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第1章 IEEE 802.16标准和WirelessMAN1

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MIMO19

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 TDD20

2.3.2 FDD21

2.3.3 HFDD22

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125

2.3.8 I/Q基带结构226

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STC67

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HARQ98

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 HiperACCESS123

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QoS128

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RRM149

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RRM151

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 802.11234

12.3.2 IEEE 802.15.1234

12.3.3 IEEE 802.15.3234

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 OFDMA247

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 OFDMA330

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Pψ362

附录D　定理5的证明363

参考文献365

缩略语367