WiMAX空中接口支持话音业务能力分析

/2重复6次，可以在单发射天线时标准小区90%以上的覆盖范围，而CTC1/2重复2次，则只有越48%的覆盖范围，如表2所示：

表2　MAP消息覆盖范围

从目前的一些仿真结果来看，上述结论是非常苛刻的。一般认为，在1×3×3组网情况下，CTC1/2重复4次编码的情况下，MAP消息应该覆盖小区的95%以上的区域，达到覆盖要求。

值得注意的是，规范只要求FCH进行重复4次编码，如果将所有的广播消息（如DL-MAP和UL-MAP）也进行重复4次编码，这时系统中MAC层的开销（MAP消息开销）就会变得非常大，会占据决大部分的空中资源。如果不采用4倍重复编码，则不能在小区范围内正确解调MAP消息，则不能提供连续的话音覆盖。因此MAP消息的开销是讨论WiMAX支持话音业务能力的核心问题。在文献[5][6]中，假定WiMAX系统有固定的开销，这和实际情况可能不一致。

由于用户随机分布在小区中，当用户距离基站比较近时，信道条件比较好，这时可以采用高级的调制方式。当用户距离基站比较远时，信道条件比较差，则必须采用低阶的调制方式。为了降低MAP消息的开销，WiMAX在802.16-2005标准中引入了一种变通的做法，它提供了一种SUB-DL-UL-MAP的消息，这种消息可以采用不同的调制编码技术，提供不同的用户提供MAP消息，用户只需要能正确解调自己的MAP消息即可，不需要考虑其它用户的MAP消息。

由于FCH也仅仅是4倍重复编码，因此没必要引入6倍重复编码。从表5的数据可以推断，为了保证VoIP的覆盖效果，约50%用户的MAP消息需要4倍重复编码，约30%用户的MAP消息需要2倍重复编码，约20%用户的MAP消息不需要重复编码。

6、VoIP支持情况分析

下面将根据上面讨论的过程，从理论极限的角度分析WiMAX支持VoIP业务容量的能力。

对WiMAX做以下假设：

假设移动WiMAX采用1×3×3组网方式，在下行和上行都采用PUSC排列。物理层帧长度为5ms，10MHz带宽，1024子载波，PUSC排列方式，（27:21）的下行：上行比例。假设WiMAX系统有下面的特征：打开闭环功控，打开HARQ和自适应编码调制。不考虑HARQ、自适应编码调整、ARQ，同步开销等。不考虑DCD、UCD等广播消息的开销。

考虑一个GSM6.10编码的VoIP数据包=33 bytes，经过PHS和ROHC后，有35个bytes，增加MAC PDU头6 bytes，则成为35+6=41 bytes。不考虑加密的开销，不考虑MAC PDU的级联、分段和打包，增加CRC的4 bytes冗余，则VoIP数据包长为45 bytes。

由于计算理论最大VoIP容量，因此假设用户VoIP数据包采用尽量高阶的调制方式。假设上行用16QAM3/4 CTC，下行用64QAM5/6CTC的编码方式。则上行要3个slot，下行需要2个slot来承载VoIP数据包。值得注意的是，由于WiMAX并没有指定话音业务的编码方式，因此也没有针对某种VoIP业务的编码进行优化，所有在封装VoIP数据包时造成了一些承载的浪费。

因为MAP消息都是在下行传输，因此对于话音业务而言，WiMAX是下行受限。

表3给出了WiMAX单扇区同时支持VoIP用户数。

表3　WiMAX单扇区同时支持VoIP用户数

从表3可以看出，处于采用重复4倍状态的用户数对系统容量产生了很大的影响。这种用户数越多（即处于小区边缘的用户数越多），则MAP开销越大，系统容量越小。如果采用第5章分析的结论，假设约50%用户的MAP消息需要4倍重复编码，约30%用户的MAP消息需要2倍重复编码，约20%用户的MAP消息不需要重复编码，则一个WiMAX扇区只能同时支持6个用户。假设话音激活因子为0.4，用户每4帧传递一个VoIP数据包，则一个WiMAX扇区的VoIP用户数为60个。

7、结论

虽然WiMAX能提供高速数据业务，但由于WiMAX不是以话音业务为出发点的技术，WiMAX的MAC层对与VoIP业务的处理效率是比较低的，表现在：一、WiMAX空中接口没有针对话音业务数据包进行优化；二、为了保证覆盖，WiMAX的MAP消息开销过大。从本文的分析可以看出，几个在小区边缘的VoIP用户将极大降低整个小区的吞吐量，这将对WiMAX的运营策略产生较大影响。

参考文献

【1】　IEEE Std 802.16e.Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems [S].2005.

【2】　IEEE Std 802.16d.Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access systems[S].2004.

【3】　WiMAX Forum mobile system profile V 1.2.2[R].

【4】　WiMAX system evaluation methodology V 1.0[R].

【5】　ITU 8F/1079-E.WiMAX Forum additional technical details supporting IP-OFDMA as an IMT-2000 terrestrial radio interface [S].

【6】ITU 8F/1065-E.Institute of Electrical and Electronics Engineers （IEEE）Proposed new IMT-2000 ter