OFDMA System Analysis and Design (Mobile Communications)

OFDMA System Analysis and Design......Page 2
Contents......Page 6
Preface......Page 14
Acknowledgments......Page 16
1.1 Motivation......Page 18
1.2 Conventional FDM......Page 20
1.3.1 Intersymbol Interference (ISI) and Multipath Fading......Page 22
1.3.3 Simple Equalization......Page 23
1.5 Basics of OFDM......Page 24
1.6 Advantages of OFDM......Page 25
1.6.2 Spectral Efficiency......Page 26
1.7 Basics of OFDMA......Page 27
1.8 Advantages of OFDMA......Page 29
1.9.2 Frequency Domain: Intercarrier Interference......Page 30
1.11 Overview of the Book......Page 31
References......Page 32
Selected Bibliography......Page 33
2.2 Link Analysis......Page 34
2.3.1 Path Loss......Page 36
2.3.2 Shadowing Loss......Page 41
2.3.3 Multipath Fading......Page 43
Example 2.1......Page 45
2.3.4 Concluding Remarks......Page 46
2.4.1 Delay Spread......Page 47
Example 2.3......Page 48
2.4.2 Coherence Bandwidth......Page 49
2.4.3 Implications for OFDM......Page 52
2.5.1 Doppler Spread......Page 53
Example 2.4......Page 54
2.5.2 Coherence Time......Page 56
2.5.3 Implications for OFDM......Page 57
2.6 Conclusions......Page 58
References......Page 60
3.2 Basic Functions of a Transceiver......Page 62
3.3.1 Linear Block Codes......Page 64
3.3.2 Convolutional Codes......Page 66
3.4 Symbol Mapping and Modulation......Page 68
3.5.1 Matched Filter......Page 73
3.5.2 Symbol Error......Page 76
3.6 Adaptive Modulation and Coding......Page 77
3.7 Cyclic Redundancy Check (CRC)......Page 79
3.8.1 Stop-and-Wait ARQ......Page 81
3.8.2 Sliding Window ARQ......Page 82
3.9 Hybrid ARQ......Page 84
Selected Bibliography......Page 86
4.2 Time Domain: Guard Time......Page 88
4.3 Frequency Domain: Synchronization......Page 91
4.4 Basic Receiver Functions......Page 92
4.5 Equalization......Page 93
4.6 OFDM Symbol......Page 96
4.7 OFDMA Transmitter......Page 101
4.8 OFDMA Receiver......Page 104
4.9 OFDMA......Page 105
4.9.1 Frequency Diversity......Page 107
4.9.2 Multiuser Diversity......Page 108
4.10 Peak-to-Average Power Ratio......Page 109
4.11 Conclusions......Page 110
References......Page 111
Selected Bibliography......Page 112
5.1 Introduction......Page 114
5.2.1 Full Usage of Subchannels (FUSC)......Page 117
5.2.2 Partial Usage of Subchannels (PUSC)......Page 118
5.3 Distributed Subcarrier Permutation: Forming Subchannels on Uplink......Page 119
5.3.2 Optional Partial Usage of Subchannels (Optional PUSC)......Page 120
5.5 Summary of Subcarrier Permutation Modes......Page 121
5.6 Bursts and Permutation Zones......Page 122
5.7 Subframes and Frames......Page 124
5.7.2 Frame Control Header (FCH)......Page 127
5.8 TDD and FDD......Page 128
5.9.2 Segmentation......Page 129
5.10.1 Burst Profiles......Page 132
5.10.2 Channel Quality Feedback......Page 133
References......Page 134
6.1 Introduction......Page 136
6.2 Spatial Diversity: Receive Diversity......Page 137
6.2.2 Receive Diversity: Maximal Ratio Combining......Page 139
6.3 Spatial Diversity: Transmit Diversity......Page 140
6.3.1 Transmit Diversity: Open-Loop 2 × 1......Page 141
6.3.2 Transmit Diversity: Open-Loop 2 × 2......Page 143
6.3.3 Transmit Diversity: Closed-Loop Antenna Selection......Page 145
Example 6.1......Page 146
6.3.4 Transmit Diversity: Closed-Loop Precoding......Page 147
6.3.5 Remarks......Page 149
6.4 Spatial Multiplexing......Page 150
6.6 Beamforming......Page 153
6.7 System Design Issues......Page 156
References......Page 157
