【正文】 是 WIFI(無(wú)線局域網(wǎng) )所不能比擬的，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是 3G 基站的 10 倍，只要建設(shè)少數(shù) 基站就能實(shí)現(xiàn)全覆蓋，這樣就使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍大大擴(kuò)展。其中包括語(yǔ)音，數(shù)據(jù)和視頻的傳輸。 WiMax 技術(shù)在鏈路層加入了 ARQ （ Automatic Repeatrequest） 機(jī)制 ，減少到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層的信息差錯(cuò)，可大大提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)吞吐量。 WiMax 可以提供三種等級(jí)的服務(wù)： CBR(Constant Bit Rate，固定帶河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 寬 )、 CIR(Committed Rate，承諾帶寬、 BE(Best Effort，盡力而為 )。在系統(tǒng)滿足其他用戶較高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的條件下，盡力為用戶提供傳輸帶寬。 ③ 靈活的帶寬調(diào)整能力，有利于運(yùn)營(yíng)商或用戶協(xié)調(diào)頻譜資源。 WiMax 面臨的問(wèn)題 盡管 WiMax 技術(shù)正在高速向前發(fā)展，但是仍然面臨著一些急需解決的問(wèn)題。 應(yīng)用開(kāi)發(fā)和支持 WiMax 廠商還必須證明自己的產(chǎn)品能夠支持多種不同的應(yīng)用。 WiMax成為第四個(gè) 3G 標(biāo)準(zhǔn)家之后，由于無(wú)線資源主要針對(duì) IMT（ International Mobile Telemunication，國(guó)際移動(dòng)通信）技術(shù)進(jìn)行分配，因而在當(dāng)前市場(chǎng)中，運(yùn)營(yíng)商采用 WiMax標(biāo)準(zhǔn)來(lái)部署網(wǎng)絡(luò)將更加方便。 最近幾年來(lái)， WiMax技術(shù)伴隨著全球技術(shù)廠商，設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商的共同應(yīng)用和推廣而得到了迅猛的發(fā)展，并在 3G和 WLAN 技術(shù)市場(chǎng)成熟后被認(rèn)為是又一個(gè)在業(yè)界具有巨大潛力的無(wú)線技術(shù)。美國(guó)的 Sprint和 ATamp。 WiMax覆蓋范圍廣，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低廉，投入運(yùn)營(yíng)周期短，很適合作為這些地區(qū)的信息高速公里的技術(shù)方案，將來(lái)會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到強(qiáng)大的推動(dòng)作用。 2020 年，作為迄今為止亞太地區(qū)最大規(guī)模的 WiMax領(lǐng)域項(xiàng)目，廣東網(wǎng)通 WiMax網(wǎng)絡(luò)，被上海貝爾阿爾卡特取得合同。 此外， 2020 年 7 月臺(tái)灣通訊傳 播委員會(huì)也針對(duì)南北兩區(qū)發(fā)放了六張WiMax頻譜的牌照。而早在 2020年 10月，為了對(duì)設(shè)備商與運(yùn)營(yíng)商提供開(kāi)放環(huán)境，協(xié)作其開(kāi)發(fā) WiMax應(yīng)用服務(wù)和測(cè)試工作，全球首座應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室在 WiMax論壇的授權(quán)下與臺(tái)灣工研院合作成立了。臺(tái)灣地區(qū)在 WiMax發(fā)展應(yīng)用中走在了世界的前列，具有示范作用，將給全球的 WiMax產(chǎn)業(yè)帶來(lái)整體提升。 WiMax論壇的成員超過(guò) 522個(gè)，包括芯片制造商，設(shè)備供應(yīng)商，服務(wù)運(yùn)營(yíng)商以及相關(guān)行業(yè)的研究機(jī)構(gòu)等。 (1)芯片制造商： 目前，全世界 有起過(guò) 25家 WiMax芯片制造商，包括 Intel， Motorola，Samsung， NEC， FUJITSU 等重量級(jí)芯片制造商， 也包括一些沒(méi)有生產(chǎn)線的技術(shù)研發(fā)公司，如 Beeeem， Comsys， Altair， Waves air， Picocllip，Gct， Design Art， Sequans 等。目前全世界 WiMax基站制河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 造商起過(guò) 25家，其中包括 AlactelImcem， Alvarion， Apeto Networks，Cisco， Motorola， NEC，等。 （ 2）可以將 WiMax 芯片內(nèi)置到手機(jī)中，與 3G 甚至 B3G 融合，最終與移動(dòng)通信在 4G 匯合，形成一個(gè)真正無(wú)縫的、無(wú)處不在的移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)。 