行動WiMAX 802.16 Wave 2的技術特點

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相較於Wave 1，WiMAX Forum®訂定的Wave 2 Radio Conformance Test標準在行動WiMAX™的系統特性上有些新的規格，因此需要一些新的測試能力。而測試Wave 2 Profiles功能，對於成功建置行動WiMAX的服務至關重要，隨著行動WiMAX技術在全球的快速普及，量測儀器具備該測試功能已刻不容緩。
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' g  z! b( `$ V+ c- \$ D$ dDL/UL AMC 2x3區帶(zone)

802.16標準支援不同類型的適應性調變與編碼(Adaptive Modulation and Coding, AMC)區帶，Wave 2的符合性測試是以2 bins x 3 symbols的磚塊式結構來測試AMC區帶。

8 E  a4 A) M/ p7 E◎IO-MIMO的特性
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; ^$ [7 V  K0 I" Y5 K2 b; ?1. 雙天線的矩陣A：時空編碼(space-time coding, STC)(DL-PUSC)
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" t# K0 ]1 ~, @' K0 S: Q9 ESTC會以稍微不同的編碼方式，傳送每一個符號碼(symbol)的資料兩次，讓接收器有兩次機會可以接收資料。如圖1右上角的方程式所示，如果接收器具有通道(h0和h1)的相關訊息，就可以解出傳送過來的符號碼s0和s1。通道是依據導頻(pilot)量測結果所估測出來的。
% D! P! k. W7 X% S矩陣A是一種分集(diversity)技術，可以提升接收器的接收能力，因此能帶來更大的涵蓋範圍以及更高的有效資料傳輸率，但無法提升資料的傳送速率。在標準中，資料速率以Rate 1稱之。訊框(frame)中的前導資訊碼(preamble)和第一個DL-PUSC區帶不可以是STC，因為它包含所有用戶端都需要接收的基本FCH和MAP資訊，且這些只能從天線0發射出去。第二個DL-PUSC區帶可以專門做為STC區帶用，且這個區帶會以合適的編碼方式，從兩支天線發射出去。
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# Z- @; P4 b$ y& z6 b% s0 h圖1：矩陣A(STC)的示意圖。
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2. 雙天線的矩陣B：垂直編碼(2x2 MIMO)(DL-PUSC)
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Wave 2的另一種MIMO是採垂直編碼方式的矩陣B。垂直編碼指的是發射器會取一組資料(稱為“層”)，將它分給多支天線同時發射，只要有兩支發射天線，就可以將資料速率加倍。

: ~, m+ a* E6 |# T- l如同矩陣A一樣，只要有通道的相關訊息，就可以解出信號，通道也是藉由量測導頻信號估測出來的。第一個DL-PUSC區帶不能是矩陣B，且前導資訊碼和第一個DL-PUSC區帶只能從天線0發射出去，但矩陣B的區帶則可以從兩支天線發射出去。安捷倫89600S向量信號分析儀是唯一可以做到準確相位同調的WMAX MIMO分析儀，進行雙通道分析。


圖2：利用安捷倫89600S向量信號分析儀測試WiMAX Matrix B下傳信號。左上為天線0所發射的時域信號，左下為天線1。
* [. k1 i/ J/ t  I/ W1 P8 V" B以一個2x2的MIMO系統為例，每一對天線之間共有4個衰減通道，在圖 3中以hxx表示，每一個通道模型(channel model)都含有多條衰減路徑。
WiMAX Forum已針對行動WiMAX發展出特定的通道MIMO模型，包含ITU行人B或車輛A的通道模型，並加入適用於每條路徑(tap)的空間關聯矩陣。安捷倫N7615B Signal Studio支援Wave 2 System Profile的信號產生需求所加入的新功能包括：下鏈傳輸的Matrix A和Matrix B信號、在波形中嵌入MIMO衰落特性、上鏈傳輸的Collaborative MIMO、產生HARQ叢發信號、以及上鏈傳輸的Sounding Zone等。

