IEEE802.16技术标准最新进展(图)

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　　1．背景和计划
　　2006年12月，IEEE-SA标准委员会通过了IEEE802.16WG提交的16m的立项申请，l6m的具体标准工作在IEEE802.16 WG下设的TGm任务组中进行。
　　IEEE802委员会之所以决定制定l6m标准，首先是因为目前16e标准在某些方面提供的能力有限，需要进一步增强。其次，是来自其他标准组织的压力和挑战：3GPP正在制定LTE标准，3GPP2已完成UMB标准的制定，两套标准也都使用0FDMA+MIM0技术；另外ITu将于2008年底、2009年初正式收集IMT—Advanced候选技术。802.16mPAR文件明确指出l6m应满足IMT—Advanced需求，并将作为最终向1TU提交的技术提案；与此同时，该标准将兼容现有802.16e，并满足NGMN需求。
　　16m标准制定过程中有三个重要的文档：需求文件SRD、评估文件EVM和系统描述文件SDD。为了更清晰地介绍l6m的内容，文章将结合16m中最重要的三个文档的进展情况和讨论重点介绍16m的进展情况。
　　图1为16m工作计划，可以看出整个时间表是围绕着这三个文档制定的。预计2008年第三季度完成SDD文挡，2008下半年向ITU提交IMT—Advanced候选技术，2009年下半年完成l6m正式标准。从目前工作进展来看，相对于原时间表，l6m的工作稍有滞后。
　　2．需求
　　16m需求文档已于2007年ll月形成basehne，主要包含后向兼容、时延、用户吞吐量、扇区吞吐量等需求。本节重点介绍16m的主要需求：

　　*应满足IMT—Advanced需求；
　　*后向兼容WiMAX forum Profile Release l.0(Revision l．4．O：2007—05—02)定义的802.16e；
　　*应支持TDD、FDD(含HFDD)的双工方式；
　　*应支持MIM0，最低天线配置为：上行l×2、下行2×2；
　　*上下行链路应支持的峰值速率见表1。

类型	链路	天线配置	峰值速率（bit/s/Hz）
基准	下行链路	2×2	8.0
	上行链路	1×2	2.8
目标	下行链路	4×4	15.0
	上行链路	2×4	5.6

　　*时延要求包含数据传输时延(从数据在BS/MS端IP层可用到对MS/BS端IP层可用的传输时间)、状态转移时延和切换中断时间。其中上下行数据传输时延应小于lo nm；从空闲状态转移到激活状态的时延应小于l00 ms；同频切换中断时间应小于30 ms；异频切换最大终端时间应小于l00 ms。
　　*用户吞吐量：提高边缘用户和平均用户吞吐量。需求文件定义了相对于l6e的用户吞吐量和绝对吞吐量。16m系统提供的边缘用户和平均用户吞吐量应为l6e的两倍或更高，包含下行吞吐量和上行吞吐量；16m应提供的吞吐量见表2。

