WiMAX無線接入系統(tǒng)的規(guī)劃方法

摘要　分析WiMAX無線接入系統(tǒng)與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的差異，對WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃、干擾抑制分析、鏈路預(yù)算和容量分析等問題進(jìn)行了闡述，為WiMAX無線接入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、工程設(shè)計和工程建設(shè)提供參考和幫助。

0、引言

寬帶無線接入技術(shù)作為下一代通信網(wǎng)中最具發(fā)展?jié)摿Φ慕尤爰夹g(shù)之一，正受到業(yè)界越來越多的關(guān)注。WiMAX作為新興的寬帶無線接入技術(shù)，具有覆蓋范圍廣、傳輸帶寬大的特點(diǎn)，已經(jīng)成為電信業(yè)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。尤其是WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的下一版本802.16e可以同時支持固定和移動寬帶無線接入，可支持車載高速移動終端。事實上，在中國3G牌照未明的情況下，包括移動、網(wǎng)通在內(nèi)的中國四大電信運(yùn)營商都在對WiMAX進(jìn)行測試。因此，WiMAX無線接入系統(tǒng)的組網(wǎng)問題及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法將成為一個重要的課題。

1、WiMAX網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

WiMAX無線接入系統(tǒng)主要由中心站和客戶端兩部分組成。WiMAX中心站設(shè)備為二層設(shè)備，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.3 Ethernet 10/100 BaseT接口與交換機(jī)相連，其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過IP城域網(wǎng)承載，語音業(yè)務(wù)通過NGN軟交換承載，與Internet、PLMN和PSTN等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)交互�？蛻舳送ㄟ^無線信號與中心站相連，客戶端下連數(shù)據(jù)設(shè)備提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，下連IAD（綜合接入設(shè)備）提供語音業(yè)務(wù)。WiMAX系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

圖1　WiMAX無線接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

WiMAX無線接入系統(tǒng)是一種點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)，以蜂窩模式覆蓋多個扇區(qū)。與傳統(tǒng)的GSM和CDMA蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，WiMAX無線接入系統(tǒng)有其自身獨(dú)特的特點(diǎn)：

WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)與GSM、CDMA不同，每個小區(qū)只有一個載頻，每個小區(qū)使用不同的載頻進(jìn)行頻率復(fù)用；

與CDMA技術(shù)不同，WiMAX技術(shù)在物理層采用TDMA和OFDM技術(shù)相結(jié)合，沒有呼吸效應(yīng)；

WiMAX無線接入系統(tǒng)的客戶端CPE與其他移動終端不同，其定向天線只有13°，具有很強(qiáng)的方向性；

客戶端CPE的高度與移動終端不同，其高度是變化的，且相差很大；

WiMAX技術(shù)與GSM和CDMA網(wǎng)絡(luò)不同，上下行采用多種調(diào)制方式，且不同的調(diào)制方式能夠提供不同的吞吐量，采用何種調(diào)制方式由信號場強(qiáng)和C/I共同決定；

與CDMA可以提供多種業(yè)務(wù)速率不同，對于某個具體的客戶端而言，其吞吐量是固定不變的；

我國在3.5G頻段用于固定無線接入的頻率資源僅為10.5MHz帶寬，WiMAX每個頻點(diǎn)帶寬為3.5MHz，故只有3個頻點(diǎn)，頻率資源相對較少。

由于WiMAX與GSM、CDMA技術(shù)有很多不同之處，因此，WiMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法也有其自身的特點(diǎn)。在大范圍組網(wǎng)進(jìn)行全面覆蓋時，其頻率規(guī)劃和干擾抑制在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中占有極其重要的地位。為了提高小區(qū)吞吐量，需在覆蓋場強(qiáng)不變的前提下，最大程度的降低干擾，合理的分配頻率資源，是WiMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點(diǎn)。

2、頻率規(guī)劃策略

2.1　頻率規(guī)劃原則

設(shè)計初期，確定合理的扇區(qū)極化方向，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)升級擴(kuò)容時，扇區(qū)天線極化方向不變，以前的客戶端不需要變化；

相鄰扇區(qū)最好使用不同頻率，當(dāng)無法避免使用相同頻率時，可以考慮采用極化隔離+方向隔離來達(dá)到隔離度的要求；

載波帶寬和調(diào)制方式對系統(tǒng)性能有著很大的影響，因此，選擇適當(dāng)?shù)妮d波帶寬及調(diào)制技術(shù)十分關(guān)鍵；

根據(jù)干擾源的距離、方位以及天線的方向圖等計算信噪比，從而配置合適的頻點(diǎn)、極化方式和復(fù)用次數(shù)；

隨著用戶接入帶寬需求的增加，可通過采用中心站扇區(qū)分裂方式，提高單中心站的容量，提高投資效益。

綜合各種有利因素，如合理的頻率復(fù)用方案、相鄰扇區(qū)間用戶的合理劃分、單載頻內(nèi)業(yè)務(wù)合理復(fù)用等，以使網(wǎng)絡(luò)在使用頻率資源最省的情況下，達(dá)到最大程度的用戶需求。

2.2　頻率復(fù)用方案

由于WiMAX無線接入系統(tǒng)可用的頻率資源很少，所以頻率規(guī)劃是WiMAX網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中重要的問題。根據(jù)上述降低干擾的方法以及頻率規(guī)劃原則，可以有如下幾種頻率復(fù)用方式：

采用120°定向天線，每個站址使用3個扇區(qū)進(jìn)行覆蓋，這種方式適用于業(yè)務(wù)量較小的郊區(qū)（見圖2）。

圖2　三扇區(qū)定向覆蓋

采用90°定向天線，每個站址使用4個扇區(qū)進(jìn)行覆蓋，這種方式適用于業(yè)務(wù)量較大的一般城區(qū)（參見圖3）。

圖3　扇區(qū)定向覆蓋

采用60°定向天線，每個站址使用6個扇區(qū)進(jìn)行覆蓋，這種方式適用于業(yè)務(wù)量大的密集市區(qū)（參見圖4）。

圖4　六扇區(qū)定向覆蓋