移動(dòng)WiMAX站點(diǎn)規劃

傳統的蜂窩式電話(huà)可在大范圍輸入信號下工作。臨近基站，其信號電平在 -40dBm左右。盡管這并不是系統的設計目標，但當處于蜂窩的邊緣，信號電平為-113dBm時(shí)，電話(huà)的通話(huà)質(zhì)量還是令人滿(mǎn)意的。

較高功率的唯一優(yōu)勢是抗干擾性。在蜂窩基站規劃早期，規劃的重點(diǎn)是覆蓋范圍而不是抗干擾或網(wǎng)絡(luò )容量。

不過(guò)，如今大多數蜂窩系統都受到干擾的限制而不是范圍的限制。因此，許多移動(dòng)電話(huà)系統都需要昂貴的叉車(chē)式升級來(lái)適應不斷增長(cháng)的干擾限制。
通常情況下，全向天線(xiàn)被定向天線(xiàn)所取代。有時(shí)，定向天線(xiàn)又被其他前后比更好的定向天線(xiàn)所取代。隨著(zhù)時(shí)間的流逝，選擇合適的波束寬度和波束形狀可為范圍、容量及干擾抑制提供很好的綜合解決方案。

信噪比

WiMAX的部署可能會(huì )重復這種效率低下的優(yōu)化過(guò)程。在規劃階段，通常不會(huì )考慮WiMAX系統與傳統蜂窩系統的差別。雖然新系統的規劃方式可以和傳統蜂窩電話(huà)系統的規劃方式相同。但是，WiMAX的工作方式卻大不相同。

圖1 制造商優(yōu)化總數據吞吐量的結果

在傳統移動(dòng)電話(huà)系統中，如果覆蓋范圍足夠大，并且信噪比（SNR）超過(guò)9dB，那么用戶(hù)通話(huà)的效果就會(huì )非常清晰，用戶(hù)會(huì )因此感到滿(mǎn)意。即使用戶(hù)的信噪比增加到20dB，通話(huà)效果仍然相同。

然而，在基于WiMAX的系統中，20dB信噪比允許用戶(hù)通過(guò)一種可以提供非常高的數據吞吐量的調制格式來(lái)接收信號。如果信噪比只有9dB，那么連接會(huì )慢得多，這是因為WiMAX系統使用了一種基于信噪比的自適應調制格式。這就與我們平常講話(huà)時(shí)的狀況一樣。如果環(huán)境安靜，那么講話(huà)人可以說(shuō)得很快且可以讓人聽(tīng)懂。然而，如果很吵鬧并且講話(huà)人離得很遠，那么他需要大聲說(shuō)話(huà)并且將語(yǔ)速放慢。同理，在嘈雜的環(huán)境中，通信鏈路效率很低。

回波處理

WiMAX與傳統移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的另一個(gè)根本區別在于無(wú)線(xiàn)電調制。傳統的蜂窩系統，如GSM，使用了一種信號載波系統。整個(gè)射頻頻譜被分割為頻道，每個(gè)用戶(hù)使用一個(gè)頻段進(jìn)行通信。而多路回波限制了用戶(hù)的通信速率，它類(lèi)似于人們在峽谷中大喊引起的回聲。為了使通話(huà)清晰，用戶(hù)需要放慢語(yǔ)速，以避免回波造成的干擾。WiMAX所使用的OFDM調制方式可以消除回波問(wèn)題。會(huì )話(huà)被分成許多慢速的分會(huì )話(huà)，而每個(gè)分會(huì )話(huà)使用不同的頻率。由于每個(gè)會(huì )話(huà)都很慢，所以回波就不再成為問(wèn)題。每一個(gè)會(huì )話(huà)都在不同的頻率上，因此相互之間不會(huì )發(fā)生干擾。對于峽谷里的個(gè)人通信而言，這種方法可能不太現實(shí)，但它在電路上非常容易實(shí)現。

傳統蜂窩電話(huà)系統的目標是使用9dBi或者更高的信噪比覆蓋每個(gè)地方，消除盲點(diǎn)并實(shí)現低的多徑。WiMAX系統則希望在無(wú)盲點(diǎn)的覆蓋區域內得到最好的平均SNR值，而不太在意多徑問(wèn)題?？紤]到WiMAX與傳統蜂窩系統的這些根本區別，它們似乎不適合使用相同的規劃方法和天線(xiàn)硬件。

確定最好的配置是一項令人生畏的工作。因為每種配置不盡相同，而變量又太多。這些變量包括已使用的扇區數、頻率重用機制、射頻傳播環(huán)境、塔高以及背景干擾級別。高級的優(yōu)化過(guò)程加上傳播模型可以幫助我們探究其中的一些問(wèn)題。

