移動WiMAX站點規(guī)劃

傳統(tǒng)的蜂窩式電話可在大范圍輸入信號下工作。臨近基站，其信號電平在 -40dBm左右。盡管這并不是系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，但當(dāng)處于蜂窩的邊緣，信號電平為-113dBm時，電話的通話質(zhì)量還是令人滿意的。

較高功率的唯一優(yōu)勢是抗干擾性。在蜂窩基站規(guī)劃早期，規(guī)劃的重點是覆蓋范圍而不是抗干擾或網(wǎng)絡(luò)容量。

不過，如今大多數(shù)蜂窩系統(tǒng)都受到干擾的限制而不是范圍的限制。因此，許多移動電話系統(tǒng)都需要昂貴的叉車式升級來適應(yīng)不斷增長的干擾限制。
通常情況下，全向天線被定向天線所取代。有時，定向天線又被其他前后比更好的定向天線所取代。隨著時間的流逝，選擇合適的波束寬度和波束形狀可為范圍、容量及干擾抑制提供很好的綜合解決方案。

信噪比

WiMAX的部署可能會重復(fù)這種效率低下的優(yōu)化過程。在規(guī)劃階段，通常不會考慮WiMAX系統(tǒng)與傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的差別。雖然新系統(tǒng)的規(guī)劃方式可以和傳統(tǒng)蜂窩電話系統(tǒng)的規(guī)劃方式相同。但是，WiMAX的工作方式卻大不相同。

圖1 制造商優(yōu)化總數(shù)據(jù)吞吐量的結(jié)果

在傳統(tǒng)移動電話系統(tǒng)中，如果覆蓋范圍足夠大，并且信噪比（SNR）超過9dB，那么用戶通話的效果就會非常清晰，用戶會因此感到滿意。即使用戶的信噪比增加到20dB，通話效果仍然相同。

然而，在基于WiMAX的系統(tǒng)中，20dB信噪比允許用戶通過一種可以提供非常高的數(shù)據(jù)吞吐量的調(diào)制格式來接收信號。如果信噪比只有9dB，那么連接會慢得多，這是因為WiMAX系統(tǒng)使用了一種基于信噪比的自適應(yīng)調(diào)制格式。這就與我們平常講話時的狀況一樣。如果環(huán)境安靜，那么講話人可以說得很快且可以讓人聽懂。然而，如果很吵鬧并且講話人離得很遠，那么他需要大聲說話并且將語速放慢。同理，在嘈雜的環(huán)境中，通信鏈路效率很低。

回波處理

WiMAX與傳統(tǒng)移動電話網(wǎng)絡(luò)的另一個根本區(qū)別在于無線電調(diào)制。傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)，如GSM，使用了一種信號載波系統(tǒng)。整個射頻頻譜被分割為頻道，每個用戶使用一個頻段進行通信。而多路回波限制了用戶的通信速率，它類似于人們在峽谷中大喊引起的回聲。為了使通話清晰，用戶需要放慢語速，以避免回波造成的干擾。WiMAX所使用的OFDM調(diào)制方式可以消除回波問題。會話被分成許多慢速的分會話，而每個分會話使用不同的頻率。由于每個會話都很慢，所以回波就不再成為問題。每一個會話都在不同的頻率上，因此相互之間不會發(fā)生干擾。對于峽谷里的個人通信而言，這種方法可能不太現(xiàn)實，但它在電路上非常容易實現(xiàn)。

傳統(tǒng)蜂窩電話系統(tǒng)的目標(biāo)是使用9dBi或者更高的信噪比覆蓋每個地方，消除盲點并實現(xiàn)低的多徑。WiMAX系統(tǒng)則希望在無盲點的覆蓋區(qū)域內(nèi)得到最好的平均SNR值，而不太在意多徑問題。考慮到WiMAX與傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的這些根本區(qū)別，它們似乎不適合使用相同的規(guī)劃方法和天線硬件。

確定最好的配置是一項令人生畏的工作。因為每種配置不盡相同，而變量又太多。這些變量包括已使用的扇區(qū)數(shù)、頻率重用機制、射頻傳播環(huán)境、塔高以及背景干擾級別。高級的優(yōu)化過程加上傳播模型可以幫助我們探究其中的一些問題。

高級最優(yōu)化仿真

以下仿真使用Cost231模型―也稱為哈塔模型PCS擴展。這種無線傳播模型對哈塔模型和Okumura模型進行了擴展以覆蓋更廣的頻譜范圍，比如WiMAX常用的那些頻段。

