通道模型比較 - IEEE 802.16e系統之通道估計及多用戶非同步干擾消除

SUI 和 ITU-R 通道是以應用在 SISO 系統為出發所模擬的通道模型，若要由此發展成 MIMO 系統，在數學方法上可利用傳送端和接收端的環境參數求得多通道(multichannel)彼此間的相關性，進而發展出 MIMO 系統的多通道模型模擬。

SCM 和 TGn 通道則是以應用在 MIMO 系統為出發所模擬的通道模型，一開始便涵蓋傳送端和接收端的環境空間參數為模擬通道的條件，所模擬出的通道模型便是多通道模型。

在本論文中的 802.16e 系統的通道模型尚未有 802.16e 的通道模型標準，先採用可適用於固接式和行動無線傳輸系統以及 MIMO 系統的 SCM 通道作為參考的通道模型。

第 3 章 802.16e 之通道估計

3.1 802.16e 規格簡介

3.1.1 802.16e 之發展背景

IEEE 802.16 系列包含 802.16、16a、16b、16c、16d、16e。IEEE 802.16 最早提出於 2001 年 12 月，定位在固接、單點對多點（Point-to-Multipoint；PMP）

的無線寬頻傳輸，並設定在無障礙空間（Line Of Sight；LOS，或稱：視線可見處）範疇內傳送，類似無線寬頻基地台的角色。802.16 之傳輸距離最遠至 48km，

端速 300Kbps～2Mbps。2003 年 1 月新增了 IEEE 802.16a，增加了針對障礙空間

（Non Line Of Sight；NLOS）的傳送規範，也因為強化微波的阻礙穿透性，所以傳距也縮短些，若 IEEE 802.16 為 30～50km，則 IEEE 802.16a 為 4～9km。802.16a 的用意主要在強化 802.16 與用戶固接連網設備間的最後一段，即戶外部分的連通強化。802.16b 是針對 5GHz～6GHz 全球通用的免授權頻段而設計，特別是用在 5.8GHz，802.11b 主要用意在於取代原有同為 5.8GHz 的 IEEE 802.11a 之升級、

強化角色。802.16c 是 802.16 的接續強化，增加了依循 ISO/IEC 9646 系列及 ITU-T x.290 系列的驗證程序，屬小幅的追增性改變。802.11d 為固接無線寬頻（Fixed Wireless Access；FWA），包含 LOS 和 NLOS 兩種，適用於無線寬頻到戶。在 LOS 方面，802.16d 的頻率範疇為 10GHz～66GHz，實體層（Physical；PHY）的傳送上主要採單載波（Single Carrier；SC）方式。NLOS 專注在傳輸的更末段，為 BWA（Broadband Wireless Access）用途，頻率範疇為 2GHz～10GHz，在實體傳輸上，NLOS 不傾向使用傳統 SC，而採較先進發展的 OFDM，或者是 OFDMA。

而 802.11e 專注在行動運用上，以原有 802.11d 中的 NLOS 特性為基礎，制訂出相容 802.11d 的行動傳輸規格。802.16e 的 PHY 與 802.11d 相同，所以也可自由選擇 TDD 或 FDD 等雙工方式，並採 OFDM、OFDMA 方式發送，不過 802.11d 的 OFDMA 只能用 2048 個子載波（Sub Carrier），802.11e 卻有 128、512、1024、

2048 等選擇（每個子載波提供快速傅立葉轉換）。頻率範疇在 2GHz～6GHz 間，

每通道的頻寬佔用在 1.5MHz～20MHz 範疇，傳距在至 1～2km 左右。

3.1.2 802.16e 之系統簡介

802.16e 系統為多用戶正交分頻多工系統符元架構(OFDMA symbol

structure)，OFDMA 是建構在 OFDM 系統上適用於多用戶之架構。而 OFDM 架構如圖 3-1 所示，我們將可用的頻寬 B 分成等分以供子載波使用，因此每個子載

波的頻寬，其中

Ts

為符元的取樣週期。一連串的 0、1 數位資料

經過了串並轉換器後，分成筆資料，作為個次載波的輸入。每筆資料包含

了數個位元，根據所使用的調變方法，這數個位元被對應到訊號空間上的一點。

這點經過反離散傅立葉轉換(IDFT)輸出經過並串轉換器，每個符元並加上其

循環前序作為保護區間而被傳送輸出。接收端將通過通道的訊號經過串並器後去除保護區間，再經過快速離散傅立葉轉換(FFT)後利用通道估計所估得的通道求得被傳送的資料，經過並串器後再轉化成 0、1 數位資料。

Nc / 1/(

f B Nc NcTs

∆ = = )

Nc Nc

Nc

圖 3-1 OFDM 系統架構

802.16e 可分成 FDD 或 TDD 雙工兩種方式，而 TDD 雙工的框架(frame)結構如圖 3-2 所示。每個 frame 包含下載(down load)和上行(up load)子框架 (subframe)。

圖 3-2 802.16e 之 TDD 框架(frame)結構

802.16e 每個 frame 為多用戶正交分頻多工系統符元架構(OFDMA symbol structure)，如圖 3-3 所示，下載區 DL burst1~5 即為多用戶 1~5 的接收或傳送資料。OFDMA 符元架構可顯示為橫軸時間和縱軸頻普之二維架構，在橫軸時間是以符元(symbol)為單位，而縱軸頻普可為 128、512、1024、2048 等子載波。在縱軸頻普頻上又區分為 3 個區塊(segment)，即為在峰巢架構上區分為 3 個部分，

避免此 3 個頻段的資料互相干擾。圖 3-3 即單一 segment 之 OFDMA 符元架構，

前置循環信號(Preamble)包含一些資訊可作為同步所用，而 FCH、DL-MAP 和 UP-MAP 包含可定義各用戶資料區的開頭與區段等等資訊。每個用戶資料區 (burst)又以群組(cluster)為最小單位，用戶資料區(burst)是由一個或一個以上的 cluster 建構而成一區塊。Cluster 架構如圖 3-4 所示，縱軸頻普涵蓋 14 個子載波 (subcarrier)，橫軸時間包含兩個符元(symbol)，cluster 共有 28 個子載波。在此 28 個子載波中又包含 4 個嚮導訊號(pilot tone)和 24 個資料訊號(data tone)，嚮導訊號可用來做通道估計，而資料訊號則用來傳送資料。

圖 3-4 cluster 架構

而前置循環信號(Preamble)架構在 segment 內的子載波是每隔三點有值 1 或-1，其餘為零，其分佈如圖 3-5 所示。在頻譜上分成三個區塊為 segment 0~2，

在 segment 0 位置為 0,3,6,9….有值，segment 1 位置為 1,4,7,10…有值，segment 2 為 2,5,8,11…有值。而在 2048 個子載波的頻普的最左邊有 173 個零，最右邊有 171 個零作為保護區間(guard band)。

圖 3-5 segment 0 的子載波分佈

在文檔中 IEEE 802.16e系統之通道估計及多用戶非同步干擾消除 (頁 48-54)