高級最優(yōu)化仿真

以下仿真使用Cost231模型―也稱(chēng)為哈塔模型PCS擴展。這種無(wú)線(xiàn)傳播模型對哈塔模型和Okumura模型進(jìn)行了擴展以覆蓋更廣的頻譜范圍，比如WiMAX常用的那些頻段。

讀取基站天線(xiàn)的完整三維輻射圖，并觀(guān)察整個(gè)蜂窩的載波干擾比（C/I）。載波干擾比等價(jià)于信噪比，其側重的信號是OFDM載波，而干擾來(lái)自使用相同載波的一些其他基站。

模型中考慮了塔的高度。進(jìn)行優(yōu)化的變量包括天線(xiàn)的指向，塔上的天線(xiàn)數量以及塔高。目標是找到一個(gè)場(chǎng)址方案來(lái)提供可能達到的最大系統總容量，這是一項與蜂窩內平均載波干擾比密切相關(guān)的任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化

首先，考慮基站天線(xiàn)波束形狀的影響。這里比較了頻率尺度變換的優(yōu)質(zhì)UMTS基站天線(xiàn)與波束寬度是90 3dB的WiMAX天線(xiàn)。其中，前者的波束寬度是72 3dB。

盡管UMTS天線(xiàn)的增益更高，但WiMAX天線(xiàn)的反向輻射要低得多。UMTS型天線(xiàn)的波束掩模符合ETSI SS1波束規格，而WiMAX天線(xiàn)的波束符合ETSI SS3波束規格。

在優(yōu)化過(guò)程中以及制造商優(yōu)化最佳總數據吞吐量時(shí)考慮的七塔格中，不推薦使用信道復用。優(yōu)化結果如圖1所示。

每個(gè)塔用一個(gè)字母表示，相同的字母表示相同的塔配置。在圖1中，彩色表示載波干擾比，而每個(gè)位置的容量都是從圖中計算得到。有趣的是，優(yōu)化者并沒(méi)有選擇蜂窩基站常用的標準的三扇區結構，而是為兩個(gè)天線(xiàn)都選擇了四扇區結構?？梢钥吹?，較緊湊的波束掩碼會(huì )產(chǎn)生明顯好得多的平均載波干擾比，從而產(chǎn)生更大的基站容量。通過(guò)查看覆蓋圖，可以了解得更深。

圖2 WiMAX天線(xiàn)的低后瓣在扇區間提供較干凈的過(guò)渡帶

圖2所示為WiMAX天線(xiàn)的低后瓣在扇區間提供的較干凈過(guò)渡帶。在使用低性能UMTS型天線(xiàn)的系統中，手機可能會(huì )因為天線(xiàn)后瓣或設置不合適的波束寬度而形成的微蜂窩所引起“混淆”而不知道自己在哪個(gè)區。這樣可能造成設備很難越區切換。

上面的分析產(chǎn)生了這樣的問(wèn)題， WiMAX天線(xiàn)正確的天線(xiàn)波束寬度和旁瓣規格是什么？通常，答案要求設計一套工程上的折中。

考慮操作員頻譜受限，想要在地表周期性重復的七塔配置中獲取七個(gè)可用的信道。通過(guò)僅選擇七個(gè)信道，操作者已經(jīng)提高最大突發(fā)容量。然而，可以找到一種重用模式來(lái)提供運轉所需的載波干擾比這一點(diǎn)并不明顯。

很明顯這是個(gè)具有挑戰性的問(wèn)題，這里允許優(yōu)化者選擇最佳天線(xiàn)及結構。

可以選用的天線(xiàn)有WiMAX 60、WiMAX 90和尺度變化的UMTS 72天線(xiàn)。
優(yōu)化者確定當使用60天線(xiàn)時(shí)最好的結構是一個(gè)四扇區系統。在七塔周期式布局中，每一種波束模式可使用四次。這樣，就有一個(gè)四次頻譜重用系統。

與以前設計中主要允許在區域中使用64和16 QAM不同的是，這種系統混合了全部WiMAX支持的調制模式。在16.5MHz半雙工信道中，平均載波干擾比平均只能支持14 Mb/s。然而，通過(guò)4次重用系數，這個(gè)數值會(huì )增加到讓人吃驚的58Mb/s。

未來(lái)

在技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，天線(xiàn)設計將直接耦合進(jìn)網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化過(guò)程中。這將允許在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )的同時(shí)進(jìn)行天線(xiàn)的設計，保證操作者可以實(shí)現使用全部可用網(wǎng)絡(luò )容量。

為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們主要關(guān)注那些使用傳輸端單天線(xiàn)輸入而接收端單天線(xiàn)輸出（SISO）的情況。這里所示的分析方法也適用于多入多出（MIMO）。

發(fā)生變化的是信道模型。由于一個(gè)多入多出系統具有較好的傳播特性并伴有較低的衰變，因此需要對Cost 231傳播模型進(jìn)行一些調整。但是，一般性的結論大致保持不變。