WiMAX无线接入系统的规划方法

摘要　分析WiMAX无线接入系统与传统蜂窝网络的差异，对WiMAX无线网络的频率规划、干扰抑制分析、链路预算和容量分析等问题进行了阐述，为WiMAX无线接入网络的规划、工程设计和工程建设提供参考和帮助。

0、引言

宽带无线接入技术作为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一，正受到业界越来越多的关注。WiMAX作为新兴的宽带无线接入技术，具有覆盖范围广、传输带宽大的特点，已经成为电信业普遍关注的热点。尤其是WiMAX标准的下一版本802.16e可以同时支持固定和移动宽带无线接入，可支持车载高速移动终端。事实上，在中国3G牌照未明的情况下，包括移动、网通在内的中国四大电信运营商都在对WiMAX进行测试。因此，WiMAX无线接入系统的组网问题及网络规划方法将成为一个重要的课题。

1、WiMAX网络结构及特点

WiMAX无线接入系统主要由中心站和客户端两部分组成。WiMAX中心站设备为二层设备，可以通过标准的IEEE 802.3 Ethernet 10/100 BaseT接口与交换机相连，其数据业务通过IP城域网承载，语音业务通过NGN软交换承载，与Internet、PLMN和PSTN等网络进行业务交互。客户端通过无线信号与中心站相连，客户端下连数据设备提供数据业务，下连IAD（综合接入设备）提供语音业务。WiMAX系统网络结构框图见图1。

图1　WiMAX无线接入系统网络结构

WiMAX无线接入系统是一种点对多点系统，以蜂窝模式覆盖多个扇区。与传统的GSM和CDMA蜂窝网络相比，WiMAX无线接入系统有其自身独特的特点：

WiMAX无线网络与GSM、CDMA不同，每个小区只有一个载频，每个小区使用不同的载频进行频率复用；

与CDMA技术不同，WiMAX技术在物理层采用TDMA和OFDM技术相结合，没有呼吸效应；

WiMAX无线接入系统的客户端CPE与其他移动终端不同，其定向天线只有13°，具有很强的方向性；

客户端CPE的高度与移动终端不同，其高度是变化的，且相差很大；

WiMAX技术与GSM和CDMA网络不同，上下行采用多种调制方式，且不同的调制方式能够提供不同的吞吐量，采用何种调制方式由信号场强和C/I共同决定；

与CDMA可以提供多种业务速率不同，对于某个具体的客户端而言，其吞吐量是固定不变的；

我国在3.5G频段用于固定无线接入的频率资源仅为10.5MHz带宽，WiMAX每个频点带宽为3.5MHz，故只有3个频点，频率资源相对较少。

由于WiMAX与GSM、CDMA技术有很多不同之处，因此，WiMAX网络规划方法也有其自身的特点。在大范围组网进行全面覆盖时，其频率规划和干扰抑制在网络规划过程中占有极其重要的地位。为了提高小区吞吐量，需在覆盖场强不变的前提下，最大程度的降低干扰，合理的分配频率资源，是WiMAX网络规划的重点。

2、频率规划策略

2.1　频率规划原则

设计初期，确定合理的扇区极化方向，当网络升级扩容时，扇区天线极化方向不变，以前的客户端不需要变化；

相邻扇区最好使用不同频率，当无法避免使用相同频率时，可以考虑采用极化隔离+方向隔离来达到隔离度的要求；

载波带宽和调制方式对系统性能有着很大的影响，因此，选择适当的载波带宽及调制技术十分关键；

根据干扰源的距离、方位以及天线的方向图等计算信噪比，从而配置合适的频点、极化方式和复用次数；

随着用户接入带宽需求的增加，可通过采用中心站扇区分裂方式，提高单中心站的容量，提高投资效益。

综合各种有利因素，如合理的频率复用方案、相邻扇区间用户的合理划分、单载频内业务合理复用等，以使网络在使用频率资源最省的情况下，达到最大程度的用户需求。

2.2　频率复用方案

由于WiMAX无线接入系统可用的频率资源很少，所以频率规划是WiMAX网络设计中重要的问题。根据上述降低干扰的方法以及频率规划原则，可以有如下几种频率复用方式：

采用120°定向天线，每个站址使用3个扇区进行覆盖，这种方式适用于业务量较小的郊区（见图2）。

图2　三扇区定向覆盖

采用90°定向天线，每个站址使用4个扇区进行覆盖，这种方式适用于业务量较大的一般城区（参见图3）。

图3　扇区定向覆盖

采用60°定向天线，每个站址使用6个扇区进行覆盖，这种方式适用于业务量大的密集市区（参见图4）。

图4　六扇区定向覆盖