WiMAX组网方案研究

WiMAX|0">WiMAX的全名是微波接入全球互通(worldwideinteroperabilityformicrowave access)，用于推广基于IEEE 802.16和ETSI HiperMAN协议的无线宽带接入设备，目的是确保不同无线宽带接入设备之间的兼容性和互操作性。由于ETSI HiperMAN协议物理层采用OFDM技术，其技术规范完全和IEEE802.16协议中规定的OFDM物理层规范类似，所以目前的研究重点和设备实现都集中于IEEE 802.16协议。

802.16标准只定义了空中接口规范，WiMAX如何组网是未来商用的关键问题之一，需要仔细研究。WiMAX组网牵涉到以下几方面的问题：基于OFDM技术的WiMAX网络规划，如何提高频率复用率是规划的关键；WiMAX无线空中接口网与现有核心网的互联，如何把WiMAX系统的空中接口网络和基于IP技术的核心网络有机结合在一起，支持无缝的移动性管理，保证用户的QoS要求，同时便于计费、认证和鉴权等，是研究的重点。

2、基于OFDM技术的WiMAX小区规划方案

基于OFDM技术带来的高频谱利用率及抗多径干扰能力，IEEE802.16标准规定了在非视距传播的2-11GHz频段下，可以采用OFDM、OFDMA(正交频分多址)及其他先进技术来对抗较差的无线传播环境。

但是，采用OFDM/OFDMA技术设计的点对多点(PMP)无线系统将在网络规划上面临较大的问题。在CDMA网络中，用户通过扩频码来区分，可以达到小区频率复用率近似为100%，从而简化甚至不需要频率规划技术；而在基于OFDM/OFDMA的WiMAX系统中，用户只能通过时间(TDMA)或子信道(0FDMA)来区分，使用相同频率的相邻小区将会对本小区的通信产生严重的干扰。因此基于OFDM/OFDMA技术的网络规划应基于频率分配，如何合理分配和复用有限的频段，而达到减少小区间、信道间的干扰是一个非常值得深入研究的问题。

如何提高WiMAX系统的频谱效率，是研究的热点问题。可以采用高效的无线资源管理技术、先进天线技术(如智能天线和多输入多输出(MIMO))、扇区化技术来提高系统频谱效率，使小区间的频率复用因子尽量为1。

2.1基于小区簇的频率规划

基于小区簇的频率复用技术可以在不牺牲覆盖面积的前提下提高系统容量。将可使用的频点分成几组然后分配给小区簇中的小区使用，保证相邻小区间不使用同一组频点。如图1所示，某小区使用频点组A，它的相邻小区都不能使用频点组A。在图1所示的实例中，一小区簇中有4个小区，对于WiMAX系统来说同频干扰仍较严重，需要采取更加先进的机制来保证小区之间的干扰在可以容忍的限度内。如果使采用同一频点组的小区的间隔距离更远，就需要更多的频率资源，但是目前留给WiMAX系统的频率资源较少，只能通过扇区技术、无线资源管理机制和先进天线技术来减少同频干扰。

图1 频率复用因子为4时的小区规划

通过扇区技术提高系统容量的方法如图2所示。在网络建设初期，基站使用四个90°的扇区天线，每个天线覆盖一个扇区。小区可以通过分裂成更多扇区的方式，使每个扇区的可用子信道数量增加，以此支持更高的数据速率。当扇区数量由四个变为八个的时候，小区的容量近似翻了一倍。然而扇区的数量每增加一倍，小区的覆盖面积会减少33%。这时就需要更多的发射机和接收机来完成相同的覆盖，这样每个BS的覆盖面积减少了，其需要的带宽也随之减少，但设备的成本却会增加。如果在系统中增加更多的载频，就可以进一步使用频率分集来减小同信道之间的干扰。

图2 通过扇区技术提高系统容量

2.2基于无线资源管理的小区规划

无线资源管理主要包含功率控制、无线资源分配、自适应控制、分组调度技术等，其目的在于减少系统间干扰，提高系统容量，增强链路的服务质量等。实际系统的小区是不规则的，在有些地方同频干扰较大，这时可以通过无线资源管理机制来减小同频干扰基站的发射功率，或者结合TDMA机制分配干扰较小的时隙资源给边缘小区用户从而减少同频干扰。由于无线资源管理机制对WiMAX系统来说是一个较大的范畴，不同功能实体之间关系较复杂，下面以其中功能相对独立的自适应控制机制为例阐述WiMAX系统的小区规划。

高阶的调制方式具有更高的频谱效率，因此可以采用高阶调制来提高系统的容量。但随着调制阶数的增加，接收机的复杂度也要随之增加，而且小区间干扰也越来越严重(不同调制方式之间目标SIR(信干比)变化达到16dB)，这也对接收设备提出了更高的要求。另外，随着调制阶数的增加，小区的覆盖面积大幅缩小，从BPSK到QPSK到16-QAM再到64-QAM，调制阶数每增加一步，会使小区半径缩短为原来的一半左右。总之，当系统需要扩容的时候，