WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案

　　WiMAX是一種基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)，使用10-66 GHz頻段，最高可以提供75 Mbit/s的傳輸速率，單基站覆蓋范圍最大可達(dá)到48 km。WiMAX能應(yīng)用于很多領(lǐng)域，包括“最后一公里”接入、熱點、蜂窩回程技術(shù)以及商業(yè)用戶的企業(yè)級連接。

　　目前所說的IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)主要包括IEEE 802.16a、IEEE 802.16d和IEEE 802.16e三個標(biāo)準(zhǔn)。其中IEEE 802.16a和IEEE 802.16d是固定無線接入的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。而IEEE 802.16e的目標(biāo)是在IEEE 802.16d固定無線接入標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加入了新的特性，如切換、安全等，使其支持移動特性，該標(biāo)準(zhǔn)于2005年12月正式批準(zhǔn)。

　　一、WiMAX的技術(shù)特點

　　WiMAX采用波束賦形、MIMO、Mesh、OFDMA等后3G的先進(jìn)技術(shù)改善非視距性能，更高的系統(tǒng)增益也提供了更強(qiáng)的遠(yuǎn)距離穿透阻擋物的能力。和當(dāng)前其他技術(shù)相比，WiMAX具有以下技術(shù)特點：

　　●標(biāo)準(zhǔn)化，成本低：由于使用同一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的設(shè)備可在同一系統(tǒng)中工作，增加了運營商選擇設(shè)備時的自主權(quán)，降低了成本;

　　●數(shù)據(jù)傳輸速率更高：WiMAX所能提供的最高接入速率是75 Mbit/s，目前，實際應(yīng)用時每3.5 MHz載波可傳輸?shù)膬羲俾蕿?8 Mbit/s，頻率利用系數(shù)高;

　　●非視距傳輸(NLOS)：采用OFDM/OFDMA技術(shù)，具備非視距傳輸能力，可方便更多用戶接入基站，大大減少基礎(chǔ)建設(shè)投資;

　　●傳輸距離遠(yuǎn)：最大傳輸半徑為50 km，是無線局域網(wǎng)所不能比擬的;

　　●部署靈活，配置伸縮性強(qiáng)，可平滑升級：根據(jù)業(yè)務(wù)需求區(qū)域靈活部署基站，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，可選用最小配置，根據(jù)業(yè)務(wù)增長，逐步增加設(shè)備;

　　●無“最后一公里”瓶頸限制：作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，可以將WiFi熱點連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴(kuò)展，實現(xiàn)“最后一公里”的寬帶接入;

　　●提供廣泛的多媒體通信服務(wù)：能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務(wù)，支持語音、視頻和Internet。

　　二、WiMAX的組網(wǎng)方式

　　中國幅員遼闊，無線傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)需求多種多樣，針對WiMAX具有數(shù)據(jù)速率高和覆蓋范圍廣的特點，有機(jī)地將WiMAX技術(shù)融合到現(xiàn)有和即將建設(shè)的WiFi、3G、有線接入網(wǎng)中，根據(jù)優(yōu)勢互補(bǔ)的原則，全面考慮。具體來說：

　　(1)WiFi網(wǎng)絡(luò)可以與WiMAX網(wǎng)絡(luò)同步建設(shè)，減少有線線路的投入;由于WiFi和WiMAX技術(shù)分別解決“最后100米”和“最后一公里”問題，因而具有不同的定位和用途。在沒有WiFi網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，用戶可以直接接入WiMAX網(wǎng)絡(luò)開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。但是另一方面，WiFi也可以通過室外天線，利用WiMAX技術(shù)直接與骨干網(wǎng)相聯(lián)，不通過有線網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)相連，從而可以大大減少敷設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的成本。因此，針對WiMAX和WiFi技術(shù)的不同定位和優(yōu)勢，兩者可以互為補(bǔ)充，共同發(fā)展。

　　(2)對電話雙絞線和同軸電纜難以覆蓋的地區(qū)，利用WiMAX技術(shù)建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，針對不同運營商的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，在骨干網(wǎng)薄弱的地區(qū)，可以利用WiMAX快速開展寬帶接入業(yè)務(wù)或成為有線寬帶接入的補(bǔ)充;

　　(3)當(dāng)WiMAX技術(shù)中的IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)成熟之后，WiMAX技術(shù)可以保證用戶在低速移動中進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入，從而與3G網(wǎng)絡(luò)相融合，并成為其有力的補(bǔ)充;

　　(4)對臨時通信需要以及較大范圍的無線接入場合，如展會等，WiMAX可以作為一種有力的保障方式。

　　以應(yīng)用到固定應(yīng)用場景的IEEE 802.16d為例，基于WiMAX的無線城域網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)的基站式小區(qū)網(wǎng)絡(luò)非常類似。參考通用的無線通信體系結(jié)構(gòu)，WiMAX的網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)可以分成終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)三個部分。WiMAX終端包括固定、漫游和移動三類終端，WiMAX接入網(wǎng)主要為無線基站，支持無線資源管理等功能，WiMAX核心網(wǎng)主要是解決用戶認(rèn)證、漫游等功能及WiMAX網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口關(guān)系。這是典型的點到多點(PMP)的組網(wǎng)方式。

　　在這種方式下的典型應(yīng)用主要有以下三種：

　　(1)面向居住區(qū)和SOHO的高速互聯(lián)網(wǎng)接入：在某些區(qū)域，目前的數(shù)字用戶線(DSL)或有線連接方式已經(jīng)不能滿足顧客對于性能、靈活性和成本的期望，而WiMAX是最佳的替代技術(shù);

