WIMAX無線技術(shù)應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

 
　　一、WiMAX技術(shù)應(yīng)用

　　WiMAX技術(shù)有四個(gè)發(fā)展階段:固定接入業(yè)務(wù)階段、游牧式業(yè)務(wù)階段、便攜式業(yè)務(wù)階段和全移動(dòng)業(yè)務(wù)階段。WiMAX網(wǎng)絡(luò)有兩種組網(wǎng)方式:WiMAX網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)組網(wǎng)或者與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)。目前比較有前景的是第二種方式。2005年4月19日，華為與英特爾在上海簽約合作為全球客戶建設(shè)電信級無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。固網(wǎng)運(yùn)營商利用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)提供話音和數(shù)據(jù)接入的同時(shí)，移動(dòng)運(yùn)營商也通過2G/3G提供話音和移動(dòng)數(shù)據(jù)接入;同時(shí)，借助WiMAX為企業(yè)和商業(yè)用戶提供寬帶和專線數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)?？梢灶A(yù)見，WiMAX網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的有效融合將會(huì)展現(xiàn)1+1大于2的效果。

　　按照終端的移動(dòng)性，WiMAX網(wǎng)絡(luò)有固定終端接入模式和移動(dòng)終端接入模式。固定終端接入模式主要解決政府、寫字樓、賓館飯店、居民小區(qū)等建筑的集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)接入問題，還可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控等特殊應(yīng)用場景。移動(dòng)終端接入模式主要解決車載用戶、室外用戶等移動(dòng)條件下的用戶通信要求。由于移動(dòng)接入模式的靈活性，這種方式還可以廣泛應(yīng)用于無線數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字奧運(yùn)配套通信系統(tǒng)、應(yīng)急通信系統(tǒng)、搶險(xiǎn)指揮系統(tǒng)、城市智能通信系統(tǒng)等綜合通信系統(tǒng)。

　　1.WiMAX系統(tǒng)在無線數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

　　目前，這類應(yīng)用在國外已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)檢測。為各類車輛內(nèi)的乘客提供高速移動(dòng)狀態(tài)下的多媒體服務(wù)、定位服務(wù)。如在城鐵、地鐵、公交車、火車上為乘客提供高速網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)、到站提示、車輛定位、實(shí)時(shí)影視、廣告等各類服務(wù)。同時(shí)，由于WiMAX網(wǎng)絡(luò)可以兼容Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因此Wi-Fi終端用戶也可享受移動(dòng)寬帶服務(wù)，如圖1所示。





圖1 Wimax系統(tǒng)在無線數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　在國內(nèi)，北京市石景山區(qū)政府、北京艾維通信公司和北京郵電大學(xué)WTI研究所合作，從2005年1月開始建設(shè)國內(nèi)第一個(gè)基于WiMAX技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)—“石景山區(qū)Wi-Plus示范網(wǎng)絡(luò)”，目的是針對未來“數(shù)字奧運(yùn)”的遠(yuǎn)景規(guī)劃和石景山區(qū)數(shù)碼娛樂產(chǎn)業(yè)基地的建設(shè)目標(biāo)，建設(shè)一個(gè)安全、靈活、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，支持多種復(fù)雜應(yīng)用的無線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。無論是市民的簡單通信還是各種娛樂媒體業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)體驗(yàn)以及未來北京奧運(yùn)應(yīng)急呼叫指揮中心的運(yùn)作，都可以無障礙地在這個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)中得到實(shí)現(xiàn)。

　　類似的城市無線寬帶網(wǎng)的建設(shè)，不僅可以為政府所用，很多企業(yè)也可以直接使用。各個(gè)行業(yè)都可以利用這些基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)，比如物流企業(yè)完全可以利用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對車隊(duì)進(jìn)行有效的管理。目前，這種技術(shù)在銀行、保險(xiǎn)業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用，它的投資回報(bào)率非常誘人。

