基于IEEE 802.16e的WiMAX系统仿真平台设计与实现
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摘要
为了满足日益增长的高速移动数据业务,特别是移动互联网业务的需求,无线宽带接入系统同蜂窝移动通信系统一样,也在迅速发展。宽带无线接入技术作为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一,正受到业界越来越多的关注。
全球微波接入互操作性(WiMAX,World Interoperability forMicrowave Access)属于新一代宽带无线城域网(WMAN,WirelessMetropolitan Area Network)接入技术,而基于IEEE 802.16e的WiMAX技术一般称作移动WiMAX,它作为一种新的宽带无线解决方案,利用通用的广域宽带无线接入技术和灵活的网络架构,促进了移动和固定宽带网络的融合。
2007年2月,ITU-R WP8F工作组向各国发出通函,希望展开对IEEE 802.16e是否能够成为IMT-2000的标准之一的评估工作。基于IEEE 802.16d标准的产品已经验证可以提供具有QoS质量保证的VoIP(Voice over Internet Protocol)业务,而移动WiMAX系统更加复杂,对业务的时延、连续性要求更高,许多问题需要解决。
本论文首先介绍了宽带无线接入和无线城域网技术,对基于IEEE 802.16e的WiMAX系统的系统架构和关键技术进行了分析,并对WiMAX系统仿真的目的和方法进行了简要说明。
接着着重介绍了对移动WiMAX系统仿真平台的总体设计和各模块的具体设计,重点分析了VoIP业务模型以及WiMAX系统资源调度时部分使用子信道的情况。
最后着重介绍了对移动WiMAX系统仿真平台的实现,通过对链路级参数、L2S接口参数以及系统级参数进行设定,针对VoIP业务输出上下行链路的仿真结果,完成对系统性能的评估。
In order to satisfy the growing of high-speed mobile data services, especially the demand for mobile Internet business, wireless broadband access system is also developing rapidly like cellular mobile communication system. As one of the most potential access technologies in the next-generation communications networks, broadband wireless access technology is getting more and more attention.
World Interoperability for Microwave Access is a new-generation broadband wireless metropolitan area network access technology. WiMAX technology, which based on IEEE 802.16e, is generally known as mobile WiMAX. As a new solution of broadband wireless access technology, it uses common wide area broadband wireless access technology and flexible network architecture to promote the combination of mobile and fixed broadband networks.
In February 2007, ITU-R WP8F Working Group issued a circular to all countries, hoped to start the evaluation of IEEE 802.16e to become one criteria of IMT-2000. Products based on IEEE 802.16d standard can provide a proven quality assurance of VoIP (Voice over Internet Protocol) services. Mobile WiMAX system is more complex, the delay requirement is higher, and many issues need to be solved.
This paper introduced broadband wireless access and wireless metropolitan area network technology at first, analyzed the system architecture and key technologies of WiMAX system based on IEEE 802.16e, and described aims and methods of WiMAX system simulation briefly.
Then the paper focused on the overall design and the specific modules design of simulation platform for the mobile WiMAX system, especially the VoIP model and resource scheduling mechanism in mobile WiMAX system.
Finally the paper particularly described the realization of simulation platform for the mobile WiMAX system. After setting link-level parameters, L2S interface parameters and system-level parameters, simulation results of uplink and downlink were shown, and the evaluation of system performance in view of VoIP was completed.
全球微波接入互操作性(WiMAX,World Interoperability forMicrowave Access)属于新一代宽带无线城域网(WMAN,WirelessMetropolitan Area Network)接入技术,而基于IEEE 802.16e的WiMAX技术一般称作移动WiMAX,它作为一种新的宽带无线解决方案,利用通用的广域宽带无线接入技术和灵活的网络架构,促进了移动和固定宽带网络的融合。
2007年2月,ITU-R WP8F工作组向各国发出通函,希望展开对IEEE 802.16e是否能够成为IMT-2000的标准之一的评估工作。基于IEEE 802.16d标准的产品已经验证可以提供具有QoS质量保证的VoIP(Voice over Internet Protocol)业务,而移动WiMAX系统更加复杂,对业务的时延、连续性要求更高,许多问题需要解决。
本论文首先介绍了宽带无线接入和无线城域网技术,对基于IEEE 802.16e的WiMAX系统的系统架构和关键技术进行了分析,并对WiMAX系统仿真的目的和方法进行了简要说明。
接着着重介绍了对移动WiMAX系统仿真平台的总体设计和各模块的具体设计,重点分析了VoIP业务模型以及WiMAX系统资源调度时部分使用子信道的情况。
最后着重介绍了对移动WiMAX系统仿真平台的实现,通过对链路级参数、L2S接口参数以及系统级参数进行设定,针对VoIP业务输出上下行链路的仿真结果,完成对系统性能的评估。
In order to satisfy the growing of high-speed mobile data services, especially the demand for mobile Internet business, wireless broadband access system is also developing rapidly like cellular mobile communication system. As one of the most potential access technologies in the next-generation communications networks, broadband wireless access technology is getting more and more attention.
