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WiMAX无线网络如何组网

木马童年 2019-5-16 22:16 21 0

目前所说的IEEE 802.16标准主要包括IEEE 802.16a、IEEE 802.16d和IEEE 802.16e三个标准。其中IEEE 802.16a和IEEE 802.16d是固定无线接入的空中接口标准。而IEEE 802.16e的目标是在IEEE 802.16d固定无线接入标准的基 ...

目前所说的IEEE 802.16标准主要包括IEEE 802.16a、IEEE 802.16d和IEEE 802.16e三个标准。其中IEEE 802.16a和IEEE 802.16d是固定无线接入的空中接口标准。而IEEE 802.16e的目标是在IEEE 802.16d固定无线接入标准的基础上加入了新的特性,如切换、安全等,使其支持移动特性,该标准于2005年12月正式批准。

一、WiMAX的技术特点

WiMAX采用波束赋形、MIMO、Mesh、OFDMA等后3G的先进技术改善非视距性能,更高的系统增益也提供了更强的远距离穿透阻挡物的能力。和当前其他技术相比,WiMAX具有以下技术特点:

●标准化,成本低:由于使用同一技术标准,不同厂商的设备可在同一系统中工作,增加了运营商选择设备时的自主权,降低了成本;

●数据传输速率更高:WiMAX所能提供的最高接入速率是75 Mbit/s,目前,实际应用时每3.5 MHz载波可传输的净速率为18 Mbit/s,频率利用系数高;

●非视距传输(NLOS):采用OFDM/OFDMA技术,具备非视距传输能力,可方便更多用户接入基站,大大减少基础建设投资;

●传输距离远:最大传输半径为50 km,是无线局域网所不能比拟的;

●部署灵活,配置伸缩性强,可平滑升级:根据业务需求区域灵活部署基站,网络建设初期,可选用最小配置,根据业务增长,逐步增加设备;

●无“最后一公里”瓶颈限制:作为一种无线城域网技术,可以将WiFi热点连接到互联网,也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展,实现“最后一公里”的宽带接入;

●提供广泛的多媒体通信服务:能够实现电信级的多媒体通信服务,支持语音、视频和Internet。

二、WiMAX的组网方式

中国幅员辽阔,无线传播环境和业务需求多种多样,针对WiMAX具有数据速率高和覆盖范围广的特点,有机地将WiMAX技术融合到现有和即将建设的WiFi、3G、有线接入网中,根据优势互补的原则,全面考虑。具体来说:

(1)WiFi网络可以与WiMAX网络同步建设,减少有线线路的投入;由于WiFi和WiMAX技术分别解决“最后100米”和“最后一公里”问题,因而具有不同的定位和用途。在没有WiFi网络的地区,用户可以直接接入WiMAX网络开展数据业务。但是另一方面,WiFi也可以通过室外天线,利用WiMAX技术直接与骨干网相联,不通过有线网络与骨干网相连,从而可以大大减少敷设有线网络的成本。因此,针对WiMAX和WiFi技术的不同定位和优势,两者可以互为补充,共同发展。

(2)对电话双绞线和同轴电缆难以覆盖的地区,利用WiMAX技术建设无线网络,针对不同运营商的网络基础,在骨干网薄弱的地区,可以利用WiMAX快速开展宽带接入业务或成为有线宽带接入的补充;

(3)当WiMAX技术中的IEEE 802.16e标准成熟之后,WiMAX技术可以保证用户在低速移动中进行高速数据接入,从而与3G网络相融合,并成为其有力的补充;

(4)对临时通信需要以及较大范围的无线接入场合,如展会等,WiMAX可以作为一种有力的保障方式。

以应用到固定应用场景的IEEE 802.16d为例,基于WiMAX的无线城域网接口标准与传统的基站式小区网络非常类似。参考通用的无线通信体系结构,WiMAX的网络参考架构可以分成终端、接入网和核心网三个部分。WiMAX终端包括固定、漫游和移动三类终端,WiMAX接入网主要为无线基站,支持无线资源管理等功能,WiMAX核心网主要是解决用户认证、漫游等功能及WiMAX网络与其他网络之间的接口关系。这是典型的点到多点(PMP)的组网方式。

