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摘要 本文研究了基于OFDM技術(shù)的WiMAX小區(qū)規(guī)劃方案，給出了各種提高頻譜效率的方案；然后對(duì)WiMAX與現(xiàn)網(wǎng)的融合進(jìn)行了分析，給出了緊耦合和松耦合兩種方法，并就基于IPv6的WiMAX核心網(wǎng)機(jī)制進(jìn)行了闡述；最后對(duì)基站的無線互聯(lián)方案進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞 WiMAX IEEE 802.16 小區(qū)規(guī)劃 網(wǎng)絡(luò)融合
1、概述
WiMAX的全名是微波接入全球互通(worldwide interoperability for microwave access)，用于推廣基于IEEE 802.16和ETSI HiperMAN協(xié)議的無線寬帶接入設(shè)備，目的是確保不同無線寬帶接入設(shè)備之間的兼容性和互操作性。由于ETSI HiperMAN協(xié)議物理層采用OFDM技術(shù)，其技術(shù)規(guī)范完全和IEEE802.16協(xié)議中規(guī)定的OFDM物理層規(guī)范類似，所以目前的研究重點(diǎn)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)都集中于IEEE 802.16協(xié)議。
802.16標(biāo)準(zhǔn)只定義了空中接口規(guī)范，WiMAX如何組網(wǎng)是未來商用的關(guān)鍵問題之一，需要仔細(xì)研究。WiMAX組網(wǎng)牽涉到以下幾方面的問題：基于OFDM技術(shù)的WiMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，如何提高頻率復(fù)用率是規(guī)劃的關(guān)鍵；WiMAX無線空中接口網(wǎng)與現(xiàn)有核心網(wǎng)的互聯(lián)，如何把WiMAX系統(tǒng)的空中接口網(wǎng)絡(luò)和基于IP技術(shù)的核心網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合在一起，支持無縫的移動(dòng)性管理，保證用戶的QoS要求，同時(shí)便于計(jì)費(fèi)、認(rèn)證和鑒權(quán)等，是研究的重點(diǎn)。
2、基于OFDM技術(shù)的WiMAX小區(qū)規(guī)劃方案
基于OFDM技術(shù)帶來的高頻譜利用率及抗多徑干擾能力，IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在非視距傳播的2-11GHz頻段下，可以采用OFDM、OFDMA(正交頻分多址)及其他先進(jìn)技術(shù)來對(duì)抗較差的無線傳播環(huán)境。
但是，采用OFDM/OFDMA技術(shù)設(shè)計(jì)的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(PMP)無線系統(tǒng)將在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上面臨較大的問題。在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，用戶通過擴(kuò)頻碼來區(qū)分，可以達(dá)到小區(qū)頻率復(fù)用率近似為100%，從而簡化甚至不需要頻率規(guī)劃技術(shù)；而在基于OFDM/OFDMA的WiMAX系統(tǒng)中，用戶只能通過時(shí)間(TDMA)或子信道(0FDMA)來區(qū)分，使用相同頻率的相鄰小區(qū)將會(huì)對(duì)本小區(qū)的通信產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。因此基于OFDM/OFDMA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)基于頻率分配，如何合理分配和復(fù)用有限的頻段，而達(dá)到減少小區(qū)間、信道間的干擾是一個(gè)非常值得深入研究的問題。
如何提高WiMAX系統(tǒng)的頻譜效率，是研究的熱點(diǎn)問題�？梢圆捎酶咝У臒o線資源管理技術(shù)、先進(jìn)天線技術(shù)(如智能天線和多輸入多輸出(MIMO))、扇區(qū)化技術(shù)來提高系統(tǒng)頻譜效率，使小區(qū)間的頻率復(fù)用因子盡量為1。
2.1 基于小區(qū)簇的頻率規(guī)劃
