WiMAX無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)方案

　　WiMAX是一種基于IEEE 802.16標準的寬帶無(wú)線(xiàn)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到48 km。WiMAX能應用于很多領(lǐng)域，包括“最后一公里”接入、熱點(diǎn)、蜂窩回程技術(shù)以及商業(yè)用戶(hù)的企業(yè)級連接。

　　目前所說(shuō)的IEEE 802.16標準主要包括IEEE 802.16a、IEEE 802.16d和IEEE 802.16e三個(gè)標準。其中IEEE 802.16a和IEEE 802.16d是固定無(wú)線(xiàn)接入的空中接口標準。而IEEE 802.16e的目標是在IEEE 802.16d固定無(wú)線(xiàn)接入標準的基礎上加入了新的特性，如切換、安全等，使其支持移動(dòng)特性，該標準于2005年12月正式批準。

　　一、WiMAX的技術(shù)特點(diǎn)

　　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，更高的系統增益也提供了更強的遠距離穿透阻擋物的能力。和當前其他技術(shù)相比，WiMAX具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

　　●標準化，成本低：由于使用同一技術(shù)標準，不同廠(chǎng)商的設備可在同一系統中工作，增加了運營(yíng)商選擇設備時(shí)的自主權，降低了成本;

　　●數據傳輸速率更高：WiMAX所能提供的最高接入速率是75 Mbit/s，目前，實(shí)際應用時(shí)每3.5 MHz載波可傳輸的凈速率為18 Mbit/s，頻率利用系數高;

　　●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(hù)接入基站，大大減少基礎建設投資;

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

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

　　●無(wú)“最后一公里”瓶頸限制：作為一種無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)，可以將WiFi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為DSL等有線(xiàn)接入方式的無(wú)線(xiàn)擴展，實(shí)現“最后一公里”的寬帶接入;

　　●提供廣泛的多媒體通信服務(wù)：能夠實(shí)現電信級的多媒體通信服務(wù)，支持語(yǔ)音、視頻和Internet。

　　二、WiMAX的組網(wǎng)方式

　　中國幅員遼闊，無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)需求多種多樣，針對WiMAX具有數據速率高和覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，有機地將WiMAX技術(shù)融合到現有和即將建設的WiFi、3G、有線(xiàn)接入網(wǎng)中，根據優(yōu)勢互補的原則，全面考慮。具體來(lái)說(shuō)：

　　(1)WiFi網(wǎng)絡(luò )可以與WiMAX網(wǎng)絡(luò )同步建設，減少有線(xiàn)線(xiàn)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(wèn)題，因而具有不同的定位和用途。在沒(méi)有WiFi網(wǎng)絡(luò )的地區，用戶(hù)可以直接接入WiMAX網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展數據業(yè)務(wù)。但是另一方面，WiFi也可以通過(guò)室外天線(xiàn)，利用WiMAX技術(shù)直接與骨干網(wǎng)相聯(lián)，不通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與骨干網(wǎng)相連，從而可以大大減少敷設有線(xiàn)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，兩者可以互為補充，共同發(fā)展。

　　(2)對電話(huà)雙絞線(xiàn)和同軸電纜難以覆蓋的地區，利用WiMAX技術(shù)建設無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，針對不同運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )基礎，在骨干網(wǎng)薄弱的地區，可以利用WiMAX快速開(kāi)展寬帶接入業(yè)務(wù)或成為有線(xiàn)寬帶接入的補充;

　　(3)當WiMAX技術(shù)中的IEEE 802.16e標準成熟之后，WiMAX技術(shù)可以保證用戶(hù)在低速移動(dòng)中進(jìn)行高速數據接入，從而與3G網(wǎng)絡(luò )相融合，并成為其有力的補充;

　　(4)對臨時(shí)通信需要以及較大范圍的無(wú)線(xiàn)接入場(chǎng)合，如展會(huì )等，WiMAX可以作為一種有力的保障方式。

　　以應用到固定應用場(chǎng)景的IEEE 802.16d為例，基于WiMAX的無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)接口標準與傳統的基站式小區網(wǎng)絡(luò )非常類(lèi)似。參考通用的無(wú)線(xiàn)通信體系結構，WiMAX的網(wǎng)絡(luò )參考架構可以分成終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)三個(gè)部分。WiMAX終端包括固定、漫游和移動(dòng)三類(lèi)終端，WiMAX接入網(wǎng)主要為無(wú)線(xiàn)基站，支持無(wú)線(xiàn)資源管理等功能，WiMAX核心網(wǎng)主要是解決用戶(hù)認證、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(diǎn)到多點(diǎn)(PMP)的組網(wǎng)方式。