WiMax 組網(wǎng)牽涉到以下幾方面的問(wèn)題：基于OFDM 技術(shù)的 WiMax 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，如何提高頻率復(fù)用率是規(guī)劃的關(guān)鍵； WiMax無(wú)線空中接口網(wǎng)與現(xiàn)有核心網(wǎng)的互聯(lián)，如何把 WiMax 系統(tǒng)的空中接口網(wǎng)絡(luò)和基于 IP 技術(shù)的核心網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合在一起，支持無(wú)縫的移動(dòng)性管理，保證用戶的 QoS 要求，同時(shí)便于計(jì)費(fèi)、認(rèn)證和鑒權(quán)等，是研究的重點(diǎn)。因此基于 OFDM/OFDMA 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)基于頻率分配，如何合理分配和復(fù)用有限的頻段，而達(dá)到減少小區(qū)間、信道間的干擾是一個(gè)非常值得深入研究的問(wèn)題。將可使用的頻點(diǎn)分成幾組然后分配給小區(qū)簇中的小區(qū)使用，保證相鄰小區(qū)間不使用同一組頻點(diǎn)。 圖 21 頻率復(fù) 用因子為 4時(shí)的小區(qū)規(guī)劃 通過(guò)扇區(qū)技術(shù)提高系統(tǒng)容量的方法如 圖 22 所示 。當(dāng)扇區(qū)數(shù)量由四個(gè)變?yōu)榘藗€(gè)的時(shí)候，小區(qū)的容量近似翻了一倍。 圖 22 通過(guò)扇區(qū)技術(shù)提高系統(tǒng)容量 基于無(wú)線資源管理的小區(qū)規(guī)劃移動(dòng)通信 無(wú)線資源管理主要包含功率控制、無(wú)線資源分配、自適應(yīng)控制、分組調(diào)度技術(shù)等，其目的在于減少系統(tǒng)間干擾，提高系統(tǒng)容量，增強(qiáng)鏈路的服務(wù)質(zhì)量等。但隨著調(diào)制階數(shù)的增加，接收機(jī)的復(fù)雜度也要隨之增加，而且小區(qū)間干擾也越來(lái)越嚴(yán)重 (不同調(diào)制方式之間目標(biāo) SIR(信干比 )變化達(dá)到 16dB)，這也對(duì)接收設(shè)備提出了更高的要求。離基站最近的區(qū)域采用最高階 64QAM 調(diào)制方式，然后是 16QAM，再是 QPSK，最外圈的區(qū)域使用 BPSK。 圖 24 極化天線技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 根據(jù)以上各種提高系統(tǒng)頻譜效率技術(shù)的描述可知，為了減小干擾，盡量保證小區(qū)的頻率復(fù)用因子為 1，其網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃方案應(yīng)該服從如下原則： 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 1） 除非距離達(dá)到 57 個(gè)倍程，或 者兩者之間有較好的阻擋物，否則相鄰站點(diǎn)不允許出現(xiàn)相同方向的同頻復(fù)用。 （ 4） 同一站點(diǎn)，相鄰扇區(qū)，不可以使用同頻。 WiMax 系統(tǒng)的核心網(wǎng)策略 WiMax 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括 WiMax 終端、 WiMax 無(wú)線接入網(wǎng)和 WiMax核心網(wǎng) 3部分， 如圖 25所示 。 圖 25 WiMax網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 WiMax 和其他現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通 由于 系列協(xié)議只定義了無(wú)線空中接口標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于 WiMax 的核心網(wǎng)沒(méi)有涉及。這種方式保證了 WiMax 和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，并且可以使用移動(dòng) IP 支持網(wǎng)間的移動(dòng)性，但這會(huì)導(dǎo)致較高的延時(shí)。 緊耦合模式下 WiMax 的數(shù)據(jù)流需要經(jīng)過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和核心網(wǎng)，所以這需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是 IPv6 將代替 IPv4 以滿足更高的要求。 基于 IPv6 的無(wú)線城域網(wǎng)分為兩部分：接入網(wǎng)與核心網(wǎng)。這里的 區(qū) 兼容了路由功能，所以必須支持核心網(wǎng)上使用的主要路由協(xié)議。其中 OSPFv6 是可以用于 IPv6 的 OSPF 版本，它也是 IPv6 推薦的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 (IGP)，作為所有路由器的標(biāo)準(zhǔn)，適用于大型網(wǎng)絡(luò)，所以需要優(yōu)先考慮其如何應(yīng)用于 WiMax 的核心網(wǎng)中。在有寬帶接入需求的區(qū)域一般會(huì)選取一個(gè)最合適的位置來(lái)安裝基站，但這個(gè)位置不一定有現(xiàn)成的有線接入點(diǎn)，很多情況下距離有線接入點(diǎn)還有較 長(zhǎng)距離。同時(shí)對(duì)于離互聯(lián)網(wǎng)接入點(diǎn)較遠(yuǎn)的地區(qū)，如邊遠(yuǎn)山區(qū)建立基站勢(shì)必將投入較大的有線傳輸線路費(fèi)用，以致基于成本的考慮對(duì)這些地區(qū)不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的覆蓋 [4]。