类型	下行（bit/s/Hz）	上行（bit/s/Hz）
平均用户吞吐量	0.26	0.13
边缘用户吞吐量	0.09	0.05

　　*扇区吞吐量：需求文件定义了相对于16e的扇区吞吐量和绝对吞吐量。16m系统提供的扇区吞吐量应为16e的两倍或更高，VoIP容量应为l6e的1.5倍或更高。16m提供的扇区吞吐量具体值为：下行单扇区吞吐量为2.6bit/s/Hz，上行单扇区吞吐量为1.3 bit/s/Hz，单扇区VoIP容量(激活用户)应大于30用户。
　　*应增强广播业务能力：对于0.5km站间距系统，频谱效率应高于4bit/s/Hz；对于1．5km站间距系统，频谱效率应高于2 bit/s/Hz。
　　*相对于l6e用户，降低用户信令开销。
　　*应支持与其他系统在相邻或相同频段上共存。
　　需求文件指导SDD制定过程中技术点的确定，技术讨论围绕需求中的要求进行，在后续SDD阶段工作介绍中会更多的体现该研究思路。
　　3．评估
　　16m制定了仿真评估文档，该评估文档已于2008年1月形成baseline，主要包含以下内容：系统仿真的天线配置、仿真场景、基站和终端基本配置及OFDMA基本参数等；信道模型和链路级与系统级接口；还包含主要过程(如链路自适应、HARQ、调度、切换等)、业务模型、干扰模型等。本节将主要介绍16m相对于16e更新的评估方法，如信道模型、链路级系统级接口等内容。这些内容也是l6m评估文件制定过程中讨论最激烈的部分，文中也将对比3GPP/3GPP2的相关评估方法。
　　3.1信道模型
　　对信道建模主要分为两种方式：确定性和统计性。确定性模型为描述特定发射机位置、接收机位置和环境等传播信道信息的模型，适用于网络规划和部署。但很多情况下，很难在系统测试和评估过程中对特定环境进行建模，这时统计性模型更加适合。统计性模型是基于信道各种统计特性建立的信道模型，目前IMT一2000的ITU信道模型、3GPP SCM和SCME以及WINNER中的信道模型都是统计性模型。
　　目前窄带信道模型主要有TDL(Topped DelavLine)模型，如ITUTU信道为6一tap的TDL模型，tap之间独立。考虑到MIM0和大带宽的信道特性，信道模型定义中需要考虑信道相关f生和更多径。为了更好地支持多天线特性和更大带宽，需要扩展以包含多发射天线和多接收天线间的相关性质和tap数。3GPP/3GPP2使用的SCME模型包含20个sub—path，这些sub—path又分组为多个multi—path。WINNER定义的CDL(clustered delay line)模型也类似。
　　16m使用扩展的PB和VAITU信道模型，将6tap扩展为24tap具体的时变空间信道模型实现方法有两种：基于射线和基于相关矩阵。为了降低仿直计算量，l6m评估中使用基于相关矩阵的信道实现方法。
　　3.2系统级和链路级接口
　　接口映射中，为了考虑频域特性，3GPP/3GPP2使用EESM作为接口方法，EESM主要是将多个载波上的SINR通过bita值映射为有效值，根据该有效SINR查链路级曲线。16m在接口讨论中认为EESM不能精确的反映系统级到链路级的映射，提出使用交互信息有效SINR映射，即MIESM。
　　MIESM分为两种：基于每个接收到符号的交互详细产生比特交互信息RBIR和直接计算比特交互信息MMIB。相对于EESM，MIESM使用的AWGN曲线只与编码速率有关，而与调制方式无关，计算的符号交互信息中包含了调制信息。RBIR中没有考虑星座映射，因而无法考虑不同的比特到符号的映射方式，MMIB考虑了不同映射方式。接口采用RBIR还是MMIB，TGm中进行了激烈的讨论，最后l6m确定使用RBIR作为系统级和链路级接口映射方法。
　　4．系统描述文档
　　为了保障l6m工作的顺利进行，TGm确定在16m标准化期间制定SDD文档，制定SDD的过程类似于3GPP的Stage 2，主要工作是确定系统架构、协议结构及主要技术点的方案。
　　根据l6m需求，SDD技术点主要包含两类内容：新技术和l6e增强技术。新技术主要包含自组织网络、relay系统、femto/pico小区、多载波等内容。结合目前16e系统能力，16m将着重进行性能提升的主要技术方面有：
　　*MIMO性能提升：16m支持更高阶的天线配置，优化相关控制信令和导频设计，考虑支持更多的MIM0策略，如协作MIM0、上行MIM0等，以及引入relay后的MIM0技术。
　　*降低信令开销：考虑引入superframe、miniframe概念，降低信令开销；将控制信息分为广播信令和专
用信令，以提高信令的覆盖性能，节省终端耗电；降低资源分配的开销，如引入信道树、支持持续资源分配、资源合并、隐含资源分配等技术。
　　*提高VolP容量：考虑支持持续资源分配、多用户资源复用等技术。
　　*干扰消除：考虑软频率复用、小区间干扰协调、宏分集等技术。
　　*广播业务增强。
　　在明确工作流程后，TGm于2007年11月征集系统参考模型、协议结构和SDD结构提案，由于很多成员认为SDD文档架构对今后技术点征集有一定的限制作用，在11月的会议上，只是确定了最初的SDD架构，未有实质性的进展。
　　2008年1月TGm开始征集协议功能、帧结构、与帧结构相关的多址技术和多天线技术等SDD技术提案，TGm共接收到90多篇文稿。下面主要介绍帧结构和多址接人技术的讨论情况：
　　(1)帧结构
　　原则和目标，介绍目前帧结构讨论情况，并进行简单的技术分析。
　　*16m与16e后向兼容：涉及到l6m与16e的复用方式。针对下行，各公司意见一致，l6m与16e时分复用TDM；对于上行，三星支持FDM，其他公司支持TDM。三星建议上行使用FDM，主要是考虑到功率受限的终端，使用FDM有利于功率积累，改善链路预算，但FDM限制了可使用的permutaion模式，并且会损失一定的频域选择性增益，上行使用TDM则没有这些问题，并且支持TDM公司认为通过调度能在一定程度上解决终端功率受限的问题。
　　*降低信令开销：引入了superframe和miniframe的概念，以降低系统消息的开销和降低资源调度的
开销；绝大多数公司支持为l6m设计更高性能的新preamble(序列受)和控制信道。
　　*降低传输时延：从目前提案看，主要有两种降低传输时延的策略：快速反馈和增加转换点。支持的转换点在不同场景下有不同的设计方案，如纯16m系统、支持16e的16m系统(即legacy support)和16m与16e共存时。绝大多数公司认为在纯16m系统中，相对于16e，16m应支持更多转换点，即5ms内支持多个转换点；但在支持16e的16m系统(1egacy support)中，各公司对支持一个还是多个转换点持不同意见；l6m与t6e共存时，多数公司认为16m应与l6e一致，即5ms内包含1个转换点。
　　*与其他TDD系统共存的设计：主要采用打掉符号的方式支持与其他TDD系统的共存，将会影响
到后续资源分配、permutation等内容。
　　此外，Relay等技术对帧结构设计也有影响，相关内容将在后向的会议中进行讨论。
　　(2)多址技术
　　多址技术包含下行多址技术和上行多址技术。从目前讨论来看，各公司均认为下行应采用0FDMA作为基本的多址接入技术；上行存在一定争议，绝大多数公司建议上行应该使用OFDMA，部分公司建议边缘用户使用DFY—S—OFDMA，与0FDMA进行时分或频分复用，功率受限的边缘用户使用PAPR较低的DFF—S—OFDMA技术，可以提高性能，但同时增加了终端复杂度。在基本的OFDMA多址技术之上，考虑使用增强多址技术。
　　在2008年3月TGm会议上，将征集和讨论下行MIM0导频设计、下行控制信道设计和下行物理资源分配单元(资源块)等内容。
　　文中介绍了IEEE 802．16m标准的进展情况。时间上，IEEE802是最早开展面向IMT—Advanced工作的标准组织之一，各公司积极参与，讨论也非常激烈，从IEEE802．16m的候选技术能够看出IMT—Advanced阶段技术重点，对其他标准组织，有一定的借鉴作用。