WIND-FLEX的系统结构及其应用场合

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摘要：WIND－FLEX是一种新型的高比特速率、高频谱效率、灵活可配置的17GHz调制调解器结构，可为本地／SOHO户内环境提供网络的无线接口。分析了WIND-FLEX的系统结构，并探讨了其应用场合。

关键词：WIND-FLEX 正交频分复用物理层／媒体接入层／数据链路层

近年来，对高速率、高质量无线局域网技术的市场需求推动了自适应和可配置调制解调器的研究与开发。

ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ(ＷｉｒｅｌｅｓｓＩｎｄｏｏｒＦｌｅｘｉｂｌｅＨｉｇｈＢｉｔｒａｔｅＭｏｄｅｍＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ)是由欧州ＩＳＴ(ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｏｃｉｅｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ)于２０００年６月启动的一个项目，采用了１７ＧＨｚ无线载频，有灵活的无线接口方案，可在极高连接速率 (１００Ｍｂｐｓ以上)进行有效通信。ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ的重点是ＯＳＩ分层的第一层(即物理层ＰＨＹ)和第二层(即媒体接入层ＭＡＣ和数据链路层ＤＬＣ)。在一个合理的复杂情况下，可通过一个联合优化自适应系统获得可靠的性能。该系统包括多址方式、调制和编码(可变码速和分组长度的Ｔｕｒｂｏ编码)，以及均衡和解码。基于用户的需求和信道条件，物理层输入比特速率是可变的(６４ｋｂｐｓ～１５０Ｍｂｐｓ)。系统灵活性通过正交频分复用(ＯＦＤＭ)获得。

ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ把空中信道分为４个波束，每个波束信道提供的最大速率为２１５Ｍｂｐｓ，其总的传输效率高于ＩＰ层的１００Ｍｂｐｓ。ＭＩＮＤ－ＦＬＥＸ技术能根据时变信道的条件、有效负荷和ＱｏＳ需求，动态优化其基带、ＲＦ和ＭＡＣ／ＤＬＣ参数，目的是保证在最小的功率消耗下获得系统所需性能，同时维持与其它基于ＯＦＤＭ技术的无线局域网标准(如８０２．１１ａ、ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２)的兼容性。

图1 WIND-FLEX基带结构

１ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ物理层结构

ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ物理层的主要特征是：

(１)使用ＯＦＤＭ技术，子载波数为１２８；

(２)每个ＯＦＤＭ子载波根据信道状态信息合理调整调制类型(如ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ等)；

(３)采用时分多址(ＴＤＭＡ)接入方案，每个时隙都有一个固定的时间长度，但就单个子载波而言，依据所采用的调制方式(在某一时刻)，运载的比特数量是可变的。

ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ系统主要的物理层参数如表１所示。

表1 WIND-FLEX主要的物理层参数

系统参数	取值
调制方式调制的自适应性子载波调制方式通常OFDM子载波数未使用的子载波数使用的OFDM子载波导频子载波 OFDM可用符号长度保护间隔编码方式 Turbo编码方式 Turbo编码多项式编码速率接入方式复用方式符号时间/帧帧长度前同步码结构	子载波数可变的OFDM 每帧，每用户 BPSK，OPSK，16QAM，64QAM 128 27+DC子载波 100 0 2.56μs 200ns Turbo编码并行卷积级联（13,15）octal 1/2，2/3，3/4 FDM/TDMA TDD 178 491.28μs 在每帧的前3个时隙

１．１基带结构

ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ基带结构是基于Ｔｕｒｂｏ编码、ＯＦＤＭ调制，用于实时系统优化的控制单元(参见图１)。

可利用的子载波调制方案是ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ和６４ＱＡＭ。星座在各种方案中自适应选择；可变数量的子载波能被自适应控制。为维持处理功率，采用了可伸缩的ＩＦＦＴ／ＦＦＴ结构。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ采用的编码方案是一个并行的卷积Ｔｕｒｂｏ编码，可利用的编码速率是１／２、２／３、３／４，数据包的长度自适应，主要依赖于编码速率、星座大小和运行子载波数量。ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ的物理层帧结构如图２所示。

ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ控制器(ＳＰＶ)的功能是在当前给定的信道条件下，用最小的传输／处理功率，满足来自ＭＡＣ层的ＱｏＳ需求。为达此目的，ＳＰＶ寻找传输系统最好的配置，为信息的传递设置最合适的参数。

优化过程依赖于信道的互反性假设。由于ＴＤＭＡ／ＴＤＤ帧结构的固有属性，以及采用单个发射天线，这个假设是成立的。同时，信道的互反性也允许采用开环的自适应方案。

１．２ＲＦ／ＩＦ结构

ＯＦＤＭ能较好地压制相位噪声，且在高阶星座(如６４ＱＡＭ)具有稳定的频率特性，是ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸ系统的一项重要技术。基于低设计成本的ＲＦ结构(如图３)和ＩＦ结构能获得较低的相位噪声和极高的频率稳定性。就滤波器而言，宽信道带宽(即５０ＭＨｚ)并不一定要求昂贵的元件(如ＳＡＷ或陶瓷滤波器)，基于微带或离散设备的低成本滤波器也能在这个设计中使用。

ＩＦ部分在带宽２５ＭＨｚ～７５ＭＨｚ被给定了一个５０ＭＨｚ的ＯＦＤＭ频谱。ＩＦ末端的功率级在８／－３８ｄＢｍ。信道选择由基带控制，并通过一个Ｉ２Ｃ的总线，在带宽１７．１ＧＨｚ～１７．３ＧＨｚ时混合成最终频率。功率控制也在基带完成，发射功率在－２０／１０ｄＢｍ范围。参数选择以信道质量为基础。在ＳＯＨＯ户内环境，低的发射功率是必要的。这会导致一个更低的功率消耗和最小化同信道干扰。
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由于ＷＩＮＤ－ＦＬＥＸＲＦ部分的最高频率是１７ＧＨｚ，所以振荡器对相位噪声十分敏感。为了不对诸如６４ＱＡＭ的传输性能造成重大影响，ＲＦ部分的设计和开发考虑了当前的响应与特定的控制板相联系。为了增加其自由度，ＲＦ部分具有功率补偿功能，整个ＲＦ盒的功率消耗低于５．５Ｗ。