基于小區(qū)簇的頻率復(fù)用技術(shù)可以在不犧牲覆蓋面積的前提下提高系統(tǒng)容量。將可使用的頻點(diǎn)分成幾組然后分配給小區(qū)簇中的小區(qū)使用，保證相鄰小區(qū)間不使用同一組頻點(diǎn)。如圖1所示，某小區(qū)使用頻點(diǎn)組A，它的相鄰小區(qū)都不能使用頻點(diǎn)組A。在圖1所示的實(shí)例中，一小區(qū)簇中有4個(gè)小區(qū)，對(duì)于WiMAX系統(tǒng)來說同頻干擾仍較嚴(yán)重，需要采取更加先進(jìn)的機(jī)制來保證小區(qū)之間的干擾在可以容忍的限度內(nèi)。如果使采用同一頻點(diǎn)組的小區(qū)的間隔距離更遠(yuǎn)，就需要更多的頻率資源，但是目前留給WiMAX系統(tǒng)的頻率資源較少，只能通過扇區(qū)技術(shù)、無線資源管理機(jī)制和先進(jìn)天線技術(shù)來減少同頻干擾。
通過扇區(qū)技術(shù)提高系統(tǒng)容量的方法如圖2所示。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，基站使用四個(gè)90°的扇區(qū)天線，每個(gè)天線覆蓋一個(gè)扇區(qū)。小區(qū)可以通過分裂成更多扇區(qū)的方式，使每個(gè)扇區(qū)的可用子信道數(shù)量增加，以此支持更高的數(shù)據(jù)速率。當(dāng)扇區(qū)數(shù)量由四個(gè)變?yōu)榘藗�(gè)的時(shí)候，小區(qū)的容量近似翻了一倍。然而扇區(qū)的數(shù)量每增加一倍，小區(qū)的覆蓋面積會(huì)減少33%。這時(shí)就需要更多的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)來完成相同的覆蓋，這樣每個(gè)BS的覆蓋面積減少了，其需要的帶寬也隨之減少，但設(shè)備的成本卻會(huì)增加。如果在系統(tǒng)中增加更多的載頻，就可以進(jìn)一步使用頻率分集來減小同信道之間的干擾。
2.2 基于無線資源管理的小區(qū)規(guī)劃
無線資源管理主要包含功率控制、無線資源分配、自適應(yīng)控制、分組調(diào)度技術(shù)等，其目的在于減少系統(tǒng)間干擾，提高系統(tǒng)容量，增強(qiáng)鏈路的服務(wù)質(zhì)量等。實(shí)際系統(tǒng)的小區(qū)是不規(guī)則的，在有些地方同頻干擾較大，這時(shí)可以通過無線資源管理機(jī)制來減小同頻干擾基站的發(fā)射功率，或者結(jié)合TDMA機(jī)制分配干擾較小的時(shí)隙資源給邊緣小區(qū)用戶從而減少同頻干擾。由于無線資源管理機(jī)制對(duì)WiMAX系統(tǒng)來說是一個(gè)較大的范疇，不同功能實(shí)體之間關(guān)系較復(fù)雜，下面以其中功能相對(duì)獨(dú)立的自適應(yīng)控制機(jī)制為例闡述WiMAX系統(tǒng)的小區(qū)規(guī)劃。
高階的調(diào)制方式具有更高的頻譜效率，因此可以采用高階調(diào)制來提高系統(tǒng)的容量。但隨著調(diào)制階數(shù)的增加，接收機(jī)的復(fù)雜度也要隨之增加，而且小區(qū)間干擾也越來越嚴(yán)重(不同調(diào)制方式之間目標(biāo)SIR(信干比)變化達(dá)到16dB)，這也對(duì)接收設(shè)備提出了更高的要求。另外，隨著調(diào)制階數(shù)的增加，小區(qū)的覆蓋面積大幅縮小，從BPSK到QPSK到16-QAM再到64-QAM，調(diào)制階數(shù)每增加一步，會(huì)使小區(qū)半徑縮短為原來的一半左右。總之，當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)容的時(shí)候，高階的QAM調(diào)制是需要的，但這會(huì)帶來覆蓋面積減小和系統(tǒng)干擾增加等問題，這些問題可以通過將小區(qū)規(guī)劃和調(diào)制體制規(guī)劃相結(jié)合的方法來解決。如圖3所示，在原有扇區(qū)劃分和單一調(diào)制BPSK方式的基礎(chǔ)上，根據(jù)所處地域不同，采用不同的調(diào)制方式，越靠近基站，則使用的調(diào)制方式越高。離基站最近的區(qū)域采用最高階64-QAM調(diào)制方式，然后是16-QAM，再是QPSK，最外圈的區(qū)域使用BPSK。
2.3 基于極化天線的小區(qū)規(guī)劃
使用極化天線的方法可以進(jìn)一步優(yōu)化頻率復(fù)用機(jī)制，水平極化和垂直極化交替模式可以使相鄰小區(qū)得到較好的干擾隔離，從而可以將系統(tǒng)容量提高近一倍。交替極化在系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖4所示，如果只采用一個(gè)載頻，考慮到實(shí)際地形的不規(guī)則，很容易存在較嚴(yán)重的同頻干擾，而使用兩個(gè)載頻的交替極化模式，可以得到四組可用信道，從而大幅度減小干擾。聯(lián)合采用兩載頻和極化天線技術(shù)，在不需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較大改動(dòng)的情況下，就可使系統(tǒng)獲得更多的可用信道。
