摘要　WiMAX可以为大范围内的大量用户提供高带宽的无线语音和数据业务www.cechina.cn，具有巨大的商业价值。但是，当前的WiMAX技术大多基于传统系统，没有考虑WMAN对大容量需求的特殊性和系统的快速发展。 本文首先概述了WiMAX的最新研究动态——IEEE 802.16-2004标准的物理层和介质接入控制层的技术特点，分析探讨了WiMAX技术当前存在的问题，并在此基础上介绍和评价了WiMAX的各种性能增强技术和扩展方案。

　　关键词　WiMAX　系统容量　可扩展性　小区规划　空间复用　调制机制

　　1、引言

　　固定宽带无线接入技术[1-9]使用无线介质为许多离散的用户站点提供高带宽的语音、数据和多媒体业务，在组网、安装、维护方面灵活快捷，而且系统开发运营成本低，具有巨大的商业价值，必将成为未来的主流技术。无线城域网(WMAN)标准IEEE802.16——WiMAX是第一个用于固定宽带无线接入的商业标准www.cechina.cn，定义了物理(PHY)层和介质接入控制(MAC)层的许多技术，但是大多基于现有的传统系统(例如802.11无线局域网系统)，并没有考虑WMAN对大容量需求的特殊性和系统的快速发展，因

　　本文首先概述了WiMAX的最新研究动态——IEEE 802.16-2004标准的PHY层和MAC层技术，分析探讨了固定宽带无线接入技术当前存在的问题，并在此基础上提出了一些性能增强技术和系统扩展方案，利用这些技术和方案可以显著增加固定宽带无线接入系统的数据容量、用户容量和覆盖区域，增强系统的灵活性并支持系统的持续增长。

　　2、WiMAX标准现状

　　IEEE 802.16标准最初工作在10-66GHz频段，仅支持视距(LOS)传输和点到点通信。扩展后的802.16a标准工作在2-11GHz的较低频段，允许非视距(NLOS)传输和点到多点(PMP)通信，支持Mesh(网状)拓扑结构控制工程网版权所有，并且允许灵活的用户部署和操作。2004年，802.16-2004标准将802.16和802.16a空中接口标准进行了融合，可以应用于2-11GHz NLOS传输和10-66GHz LOS传输。

　　2.1　物理层技术

　　IEEE 802.16-2004标准定义了三个不同的PHY层调制机制，可以和MAC层技术结合使用提供可靠的端到端连接。这些空中接口规范是：

　　●WMAN-SC：单载波调制的空中接口规范。

　　●WMAN-OFDM(正交频分复用)：256载波OFDM机制。

　　●WMAN-OFDMA：2048载波OFDM机制。通过给各个接收机分配载波子集，提供了多个接入，所以这个版本通常称为OFDM多址接入(0FDMA)。

　　在这三个空中接口规范中，由于多载波信号的均衡处理很简单www.cechina.cn，所以两个基于OFDM的系统更适合NLOS操作。而且，相比其他两个规范，256载波的WMAN-OFDM具有较低的峰平比、更快的FFT(快速傅立叶变换)计算以及更宽松的频率同步要求，所以设备供应商们更倾向于使用它。

　　2.1.1　自适应调制和编码

　　根据802.16-2004标准定义，下行链路(DL)和上行链路(UL)允许的调制机制是二进制移相键控(BPSK)、四进制移相键控(QPSK)、16进制正交幅度调制(QAM)和64QAM。标准定义了7种调制机制和码率的组合(如表1所示)，可以根据信道和干扰条件的不同www.cechina.cn，实现各种数据速率和鲁棒性的折衷。

　　表1　调制和编码机制
　　

　　802.16使用外部RS(Reed-Solomon)分组码级连内部卷积码。RS码是使用GF(28)从系统RS码(N=255，K=239，T=8)推导而来的，因此与系统RS码相比增加了大约10%的开销。内部卷积码的约束长度为7，并且码率可以为1/2、2/3、3/4或者5/6(如表1所示)。还可以使用Turbo码改善系统的覆盖范围和容量，不过这会增加译码延迟和系统的复杂度。

　　2.1.2　空时分组码

　　根据802.16-2004标准的定义(可选部分)，可以在DL中实现空时分组码(STBC)，以提供增强的时间和空间分集特性。接收机根据接收信号，对发送信号执行最大似然(ML)估计。还可以利用多根天线的接收分集，从而进一步增强系统性能。由于接收分集不需要额外的发射功率，所以接收分集优于发射分集。

　　2.1.3　自适应天线系统

　　802.16-2004标准还提供了允许使用智能天线系统的可选特性和信号结构。它定义了一个单独的PMP帧结构，允许使用定向波束(每个波束都指向一个或者多个用户站点)传输DL和UL突发数据。还定义了基站(BS)和用户站点(SS)之间的额外信号，允许SS为BS