WIMAX無線技術應用及網(wǎng)絡規(guī)劃

 
　　一、WiMAX技術應用

　　WiMAX技術有四個發(fā)展階段:固定接入業(yè)務階段、游牧式業(yè)務階段、便攜式業(yè)務階段和全移動業(yè)務階段。WiMAX網(wǎng)絡有兩種組網(wǎng)方式:WiMAX網(wǎng)絡單獨組網(wǎng)或者與現(xiàn)有網(wǎng)絡融合組網(wǎng)。目前比較有前景的是第二種方式。2005年4月19日，華為與英特爾在上海簽約合作為全球客戶建設電信級無線寬帶網(wǎng)絡。固網(wǎng)運營商利用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡提供話音和數(shù)據(jù)接入的同時，移動運營商也通過2G/3G提供話音和移動數(shù)據(jù)接入;同時，借助WiMAX為企業(yè)和商業(yè)用戶提供寬帶和專線數(shù)據(jù)接入業(yè)務?？梢灶A見，WiMAX網(wǎng)絡與現(xiàn)有網(wǎng)絡的有效融合將會展現(xiàn)1+1大于2的效果。

　　按照終端的移動性，WiMAX網(wǎng)絡有固定終端接入模式和移動終端接入模式。固定終端接入模式主要解決政府、寫字樓、賓館飯店、居民小區(qū)等建筑的集團網(wǎng)絡接入問題，還可以應用于實時監(jiān)控等特殊應用場景。移動終端接入模式主要解決車載用戶、室外用戶等移動條件下的用戶通信要求。由于移動接入模式的靈活性，這種方式還可以廣泛應用于無線數(shù)字多媒體網(wǎng)絡、數(shù)字奧運配套通信系統(tǒng)、應急通信系統(tǒng)、搶險指揮系統(tǒng)、城市智能通信系統(tǒng)等綜合通信系統(tǒng)。

　　1.WiMAX系統(tǒng)在無線數(shù)字多媒體網(wǎng)絡中的應用

　　目前，這類應用在國外已經(jīng)進行了試驗檢測。為各類車輛內(nèi)的乘客提供高速移動狀態(tài)下的多媒體服務、定位服務。如在城鐵、地鐵、公交車、火車上為乘客提供高速網(wǎng)絡互動、到站提示、車輛定位、實時影視、廣告等各類服務。同時，由于WiMAX網(wǎng)絡可以兼容Wi-Fi的網(wǎng)絡設備，因此Wi-Fi終端用戶也可享受移動寬帶服務，如圖1所示。





圖1 Wimax系統(tǒng)在無線數(shù)字多媒體網(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用

　　在國內(nèi)，北京市石景山區(qū)政府、北京艾維通信公司和北京郵電大學WTI研究所合作，從2005年1月開始建設國內(nèi)第一個基于WiMAX技術的網(wǎng)絡—“石景山區(qū)Wi-Plus示范網(wǎng)絡”，目的是針對未來“數(shù)字奧運”的遠景規(guī)劃和石景山區(qū)數(shù)碼娛樂產(chǎn)業(yè)基地的建設目標，建設一個安全、靈活、實時性強，支持多種復雜應用的無線數(shù)字網(wǎng)絡。無論是市民的簡單通信還是各種娛樂媒體業(yè)務的實時體驗以及未來北京奧運應急呼叫指揮中心的運作，都可以無障礙地在這個無線網(wǎng)絡中得到實現(xiàn)。

　　類似的城市無線寬帶網(wǎng)的建設，不僅可以為政府所用，很多企業(yè)也可以直接使用。各個行業(yè)都可以利用這些基礎架構進行應用的開發(fā)，比如物流企業(yè)完全可以利用這個網(wǎng)絡系統(tǒng)對車隊進行有效的管理。目前，這種技術在銀行、保險業(yè)已經(jīng)開始應用，它的投資回報率非常誘人。

