OFDMA物理层基础
简介
本文介绍了OFDMA基础知识、OFDMA帧结构、OFDMA符号、OFDMA物理层符合IEEE 802.16e移动wimax标准。文中还解释了OFDMA TDD帧由下行链路的PUSC、FUSC和AMC区域和上行链路的PUSC/AMC区域组成。我们将通过移动WiMAX OFDMA物理层，该物理层由扰频器、卷积编码、交织、重复编码、调制、子信道形成、OFDMA数据映射、子帧形成、IFFT和Guard插入组成。
我们将以1024 FFT的下行链路链为例来了解物理层，基站使用它向移动用户发送信息。这也被称为移动wimax物理层。
OFDMA基础知识
OFDMA代表正交频分多路访问。它被认为是用于移动WiMAX和LTE等下一代无线网络的调制和多址技术。OFDMA是OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的扩展，OFDM目前是IEEE 802.11a/g无线局域网(WiFi)和IEEE 802.16a/d/e无线宽带接入系统(WiMAX)等高速数据访问系统的调制选择。在当前的OFDM系统中，在任何给定的时间，只有一个用户可以在所有子载波上传输，采用时分或频分多址来支持多个用户。另一方面，OFDMA允许多个用户在每个OFDM符号的不同子载波上同时传输。因此它通常被称为多用户ofdm。
移动WiMAX
IEEE 802.16e-2009定义了OFDMA物理层和MAC层，通常称为移动WiMAX。移动WiMAX用于宽带数据通信，类似于蜂窝技术。可用于移动WiMAX技术的基站和用户站设备已根据不同国家的频谱分配需求开发了不同的射频频率，即2.3-2.4GHz、2.5-2.7GHz、3.3-3.8GHz。OFDMA中常用的波束宽度范围为1.25 MHz到20 MHz。它支持128、512、1024和2048的FFT尺寸，但512和1024已被大多数设备供应商商业化，并获得了WiMAX论坛的认证。下图说明了OFDMA的TDD帧结构。
帧Structure-TDD
如下图的框架结构所示，这里的资源分配是二维的，即时间和频率。X轴表示时间(OFDM符号)，Y轴表示频率(子信道)。Mobile WiMAX支持下行链路的PUSC、FUSC和AMC区域，上行链路的PUSC和AMC区域作为强制区域。在本例中，我们将讨论PUSC区。如前所述，下行链路突发1、2在下行子帧部分中既占用了时间资源，也占用了数据空中传输的频率资源。同样，上行链路子帧部分的上行突发1和上行突发2也占用了时间和频率资源。有关移动wimax条款的更多信息，请访问我们的网页术语．
OFDMA符号说明
在移动wimax中，1024点FFT由30个子信道组成，每个子信道由24个子载波组成。因此，一个1024个子载波的符号将有720个数据子载波。它还有120个引航子载波，92个左护卫子载波和91个右护卫子载波，1个直流子载波，总数为1024(等于720+120+1+92+91)。请记住，PUSC在一个槽中有2个符号，它将在一个子信道中携带48个数据子载波，该子信道已提供重新编号序列，以跨1个槽(即2个符号)排列子信道中的数据子载波。
移动WiMAX物理层符合OFDMA规范
有许多可用的软件应用程序，被称为矢量信号发生器，从R&S，安捷伦，安立，为基站生成16e兼容基带信号。生成IQ最常见的输入是BW，循环前缀，FFT大小，DL_IDcell或DL_Perm_Base(0到31)，扇区(0,1,2)，帧持续时间，DL比率，DL MAP的重复编码，子通道位图，No。和每个下行链路突发的信息字段。每个突发的信息字段是DIUC, OFDMA符号偏移量，子信道偏移量;boost, OFDMA符号数，子信道数和重复编码因子(0,2,4，和6)。有时会给出前导序列号(范围0到113)来代替IDcell和扇区作为输入，以生成基带IQ信号。
正如方框图中提到的，MAC数据将经过以下模块。
1.扰频器-
它是LFSR(线性反馈移位寄存器)和Ex-OR门的组合。它将使数据随机化，并删除长串的0和1。因此降低PAPR被认为是OFDMA物理层的主要问题。结构遵循伪随机二进制序列(PRBS)生成器，具有多项式1+ X14+ X15。
2.卷积编码和穿刺-
在将MAC数据馈送到PHY模块之前，FEC大小根据标准和mod-code速率表中提到的槽级联规则在突发中携带的数据计算。每个FEC块由二进制卷积编码器编码，原始速率为1/2，约束长度为7。刺穿模块从卷积编码器的输出中移除比特，因此比特率将增加。
3.交叉,
在这个块中执行了两个排列方程。这些方程依赖于ncpc和ncbps。Ncpc不是。每个子载波的编码位，即QPSK, 16-QAM或64-QAM分别为2、4或6。Ncbps不是。每个槽的编码位数，Ncbps= (每个FEC块的未编码位*(1/Rate))。示例:对于QPSK½，重复因子=1(无重复)，2个子通道和2个no。OFDMA符号的使用。它有一个FEC块，有12个uncoded bytes和24个coded byes。