　　2.WiMAX系統(tǒng)在應(yīng)急指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　建設(shè)基于WiMAX技術(shù)的城域網(wǎng)，可以大大提升政府對于緊急事件的響應(yīng)能力，提升城市的整體安全水平。在公共安全和緊急救助行業(yè)中，大多數(shù)工作人員都處于移動(dòng)狀態(tài)，因此在通信方面必須依賴于無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。WiMAX技術(shù)可以滿足其對數(shù)據(jù)調(diào)度、移動(dòng)視頻監(jiān)控、車輛/人員定位、移動(dòng)指揮車應(yīng)急通信等業(yè)務(wù)需求。應(yīng)急指揮車輛或工作人員只要有一臺筆記本電腦或者手持終端就可以通過無線城域網(wǎng)實(shí)時(shí)與總部保持視頻、數(shù)據(jù)和語音通信。

　　3.WiMAX系統(tǒng)在構(gòu)建城市智能通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　通過WiMAX系統(tǒng)在各領(lǐng)域的監(jiān)控指揮中心與全市的智能通信指揮中心之間建立無線連接，可以構(gòu)建城市智能通信系統(tǒng)，從而可以保證各部門步調(diào)一致、協(xié)調(diào)作戰(zhàn)，處理城市中出現(xiàn)的各種突發(fā)事件，如圖2所示。





圖2 城市智能通信系統(tǒng)

二、WiMAX網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

　　WiMAX網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的重要程度采用分步實(shí)施的規(guī)劃和建設(shè)方式，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃遵從先覆蓋后容量、先重點(diǎn)后連續(xù)、網(wǎng)絡(luò)容量及質(zhì)量先重點(diǎn)地區(qū)后一般地區(qū)的原則分期規(guī)劃和建設(shè)。WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃包括網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)調(diào)研、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算、預(yù)仿真、站址勘查和網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)規(guī)劃6個(gè)階段。

　　1.網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃

　　運(yùn)營商的戰(zhàn)略定位及其發(fā)展規(guī)劃決定了網(wǎng)絡(luò)需要達(dá)到的性能指標(biāo)，這些性能以一定的信號覆蓋、系統(tǒng)容量和業(yè)務(wù)質(zhì)量等指標(biāo)表現(xiàn)出來，它是WiMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的具體指標(biāo)要求。

　　網(wǎng)絡(luò)調(diào)研是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)，通過調(diào)研可以制定適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則和長期發(fā)展策略。調(diào)研手段是通過與運(yùn)營商、設(shè)備商的溝通，對已有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的調(diào)查來確定目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域、用戶群和預(yù)期網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。對于WiMAX網(wǎng)絡(luò)而言，首先要通過調(diào)研確定覆蓋熱點(diǎn)，包括密集住宅小區(qū)、大型公司企業(yè)、賓館飯店、文物保護(hù)單位、體育場館以及已部署和即將部署的802.11熱點(diǎn)等;然后，根據(jù)不同的規(guī)劃區(qū)域確定網(wǎng)絡(luò)可以提供的業(yè)務(wù)組合，各種業(yè)務(wù)的覆蓋概率、阻塞概率，各種業(yè)務(wù)可以接收的時(shí)延等。

　　3.網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算

　　網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算是基于網(wǎng)絡(luò)調(diào)研的結(jié)果，對目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行覆蓋和容量兩方面的分析，最終獲得網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)模。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算應(yīng)在進(jìn)行鏈路預(yù)算的基礎(chǔ)上，確定小區(qū)半徑和單小區(qū)有效覆蓋面積，然后檢驗(yàn)熱點(diǎn)密集小區(qū)是否滿足容量需求，通過覆蓋和容量的迭代驗(yàn)證，最終確定建設(shè)規(guī)模。

　　4.預(yù)仿真

　　預(yù)仿真是通過仿真軟件根據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)和預(yù)期網(wǎng)絡(luò)規(guī)模完成基站的初始布局方案。

