WIMAX16d網(wǎng)絡(luò )的架構和規劃要點(diǎn)

　　1.前言

　　隨著(zhù)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是無(wú)線(xiàn)通信和寬帶通信的技術(shù)的迅速發(fā)展，激發(fā)了寬帶接入網(wǎng)絡(luò )向無(wú)線(xiàn)化方向的演進(jìn)。值得注意的是，近年來(lái)“WiMAX”一詞的點(diǎn)擊率日益增高，它作為IEEE802.16無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的空口標準，引起了廣泛關(guān)注，并逐漸為業(yè)界熟知。

　　WiMAX技術(shù)的發(fā)展過(guò)程基本可以分為四個(gè)階段，即：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。2006年國內外各大運營(yíng)商業(yè)務(wù)拓展的需求推動(dòng)了第一代WiMAX技術(shù)和產(chǎn)品逐漸走向成熟，固定接入式的寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )一時(shí)風(fēng)生云起。在此，本文對就WiMAX16d的網(wǎng)絡(luò )結構、規劃、建設和維護的經(jīng)驗略作回顧和小結，以期拋磚引玉之效用。

　　2.WiMAX802.16d的網(wǎng)絡(luò )架構和特點(diǎn)

　　IEEE802.16協(xié)議族定義了WiMAX網(wǎng)絡(luò )的空中物理層和MAC層接口，旨在為城域網(wǎng)的接入層提供基于IP的、具備端到端QoS保障的無(wú)線(xiàn)接入。目前已定制的兩大系列標準包括802.16-2004(即802.16d)和802.16-2005(即802.16e)，前者面向固定式寬帶無(wú)線(xiàn)接入，后者側重于移動(dòng)性和便攜性。

　　從固定式WiMAX系統主體來(lái)看，它包括基站(BaseStation，簡(jiǎn)稱(chēng)BS)、用戶(hù)站(CustomerPremiseEquipment，簡(jiǎn)稱(chēng)CPE)以及網(wǎng)管等主要部分，構成點(diǎn)到多點(diǎn)的星型拓撲結構?；竞陀脩?hù)站之間的空口遵循IEEE802.16d規范，定位于最后一公里的接入，結構簡(jiǎn)潔、標準清晰。網(wǎng)絡(luò )總體結構圖如下：

　　WiMAX16d的標準定義和網(wǎng)絡(luò )結構體系，決定了它具有以下一些突出的優(yōu)勢和特點(diǎn)：

　　可完全融入現有網(wǎng)絡(luò )架構。作為IP系統的二層接入部分，WiMAX以其全IP化的設計，可以完全融入現有網(wǎng)絡(luò )架構，充分利用已有的傳輸網(wǎng)絡(luò )和核心網(wǎng)。WiMAX基站向上提供標準的以太網(wǎng)接口，可以方便得融入IP城域網(wǎng)和核心網(wǎng)，為缺乏管線(xiàn)資源的地區提供迅速系統部署以及各類(lèi)應用服務(wù);用戶(hù)站可以直接下聯(lián)二層交換機、IAD、WLAN等設備，或者直接與終端連接，提供數據、語(yǔ)音等豐富的業(yè)務(wù)內容。

　　IPQoS機制植入于MAC層。在這種QoS機制的保障下，WiMAX能夠真正的合理分配資源，既滿(mǎn)足公平性原則，也能平衡不同用戶(hù)的業(yè)務(wù)容量需求，從而最大程度得利用有限頻譜資源。MAC層QoS面向每個(gè)連接，可以獨立定制其帶寬門(mén)限、時(shí)延和QoS等級，使其能夠真正確保端到端的QoS的實(shí)現。QoS包括四個(gè)等級：非請求的帶寬分配業(yè)務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)(nrtPS)和盡力而為業(yè)務(wù)(BE)。

　　傳輸和業(yè)務(wù)安全性有保障。從安全性角度來(lái)說(shuō)，WiMAX空中接口具備了認證加密的功能以及其他各種準入手段，可以確保數據的安全傳送。對于WiMAX網(wǎng)絡(luò )本身來(lái)說(shuō)，能夠完全兼容于現有網(wǎng)絡(luò )的各種認證計費手段，所以一般沒(méi)有也不需要專(zhuān)配計費功能。因而，在發(fā)展部署新用戶(hù)時(shí)，無(wú)需對業(yè)務(wù)控制層面進(jìn)行改動(dòng)，非常靈活。

　　除了架構上的優(yōu)勢之外，WiMAX面向4G的無(wú)線(xiàn)技術(shù)和傳輸穩定性也為人津津樂(lè )道。作為接入技術(shù)，除了數據吞吐量外，其穩定性和可靠性是運營(yíng)商和終端用戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。事實(shí)表明，WiMAX先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)特性，能適合于大部分應用的需求，這主要歸功于WiMAX16d的以下無(wú)線(xiàn)特性：

