WiMAX技术——实现无线宽带业务承诺

量等级。由数据包调度程序(Packet Scheduler)负责为一个用户的各种不同业务类型调度相应的资源。也就是说，到达用户实现SLA的要求。可以将用户划分为各种不同的优先级，如标准和高级（如图4所示）。
　　
在IEEE 802.16-2005系统中管理移动性
　　
IEEE 802.16-2005系统的一个关键要求就是在高速移动中实现越区切换并且保持很低的丢包率。虽然大多数越区切换都可以通过软件来完成，但是，要实现高性能越区切换就必须由硬件来执行部分处理任务。
　　
为了识别相邻网络并确定该网络相对于相关移动终端（MSS）的特性，基站将定期广播一条相邻节点通告管理消息。所有MSS都要扫描相邻的基站，并测量信号强度，然后通过执行测距和相关步骤，选择适当的相邻基站，准备进行越区切换。
　　
越区切换的性能主要体现在用户从一个小区进入另一个小区时的鉴权速度。区别在于是否能够快速适应在移动中不断变化的服务质量要求。MSS可以是固定的，也可以是移动的，服务质量配置也可以变化。SLA甚至可以针对移动用户终端和固定用户终端采用不同的策略。

　　图4——数据包调度程序的功能及其为不同用户类型调度相应的资源

　　
分配子信道，实现MAC层/物理层交互
　　
随着用户数量日益增加，多径衰落和路径损耗变得更加显著。基于正交频分复用（OFDM）技术的正交频分复用多址（OFDMA）技术不会受到符号间干扰和频率选择性衰落的影响。传输速率的高低取决于宽带无线接入（BWA）系统是否能够实现灵活、高效的资源分配。如果采用跳频技术和自适应调制技术来分配副载波，并且由发射机生成信道增益，则可以大幅提高系统性能。最优解决方案是每次都向用户分配最佳信道。当然，这个过程没有听起来那么简单，因为适用于某个用户的最优副载波也可能是适用于另一个用户的最优副载波，并且这个用户没有其他良好副载波可供使用。服务质量要求的定义是，在每次发射中，向每个用户提供特定的数据传输率和误码率（BER）。
　　
虽然关于WiMAX标准及其相对于传统无线通信标准的优越性的讨论始终沸沸扬扬，但是，当前的发展趋势表明，WiMAX标准非常适于在无线通信网络上实现语音、数据和视频业务。
　　
伸缩自如的OFDMA
　　
IEEE 802.16无线城域网标准中的OFDMA物理层模型提出了“灵活伸缩性”这个概念。一个伸缩自如的物理层允许基于标准的解决方案在从1.25MHz至20 MHz的信道带宽上，以固定的副载波间隔，向固定用户终端和便携式/移动用户终端，提供最优网络性能，并且保持很低的系统成本。这种灵活伸缩性主要归功于每个信道带宽具备不同的FFT样本数的子信道结构。
　　
WiMAX技术规范还支持高级调制和编码（AMC）子信道、混合自动重复请求（HARQ）、高效率上行子信道结构、多入多出（MIMO）、覆盖增强安全信道、不同的副载波分配技术和多样化机制。WiMAX MAC层利用CQI和HARQ请求的反馈信息，实现了灵活伸缩性。
　　
实现WiMAX系统的主要挑战
　　
在实现WiMAX系统时，面临的最为严峻的挑战大概是确定处理器应当执行哪些任务以及硬件或者更确切的说，基于FPGA的加速器应当执行哪些任务。确定这种硬件和软件分工的关键是找到系统性能和处理要求以及产品上市速度之间的最佳平衡点。取决于实现这种折衷的方式，可以产生不同的用户端设备和基站实现。
　　
WiMAX用户端设备必须采用一个处理器，并且借助硬件加速器，实现诸如循环冗余码校验（CRC）和加密/解密等比较低级的MAC功能。另一方面，基站则需要从比较低级的MAC加速器，升级为通过慢速通道/快速通道处理数据包。要在硬件中实现这个功能，基站的MAC层利用处理器（FPGA上的嵌入式处理器或外接处理器）实现了速度较慢的管理和控制功能，同时利用支持硬件加速的FPGA逻辑结构，实现了速度较快的数据通道功能。　MAC层实现的关键在于利用适当的队列和调度机制，实现处理“三网融合”的语音、数据和视频业务。虽然IEEE 802.16标准对此类功能做出了明确规定，但是各种竞争性解决方案实现这种特性的具体方式却各不相同,有了Xilinx? FPGA，设备制造商可以针对这个要求苛刻的系统设计领域，提供灵活的平台，开发、实现新的MAC层功能。
　　
最新推出的Virtex-4 FX平台FPGA包含了一个短时延辅助处理器接口（APU）。通过这个接口，可以将自定义指令整合到软件代码中，再通过执行这些指令，改变逻辑结构，从而简化了硬件/软件划分过程。
　　
Xilinx平台FPGA还可以支持诸如高性能前向纠错（FEC）等先进的数字信号处理（DSP）功能，有助于实现高级功能和产品差异化。得益于Xilinx推出的包含在低成本WiMAX FEC包中的优化Turbo Convolutional编解码器，系统设计师可以快速部署这些高效率的FPGA核心，在WiMAX基带芯片中实现灵活的FEC解决方案。
　　
当然，WiMAX基站设计还包含许多其他方面，Xilinx技术也可以有所贡献，但限于篇幅，本文暂不讨论。目前，Xilinx器件通常用于实现射频卡中的高级DSP纠错算法，以及振幅因素缩小（CFR）、数字预矫正（DPD）和数字上变频器（DUC）和数字下变频器（DDC）等应用。通过以数字化方式矫正功率放大器（PA）的特性，可以利用更加经济划算的模拟射频电路，从而节省大量元件成本，并大幅降低基站的总成本。关于这方面的详细信息，请登录：www.xilinx.com/cn/esp/wireless。