根據(jù)以上各種提高系統(tǒng)頻譜效率技術(shù)的描述可知，為了減小干擾，盡量保證小區(qū)的頻率復(fù)用因子為1，其網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃方案應(yīng)該服從如下原則：
●除非距離達(dá)到5-7個(gè)倍程，或者兩者之間有較好的阻擋物，否則相鄰站點(diǎn)不允許出現(xiàn)相同方向的同頻復(fù)用。如果要復(fù)用，可以采用不同的極化方向以獲得20dB的額外隔離度。
●同一站點(diǎn)，同一扇區(qū)，盡可能不使用鄰頻進(jìn)行組網(wǎng)，盡可能地使其錯(cuò)開一個(gè)角度，以保證服務(wù)扇區(qū)內(nèi)的注冊頻點(diǎn)為最佳。
●同一站點(diǎn)，同一扇區(qū)，不可以使用同頻。
●同一站點(diǎn)，相鄰扇區(qū)，不可以使用同頻。在采用高性能天線的情況下，如果終端的位置不在相鄰兩個(gè)扇區(qū)交疊邊緣，可以使用同頻交叉極化的方式。
●同一站點(diǎn)，相背扇區(qū)，在基站天線前后隔離度滿足30dB的要求時(shí)，可以使用相同極化的同頻。
針對(duì)免許可證頻段，802.16協(xié)議還規(guī)定了動(dòng)態(tài)頻率選擇方案，同時(shí)，WiMAX系統(tǒng)可以支持多輸入多輸出、智能天線、OFDMA等技術(shù)，可降低頻率干擾、增加網(wǎng)絡(luò)容量。
3、WiMAX系統(tǒng)的核心網(wǎng)策略
WiMAX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括WiMAX終端、WiMAX無線接入網(wǎng)和WiMAX核心網(wǎng)3部分，如圖5所示。根據(jù)所采用的標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用場景不同，WiMAX終端包括固定(802.16-2004)、便攜和移動(dòng)(802.16e)三種類型。而WiMAX接入網(wǎng)主要指基站，需要支持無線資源管理等功能，有時(shí)為方便和其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，還需要包含認(rèn)證和業(yè)務(wù)授權(quán)(ASA)服務(wù)器。而核心網(wǎng)主要用于解決用戶認(rèn)證、漫游等功能及作為與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口。
3.1 WiMAX和其他現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通
由于802.16系列協(xié)議只定義了無線空中接口標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于WiMAX的核心網(wǎng)沒有涉及。作為一種新興網(wǎng)絡(luò)，802.16首先是對(duì)現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充，用于滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨�，所以和現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，充分利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)是WiMAX發(fā)展的重要一步，這樣可以減少WiMAX系統(tǒng)核心網(wǎng)的投資，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的無縫切換；同時(shí)可以充分挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的用戶信息，共用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)和加密機(jī)制；并且充分依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺(tái)的資源，開展新業(yè)務(wù)等。