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，無(wú)線傳輸手段具有快速靈活的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在基站互聯(lián)上，具有投資少、見(jiàn) 效快、組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，同時(shí)將擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋范圍，解決更大范圍的寬帶無(wú)線接入問(wèn)題，可以幫助運(yùn)營(yíng)商在激烈的寬帶業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)中快速、有效地占領(lǐng)市場(chǎng)。非中心基站與中心基站的連接方式可以是多跳也可以是直接相聯(lián)，視其服務(wù)區(qū)域與中心基站的遠(yuǎn)近而定。下面介紹我們提出的兩種組網(wǎng)方案供參考。 頻段覆蓋范圍與 頻段覆蓋范圍部分重疊，但互不干擾，如同兩個(gè)單獨(dú)的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)。這要求基站提供兩套設(shè)備，一套供基站之間無(wú)線通信需要，另外一套供基站和用戶站之間通信使用。比如，基站 C 想通過(guò)基站 B 來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)，但獲知基站 B 中繼負(fù)載較重或基站 C 和基站 B 間信道條件較差的反饋后，可以選擇更優(yōu)基站 G 來(lái)進(jìn)行中繼，最后仍通過(guò)基站 A 接入互聯(lián)網(wǎng)。 另外一種方式為：所有的基站仍都只采用一套收發(fā)設(shè)備，但采用 Mesh組網(wǎng)機(jī)制，即中心基站 A 對(duì)所有遠(yuǎn)端基站進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，使得最終接入基站 A 的任意兩基站間的通信在基站 A 的調(diào)度下不會(huì)干擾其他基站間通信。 (2)基站 A 的集中協(xié)調(diào)同步過(guò)程將大大增加基站間數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，并且傳輸效率也將明顯降 低，這對(duì)于需要保證延時(shí)的通信是非常敏感的， QoS得不到保證。此外，如何在全網(wǎng)范圍內(nèi)分配頻段，使不同層次的基站能同時(shí)通信，也是需 要深入 研究的問(wèn)題。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 在組網(wǎng)過(guò)程中，始終要關(guān)心 WiMax 的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化，為了減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化的工作量，同時(shí)滿足靈活組網(wǎng)的需要，建議基站之間采用無(wú)線互聯(lián)方案。 面對(duì)野外復(fù)雜的周邊環(huán)境， WiMax基站及其他終端產(chǎn)品可以滿足防震、防塵、防水的要求，迅速組建綜合通信平臺(tái)，上傳視頻圖像信息，接受各級(jí)指揮中心的指揮調(diào)度，并且可與各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)接，進(jìn)行高速的海量數(shù)據(jù)交換傳輸，支持各種文件格式的遠(yuǎn)距離傳輸。傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式已無(wú)法滿足使用要求，為了解決這一問(wèn)題，一般由現(xiàn)場(chǎng)攝像發(fā)射機(jī)、便攜中繼、固定中繼、控制中心四大部分組成。 目前中國(guó)使用的現(xiàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)主要是軍轉(zhuǎn)民品，視音頻壓縮編碼采用MPEG2/4或?qū)Ｓ兴惴?，具有?huà)質(zhì)清晰、色彩亮麗、圖像流暢的特點(diǎn)，實(shí)時(shí)傳輸 DVD 畫(huà)質(zhì)數(shù)字圖像、高保真立體聲語(yǔ)音及用戶數(shù)據(jù)的能力?？稍谌魏蔚攸c(diǎn)方便的接人網(wǎng)絡(luò)：基層辦公網(wǎng)絡(luò)、光纖骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。 系統(tǒng)構(gòu)成：包括信道控制器、基站控制器、節(jié)點(diǎn)控制器、綜合復(fù)用交換機(jī)。裝有大型分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)服務(wù)器控制軟件，統(tǒng)一控制用戶跨網(wǎng)呼叫、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和語(yǔ)音交換。會(huì)議能力 30方 x2，同時(shí)可召開(kāi) 30個(gè)會(huì)議，一個(gè)會(huì)議最多可以有 30方成員，還可擴(kuò)至 30方 x6。 表 21基站技術(shù)指標(biāo) CPU 32位 ARM處理器 存儲(chǔ)器 2M 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 系統(tǒng)時(shí)鐘（主頻） 50MHz 網(wǎng)絡(luò)速度 100M 用戶鑒權(quán) 信道即可鑒權(quán) 用戶資料 50個(gè) PFIX 共 40萬(wàn)用戶 RAM 16M 遠(yuǎn)程維護(hù) 支持 指揮調(diào)度功能包括單呼、群（組）呼、廣播呼、系統(tǒng)全呼、緊急呼叫、優(yōu)先呼叫、跨站組呼、轉(zhuǎn)移呼叫、有 /無(wú)線呼叫、信道開(kāi)放等。