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第1章 IEEE 802.16标准和WirelessMAN 1

1.1 引言 1

1.2 IEEE 802.16 MAC层 2

1.2.1 MAC子层 3

1.2.2 MAC协议数据单元（PDU）格式 4

1.3 IEEE 802.16物理层（PHY） 6

1.3.1　下行链路子帧结构 6

1.3.2　上行链路子帧结构 7

1.3.3　复用技术 8

1.4 IEEE 802.16支持的业务 8

1.4.1 用户服务质量的支持 8

1.4.2　移动管理的支持 12

1.5　结论 15

参考文献 15

第一部分 射频、信号处理和MIMO 19

第2章　WiMAX射频系统及电路中的挑战 19

2.1 引言 19

2.2 RF的体系结构 20

2.3 TDD,FDD和HFDD结构 20

2.3.1 TDD 20

2.3.2 FDD 21

2.3.3 HFDD 22

2.3.4 RF接口 23

2.3.5 HFDD体系结构 24

2.3.6 TDD结构 24

2.3.7 I/Q基带结构1 25

2.3.8 I/Q基带结构2 26

2.3.9 MIMO、AAS和OFDMA的射频挑战 26

2.4　射频系统模块 28

2.4.1　频率合成器 28

2.4.2　功率放大器 29

2.4.3　滤波器 29

2.4.4 WiMAX规范 30

2.5 小结 31

参考文献 31

第3章　无线城域网物理层协议：信号处理视角 32

3.1 引言 32

3.2 IEEE 802.16e OFDMA的物理层规范 34

3.2.1 子信道组织的框架结构及类型 34

3.2.2 PUSC中的子信道组织结构 35

3.2.3　编码和调制 39

3.3 OFDMA接收机中主要的信号处理功能 40

3.4 同步 41

3.4.1　载波频率偏移（CFO）和符号定时估计 42

3.4.2　寻找下行链路前导码索引 43

3.4.3　小结 44

3.5　信道估计 44

3.5.1 导频处的最小均方值信道估计 44

3.5.2　频域内插（Interpolation）和时域平均 45

3.5.3　基于子空间的方法 45

3.5.4 IEEE 802.16e OFDMA中应用的信道估计方法 46

3.6　解调和解码 47

3.6.1 尾比特卷积编码（Tail-bitingCC）的解码 48

3.6.2 比特交织QAM调制下的分支度量（Branch Metric）的计算 48

3.7　后向兼容的延迟系统设计 49

3.7.1 帧结构的设计及其对同步和信道估计的影响 49

3.7.2　用数字说明帧结构对信道估计的影响 52

3.8 结论 56

3.9　开放性问题 56

参考文献 57

第4章 MIMO在无线城域网中的应用 59

4.1 引言 59

4.2　多输入多输出（MIMO）无线通信 60

4.2.1 MIMO系统模型 60

4.2.2 MIMO的系统容量 62

4.2.3 WiMAX中MIMO的容量 63

4.3　分组空时编码 65

4.3.1 分组空时码的不同类别 66

4.3.2 正交STC 67

4.3.3 WiMAX中的空时码 68

4.4　发射分集技术 69

4.4.1　发射分集技术的分类 69

4.4.2　空间分集的合并技术 70

4.4.3　接收分集和发射分集 70

4.4.4　极化分集和角分集 71

4.5 小结 71

参考文献 71

第5章 移动WiMAX下行链路中的MIMO频谱效率 73

5.1 引言 73

5.2　移动WiMAX概述 75

5.2.1　物理层 76

5.2.2 MAC层 80

5.3　移动WiMAX中的MIMO技术：自适应MIMO切换（AMS） 82

5.4　链路级性能评估 83

5.4.1 MIMO信道模型 83

5.4.2 STC MIMO模式的性能 84

5.4.3 SM MIMO模式的性能 87

5.4.4 MIMO物理层抽象 92

5.5　系统级性能评估 95

5.5.1 网络拓扑和频率复用 95

5.5.2　模式部署和链路预算 95

5.5.3　路径传播模型 96

5.5.4　干扰模型和载荷 97

5.5.5 OFDMA空中接口模型 97

5.5.6　仿真方法论 97

5.5.7 OFDMA调度器和HARQ 98

5.5.8　移动WiMAX MIMO下行链路系统级仿真结果 99

5.6　结论 104

参考文献 104

第二部分 协议问题 109

第6章　无线城域网中的媒体接入控制（MAC） 109

6.1 引言 109

6.2 IEEE 802.16的MAC层 109

6.2.1 IEEE 802.16标准MAC层的子层 110

6.2.2　服务流（SF）和连接（Connection） 112

6.2.3　帧结构 117

6.2.4　移动性 120

6.2.5 IEEE 802.16的开放问题 121

6.3 MAC层的ETSI HiperACCESS 123

6.3.1　汇聚层 123

6.3.2 DLC层 123

6.3.3　连接 124

6.3.4　帧结构 125

6.4 ETSI HiperMAN的MAC层 125

6.5 TTA WiBro的MAC层 125

参考文献 125