如果混合組網(wǎng)，WiMAX可以通過兩種方式和現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：緊耦合和松耦合。松耦合對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改造較小，WiMAX直接利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的AAA(認(rèn)證，授權(quán)和計(jì)費(fèi))服務(wù)器，避免WiMAX數(shù)據(jù)流經(jīng)過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)。這種方式保證了WiMAX和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，并且可以使用移動(dòng)IP支持網(wǎng)間的移動(dòng)性，但這會(huì)導(dǎo)致較高的延時(shí)。在WiMAX中建議采用跨層路由協(xié)議(在IEEE 802.21協(xié)議中稱為2.5層路由協(xié)議，位于傳統(tǒng)路由層和MAC層之間)來減少WiMAX不同基站切換時(shí)的延時(shí)，但是無法減少網(wǎng)間的切換延時(shí)，所以這種模式對(duì)實(shí)時(shí)性要求非常高的業(yè)務(wù)來說是一大挑戰(zhàn)。松耦合模式下兩種網(wǎng)絡(luò)共享AAA服務(wù)器，使得不同網(wǎng)絡(luò)在混合的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用一致的用戶鑒權(quán)機(jī)制，從而可以使運(yùn)營商更好地建立獨(dú)有的業(yè)務(wù)模式，充分利用原有計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和客戶關(guān)系。圖6所示為WiMAX和WCDMA在松耦合模式下的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
緊耦合模式下WiMAX的數(shù)據(jù)流需要經(jīng)過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和核心網(wǎng)，所以這需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)性管理的強(qiáng)有力支持，減少了切換延時(shí)，和松耦合模式相比，其切換時(shí)延有大幅度改進(jìn)，保證了網(wǎng)絡(luò)的無縫切換。圖7所示為WiMAX與WCDMA緊耦合時(shí)的網(wǎng)絡(luò)組成，WiMAX的基站直接和WCDMA的RNC或者SGSN相連。
3.2 基于IPv6的WiMAX核心網(wǎng)
基于802.16的無線城域網(wǎng)(WMAN)應(yīng)用將基于IP分組數(shù)據(jù)，而目前采用的IP仍然是IPv4。隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，未來的發(fā)展趨勢是IPv6將代替IPv4以滿足更高的要求�；贗Pv6的無線城域網(wǎng)技術(shù)不但使用戶能夠無線上網(wǎng)，而且能夠在移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，它還能保證數(shù)據(jù)的不間斷性，同時(shí)支持眾多的下一代網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。在不久的將來，基于IPv6的無線城域網(wǎng)將形成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的新業(yè)務(wù)增長點(diǎn)，將給運(yùn)營商帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益和大大提高其市場競爭力。因此，需要研究結(jié)合IPv6核心網(wǎng)和WiMAX接入網(wǎng)的組網(wǎng)方案。
基于IPv6的無線城域網(wǎng)分為兩部分：接入網(wǎng)與核心網(wǎng)。其中接入網(wǎng)部分采用WiMAX技術(shù)，核心網(wǎng)部分則采用IPv6協(xié)議互連，內(nèi)部路由器均支持MPLS，邊緣路由器完成三層操作，核心路由器完成二層交換。用戶接入核心網(wǎng)的過程為：用戶數(shù)據(jù)經(jīng)采用WiMAX技術(shù)的接入網(wǎng)的空中接口到達(dá)基站后，通過“WiMAX-IPv6核心”接口抵達(dá)WMAN核心網(wǎng)的邊緣路由器，由該邊緣路由器對(duì)其進(jìn)行三層操作后，進(jìn)入支持MPLS的IPv6網(wǎng)絡(luò)傳輸，經(jīng)標(biāo)簽交換后，抵達(dá)WMAN與核心網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)，然后進(jìn)入核心網(wǎng)。
