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(jí)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)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(yíng)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(chǎng)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(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)。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(guó)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(guó)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(tái)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(yíng)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(hào)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(zhǎng)期發(fā)展策略。調(diào)研手段是通過與運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商的溝通，對(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行覆蓋和容量?jī)煞矫娴姆治?，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(duì)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(duì)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(jí)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(duì)規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真。系統(tǒng)級(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)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。