　　2.WiMAX系統(tǒng)在應急指揮系統(tǒng)中的應用

　　建設基于WiMAX技術的城域網(wǎng)，可以大大提升政府對于緊急事件的響應能力，提升城市的整體安全水平。在公共安全和緊急救助行業(yè)中，大多數(shù)工作人員都處于移動狀態(tài)，因此在通信方面必須依賴于無線網(wǎng)絡解決方案。WiMAX技術可以滿足其對數(shù)據(jù)調度、移動視頻監(jiān)控、車輛/人員定位、移動指揮車應急通信等業(yè)務需求。應急指揮車輛或工作人員只要有一臺筆記本電腦或者手持終端就可以通過無線城域網(wǎng)實時與總部保持視頻、數(shù)據(jù)和語音通信。

　　3.WiMAX系統(tǒng)在構建城市智能通信系統(tǒng)中的應用

　　通過WiMAX系統(tǒng)在各領域的監(jiān)控指揮中心與全市的智能通信指揮中心之間建立無線連接，可以構建城市智能通信系統(tǒng)，從而可以保證各部門步調一致、協(xié)調作戰(zhàn)，處理城市中出現(xiàn)的各種突發(fā)事件，如圖2所示。





圖2 城市智能通信系統(tǒng)

二、WiMAX網(wǎng)絡建設和無線網(wǎng)絡規(guī)劃

　　WiMAX網(wǎng)絡應根據(jù)不同區(qū)域的重要程度采用分步實施的規(guī)劃和建設方式，網(wǎng)絡規(guī)劃遵從先覆蓋后容量、先重點后連續(xù)、網(wǎng)絡容量及質量先重點地區(qū)后一般地區(qū)的原則分期規(guī)劃和建設。WiMAX無線網(wǎng)絡規(guī)劃包括網(wǎng)絡發(fā)展規(guī)劃、網(wǎng)絡調研、網(wǎng)絡規(guī)模估算、預仿真、站址勘查和網(wǎng)絡詳細規(guī)劃6個階段。

　　1.網(wǎng)絡發(fā)展規(guī)劃

　　運營商的戰(zhàn)略定位及其發(fā)展規(guī)劃決定了網(wǎng)絡需要達到的性能指標，這些性能以一定的信號覆蓋、系統(tǒng)容量和業(yè)務質量等指標表現(xiàn)出來，它是WiMAX網(wǎng)絡規(guī)劃的具體指標要求。

　　網(wǎng)絡調研是無線網(wǎng)絡規(guī)劃的基礎，通過調研可以制定適當?shù)木W(wǎng)絡規(guī)劃原則和長期發(fā)展策略。調研手段是通過與運營商、設備商的溝通，對已有網(wǎng)絡運行狀況的調查來確定目標規(guī)劃區(qū)域、用戶群和預期網(wǎng)絡質量。對于WiMAX網(wǎng)絡而言，首先要通過調研確定覆蓋熱點，包括密集住宅小區(qū)、大型公司企業(yè)、賓館飯店、文物保護單位、體育場館以及已部署和即將部署的802.11熱點等;然后，根據(jù)不同的規(guī)劃區(qū)域確定網(wǎng)絡可以提供的業(yè)務組合，各種業(yè)務的覆蓋概率、阻塞概率，各種業(yè)務可以接收的時延等。

　　3.網(wǎng)絡規(guī)模估算

　　網(wǎng)絡規(guī)模估算是基于網(wǎng)絡調研的結果，對目標規(guī)劃區(qū)域進行覆蓋和容量兩方面的分析，最終獲得網(wǎng)絡的建設規(guī)模。網(wǎng)絡規(guī)模估算應在進行鏈路預算的基礎上，確定小區(qū)半徑和單小區(qū)有效覆蓋面積，然后檢驗熱點密集小區(qū)是否滿足容量需求，通過覆蓋和容量的迭代驗證，最終確定建設規(guī)模。