無線城域網(wǎng)中的BS需要提供對(duì)IPv6路由協(xié)議(包括MPLS)、自動(dòng)配置、組播、QoS算法實(shí)現(xiàn)、移動(dòng)性管理等的完整支持，這是研究的重點(diǎn)。這里的BS兼容了路由功能，所以必須支持核心網(wǎng)上使用的主要路由協(xié)議。同時(shí)由于MPLS能改善路由網(wǎng)絡(luò)的效率和控制，對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用以及與CNGI(China next generation Internet)互連互通具有深刻意義，BS也必須支持此功能。對(duì)于RIPv6、OSPFv6、IDRPv2、MPLS協(xié)議，IETF都制定了相關(guān)的RFC規(guī)范，在BS中的實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)符合規(guī)范規(guī)定。其中OSPFv6是可以用于IPv6的OSPF版本，它也是IPv6推薦的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議(IGP)，作為所有路由器的標(biāo)準(zhǔn)，適用于大型網(wǎng)絡(luò)，所以需要優(yōu)先考慮其如何應(yīng)用于WiMAX的核心網(wǎng)中。
4、基站無線互聯(lián)方案
在IEEE 802.16d/e定義的BWA(寬帶無線接入)系統(tǒng)中，并未定義基站接入互聯(lián)網(wǎng)的方式。按傳統(tǒng)方式，基站通過有線方式如光纖連接到集線器、路由器或網(wǎng)橋設(shè)備。但有線的有效傳輸距離一般是10km左右，雖然遠(yuǎn)大于WLAN的覆蓋范圍，但對(duì)于幾十千米以外的區(qū)域是鞭長莫及。在有寬帶接入需求的區(qū)域一般會(huì)選取一個(gè)最合適的位置來安裝基站，但這個(gè)位置不一定有現(xiàn)成的有線接入點(diǎn)，很多情況下距離有線接入點(diǎn)還有較長距離。光纖無疑是目前寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)最理想的載體，全光網(wǎng)絡(luò)也是未來的發(fā)展趨勢，但是相對(duì)寬帶無線接入而言，光纖接入的成本相當(dāng)高，建設(shè)周期也較長，如果最終客戶的裝機(jī)率不是很高，投資回報(bào)也就很難保證。盡管有一些運(yùn)營商在嘗試光纖接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，但是對(duì)于今天追求資本回報(bào)率，希望快速占領(lǐng)市場、快速贏利的運(yùn)營商，很難說它就是最好的策略。而且，一旦網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完畢，一般很難重新調(diào)整。同時(shí)對(duì)于離互聯(lián)網(wǎng)接入點(diǎn)較遠(yuǎn)的地區(qū)，如邊遠(yuǎn)山區(qū)建立基站勢必將投入較大的有線傳輸線路費(fèi)用，以致基于成本的考慮對(duì)這些地區(qū)不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。
另一方面，當(dāng)無線城域網(wǎng)由固定接入發(fā)展到支持移動(dòng)性后，為了保證用戶的無縫切換，基站間需要快速有效的通信。如果采用上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，BS與BS間的信息交互一定要經(jīng)過邊緣路由器、區(qū)域節(jié)點(diǎn)，然后再通過邊緣路由器經(jīng)過有線線路返回到BS。這個(gè)過程將受到多段通信信道狀況的影響，尤其當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，將增加信息傳遞的延時(shí)，造成切換的不成功或通信中斷。
相對(duì)來說，無線傳輸手段具有快速靈活的優(yōu)勢，應(yīng)用在基站互聯(lián)上，具有投資少、見效快、組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，同時(shí)將擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋范圍，解決更大范圍的寬帶無線接入問題，可以幫助運(yùn)營商在激烈的寬帶業(yè)務(wù)競爭中快速、有效地占領(lǐng)市場。對(duì)于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源缺乏的運(yùn)營商，無線傳輸手段甚至將成為其WiMAX基站互聯(lián)的主要手段。
