WIMAX16d網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)分析與介紹

1.前言

　　隨著通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是無線通信和寬帶通信的技術(shù)的迅速發(fā)展，激發(fā)了寬帶接入網(wǎng)絡(luò)向無線化方向的演進(jìn)。值得注意的是，近年來“WiMAX”一詞的點(diǎn)擊率日益增高，它作為IEEE802.16無線城域網(wǎng)的空口標(biāo)準(zhǔn)，引起了廣泛關(guān)注，并逐漸為業(yè)界熟知。

　　WiMAX技術(shù)的發(fā)展過程基本可以分為四個階段，即：固定接入業(yè)務(wù)階段、游牧式業(yè)務(wù)階段、便攜式業(yè)務(wù)階段和全移動業(yè)務(wù)階段。2006年國內(nèi)外各大運(yùn)營商業(yè)務(wù)拓展的需求推動了第一代WiMAX技術(shù)和產(chǎn)品逐漸走向成熟，固定接入式的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)一時(shí)風(fēng)生云起。在此，本文對就WiMAX16d的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、規(guī)劃、建設(shè)和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)略作回顧和小結(jié)，以期拋磚引玉之效用。

　　2.WiMAX802.16d的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和特點(diǎn)

　　IEEE802.16協(xié)議族定義了WiMAX網(wǎng)絡(luò)的空中物理層和MAC層接口，旨在為城域網(wǎng)的接入層提供基于IP的、具備端到端QoS保障的無線接入。目前已定制的兩大系列標(biāo)準(zhǔn)包括802.16-2004(即802.16d)和802.16-2005(即802.16e)，前者面向固定式寬帶無線接入，后者側(cè)重于移動性和便攜性。

　　從固定式WiMAX系統(tǒng)主體來看，它包括基站(BaseStation，簡稱BS)、用戶站(CustomerPremiseEquipment，簡稱CPE)以及網(wǎng)管等主要部分，構(gòu)成點(diǎn)到多點(diǎn)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。基站和用戶站之間的空口遵循IEEE802.16d規(guī)范，定位于最后一公里的接入，結(jié)構(gòu)簡潔、標(biāo)準(zhǔn)清晰。網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)圖如下：

　　WiMAX16d的標(biāo)準(zhǔn)定義和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，決定了它具有以下一些突出的優(yōu)勢和特點(diǎn)：

　　可完全融入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。作為IP系統(tǒng)的二層接入部分，WiMAX以其全I(xiàn)P化的設(shè)計(jì)，可以完全融入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，充分利用已有的傳輸網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)。WiMAX基站向上提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，可以方便得融入IP城域網(wǎng)和核心網(wǎng)，為缺乏管線資源的地區(qū)提供迅速系統(tǒng)部署以及各類應(yīng)用服務(wù);用戶站可以直接下聯(lián)二層交換機(jī)、IAD、WLAN等設(shè)備，或者直接與終端連接，提供數(shù)據(jù)、語音等豐富的業(yè)務(wù)內(nèi)容。

　　IPQoS機(jī)制植入于MAC層。在這種QoS機(jī)制的保障下，WiMAX能夠真正的合理分配資源，既滿足公平性原則，也能平衡不同用戶的業(yè)務(wù)容量需求，從而最大程度得利用有限頻譜資源。MAC層QoS面向每個連接，可以獨(dú)立定制其帶寬門限、時(shí)延和QoS等級，使其能夠真正確保端到端的QoS的實(shí)現(xiàn)。QoS包括四個等級：非請求的帶寬分配業(yè)務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(nrtPS)和盡力而為業(yè)務(wù)(BE)。

　　傳輸和業(yè)務(wù)安全性有保障。從安全性角度來說，WiMAX空中接口具備了認(rèn)證加密的功能以及其他各種準(zhǔn)入手段，可以確保數(shù)據(jù)的安全傳送。對于WiMAX網(wǎng)絡(luò)本身來說，能夠完全兼容于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的各種認(rèn)證計(jì)費(fèi)手段，所以一般沒有也不需要專配計(jì)費(fèi)功能。因而，在發(fā)展部署新用戶時(shí)，無需對業(yè)務(wù)控制層面進(jìn)行改動，非常靈活。

　　除了架構(gòu)上的優(yōu)勢之外，WiMAX面向4G的無線技術(shù)和傳輸穩(wěn)定性也為人津津樂道。作為接入技術(shù)，除了數(shù)據(jù)吞吐量外，其穩(wěn)定性和可靠性是運(yùn)營商和終端用戶關(guān)注的焦點(diǎn)問題。事實(shí)表明，WiMAX先進(jìn)的無線技術(shù)特性，能適合于大部分應(yīng)用的需求，這主要?dú)w功于WiMAX16d的以下無線特性：