　　在這種方式下的典型應用主要有以下三種：

　　(1)面向居住區和SOHO的高速互聯(lián)網(wǎng)接入：在某些區域，目前的數字用戶(hù)線(xiàn)(DSL)或有線(xiàn)連接方式已經(jīng)不能滿(mǎn)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)：對于集團應用，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(diǎn)回程：隨著(zhù)WiFi熱點(diǎn)大范圍地布置，高容量、低成本的回程解決方案成為WiFi熱點(diǎn)數量不斷增長(cháng)的一個(gè)障礙。這一問(wèn)題可以通過(guò)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(diǎn)之間的空白區域。

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　　三、 WiMAX網(wǎng)絡(luò )規劃的關(guān)鍵問(wèn)題

　　基于IEEE 802.16e協(xié)議的WiMAX網(wǎng)絡(luò )支持移動(dòng)性，其規劃流程也類(lèi)似移動(dòng)通信網(wǎng)，可分為以下四個(gè)步驟：

　　(1)定義設計要求：包括對不同區域類(lèi)型(如可分為市區、郊區、農村等)的覆蓋、容量及服務(wù)要求(如數據業(yè)務(wù)的QoS等);

　　(2)傳播模型調校：為了使規劃結果與實(shí)際更加接近，必須對規劃軟件的傳播模型進(jìn)行調校;

　　(3)預規劃：基于規劃軟件，進(jìn)行小區規劃，以滿(mǎn)足輸入的設計要求，包括基站的數量、規劃站址、基站技術(shù)條件要求、設備配置等參數;

　　(4)詳細規劃：根據規劃結果，進(jìn)行基站選擇及站址勘查等，確定方案。

　　在網(wǎng)絡(luò )建設前期，用戶(hù)通常會(huì )比較少，一般優(yōu)先考慮的是網(wǎng)絡(luò )覆蓋問(wèn)題。由于網(wǎng)絡(luò )容量受市場(chǎng)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 )規劃。

　　1.無(wú)線(xiàn)傳播模型的選擇

　　由于各地區的無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境千差萬(wàn)別，因此經(jīng)驗公式并不能真實(shí)地代表當地的電磁波傳播環(huán)境。為了使規劃結果與實(shí)際更加接近，必須對電磁波傳播模式進(jìn)行調校。

　　對于固定無(wú)線(xiàn)接入而言，由于WiMAX系統使用的頻段比較高，目前WiMAX論壇推薦的 無(wú)線(xiàn)傳播模型為修正的SUI模型，該模型是在Erceg模型和COST231-WI模型的基礎上修正而來(lái)。下面主要以Erceg模型為例進(jìn)行詳細說(shuō)明。

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

　　其中a、b、c參數在不同模型中的取值見(jiàn)表1。hb為基站天線(xiàn)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參數在不同模型中的取值

　　模型參數 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模型主要針對市區而言。COST231-WI模型也只使用在2 GHz頻段以?xún)?，同樣也需要對其結果進(jìn)行修正，這里不再說(shuō)明。

　　2.鏈路預算數值選取

　　為得出基站最大覆蓋半徑，必須首先進(jìn)行鏈路預算，即求出對應所需業(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系統的上行鏈路和下行鏈路進(jìn)行預算。

　　多載波WiMAX系統的上行鏈路預算詳細過(guò)程如表2所示。

　　表2　上行鏈路預算

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

　　多載波的WiMAX系統的下行鏈路預算詳細過(guò)程如下表3所示。

　　表3　下行鏈路預算

　　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，由于不支持移動(dòng)性，則不需要考慮相應的衰落余量。

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

　　在進(jìn)行了鏈路預算以后，可以根據無(wú)線(xiàn)傳播模型得到每個(gè)扇區的覆蓋半徑，進(jìn)而求出每個(gè)基站的覆蓋面積，對隨后進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò )規劃具有很好的指導作用。

　　四、結語(yǔ)

　　對于正在蓬勃發(fā)展的中國信息產(chǎn)業(yè)而言，WiMAX技術(shù)的出現與發(fā)展是機遇也是挑戰，如何充分發(fā)揮WiMAX的特點(diǎn)，結合中國無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的現狀，更好地發(fā)揮其自身的優(yōu)勢，為用戶(hù)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(cháng)點(diǎn)，是目前需要迫切研究解決的問(wèn)題。