無線基站互聯(lián)的結(jié)構(gòu)可簡單描述如下：中心基站惟一可以接入互聯(lián)網(wǎng)，其他無線基站(非中心基站或遠(yuǎn)端基站)不能直接接入互聯(lián)網(wǎng)，而是通過無線方式連接到中心基站。各非中心基站的上行數(shù)據(jù)將在中心基站處匯聚并發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)；互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)向中心基站及相連的遠(yuǎn)端基站的下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)合并發(fā)送到中心基站，由中心基站向各非中心基站轉(zhuǎn)發(fā)，完成數(shù)據(jù)中繼功能。非中心基站與中心基站的連接方式可以是多跳也可以是直接相聯(lián)，視其服務(wù)區(qū)域與中心基站的遠(yuǎn)近而定。中心基站可以與非中心基站一樣提供服務(wù)區(qū)用戶(SS)直接接入，每個(gè)基站與用戶間的空中接口規(guī)范遵循IEEE 802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)。
同時(shí)，在支持802.16e中定義的移動(dòng)性問題上，采用基站間無線互聯(lián)方案的優(yōu)勢也是非常明顯的。在用戶預(yù)備或發(fā)生切換時(shí)，中心基站可以協(xié)助確定用戶要切換到的目標(biāo)基站，并保證用戶切換前后業(yè)務(wù)狀態(tài)的連續(xù)。下面介紹我們提出的兩種組網(wǎng)方案供參考。
4.1 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
遠(yuǎn)端基站直接與中心基站無線連接，即經(jīng)過一跳到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)；基站間通信采用5.8GHz頻段，基站與用戶間通信采用3.5GHz頻段；每個(gè)基站服務(wù)區(qū)范圍是5-7km，遠(yuǎn)端基站與中心基站間的距離可以為30-50km。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D8所示，中心基站直接與互聯(lián)網(wǎng)相連并負(fù)責(zé)本小區(qū)的用戶站接入；遠(yuǎn)端基站與中心基站無線連接并不直接與互聯(lián)網(wǎng)相連。
這種方案的思想為中心基站將遠(yuǎn)端基站當(dāng)作第一級(jí)用戶站，將遠(yuǎn)端基站的用戶站及本服務(wù)區(qū)域的用戶站當(dāng)作第二級(jí)用戶站。5.8GHz頻段覆蓋范圍與3.5GHz頻段覆蓋范圍部分重疊，但互不干擾，如同兩個(gè)單獨(dú)的寬帶無線接入系統(tǒng)。但要求基站間的傳輸距離比用戶站與基站間的傳輸距離大得多。假定每個(gè)非中心小區(qū)使用相同的頻段，如果設(shè)置為相鄰小區(qū)，則必定相互干擾難以利用全部帶寬資源，所以我們假設(shè)遠(yuǎn)端基站間的距離較遠(yuǎn)，足以消除同頻干擾對(duì)每個(gè)小區(qū)可用帶寬的影響，使遠(yuǎn)端基站到用戶站的傳輸成為資源受限而非干擾受限系統(tǒng)。
這種方案的另外一種應(yīng)用是在基站之間采用LMDS(本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù))技術(shù)，在基站和用戶終端之間采用IEEE 802.16協(xié)議規(guī)范。這要求基站提供兩套設(shè)備，一套供基站之間無線通信需要，另外一套供基站和用戶站之間通信使用。
4.2 多跳中繼網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖9所示為多跳中繼方案下的基站互聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中基站A作為中心基站通過有線鏈路與IP網(wǎng)相連，而遠(yuǎn)端基站C、D則需通過基站B的中繼，然后再通過基站A來接入互聯(lián)網(wǎng)。所有的基站都首先提供覆蓋小區(qū)的用戶接入，此外，基站B作為中繼基站提供對(duì)遠(yuǎn)端基站C和D業(yè)務(wù)的匯聚，基站A則負(fù)責(zé)基站B-F的上下行數(shù)據(jù)調(diào)度。
這里，對(duì)于遠(yuǎn)端基站C或D接入互聯(lián)網(wǎng)的路徑為：遠(yuǎn)端基站C或D具有動(dòng)態(tài)選路能力，根據(jù)傳播條件、基站負(fù)載等選擇最佳中繼基站和路徑接入互聯(lián)網(wǎng)。比如，基站C想通過基站B來轉(zhuǎn)發(fā)，但獲知基站B中繼負(fù)載較重或基站C和基站B間信道條件較差的反饋后，可以選擇更優(yōu)基站G來進(jìn)行中繼，最后仍通過基站A接入互聯(lián)網(wǎng)。