　　支持非視距傳播。從固定無線寬帶接入的發(fā)展來看，原先的3.5GHz的MMDS在解決非視距傳播方面，始終未能盡如人意。而WiMAX技術(shù)在物理層引入了OFDM調(diào)制技術(shù)，使其對非視距環(huán)境中的寬帶數(shù)據(jù)傳播有較強(qiáng)的抗多徑能力。作為OFDM技術(shù)本身，其出彩之處在于：高頻譜利用率、抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾能力。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上來看，16d技術(shù)在城市非視距環(huán)境中，小區(qū)覆蓋半徑可以達(dá)到3公里左右，足以滿足一般業(yè)務(wù)的運(yùn)營需求。

　　頻譜利用率高。IEEE802.16d的規(guī)范定義了無線鏈路上下行至少需達(dá)到16QAM的調(diào)制解調(diào)能力，而部分廠家的設(shè)備甚至能夠支持到64QAM的調(diào)制解調(diào)。這意味著，在良好的無線環(huán)境下，空中信道中的每個符號可以攜帶6個比特;在3.5Mhz的物理帶寬下，采用OFDM512技術(shù)，MAC層數(shù)據(jù)傳輸能力就可至12Mbps左右的水平。外場FTP測試表明，WiMAXBS端到CPE端的應(yīng)用速率可以輕松得達(dá)到9～10Mbps，完全能夠滿足一般個人用戶和中小企業(yè)用戶的需求。

　　自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)。通過此項(xiàng)技術(shù)，系統(tǒng)能夠自主得統(tǒng)計(jì)測量無線鏈路質(zhì)量水平，并根據(jù)系統(tǒng)定義的算法，將信號調(diào)制到與之適應(yīng)的編碼方式上。在高質(zhì)量的信號水平下，遠(yuǎn)端站能夠適配至較高的調(diào)制方式下工作;反之，則適配至低調(diào)制方式，提高鏈路的穩(wěn)健性。如此便能兼顧帶寬和穩(wěn)定兩方面的要求，使整個系統(tǒng)工作于均衡的狀態(tài)下，最大程度地利用頻譜資源。

　　當(dāng)然，規(guī)范本身所定義的技術(shù)細(xì)節(jié)還更加先進(jìn)廣泛，包括上行信道的子信道化，AAS的應(yīng)用等等，但是從市場定位、業(yè)務(wù)需求和成本定位來綜合考慮，各個廠家的第一代WiMAX產(chǎn)品都只是實(shí)現(xiàn)了到規(guī)范中的部分功能。即便如此，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)已足以證明WiMAX16d系統(tǒng)無愧于無線DSL的美譽(yù)。

　　3.WiMAX802.16d網(wǎng)絡(luò)部署

　　2006年，國內(nèi)運(yùn)營商對WiMAX從關(guān)注、測試，迅速走向了實(shí)際商用階段。數(shù)個運(yùn)營商根據(jù)自身特點(diǎn)和市場狀況，應(yīng)用WiMAX開發(fā)出了切合其自身特點(diǎn)的業(yè)務(wù)模式，并將其推向了市場。作為參與者之一，我們在這個過程中注意到了種種有意思的現(xiàn)象，積累了些許經(jīng)驗(yàn)，與諸位共享和探討。

　　以下的討論將圍繞網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)三部分展開。

　　3.1.WiMAX16d系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃

　　和其它無線網(wǎng)絡(luò)類似，WIMAX網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于滿足覆蓋和容量的同時(shí)，保證QoS和系統(tǒng)的資源能夠得到最大程度的利用。從我國現(xiàn)在3.5GHz頻段規(guī)劃來看，同城內(nèi)的每個運(yùn)營商一般都只能擁有10.5MHz帶寬，即為三個3.5MHz的WiMAX載波帶寬。頻譜資源的稀缺使組網(wǎng)設(shè)計(jì)受到很大程度的局限，因此，找出合理的站間距以消除同頻干擾現(xiàn)象對組網(wǎng)的影響非常重要。通過系統(tǒng)仿真的理論計(jì)算和外場實(shí)測認(rèn)證，所得結(jié)果表明：在大中型城市中，同頻復(fù)用距離2至3公里時(shí)的條件下，通常干擾最為惡劣的主瓣連線上的測試點(diǎn)基本沒有發(fā)現(xiàn)干擾現(xiàn)象。此數(shù)據(jù)即可成為WiMAX16d網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基本模型參數(shù)，用來確立投資規(guī)模、業(yè)務(wù)分布和頻率規(guī)劃。