圖3：矩陣B(2x2 MIMO)的示意圖。
3. 兩個用戶台(SS)共用的空間多工技術－每個都有一支發射天線(UL-PUSC)
進行上鏈傳輸時，共用的空間多工(collaborative spatial multiplexing)技術可以讓兩個用戶台在同一個子通道上傳送資料，以提高上鏈通道的資料傳輸率。雖然每個用戶台只有使用單支發射天線，但有效性就如同單一裝置上有兩支發射天線一樣。
: l  H. X+ b" K每個用戶台都會以含獨特導頻信號的不同型態進行發射，如圖4的右邊所示。
每個用戶台和基地台(BS)之間可以使用不同的通道模型，例如，一個用戶台可能以行人的速度移動，而另一個用戶台則是以車輛的速度移動。

) c5 x3 }4 `! B. I1 L圖4：共用的空間多工技術。
◎IO-BF(波束成形)的特性

1. 含專屬導頻信號的DL-PUSC和AMC 2x3
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一般而言，基地台會對所有屬於它正在使用之通訊區段內的導頻信號進行調變，而不管那些子通道是否已分配給叢發資料使用，且用戶台會使用下鏈傳輸中的所有導頻信號進行通道估測。然而，使用波束成形(beamforming)技術時，只會針對特定的用戶台，將一群子通道中的導頻信號加以波束處理，因此，用戶台能夠專注在對的導頻信號上是極為重要的。在專屬的導頻信號模式中，基地台只會對被分配到的子通道中的導頻信號進行調變，而用戶台也只會使用所分配到的特定導頻信號，進行通道估測。

2. 不使用子通道輪替功能的UL-PUSC
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6 B& n3 O9 S/ o+ ~4 M) ]子通道輪替(sub-channel rotation)是WiMAX上鏈傳輸在大部分上鏈區帶（除了AMC & ranging/快速回應/ACK區帶以外）的正常運作模式之一。在每個時槽的期間內（例如UL-PUSC為每三個符號碼），會將子通道重新編號，以便將不同的實體子通道分派給特定的邏輯子通道使用，這部分詳述於802.16標準的8.4.6.2.6小段。由於資料在不同時間是以不同頻率進行傳送的，因此可以提升對信號衰減或干擾的免疫力。在波束成形的過程中，基地台會依據與用戶台之間的通道狀況資訊，按照不同的權重，透過不同的天線將信號導向特定的用戶台。如果發射頻率會不斷隨子通道輪替而改變，將會很難做到，因為通道也會不斷地改變，因此，使用波束成形技術時，最好關閉子通道輪替功能。
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3. 上鏈傳輸的試探區帶(Type A)

進行上鏈傳輸試探時，會在上鏈通道中分配一個特殊的試探區帶(sounding zone)，它會佔用所有的子通道，長度為一個或多個符號碼的傳輸時間。基地台可以命令用戶台使用所分配到的這個區帶來發射一個試探信號，此信號是基地台已知的資料序列。基地台會由此試探信號量測通道的頻率響應，並利用這項資訊來決定該使用哪一種波束成形才合適。試探的方式有兩種：Type A和Type B，Type A使用的試探頻帶包含18個連續的次載波，Type B的頻帶則是依據指定的下鏈次載波排列法（如PUSC）來分配的。Wave 2中只要求支援Type A。

適用於WiMAX的安捷倫N7615B Signal Studio支援DL/UL AMC 2x3區帶、矩陣A、矩陣B、上鏈PUSC區帶的共用空間多工、以及上面IO-BF的特性下列出之所有功能的測試需求。如需更詳細的資訊，請參閱N7615B的網頁www.agilent.com/find/N7615B。而業界共用的向量分析軟體安捷倫89601A，可支援WiMAX雙通道MIMO分析、STC、AAS，以及支援動態自動配置，自動解譯及顯示FCH, DL-MAP, UL-MAP。提供最多分析圖形及表格，幫助您迅速的除錯與分析。
於10月中旬舉辦的WMAX插拔大會與會員大會，安捷倫也將展示WiMAX完整的測試方案: 從研發、設計驗證、生產測試、通信協定認證測試、互通測試，到網路佈建，提供最完整測試解決方案。安捷倫功能強化的量測解決方案，可以用準確且合乎成本效益的方式來測試MIMO和其他Wave 2的Profiles，並提供最新的工具，以滿足工程師在行動WiMAX信號分析、信號產生，以及對終端產品功能測試上的需求。（作者：徐正平╱安捷倫科技市場推廣專案經理）