Selected Bibliography......Page 158
7.1 MAC Architecture......Page 160
7.2 Convergence Sublayer......Page 162
7.2.2 Header Suppression......Page 163
7.3.1 ARQ......Page 164
7.3.2 MAC SDU and MAC PDU......Page 165
7.3.3 Fragmentation/Packing......Page 166
References......Page 169
8.2 Scheduler......Page 170
8.3 Bandwidth Request......Page 172
8.3.2 Unicast Polling......Page 173
8.3.4 Contention-Based Request for OFDMA......Page 174
8.4 Control Signaling......Page 175
8.5.1 Initial Ranging......Page 176
8.5.2 Periodic Ranging......Page 177
8.6 Power Control......Page 178
8.6.1 Uplink Power Control: Closed-Loop......Page 181
8.6.2 Uplink Power Control: Open-Loop......Page 183
8.6.4 Concluding Remarks......Page 185
References......Page 186
9.2 Network Entry......Page 188
9.2.2 Initial Ranging......Page 190
9.2.4 Security Procedures......Page 191
9.2.6 IP Connectivity......Page 192
9.3 Mobility Management: Link Handover......Page 193
9.3.1 Cell Reselection......Page 194
9.3.2 Hard Handover (HHO)......Page 196
9.3.3 Macro Diversity Handover (MDHO)......Page 201
9.3.4 Fast Base Station Switching (FBSS)......Page 204
9.3.5 System Design Issue: H_Add and H_Delete......Page 206
9.3.6 Concluding Remarks......Page 208
References......Page 209
10.2.1 Service Flows and QoS Parameters......Page 212
10.2.2 Connections......Page 213
10.3 Object Relationship Model......Page 214
10.4.1 Creating a Service Flow......Page 216
10.4.2 Changing a Service Flow......Page 217
10.4.3 Deleting a Service Flow......Page 220
10.5 QoS Parameters......Page 221
10.6.1 Unsolicited Grant Service (UGS)......Page 223
10.6.3 Extended Real-Time Polling Service (ertPS)......Page 224
10.6.5 Best Effort (BE)......Page 225
10.6.6 Remarks......Page 226
References......Page 227
11.1 Introduction......Page 228
11.2 Symmetric Encryption......Page 229
11.3 Asymmetric Encryption......Page 230
11.4 Digital Signature......Page 231
11.5 Message Authentication Using Message Authentication Code......Page 232
11.5.1 Hash Based......Page 233
11.6 Conclusions......Page 234
References......Page 235
12.1 Introduction......Page 236
12.2 Defi nitions and Fundamental Concepts......Page 237
12.3 Authorization......Page 239
12.3.1 RSA Based......Page 240
12.3.2 EAP Based......Page 242
12.3.3 Refresh of the AK......Page 244
12.4.2 Distribution of TEK......Page 245
12.4.3 Refresh of TEK......Page 247
12.5.1 Fixed Network......Page 249
12.5.2 Air Interface......Page 250
References......Page 251
13.2.1 SINR......Page 254
13.2.2 SNR and SIR......Page 257
13.2.3 Interference......Page 258
13.2.4 Noise......Page 259
13.3.1 Fundamentals......Page 261
13.3.2 Link Budget......Page 262
13.3.3 Analytical Model......Page 265
13.3.4 System Design Issues......Page 267
13.3.5 System Modeling Issues......Page 268
Example 13.1......Page 269
Example 13.2......Page 270
13.4.2 Frequency Dispersion......Page 271
Example 13.4......Page 273
13.4.3 Concluding Remarks......Page 275
References......Page 276
14.2.1 Fundamental Concepts......Page 278
14.2.2 Frequency Reuse Factors......Page 280
14.2.3 D/r Ratio......Page 284
14.2.4 Frequency Reuse Patterns......Page 285
14.2.5 Fractional Frequency Reuse......Page 286
14.3 Allocation of Capacity......Page 289
14.4.1 Instantaneous Bit Rate......Page 292
Example 14.1......Page 295
Example 14.3......Page 296
14.4.3 Effective Data Rate......Page 297
14.5 Capacity and Coverage......Page 298
References......Page 302
About the Author......Page 304
Index......Page 306