　　4.預仿真

　　預仿真是通過仿真軟件根據(jù)網(wǎng)絡性能指標和預期網(wǎng)絡規(guī)模完成基站的初始布局方案。

　　5.站址勘查

　　站址勘查是基于網(wǎng)絡規(guī)模估算和預仿真的結果對候選的站址做站址實勘，選擇無線環(huán)境和地理環(huán)境具佳的站址。

　　6.網(wǎng)絡詳細規(guī)劃

　　網(wǎng)絡詳細規(guī)劃是基于預仿真結果和站址實勘結果設置WiMAX基站站址、工程參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)、分配頻率資源和信道資源，最后通過網(wǎng)絡仿真和優(yōu)化分析來判斷規(guī)劃結果是否符合網(wǎng)絡指標要求，如果不符合則要從預仿真步驟開始迭代設計，直至滿足網(wǎng)絡規(guī)劃指標，達到覆蓋、容量、成本和質量的統(tǒng)一。

　　無線網(wǎng)絡的特點是規(guī)劃的基礎。不同的無線網(wǎng)絡特點決定了網(wǎng)絡規(guī)劃中的重點和難點。對于WiMAX網(wǎng)絡來說，頻率規(guī)劃和系統(tǒng)仿真是無線網(wǎng)絡規(guī)劃中的兩個重點和難點。

　　(1)頻率規(guī)劃

　　為了獲得更大的數(shù)據(jù)吞吐量，很多的WiMAX設備選用了OFDM或OFDMA的物理層技術，因此頻率規(guī)劃也成為大多數(shù)WiMAX網(wǎng)絡面臨的棘手問題。頻率規(guī)劃方案要在已有頻率資源的基礎上，充分考慮天線配置的靈活性和熱點分布特點，在滿足覆蓋和容量的前提下高效地使用頻率資源。要確保同一基站的相鄰扇區(qū)以及相鄰基站的相鄰扇區(qū)采用不同的頻率，也可以采取相鄰扇區(qū)使用相同頻段的不同子載波的頻率資源分配方案。網(wǎng)絡建設初期，在容量允許的條件下，應盡可能減小頻率復用度，為后期網(wǎng)絡擴容和優(yōu)化預留資源。

　　(2)系統(tǒng)級仿真

　　系統(tǒng)實際運行效果與地形、基站位置、設備參數(shù)配置、實際用戶的分布及用戶行為關系等諸多因素密切相關，因此在完成無線網(wǎng)絡規(guī)劃后，還應模擬實際網(wǎng)絡的運行情況，對規(guī)劃結果進行系統(tǒng)級仿真。系統(tǒng)級仿真分為靜態(tài)仿真和動態(tài)仿真兩種。

　　由于在WiMAX無線網(wǎng)絡規(guī)劃中的仿真區(qū)域面積較大，仿真精度要求相對不高，所以采用靜態(tài)仿真的方法比較合適。一次完整的靜態(tài)仿真包括對系統(tǒng)的多次獨立采樣，每次采樣成為一次快照，每次快照都獨立產(chǎn)生用戶分布，產(chǎn)生用戶和基站間的衰落環(huán)境，然后計算用戶和基站間的傳播損耗，迭代計算出基站和用戶的發(fā)射和接收功率，從而統(tǒng)計出各項系統(tǒng)性能指標，包括導頻覆蓋分析、不同業(yè)務對應的C/I覆蓋、最佳服務小區(qū)覆蓋、不同業(yè)務的時延和用戶接入成功率等關鍵指標。

　　三、總結

　　在眾多的寬帶無線接入(BWA)技術中，WiMAX以其獨具優(yōu)勢的接入能力成為了業(yè)界追捧的寵兒，但是一個新興網(wǎng)絡和一項新技術的成敗最終還是取決于該網(wǎng)絡的質量和該技術的應用能力，WiMAX技術在應用模式、組網(wǎng)方式、規(guī)劃方法等方面還需要在實際操作中不斷總結和完善。