這樣做的好處是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改造較小，兩種網(wǎng)絡(luò)共享 AAA 服務(wù)器，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，并且形成獨(dú)立的業(yè)務(wù)模式；但缺點(diǎn)是有較大的網(wǎng)間切換時(shí)延，不適合提供實(shí)時(shí) }生業(yè)務(wù)。戶內(nèi)外的學(xué)生可以方便地集中學(xué)習(xí)區(qū)域，如教室、湖 邊、小樹(shù)林等。 ⑵ 基站互聯(lián) 在 IEEE802． 16／ WiMax 的組網(wǎng)過(guò)程中，基站的無(wú)線互聯(lián)是對(duì)傳統(tǒng)接河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 人的突破，它的關(guān)鍵是中心基站概念的提出。在圖 211 中， A 為中心基站，它通過(guò)有線鏈路與 IP 網(wǎng)相連，遠(yuǎn)端基站 B 通過(guò)中心基站 A 與核心網(wǎng)相連。但從另一方面來(lái)說(shuō)，這是目前無(wú)線、有線技術(shù)相融合過(guò)程 中必然會(huì)面臨的問(wèn)題，也是 WiMax 這一新技術(shù)和現(xiàn)有成熟技術(shù)磨合，并逐步趨向?qū)嶋H應(yīng)用的過(guò)程中必須要克服的障礙。如何真正實(shí)現(xiàn)這兩種技術(shù)的完美結(jié)合，提供完整的、可實(shí)現(xiàn)的解決方案，隨著 WiMax技術(shù)和設(shè)備的不斷發(fā)展和成熟，相信在不久的將來(lái)必將給出完滿的答案，本文提 出的建設(shè)方案也將得到具體的實(shí)現(xiàn)。 WiMax 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述 隨著 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的正式通過(guò)，無(wú)線城域網(wǎng) (Wireless MAN)的發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)新階段，即全面支持移動(dòng)性階段。其中切換 管理是在終端移動(dòng)狀態(tài)下，保障激活業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，將對(duì) WiMax 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及組網(wǎng)方式有著重要的影響 [8]。WiMax_CSN 為 WiMax 用戶提供 IP 連接服務(wù)，包含很多功能實(shí)體，例如路由器、 AAA 代理 /服務(wù)器、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)、互聯(lián)網(wǎng)關(guān)等。切換場(chǎng)景主要參考圖 32 的網(wǎng)絡(luò)參考模型 [9]。根據(jù) 協(xié)議規(guī)定，可以通過(guò)掃描請(qǐng)求和掃描響應(yīng)消息使 MS 周期掃描鄰區(qū) 區(qū) 。MS 通過(guò) MOBMSHOREQ 消息反饋測(cè)量結(jié)果給 s區(qū) ，自己不能作決定 。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 系統(tǒng)間切換 跨 ASNGW 切換可采用以下兩種方式實(shí)現(xiàn)：基于標(biāo)準(zhǔn) Mobile IP(簡(jiǎn)稱MIP)方式和基于代理 MIP 方式。 圖 34 基本 MIP的 InterASN GW 切換 主要流程步驟： ① 切換的觸發(fā)條件發(fā)生 。基于 MIP 的切換流程是標(biāo)準(zhǔn)的 MIP 流程。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 33 MS發(fā)起 MM_UnRegister：該消息從 Serving 區(qū) 發(fā)送到 ASN GW，告訴 ASN GW拆掉對(duì)應(yīng) MS 在 s區(qū) 上的業(yè)務(wù)流通道 (R6 隧道 )[11]。通過(guò)掃描測(cè)量， MS 得到鄰區(qū) 區(qū) 的 CINR 和當(dāng)前服務(wù) 區(qū) (s區(qū) )的 CINR 值進(jìn)行比較從而決定是否發(fā)起切換 [10]。為了獲得準(zhǔn)確可靠的 CINR(Carrier to Interference plus Noise Ratio)值， MS 應(yīng)該連續(xù)測(cè)量鄰區(qū) 區(qū) 信號(hào)并在一個(gè)給定的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出 CINR 平均值。 WiMax 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的切換主要有系統(tǒng)內(nèi)切換和 系統(tǒng)間的切換。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 31 WiMax網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)