WIMAX技术点对多点的宽带无线接入探讨 第8页
MDI与MCU之间的通信机制
MDI与MCU之间的通信机制设计如下图所示:
图3-4:MDI与MCU接口
前面提到ping-pong Buffer ( SDRAM上的缓冲区)机制，MDI通过这种机制从时序上保证了上下行数据的正确接收和发送。
第四章 WiMax物理层的设计与实现
WiMax可以实现多种物理层，从而支持视距和非视距传输，充分利用未被广泛利用的频率资源，实现更高的接入速率。比如，单载波调制技术支持10~60GHz的许可频段，在这一频段内，WiMax支持25MHz到28MHz的信道带宽，数据速率可达120Mbps，适用于PMP接入业务。另一方面，WiMax的物理层融合了微波和有线通信领域的先进技术，如64QAM调制技术、CTC信道编码技术、交织技术，IP，干扰减小和抵消技术、智能天线技术、MIMO技术、分集技术，采用OFDMA多址方式，提供TDD和FDD等双工方式选择，从而实现更充分的频谱利用率。其中尤为典型的物理层实现如OFDMA，它可以支持低于11GHz的许可和免许可频段。
4.1 OFDMA技术
随着快速增长的互联网和多媒体业务需求，人们对于无线数据速率的要求也从几十Kbps迅速增加到几十Mbps。
然而，要想在在空中传输高速数据是一项很大的挑战。首先，无线频谱资源相对有线网络稀少得多，要想在保持较高的频谱利用率的同时靠带宽受限的媒介获得大容量就更加困难。其次，就无线信道的基本特征而言，因为电波传输是空间波，即直射波，反射波，折射波以及它们的合成波，再加之移动电台本身的运动，使得移动台和基站之间的无线信道更加复杂多变和难以控制。传输信号通过宽带无线信道时，不但有传播损耗，还会受到频率选择性衰落和时间选择性衰落的严重影响。多径效应不可避免地导致符号间干扰，并且这种干扰会随着数据速率的提高而急剧恶化。此外，无线媒介更容易受到噪声和干扰的影响，尤其是随着信道变宽，信道信号受到污染的程度也随之增加。
针对无线信道的这些特征，各种物理层技术应运而生，然而，鉴于正交频分复用(OFDM)的高频谱利用率和抗多径衰落能力，已经被证实是宽带无线系统中最有效的调制机制。OFDM系统中，通过串并转换，将一个高速的数据流通过几个低速的子数据流传输，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而增加了系统抗多径干扰的能力。与传统地利用保护频带和滤波器的多载波传输相比，OFDM利用了各个子载波之间的正交性，允许子信道之间的频谱互相重叠，不但有效地避免了自干扰，并可以最大程度地利用频谱资源。此外，利用OFDM可以进行灵活的信道分配，通过分配适当的发射功率，用户可以获得线性信道容量。从灵活性角度讲，OFDM可以利用成本较低的快速傅利叶变换(FFT/IFFT)实现。此外，OFDM将宽带选择性信道分成若干窄带平坦信道。总之，OFDM不仅为我们提供了有效性和强健性，而且具有实现起来成本低的优点。
OFDM系统可以很容易地与其它接入方法结合使用，构成OFDMA系统，其中包括多载波码分多址MC-CDMA，跳频OFDM以及OFDM-TDMA等等，使得多个用户可以同时使用OFDM技术进行信息传递。
4.2 OFDMA物理层的总体设计
我们知道，数字通信系统的主要性能指标包括信息传输的有效性和可靠性。其中有效性是指对通信资源(例如时间和带宽)的利用程度，一般以信息传输速率来表示;可靠性是指对所发送的信息实施准确恢复的程度，一般以误信息率来表示。
WiMax实现OFDM调制机制，并采用跳频OFDM方式实现了多用户接入能力。此系统对OFDM参数的选择需要在多项要求冲突中进行折衷考虑，通常来讲，首先要考虑和确定的三个参数是:带宽，比特速率和时延扩展。为了消除符号间干扰和带外功率辐射，WiMax物理层利用升余弦加窗机制，在保证奈奎斯特速率的条件下，最大限度的消除符号间干扰，代价是牺牲一定的频带利用率。为了实现高效的信息传输，系统中利用了高阶调制方法，比如64QAM, QPSK等。利用OFDM调制原理的另外一个最主要原因是它可以有效地对抗多径时延扩展。把输入的数据流通过串并转换映射到到N个并行的子信道中，使得每个用于去调制子载波的数据符号周期可以扩大到原始数据符号周期的N倍，因此时延扩展与符号周期的比值也同样降低N倍。为了最大限度地消除符号间干扰，还在每个OFDM符号之间插入了保护间隔，并保证保护间隔长度大于无线信道的最大时延扩展，这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。
如下图所示，是WiMax无线通信系统中OFDMA物理层的系统结构图。
图4-1: OFDM物理层系统结构
如图所示，上半部分对应发射机链路，下半部分对应接收机链路。此外，由于FFT操作几乎类似于IFFT操作，因此发射机和接收机可以使用同一套硬件设备。当然，这种复杂性的节约则意味着接收机不能同时进行发送和接收操作。
对当前实现的WiMax系统而言，在其物理层的实现中，我们利用时分方法来实现双工数据通信(TDD )，对这样的系统而言，TDD定时是非常重要的。下图给出了我们所使用的TDD定时方法和相应的物理层的帧结构:
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