　　(2)中小型企業(yè)：對于集團(tuán)應(yīng)用，WiMAX可以降低成本，提供靈活的接入方式，是最佳的方案;

　　(3)WiFi熱點回程：隨著WiFi熱點大范圍地布置，高容量、低成本的回程解決方案成為WiFi熱點數(shù)量不斷增長的一個障礙。這一問題可以通過WiMAX有效地加以解決。由于具備游牧容量，WiMAX可以有效地填充WiFi熱點之間的空白區(qū)域。

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　　三、 WiMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的關(guān)鍵問題

　　基于IEEE 802.16e協(xié)議的WiMAX網(wǎng)絡(luò)支持移動性，其規(guī)劃流程也類似移動通信網(wǎng)，可分為以下四個步驟：

　　(1)定義設(shè)計要求：包括對不同區(qū)域類型(如可分為市區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村等)的覆蓋、容量及服務(wù)要求(如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS等);

　　(2)傳播模型調(diào)校：為了使規(guī)劃結(jié)果與實際更加接近，必須對規(guī)劃軟件的傳播模型進(jìn)行調(diào)校;

　　(3)預(yù)規(guī)劃：基于規(guī)劃軟件，進(jìn)行小區(qū)規(guī)劃，以滿足輸入的設(shè)計要求，包括基站的數(shù)量、規(guī)劃站址、基站技術(shù)條件要求、設(shè)備配置等參數(shù);

　　(4)詳細(xì)規(guī)劃：根據(jù)規(guī)劃結(jié)果，進(jìn)行基站選擇及站址勘查等，確定方案。

　　在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前期，用戶通常會比較少，一般優(yōu)先考慮的是網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。由于網(wǎng)絡(luò)容量受市場和業(yè)務(wù)發(fā)展的影響比較大，所以文章將主要從前期覆蓋的角度去考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

　　1.無線傳播模型的選擇

　　由于各地區(qū)的無線傳播環(huán)境千差萬別，因此經(jīng)驗公式并不能真實地代表當(dāng)?shù)氐碾姶挪▊鞑キh(huán)境。為了使規(guī)劃結(jié)果與實際更加接近，必須對電磁波傳播模式進(jìn)行調(diào)校。

　　對于固定無線接入而言，由于WiMAX系統(tǒng)使用的頻段比較高，目前WiMAX論壇推薦的 無線傳播模型為修正的SUI模型，該模型是在Erceg模型和COST231-WI模型的基礎(chǔ)上修正而來。下面主要以Erceg模型為例進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　Erceg模型主要針對郊區(qū)而言，并按傳播環(huán)境的特性，將模型分成A、B、C三類，其中A模型適用于山區(qū)或市區(qū)環(huán)境(路徑損耗大)，C模型適用于平地或農(nóng)村環(huán)境(路徑損耗小)，B模型的路徑損耗介于A、C兩者之間(郊區(qū))。在1.9 GHz頻段，其典型參數(shù)如下所示：

　　其中a、b、c參數(shù)在不同模型中的取值見表1。hb為基站天線的高度，取值10～80 m;d0=100;s表示衰落因子，一般取值在8.2～10.6 dB之間。

　　表1　a、b、c參數(shù)在不同模型中的取值

　　模型參數(shù) A模型 B模型 C模型

　　a 4.6 4 3.6

　　b 0.0 075 0.0 065 0.005

　　c 12.6 17.1 20

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　　對WiMAX系統(tǒng)而言，由于基頻段更高，需要對上面的公式進(jìn)行修正，如下所示：

　　COST231-WI模型主要針對市區(qū)而言。COST231-WI模型也只使用在2 GHz頻段以內(nèi)，同樣也需要對其結(jié)果進(jìn)行修正，這里不再說明。

　　2.鏈路預(yù)算數(shù)值選取

　　為得出基站最大覆蓋半徑，必須首先進(jìn)行鏈路預(yù)算，即求出對應(yīng)所需業(yè)務(wù)的上下行最大允許傳播損耗。下面分別對采用多載波的WiMAX系統(tǒng)的上行鏈路和下行鏈路進(jìn)行預(yù)算。

　　多載波WiMAX系統(tǒng)的上行鏈路預(yù)算詳細(xì)過程如表2所示。

　　表2　上行鏈路預(yù)算

　　注：為方便計算和表述，表中備注欄用字母代替部分參數(shù)，并附有部分計算公式。

　　多載波的WiMAX系統(tǒng)的下行鏈路預(yù)算詳細(xì)過程如下表3所示。

　　表3　下行鏈路預(yù)算

　　以上計算基于IEEE 802.16e協(xié)議。如果是基于IEEE802.16d協(xié)議的WiMAX系統(tǒng)，由于不支持移動性，則不需要考慮相應(yīng)的衰落余量。

　　同樣，如果采用了智能天線，其波瓣賦形技術(shù)也會相應(yīng)地增大最大允許路徑損耗，會帶來更大的單站覆蓋范圍。

　　在進(jìn)行了鏈路預(yù)算以后，可以根據(jù)無線傳播模型得到每個扇區(qū)的覆蓋半徑，進(jìn)而求出每個基站的覆蓋面積，對隨后進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有很好的指導(dǎo)作用。

　　四、結(jié)語

　　對于正在蓬勃發(fā)展的中國信息產(chǎn)業(yè)而言，WiMAX技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，如何充分發(fā)揮WiMAX的特點，結(jié)合中國無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，更好地發(fā)揮其自身的優(yōu)勢，為用戶提供更加便捷和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，創(chuàng)造新的業(yè)務(wù)增長點，是目前需要迫切研究解決的問題。