一旦遠(yuǎn)端基站C或D需要通過中繼基站B實(shí)現(xiàn)與中心基站A的通信，那么面臨的問題是基站B如何能同時(shí)與基站A和基站C、D通信。一種方式為：在中繼基站B內(nèi)設(shè)置兩套收發(fā)設(shè)備，分別與中心基站A和下游的遠(yuǎn)端基站C及D進(jìn)行通信。A-B或B-C基站間基于TDD雙工模式，上下行都采用TDMA接入方式。
另外一種方式為：所有的基站仍都只采用一套收發(fā)設(shè)備，但采用Mesh組網(wǎng)機(jī)制，即中心基站A對(duì)所有遠(yuǎn)端基站進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，使得最終接入基站A的任意兩基站間的通信在基站A的調(diào)度下不會(huì)干擾其他基站間通信。不同基站間通信采用IEEE802.16-2004定義的Mesh幀結(jié)構(gòu)和通信信令，而基站與終端通信采用IEEE 802.16-2004協(xié)議定義的PMP幀結(jié)構(gòu)，Mesh幀結(jié)構(gòu)和PMP幀結(jié)構(gòu)之間采用時(shí)分復(fù)用機(jī)制。
這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過類似基站B、E的中繼，使基站C、D能夠覆蓋到離中心IP網(wǎng)接入點(diǎn)較遠(yuǎn)的地區(qū)，從而達(dá)到擴(kuò)展基站覆蓋的目的。但是其缺陷也是非常明顯的：
●基站A、B、E不僅要處理本小區(qū)的接入，還需要考慮其他基站的上行和下行鏈路數(shù)據(jù)中繼，因此要承擔(dān)較重的負(fù)載，尤其是直接與IP網(wǎng)絡(luò)通信的基站A，對(duì)其處理能力及無線資源管理要求很高。
●基站A的集中協(xié)調(diào)同步過程將大大增加基站間數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，并且傳輸效率也將明顯降低，這對(duì)于需要保證延時(shí)的通信是非常敏感的，QoS得不到保證。
●隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，基站間的路由配置也會(huì)增大。盡管基站的位置固定，路由選擇也近似固定，但是一旦無線信道的條件突然變化時(shí)，遠(yuǎn)端基站就需要重新從多條可選路由中選擇最佳路由，增大了系統(tǒng)處理的開銷。
●中心基站覆蓋的遠(yuǎn)端基站數(shù)目過多時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資源分配也將變得異常復(fù)雜。此外，如何在全網(wǎng)范圍內(nèi)分配頻段，使不同層次的基站能同時(shí)通信，也是需要深入研究的問題。
多跳方式雖然能使擴(kuò)展覆蓋范圍變得相對(duì)簡便，但是擴(kuò)大覆蓋范圍不可避免地會(huì)引起安全問題，并且全網(wǎng)的配置、監(jiān)控、計(jì)費(fèi)等管理也會(huì)進(jìn)一步復(fù)雜化。
5、結(jié)束語
從目前的無線通信系統(tǒng)發(fā)展來看，WiMAX在最近幾年可以被移動(dòng)或者固定運(yùn)營商作為分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)，在第一階段不支持用戶終端的移動(dòng)性。未來的IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)對(duì)移動(dòng)性將有較好的支持，可以單獨(dú)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋，所以從技術(shù)的演進(jìn)、支持用戶移動(dòng)性和全網(wǎng)覆蓋角度來看，WiMAX組網(wǎng)是一個(gè)逐漸演化的過程，從補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)到局部的單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)再到最后的全覆蓋網(wǎng)絡(luò)。
在組網(wǎng)過程中，始終要關(guān)心WiMAX的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化，為了減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化的工作量，同時(shí)滿足靈活組網(wǎng)的需要，建議基站之間采用無線互聯(lián)方案。另外，要充分考慮WiMAX服務(wù)小區(qū)的頻率復(fù)用因子以及和核心網(wǎng)的通信，以保證端到端的QoS以及移動(dòng)終端的無縫切換。