在这种方式下的典型应用主要有以下三种:

(1)面向居住区和SOHO的高速互联网接入:在某些区域,目前的数字用户线(DSL)或有线连接方式已经不能满足顾客对于性能、灵活性和成本的期望,而WiMAX是最佳的替代技术;

(2)中小型企业:对于集团应用,WiMAX可以降低成本,提供灵活的接入方式,是最佳的方案;

(3)WiFi热点回程:随着WiFi热点大范围地布置,高容量、低成本的回程解决方案成为WiFi热点数量不断增长的一个障碍。这一问题可以通过WiMAX有效地加以解决。由于具备游牧容量,WiMAX可以有效地填充WiFi热点之间的空白区域。

三、 WiMAX网络规划的关键问题

基于IEEE 802.16e协议的WiMAX网络支持移动性,其规划流程也类似移动通信网,可分为以下四个步骤:

(1)定义设计要求:包括对不同区域类型(如可分为市区、郊区、农村等)的覆盖、容量及服务要求(如数据业务的QoS等);

(2)传播模型调校:为了使规划结果与实际更加接近,必须对规划软件的传播模型进行调校;

(3)预规划:基于规划软件,进行小区规划,以满足输入的设计要求,包括基站的数量、规划站址、基站技术条件要求、设备配置等参数;

(4)详细规划:根据规划结果,进行基站选择及站址勘查等,确定方案。

在网络建设前期,用户通常会比较少,一般优先考虑的是网络覆盖问题。由于网络容量受市场和业务发展的影响比较大,所以文章将主要从前期覆盖的角度去考虑网络规划。

1.无线传播模型的选择

由于各地区的无线传播环境千差万别,因此经验公式并不能真实地代表当地的电磁波传播环境。为了使规划结果与实际更加接近,必须对电磁波传播模式进行调校。

对于固定无线接入而言,由于WiMAX系统使用的频段比较高,目前WiMAX论坛推荐的 无线传播模型为修正的SUI模型,该模型是在Erceg模型和COST231-WI模型的基础上修正而来。下面主要以Erceg模型为例进行详细说明。

Erceg模型主要针对郊区而言,并按传播环境的特性,将模型分成A、B、C三类,其中A模型适用于山区或市区环境(路径损耗大),C模型适用于平地或农村环境(路径损耗小),B模型的路径损耗介于A、C两者之间(郊区)。在1.9 GHz频段,其典型参数如下所示:

WiMAX无线网络如何组网

其中a、b、c参数在不同模型中的取值见表1。hb为基站天线的高度,取值10~80 m;d0=100;s表示衰落因子,一般取值在8.2~10.6 dB之间。

表1 a、b、c参数在不同模型中的取值

模型参数 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

WiMAX无线网络如何组网

对WiMAX系统而言,由于基频段更高,需要对上面的公式进行修正,如下所示:

WiMAX无线网络如何组网

注:为方便计算和表述,表中备注栏用字母代替部分参数,并附有部分计算公式。

多载波的WiMAX系统的下行链路预算详细过程如下表3所示。

表3 下行链路预算

WiMAX无线网络如何组网

以上计算基于IEEE 802.16e协议。如果是基于IEEE802.16d协议的WiMAX系统,由于不支持移动性,则不需要考虑相应的衰落余量。

同样,如果采用了智能天线,其波瓣赋形技术也会相应地增大最大允许路径损耗,会带来更大的单站覆盖范围。

在进行了链路预算以后,可以根据无线传播模型得到每个扇区的覆盖半径,进而求出每个基站的覆盖面积,对随后进行的网络规划具有很好的指导作用。

四、结语

对于正在蓬勃发展的中国信息产业而言,WiMAX技术的出现与发展是机遇也是挑战,如何充分发挥WiMAX的特点,结合中国无线网络的现状,更好地发挥其自身的优势,为用户提供更加便捷和优质的服务,创造新的业务增长点,是目前需要迫切研究解决的问题。

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