World Interoperability for Microwave Access is a new-generation broadband wireless metropolitan area network access technology. WiMAX technology, which based on IEEE 802.16e, is generally known as mobile WiMAX. As a new solution of broadband wireless access technology, it uses common wide area broadband wireless access technology and flexible network architecture to promote the combination of mobile and fixed broadband networks.
In February 2007, ITU-R WP8F Working Group issued a circular to all countries, hoped to start the evaluation of IEEE 802.16e to become one criteria of IMT-2000. Products based on IEEE 802.16d standard can provide a proven quality assurance of VoIP (Voice over Internet Protocol) services. Mobile WiMAX system is more complex, the delay requirement is higher, and many issues need to be solved.
This paper introduced broadband wireless access and wireless metropolitan area network technology at first, analyzed the system architecture and key technologies of WiMAX system based on IEEE 802.16e, and described aims and methods of WiMAX system simulation briefly.
Then the paper focused on the overall design and the specific modules design of simulation platform for the mobile WiMAX system, especially the VoIP model and resource scheduling mechanism in mobile WiMAX system.
Finally the paper particularly described the realization of simulation platform for the mobile WiMAX system. After setting link-level parameters, L2S interface parameters and system-level parameters, simulation results of uplink and downlink were shown, and the evaluation of system performance in view of VoIP was completed.
引文
[1]彭木根,李涛,陈宜杰等,移动WiMAX系统的关键技术及未来演进,电信科学,2007年第7期,pp.26-32.
[2]Mobile WiMAX-Part Ⅱ:A Comparative Analysis,WiMAX Forum,2006.
[3]IEEE Standard 802.16e-2005,IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16:Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems- Amendment 2:Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1,Feb.2006.
[4]郑有强,龚宪,WiMAX技术标准的发展进程,世界电信,2005年第8期,pp.28-31.
[5]肖毅,Mobile WiMAX的关键技术,通信世界,2006年12月25日,第48期.
[6]Mobile WiMAX:The Best Personal Broadband Experience,WiMAX Forum,2006.
[7]罗慧,吴国新,WiMAX关键技术研究,江苏通信技术,2006年4月,第22卷第2期,pp.14-17.
[8]Mobile WiMAX:A Technical Overview and Performance Evaluation,WiMAX Forum,2006.
[9]陈宇,黎文边,曲博,无线城域网标准802.16的探讨,移动通信,2005年7月,pp.44-47.
[10]吴恺,WiMAX宽带无线接入技术,通信世界,2005年9月26日,pp.38-39.
[11]胡乐明,胡宇,曹磊等,WiMAX技术发展及应用分析,电信科学,2005年第10期,pp.28-31.
[12]刘培植,WiMAX技术及其应用,世界电信,2006年第5期,pp.37-39.
[13]王丽,移动WiMAX技术评估,现代电信科技,2007年6月第6期,pp.24-27.
[14]秦家银,胡宇,WiMAX性能、业务和产业发展,电信科学,2007年第7期,pp.33-36.
[15]IEEE Standard 802.16-2004,IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16:Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,Oct.2004.
[16]The WiMAX Forum CertifiedTM Program for Fixed WiMAX,WiMAX Forum,2006.
[17]L.J.Cimini,Analysis and Simulation of a Digital Mobile Channel Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing IEEE Trans.Comm.,vol.COM-33,no.7,June 1985,pp.665-675.
[18]Richard Van Nee,Ramjee Prasad,OFDM for Wireless Multimedia Communications,Artech House,2000.
[19]D.Tse and P.Viswanath,Fundamentals of Wireless Communication,Cambridge University Press,2005.
[20]R.Prasad,OFDM for Wireless Communications Systems,Artech House,Inc.,2004.
[21]任立刚,宋梅乔,强国宋等,MIMO-OFDM:新一代移动通信核心技术,China Data Communications,No.10,Oct.2003.
[22]Fixed,Nomadic,Portable and Mobile Applications for 802.16-2004 and 802.160WiMAX Networks,WiMAX Forum,2006.
[23]宋家友,姬建伟,IEEE 802.16e移动宽带无线接入技术,2005年第5期,pp.50-53.
[24]张莉,IEEE 802.16-2005移动宽度无线接入空中接口技术,2006年7月,pp.29-32.
[25]谢显中等,基于TDD的第四代移动通信技术,电子工业出版社,2005年7月,pp.260-282.
[26]马红兵,无线宽带接入系统WiMAX的应用与部署,邮电设计技术,2006年第11期,pp.1-6.
[27]蔡莹,刘丽丹,移动宽带无线接入技术,电信工程技术与标准化,2005年11月,pp.26-31.
[28]St.Louis,MI,R1-070674,LTE Physical Layer Framework for Performance Verification,3GPP TSG-RAN1 #48,2007-02.
[29]C.R.1002.cdma 2000 Evaluation Methodology(V1.1)3GPP2.
[30]Mobile WiMAX-Part Ⅰ:A Technical Overview and Performance Evaluation,WiMAX Forum,2006.
[31]刘棘,谢峰竹,刘昆,WiMAX技术特点和应用前景,实验科学与技术,2007年6月,PP.14-16.