　　支持非視距傳播。從固定無(wú)線(xiàn)寬帶接入的發(fā)展來(lái)看，原先的3.5GHz的MMDS在解決非視距傳播方面，始終未能盡如人意。而WiMAX技術(shù)在物理層引入了OFDM調制技術(shù)，使其對非視距環(huán)境中的寬帶數據傳播有較強的抗多徑能力。作為OFDM技術(shù)本身，其出彩之處在于：高頻譜利用率、抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾能力。從實(shí)踐經(jīng)驗上來(lái)看，16d技術(shù)在城市非視距環(huán)境中，小區覆蓋半徑可以達到3公里左右，足以滿(mǎn)足一般業(yè)務(wù)的運營(yíng)需求。

　　頻譜利用率高。IEEE802.16d的規范定義了無(wú)線(xiàn)鏈路上下行至少需達到16QAM的調制解調能力，而部分廠(chǎng)家的設備甚至能夠支持到64QAM的調制解調。這意味著(zhù)，在良好的無(wú)線(xiàn)環(huán)境下，空中信道中的每個(gè)符號可以攜帶6個(gè)比特;在3.5Mhz的物理帶寬下，采用OFDM512技術(shù)，MAC層數據傳輸能力就可至12Mbps左右的水平。外場(chǎng)FTP測試表明，WiMAXBS端到CPE端的應用速率可以輕松得達到9～10Mbps，完全能夠滿(mǎn)足一般個(gè)人用戶(hù)和中小企業(yè)用戶(hù)的需求。

　　自適應調制技術(shù)。通過(guò)此項技術(shù)，系統能夠自主得統計測量無(wú)線(xiàn)鏈路質(zhì)量水平，并根據系統定義的算法，將信號調制到與之適應的編碼方式上。在高質(zhì)量的信號水平下，遠端站能夠適配至較高的調制方式下工作;反之，則適配至低調制方式，提高鏈路的穩健性。如此便能兼顧帶寬和穩定兩方面的要求，使整個(gè)系統工作于均衡的狀態(tài)下，最大程度地利用頻譜資源。

　　當然，規范本身所定義的技術(shù)細節還更加先進(jìn)廣泛，包括上行信道的子信道化，AAS的應用等等，但是從市場(chǎng)定位、業(yè)務(wù)需求和成本定位來(lái)綜合考慮，各個(gè)廠(chǎng)家的第一代WiMAX產(chǎn)品都只是實(shí)現了到規范中的部分功能。即便如此，實(shí)際網(wǎng)絡(luò )經(jīng)驗已足以證明WiMAX16d系統無(wú)愧于無(wú)線(xiàn)DSL的美譽(yù)。

　　3.WiMAX802.16d網(wǎng)絡(luò )部署

　　2006年，國內運營(yíng)商對WiMAX從關(guān)注、測試，迅速走向了實(shí)際商用階段。數個(gè)運營(yíng)商根據自身特點(diǎn)和市場(chǎng)狀況，應用WiMAX開(kāi)發(fā)出了切合其自身特點(diǎn)的業(yè)務(wù)模式，并將其推向了市場(chǎng)。作為參與者之一，我們在這個(gè)過(guò)程中注意到了種種有意思的現象，積累了些許經(jīng)驗，與諸位共享和探討。

　　以下的討論將圍繞網(wǎng)絡(luò )規劃設計，網(wǎng)絡(luò )建設部署和網(wǎng)絡(luò )維護三部分展開(kāi)。

　　3.1.WiMAX16d系統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計和規劃

　　和其它無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)似，WIMAX網(wǎng)絡(luò )規劃的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于滿(mǎn)足覆蓋和容量的同時(shí)，保證QoS和系統的資源能夠得到最大程度的利用。從我國現在3.5GHz頻段規劃來(lái)看，同城內的每個(gè)運營(yíng)商一般都只能擁有10.5MHz帶寬，即為三個(gè)3.5MHz的WiMAX載波帶寬。頻譜資源的稀缺使組網(wǎng)設計受到很大程度的局限，因此，找出合理的站間距以消除同頻干擾現象對組網(wǎng)的影響非常重要。通過(guò)系統仿真的理論計算和外場(chǎng)實(shí)測認證，所得結果表明：在大中型城市中，同頻復用距離2至3公里時(shí)的條件下，通常干擾最為惡劣的主瓣連線(xiàn)上的測試點(diǎn)基本沒(méi)有發(fā)現干擾現象。此數據即可成為WiMAX16d網(wǎng)絡(luò )設計的基本模型參數，用來(lái)確立投資規模、業(yè)務(wù)分布和頻率規劃。