　　5.站址勘查

　　站址勘查是基于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模估算和預(yù)仿真的結(jié)果對候選的站址做站址實(shí)勘，選擇無線環(huán)境和地理環(huán)境具佳的站址。

　　6.網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)規(guī)劃

　　網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)規(guī)劃是基于預(yù)仿真結(jié)果和站址實(shí)勘結(jié)果設(shè)置WiMAX基站站址、工程參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)、分配頻率資源和信道資源，最后通過網(wǎng)絡(luò)仿真和優(yōu)化分析來判斷規(guī)劃結(jié)果是否符合網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求，如果不符合則要從預(yù)仿真步驟開始迭代設(shè)計(jì)，直至滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指標(biāo)，達(dá)到覆蓋、容量、成本和質(zhì)量的統(tǒng)一。

　　無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是規(guī)劃的基礎(chǔ)。不同的無線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)決定了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。對于WiMAX網(wǎng)絡(luò)來說，頻率規(guī)劃和系統(tǒng)仿真是無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的兩個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　(1)頻率規(guī)劃

　　為了獲得更大的數(shù)據(jù)吞吐量，很多的WiMAX設(shè)備選用了OFDM或OFDMA的物理層技術(shù)，因此頻率規(guī)劃也成為大多數(shù)WiMAX網(wǎng)絡(luò)面臨的棘手問題。頻率規(guī)劃方案要在已有頻率資源的基礎(chǔ)上，充分考慮天線配置的靈活性和熱點(diǎn)分布特點(diǎn)，在滿足覆蓋和容量的前提下高效地使用頻率資源。要確保同一基站的相鄰扇區(qū)以及相鄰基站的相鄰扇區(qū)采用不同的頻率，也可以采取相鄰扇區(qū)使用相同頻段的不同子載波的頻率資源分配方案。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，在容量允許的條件下，應(yīng)盡可能減小頻率復(fù)用度，為后期網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和優(yōu)化預(yù)留資源。

　　(2)系統(tǒng)級仿真

　　系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果與地形、基站位置、設(shè)備參數(shù)配置、實(shí)際用戶的分布及用戶行為關(guān)系等諸多因素密切相關(guān)，因此在完成無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃后，還應(yīng)模擬實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)級仿真。系統(tǒng)級仿真分為靜態(tài)仿真和動(dòng)態(tài)仿真兩種。

　　由于在WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的仿真區(qū)域面積較大，仿真精度要求相對不高，所以采用靜態(tài)仿真的方法比較合適。一次完整的靜態(tài)仿真包括對系統(tǒng)的多次獨(dú)立采樣，每次采樣成為一次快照，每次快照都獨(dú)立產(chǎn)生用戶分布，產(chǎn)生用戶和基站間的衰落環(huán)境，然后計(jì)算用戶和基站間的傳播損耗，迭代計(jì)算出基站和用戶的發(fā)射和接收功率，從而統(tǒng)計(jì)出各項(xiàng)系統(tǒng)性能指標(biāo)，包括導(dǎo)頻覆蓋分析、不同業(yè)務(wù)對應(yīng)的C/I覆蓋、最佳服務(wù)小區(qū)覆蓋、不同業(yè)務(wù)的時(shí)延和用戶接入成功率等關(guān)鍵指標(biāo)。

　　三、總結(jié)

　　在眾多的寬帶無線接入(BWA)技術(shù)中，WiMAX以其獨(dú)具優(yōu)勢的接入能力成為了業(yè)界追捧的寵兒，但是一個(gè)新興網(wǎng)絡(luò)和一項(xiàng)新技術(shù)的成敗最終還是取決于該網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和該技術(shù)的應(yīng)用能力，WiMAX技術(shù)在應(yīng)用模式、組網(wǎng)方式、規(guī)劃方法等方面還需要在實(shí)際操作中不斷總結(jié)和完善。