[32]谭利平,李方伟,邱成刚,移动WiMAX技术.引人瞩目的宽带无线技术,中国无线电,2007年第6期,pp.22-24.
[33]王一凡,蔡杰等,移动WiMAX技术分析与展望,现代电信科技,2007年4月第4期,pp.15-18.
[34]胡宇,曹磊,WiMAX体系结构与性能,广东通信技术,2005.03,pp.5-10.
[35]万屹,WiMAX(IP-OFDMA)的物理层参数和帧结构,电信网技术,2007年5月第5期,pp.39-42.
[36]刘宁,陈霞,3G系统中的分组调度算法,中国新通信,pp.31-34.
[37]刘波,安娜,黄旭林,WiMAX技术与应用详解,人民邮电出版社,2007年8月.
[38]丁志刚,夏晓忠,移动WiMAX的频率复用分析,邮电设计技术,2007年4月第4期,pp.57-60.
[39]程楠,周猛,孟德香等,移动WiMAX系统AMC研究,电信科学,2007年第7期,pp.51-55.
[40]刘巧艳,余秋星,WiMAX物理层关键技术及其演进,中兴通讯技术,2007年4月,pp.13-16.
[41]Ericsson,Effective SNR mapping for modelling frame error rates in multiple-state channels,3GPP2-C30-20030429-010.
[42]J.F.T.Cheng,Coding Performance of Various Type-Ⅰ HARQ Schemes with BICM,Proceedings of ISIT 2004.
[43]吴伟陵,牛凯,移动通信原理,电子工业出版社,2005年1月,pp.176-179.
[44]陈洁,WiMAX技术的发展与展望,移动通信,2007年7月,pp.9-12.
[4513GPP25.892,A4.4.1,pp.69.
[46]Ericsson,R1-030999,Considerations on the System-Performance evaluation of HSDPA using OFDM modulation,3GPP TSG-RAN WG1 #34,October,2003.
[47]Ericsson,R1-031303,System-level evaluation of OFDM-further considerations,3GPP TSG-RAN WG1 #35,Nov.2003.
[48]汪海明,艾萨·图玛拉,多载波通信系统仿真中的EESM和MI-ESM方法,电视技术,2006年第1期,pp.26-30.
[49]Yahong R.Zheng,Chengshan Xiao,Improved Models for the Generation of Multiple Uncorrelated Rayleigh Fading Waveforms,IEEE COMMUNICATIONS LETTERS,VOL.6,NO.6,June.2002.
[50]Mobile WiMAX VoIP capacity system level simulations,www.wimaxforum.org.
[2]Mobile WiMAX-Part Ⅱ:A Comparative Analysis,WiMAX Forum,2006.
[3]IEEE Standard 802.16e-2005,IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16:Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems- Amendment 2:Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1,Feb.2006.
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[15]IEEE Standard 802.16-2004,IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16:Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems,Oct.2004.
[16]The WiMAX Forum CertifiedTM Program for Fixed WiMAX,WiMAX Forum,2006.
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[19]D.Tse and P.Viswanath,Fundamentals of Wireless Communication,Cambridge University Press,2005.
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[25]谢显中等,基于TDD的第四代移动通信技术,电子工业出版社,2005年7月,pp.260-282.
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[29]C.R.1002.cdma 2000 Evaluation Methodology(V1.1)3GPP2.
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[35]万屹,WiMAX(IP-OFDMA)的物理层参数和帧结构,电信网技术,2007年5月第5期,pp.39-42.
[36]刘宁,陈霞,3G系统中的分组调度算法,中国新通信,pp.31-34.
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[39]程楠,周猛,孟德香等,移动WiMAX系统AMC研究,电信科学,2007年第7期,pp.51-55.
[40]刘巧艳,余秋星,WiMAX物理层关键技术及其演进,中兴通讯技术,2007年4月,pp.13-16.
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[42]J.F.T.Cheng,Coding Performance of Various Type-Ⅰ HARQ Schemes with BICM,Proceedings of ISIT 2004.
[43]吴伟陵,牛凯,移动通信原理,电子工业出版社,2005年1月,pp.176-179.
[44]陈洁,WiMAX技术的发展与展望,移动通信,2007年7月,pp.9-12.
[4513GPP25.892,A4.4.1,pp.69.
[46]Ericsson,R1-030999,Considerations on the System-Performance evaluation of HSDPA using OFDM modulation,3GPP TSG-RAN WG1 #34,October,2003.
[47]Ericsson,R1-031303,System-level evaluation of OFDM-further considerations,3GPP TSG-RAN WG1 #35,Nov.2003.
[48]汪海明,艾萨·图玛拉,多载波通信系统仿真中的EESM和MI-ESM方法,电视技术,2006年第1期,pp.26-30.
[49]Yahong R.Zheng,Chengshan Xiao,Improved Models for the Generation of Multiple Uncorrelated Rayleigh Fading Waveforms,IEEE COMMUNICATIONS LETTERS,VOL.6,NO.6,June.2002.
[50]Mobile WiMAX VoIP capacity system level simulations,www.wimaxforum.org.