讀取基站天線的完整三維輻射圖，并觀察整個蜂窩的載波干擾比（C/I）。載波干擾比等價于信噪比，其側(cè)重的信號是OFDM載波，而干擾來自使用相同載波的一些其他基站。

模型中考慮了塔的高度。進行優(yōu)化的變量包括天線的指向，塔上的天線數(shù)量以及塔高。目標(biāo)是找到一個場址方案來提供可能達到的最大系統(tǒng)總?cè)萘?，這是一項與蜂窩內(nèi)平均載波干擾比密切相關(guān)的任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

首先，考慮基站天線波束形狀的影響。這里比較了頻率尺度變換的優(yōu)質(zhì)UMTS基站天線與波束寬度是90 3dB的WiMAX天線。其中，前者的波束寬度是72 3dB。

盡管UMTS天線的增益更高，但WiMAX天線的反向輻射要低得多。UMTS型天線的波束掩模符合ETSI SS1波束規(guī)格，而WiMAX天線的波束符合ETSI SS3波束規(guī)格。

在優(yōu)化過程中以及制造商優(yōu)化最佳總數(shù)據(jù)吞吐量時考慮的七塔格中，不推薦使用信道復(fù)用。優(yōu)化結(jié)果如圖1所示。

每個塔用一個字母表示，相同的字母表示相同的塔配置。在圖1中，彩色表示載波干擾比，而每個位置的容量都是從圖中計算得到。有趣的是，優(yōu)化者并沒有選擇蜂窩基站常用的標(biāo)準(zhǔn)的三扇區(qū)結(jié)構(gòu)，而是為兩個天線都選擇了四扇區(qū)結(jié)構(gòu)?？梢钥吹剑^緊湊的波束掩碼會產(chǎn)生明顯好得多的平均載波干擾比，從而產(chǎn)生更大的基站容量。通過查看覆蓋圖，可以了解得更深。

圖2 WiMAX天線的低后瓣在扇區(qū)間提供較干凈的過渡帶

圖2所示為WiMAX天線的低后瓣在扇區(qū)間提供的較干凈過渡帶。在使用低性能UMTS型天線的系統(tǒng)中，手機可能會因為天線后瓣或設(shè)置不合適的波束寬度而形成的微蜂窩所引起“混淆”而不知道自己在哪個區(qū)。這樣可能造成設(shè)備很難越區(qū)切換。

上面的分析產(chǎn)生了這樣的問題， WiMAX天線正確的天線波束寬度和旁瓣規(guī)格是什么？通常，答案要求設(shè)計一套工程上的折中。

考慮操作員頻譜受限，想要在地表周期性重復(fù)的七塔配置中獲取七個可用的信道。通過僅選擇七個信道，操作者已經(jīng)提高最大突發(fā)容量。然而，可以找到一種重用模式來提供運轉(zhuǎn)所需的載波干擾比這一點并不明顯。

很明顯這是個具有挑戰(zhàn)性的問題，這里允許優(yōu)化者選擇最佳天線及結(jié)構(gòu)。

可以選用的天線有WiMAX 60、WiMAX 90和尺度變化的UMTS 72天線。
優(yōu)化者確定當(dāng)使用60天線時最好的結(jié)構(gòu)是一個四扇區(qū)系統(tǒng)。在七塔周期式布局中，每一種波束模式可使用四次。這樣，就有一個四次頻譜重用系統(tǒng)。

與以前設(shè)計中主要允許在區(qū)域中使用64和16 QAM不同的是，這種系統(tǒng)混合了全部WiMAX支持的調(diào)制模式。在16.5MHz半雙工信道中，平均載波干擾比平均只能支持14 Mb/s。然而，通過4次重用系數(shù)，這個數(shù)值會增加到讓人吃驚的58Mb/s。

未來

在技術(shù)的發(fā)展過程中，天線設(shè)計將直接耦合進網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中。這將允許在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的同時進行天線的設(shè)計，保證操作者可以實現(xiàn)使用全部可用網(wǎng)絡(luò)容量。

為簡單起見，我們主要關(guān)注那些使用傳輸端單天線輸入而接收端單天線輸出（SISO）的情況。這里所示的分析方法也適用于多入多出（MIMO）。

發(fā)生變化的是信道模型。由于一個多入多出系統(tǒng)具有較好的傳播特性并伴有較低的衰變，因此需要對Cost 231傳播模型進行一些調(diào)整。但是，一般性的結(jié)論大致保持不變。