下的OFDM物理层系统

说明书

技术领域

本发明基于IEEE802.16d/e协议，提出一种实现Mesh模式下的OFDM物理层系统，属于无线通信系统设计领域。

背景技术

在WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access微波存取全球互通)网络中有一种无中心节点的网络，称为Mesh网络，即WMN(Wireless Mesh Network无线网格网)。Mesh网络正是因为其无中心、自组织等特点而逐渐兴盛起来，将逐渐应用于楼宇办公、临时会议、应急通信等情况。其物理层技术采用RS-CC(RS码即里德-所罗门(Reed Solomon)码，CC是卷积编码(Convolution Coded))级联信道编码、可选数据调制方案、以及OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交频分复用)技术。OFDM技术是一种克服信道时延扩展的传输手段。它采用串并变换将高速串行数据流分解成若干并行低速数据流，以降低每个子载波的符号速率，其码元周期会变得相对较长，再加上循环前缀CP(Cyclic Prefix)作为保护间隔所构成的特殊符号结构，使得ISI(Intersymbol Interference符号间干扰)明显降低，甚至可以消除。

IEEE802.16d/e的物理层既可以支持单载波又可以支持多载波，支持多载波即支持OFDM技术。基于单载波的物理层规范又分为WirelessMAN-SC和WirelessMAN-SCa两种。WirelessMAN-SC的操作频段为10～66GHz，且为视距(LOS)操作；而WirelessMAN-SCa的操作频段低于11GHz，为非视距(NLOS)操作。基于多载波的物理层规范则分为WirelessMAN-OFDM和WirelessMAN-OFDMA，两种规范均基于OFDM多载波技术，操作频段均低于11GHz。

WirelessMAN-OFDM是基于多载波的物理层规范，它支持256点的OFDM调制方式，操作频段低于11GHz，并且是为非视距NLOS传输而设计。本发明就是在Mesh模式下使用WirelessMAN-OFDM物理层标准。

OFDM的信道带宽不能小于1.25MHz，且必须是250kHz的整数倍，1.25MHz乘以2^m必须等于所能分配给该系统的总带宽。例如系统所能获得的带宽是14MHz，OFDM信道带宽可以是1.75MHz、3.5MHz、7MHz或14MHz。如果带宽是250kHz的奇数倍，则中心频率必须是125kHz的奇数倍；如果带宽是250kHz的偶数倍，则中心频率必须是125kHz的偶数倍。标准中列出了一系列的典型的带宽值，如1.75MHz、3.5MHz、7MHz、14MHz，以及3MHz、6MHz、5.5MHz、10MHz。

随着宽带无线通信技术的不断发展和广泛应用，正交频分复用OFDM技术成为新一代无线移动通信系统最有前途的核心技术。OFDM系统的一大缺点是容易受同步偏差影响，对于基于OFDM的通信系统而言，符号和频率同步是非常重要的。由于子信道的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。由于无线信道的时变性，传输过程中出现的无线信号频谱偏移或发射机与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差，都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，产生子信道间干扰ICI。没有正确的符号定时同步，系统也不可能估计出正确的帧起始位置，系统性能的稳定性会随着定时误差的出现而降低。所以，同步问题是OFDM系统需要解决的重要问题。OFDM系统的另一大缺点是有较高的峰值平均功率比，OFDM系统的发送信号是多个子载波上的发送信号相叠加而成的，当这些信号以同相相位相加时，所得信号的瞬时功率很大，远远超出信号的平均功率，导致系统产生较高的PAPR。高PAPR对发射机和接收机内的功率放大器的线性范围提出了很高的要求，并且增加了A/D、D/A转换器等设备的复杂度。如果放大器的线性范围不能满足信号的动态变化范围，则信号会产生非线性畸变，导致频谱泄漏，各子载波间的正交性遭到破坏，产生载波间干扰，降低系统的性能。所以，峰值平均功率比问题是OFDM系统需要解决的重要问题。

搭建基于IEEE802.16d/e物理层在Mesh模式下OFDM系统还有一个重要的问题就是确定针对Mesh模式下的帧格式，不同的协议传输有不同的帧格式，协议里并没有进行完整的定制，这也是本发明所完成的重要内容之一。

发明内容