第7章 WiMAX网格网络中的MAC和QoS 128

7.1　引言 128

7.2　业务提供 128

7.2.1　业务和参数 128

7.2.2　业务实现方案 129

7.3 QoS构架 132

7.4 QoS调度 134

7.4.1 类型间调度 136

7.4.2　类型内调度 137

7.5　结论 138

参考文献 138

第8章　IEEE 802.16 WiMAX网格网络中的无线资源管理 140

8.1 引言 140

8.2　IEEE 802.16网格模式操作 141

8.2.1　调度 142

8.2.2　网络接入过程 144

8.2.3　隧道技术 148

8.2.4　安全性 148

8.3　树状拓扑多跳IEEE 802.16网络中的RRM 149

8.3.1 干扰感知（Interference-Aware）路由选择 149

8.3.2　干扰感知调度 150

8.4　网格拓扑多跳IEEE 802.16回程网络中的RRM 151

8.4.1 网格回程中的路由构建 151

8.4.2 网格BS调度 154

8.4.3　计算两条路由间的数据分派（Dispatching）延时 155

8.4.4　网格BS上的流水线分派（Pipeline Dispatch） 156

8.4.5　作为回程（Backhaul）的WiMAX网格网络：接入点和路由选择 157

8.5 结论 158

参考文献 158

第9章 无线城域网中的跨层设计 159

9.1 引言 159

9.2　无线通信系统的跨层设计 159

9.2.1　跨层设计的范例和方法 160

9.2.2　跨层反馈信息及其应用 161

9.3　无线城域网系统及其跨层协议 163

9.3.1 IEEE 802.16e OFDMA系统的帧结构 163

9.3.2　用于一项跨层协议的上行链路控制信道 166

9.4　IEEE 802.16e OFDMA系统的跨层设计 167

9.4.1　用于提高容量的跨层设计 167

9.4.2 QoS保证的跨层设计 176

9.4.3　用于节能设计的跨层 178

9.5 WirelessMANS系统跨层化设计前景 179

9.5.1 多跳中继系统的跨层设计 180

9.5.2 自适应跨层协议的设计 181

9.5.3 多天线系统的跨层设计 181

9.6　结论 182

参考文献 182

第10章　移动WiMAX中的移动性管理 185

10.1　移动WiMAX网络介绍 185

10.2　空闲模式管理 188

10.3 ASN锚定移动性管理 190

10.3.1　扫描进程 190

10.3.2　关联（Association）进程 191

10.3.3　切换进程 192

10.3.4　快速基站切换（FBSS）和宏分集切换（MDHO） 194

10.4　CSN锚定移动性管理 194

10.5 结论 196

参考文献 196

第11章 无线LAN/MAN异构网络中的动态网络选择 198

11.1 引言 198

11.2　网络选择判决 200

11.2.1　传统网络中的选择判决 201

11.2.2　未来网络中的选择判决 201

11.2.3　切换实施过程 203

11.2.4　网络选择触发 203

11.2.5　用户偏好的衡量标准与重要性 203

11.3　技术发展中的挑战 204

11.3.1 体系结构设计 205

11.3.2　判决衡量标准 207

11.3.3 网络选择判决方法 210

11.3.4　移动性管理功能 211

11.4　接入网中的选择策略 212

11.4.1 网络选择判决算法的类型 212

11.4.2　网络选择判决算法的发展现状 212

11.4.3　网络选择判决算法的分析和对比 214

11.4.4　网络选择判决算法的性能 214

11.5　基于用户效用的网络选择策略 215

11.5.1　吞吐量预测方法 215

11.5.2　用户效用函数（User Utility Function） 216

11.5.3　基于消费者盈余的网络选择策略 219

11.5.4　性能评估 221

11.6　结论 224

参考文献 225

第12章　对无线PAN、LAN和MAN中的移动性支持 229

12.1 IEEE 802中对移动性的相关规定 229

12.1.1 局域网（LAN）中的移动性 230

12.1.2　城域网（MAN）中的移动性 230

12.1.3　个域网（PAN）中的移动性 230

12.1.4　技术独立的移动性（Technology-Independent Mobility） 231

12.2　一般的移动性功能 231

12.2.1 探测可用的无线小区 231

12.2.2　切换判决及其准则 232

12.2.3　重建链路层连接 233

12.2.4　较高层中移动性的基本功能 233

12.3 IEEE无线网络中的切换支持机制 234

12.3.1 IEEE 802.11 234

12.3.2 IEEE 802.15.1 234

12.3.3 IEEE 802.15.3 234

12.3.4　可用无线小区的检测 235

12.3.5　切换判决准则 238

12.3.6　重建链路层连接 239

12.4　不同技术之间的切换 242

12.4.1 因特网工程任务组（IETF）的移动性支持 242

12.4.2　媒体独立切换 243