4.重复编码,
重复编码可用于进一步提高调制和FEC机制的信号裕度。对于下行链路，分配的插槽数(n)应在R*K到R*K + (R-1)之间，其中K为应用重复方案前所需的插槽数。例如，当重复前需要的槽位数为10(等于K)，且需要使用R = 6的重复进行突发传输时，则突发分配的槽位数(Ns)可为60 ~ 65。
5.数字调制,
在交错和选择适当的重复编码后，数据位被连续输入到星座映射器。支持灰色映射QPSK和16-QAM，支持64-QAM可选。将星座点与因子c相乘进行归一化，得到等平均功率，如下式所示:
(I + j*Q(×c，其中c为归一化因子。
6.子通道形成-
对于DL部分使用子信道化(PUSC)和所有UL模式，首先将使用的子载波集，即数据和导频划分为子信道，然后在每个子信道内分配导频子载波。在PUSC中，每个子信道包含它自己的一组导频子载波。
遵循下面提到的步骤。
1.将所有子载波划分为包含14个相邻子载波的簇数(n个簇)(从载波0开始)。簇数n个簇随FFT大小而变化。这些被称为物理集群。
2.按照以下公式将物理集群重新编号为逻辑集群:
reumberingsequence PhysicalCluster第一个DL分区，或STC_DL_Zone_IE中的Use All SC indicator = 0
reumberingsequence PhysicalCluster + 13* DL_PermBase mod n个集群，否则
注:符号表中提供了重新编号的顺序。
3.为组分配逻辑集群。分配算法随FFT大小的不同而不同。
对于1024 FFT大小，将集群分为六个主要组。
0组包括12个0-11集群，1组包括8个12-19集群，2组包括12个20-31集群，3组包括8个32-39集群，4组包括12个40-51集群，5组包括8个52-59集群。
注意，这些组可以分配给段。缺省情况下，组0分配给扇区0。组2被分配到扇区1。第4组被分配到扇区2
4.将子载波分配到每个主要组中的子信道是针对每个OFDMA符号分别执行的，首先在每个集群中分配先导载波，然后在符号中使用所有剩余的数据载波。参数随FFT大小而变化。
对于1024 FFT大小，使用符号表中的参数，对偶数主组(G0,G2,G4)使用基本排列序列6，对奇数主组(G1,G3,G5)使用基本排列序列4，将子载波划分为每个符号包含24个数据子载波的子通道。
7.OFDMA数据映射
OFDMA PHY中的插槽需要时间和子信道维度来实现完整性，并且是可能的最小数据分配单元。
OFDMA插槽的定义取决于OFDMA符号结构，它因上行链路和下行链路而异，并且取决于区域类型。
调制器块输出的数据被分解成大小(1槽等于No。子通道的编号。根据DL FUSC, DL PUSC或UL PUSC(有点类似于FTDMA)。
DL PUSC槽结构:1个子信道由2个OFDMA符号组成
下行链路中的OFDMA数据映射应按以下步骤进行。
1)将调制块后的数据分割成块大小，以适合一个OFDMA插槽。
2)每个槽应在子信道轴上跨越一个子信道，在时间轴上跨越一个或多个OFDMA符号，根据8.4.3.1中的槽定义(示例见图15)。映射槽，使编号最低的槽占用编号最低的OFDMA符号中的编号最低的子信道。
3)继续映射，使OFDMA子信道索引增加。当到达数据区域的边缘时，在下一个可用符号中继续从编号最低的OFDMA子信道进行映射。
8.DL子帧形成-
DL子帧由Preamble, FCH, Maps (DLMAP, ULMAP)和一个或多个Downlink突发组成。这些字段是根据上面概述的基于FFT大小和其他有用参数的TDD框架结构形成和映射的。
9.传输线。
标准中提到的IFFT尺寸有2048、1024、512和128，但根据WiMAX论坛发布的规范，大多数供应商只采用了512和1024。
10.警卫队插入,
OFDM的主要优点之一是它能有效地克服移动通信信道中经常遇到的多径延迟扩展。符号速率减少N倍，导致相对于符号时间的相对多径延迟扩展成比例地减少。为了完全消除产生的非常小的ISI，应该为每个OFDM符号引入一个保护时间。保护时间必须选择大于预期的延迟分布，这样来自一个符号的多路径分量不会干扰下一个符号。CP值，即Tg可以是T/4, T/8, T/16, T/32。
请注意，所有的数字都来自IEEE标准和wimax论坛发布的文件，以演示OFDMA物理层的概念。
参考文献
1.EEE标准802.16-2004 OFDMA
2.IEEE标准802.16e-2005 OFDMA
3.wimax_forum_mobile_system_profile_v1_40
其他标准物理层
•无线物理层概述
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