12.5　未来技术的发展趋势和挑战 243

参考文献 244

第13章 IEEE 802.16无线城域网（WiMAX）中的能量管理 246

13.1　引言 246

13.1.1　标准化活动 246

13.2 WiMAX概述 247

13.2.1 OFDMA 247

13.2.2 MAC层概述 248

13.3 IEEE 802.16 WiMAX协议中的PMP和网状模式 248

13.3.1 PMP和网格（Mesh）组网模式 248

13.3.2 PMP模式中的帧结构 249

13.3.3 网格模式中的帧结构 250

13.3.4 WiMAX网格网络中的分布式调度 251

13.4 IEEE 802.16e协议中的睡眠模式 252

13.5　下行链路业务的能量消耗分析 254

13.6　下行与上行链路业务的能量消耗分析 255

13.6.1 图13.7中的第一种情况 256

13.6.2　图13.7中的第二种情况 257

13.6.3 图13.7中的第三种情况 258

13.7　一般业务过程中的能量消耗分析 259

13.7.1 能量消耗 261

13.7.2　分组时延 262

13.8　结论 264

参考文献 265

第14章　无线城域网的链路自适应机制 266

14.1 引言 266

14.2　链路自适应的基本概念 267

14.2.1　单天线系统中的链路自适应 269

14.2.2　链路自适应多天线系统 271

14.3　无线系统链路自适应的相关研究 273

14.4　IEEE 802.16（WIMAX）中的链路自适应 275

14.4.1 空中接口的命名和物理层定义 276

14.4.2　监视信道：信道质量的测量 277

14.4.3　物理层（PHY）模式间的转换：媒体接入控制（MAC）功能 278

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 279

14.4.5 WirelessMAN-SC的物理层 279

14.4.6 WirelessMAN-SCa的物理层 280

14.4.7 WirelessMAN-OFDM的物理层 280

14.4.8 WirelessMAN-OFDMA的物理层 282

14.5 HiperACCESS中的链路自适应 283

14.5.1 HiperACCESS中的自适应编码和调制 284

14.6 HiperMAN中的链路自适应 285

14.6.1 HiperMAN物理层 285

14.7　无线宽带（WiBro）中的链路自适应 286

14.8　开放性问题 287

14.8.1　更好的链路自适应算法：更智能的决策 287

14.8.2　越多越好：更多的物理层模式 287

14.8.3　相对与整体的协议层：更好的跨层方案 288

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 288

14.8.5　激烈竞争或者合作：兼容性与协调性 288

14.9　结论 289

参考文献 289

第三部分 安全系统与策略 295

第15章　WiMAX/802.16安全威胁的分析 295

15.1 引言 295

15.2　方法 295

15.2.1　发生的可能性 296

15.2.2　对用户和系统的影响 298

15.3　分析 298

15.3.1　物理层的安全威胁 300

15.3.2 MAC层的威胁 301

15.4　结论 306

参考文献 307

第16章 固定WiMAX网络的技术经济分析 309

16.1 引言 309

16.2　技术-经济建模：方法论和工具 309

16.2.1　建立技术-经济模型的工具 310

16.2.2　灵敏度和风险分析 311

16.3　固定WiMAX系统的技术性能 311

16.3.1 标准和互操作性 311

16.3.2　频段和管理 312

16.3.3　范围和覆盖面积 313

16.3.4　容量 314

16.4　案例研究 315

16.4.1 关于市场和服务的输入 315

16.4.2　关于技术的输入 318

16.4.3　分析结果 320

16.4.4　灵敏度分析 323

16.4.5　风险分析 325

16.5　开放性问题 326

16.6　结论 327

参考文献 327

第17章　基于无线城域网的正交频分多址的性能 329

17.1 多载波、多用户、MIMO宽带系统 329

17.1.1 OFDMA 330

17.1.2　多用户分集 332

17.2　OFDMA的最优化 333

17.3 SISO/OFDMA的最优化 334

17.3.1 系统模型 335

17.3.2 OFDMA最优性的分析 336

17.3.3　数据结果 345

17.3.4　结论 350

17.4 MIMO/OFDMA的最优性 350

17.4.1　系统模型 350

17.4.2 OFDMA最优性的充分必要条件 352

17.4.3　特殊情形 353

17.4.4　数值算法 355

17.4.5 OFDMA子载波分配 357

17.4.6　结论 360

附录A　式（17.4）中的-Csum是一个凸函数 360

附录B　定理1中要求①的证明 361

附录C 高信噪比情形下的Pψ 362

附录D　定理5的证明 363

参考文献 365

缩略语 367