【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于。有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程。設(shè)計是否有創(chuàng)意？

　　

【正文】 型 14 是熱點側(cè)的無線接入設(shè)備，提供標(biāo)準(zhǔn)接口與熱點相連，作為 WLAN 接入點 (AP,Access Point)的熱點設(shè)備再通過 。 WiMAX 接入網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實際情況靈活采用 PMP 或 Mesh 結(jié)構(gòu)形式，如圖 。 WiMAX 熱點回傳模式的主要特點在于作為業(yè)務(wù)回傳應(yīng)用，采用無線傳輸方式，與傳統(tǒng)有線回傳模式相比 .其優(yōu)點顯而易見，部署方便，不受地形影響，可作為傳統(tǒng)回傳模式的補充或替代方案。但應(yīng)用此模式的前提是基站為支持 WiMAX 和 WiFi 雙模制式 的雙?；?.我們部署的基站設(shè)備不具備雙模功能，所以沒有采用該模式。 圖 熱點回傳模式 ● 終端直接接入模式 在終端直接接入模式下，用戶終端設(shè)備 (TE,TerminalEquipment)直接通過作為SAP 的 WiMAX 基站 (BS)接入核心網(wǎng)。而用戶終端設(shè)備 (TE)若要直接接入 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)，則必須配置符合 WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)的用戶單元 (SU,Subscriber Unit)，用戶單元 ((SU)一般是 WiMAX 無線網(wǎng)卡或無線模塊形式。由于 WiMAX 接入速率很高，而且支持城域內(nèi)終端設(shè)備的 移動性 (對于己經(jīng)頒布的 IEEE )，因此特別適合于接入速率要求高并且有移動性要求的終端應(yīng)用。如圖 。 該模式的特點在于允許用戶終端直接高速接入網(wǎng)絡(luò)，并支持便攜式終端在城域范圍內(nèi)的移動和漫游。從技術(shù)和業(yè)務(wù)的角度看，只要再增加支持 VoIP 語音業(yè)務(wù)功能，就可成為名副其實的下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)。但是 Intel 公司直到 2020 年年底才推出WiMAX 的手持設(shè)備的無線終端模塊，離大規(guī)模商用還有一段距離，所以這種方案現(xiàn)在還不實用。 圖 終端直接接入模式 3GWiMAX無線 工程技術(shù)的研究與仿真 第三章 模擬搭建 WiMAX組網(wǎng)模型 15 ● 駐地網(wǎng)接入模式 駐地網(wǎng)接 入模式主要針對集團用戶，其目標(biāo)是把諸如企業(yè)、校園和 SOHO (Small Office Home Office， 單獨家里辦公 )等用戶駐地網(wǎng)通過 WiMAX 接入骨干網(wǎng)，如圖 。與其他應(yīng)用模式相同，基站 (BS)還是作為 SAP 與核心網(wǎng)相連提供無線接入服務(wù)。在用戶側(cè)，用戶無線接入設(shè)備 SS，其一側(cè)通過無線接口上聯(lián)基站 (BS), 另一側(cè)通過標(biāo)準(zhǔn)接口 (例如以太網(wǎng)接口、 El等 )與用戶駐地網(wǎng) CPN 設(shè)備相連。一般用戶站 (SS)采用定向天線，以及各種自適應(yīng)技術(shù)，靈活調(diào)整工作方式，保證用戶的正常接入。 用戶側(cè)駐地網(wǎng)設(shè)備可以是路 由器、交換機、集線器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，甚至可以是另一種無線接入點 (例如 WiFi 熱點 )，用于組成用戶專用局域網(wǎng)，其典型實例是目前廣泛存在的校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、政府網(wǎng)或 SOHO 等形式。 駐地網(wǎng)接入模式特別適合于線纜接入不方便，或者對接入帶寬要求不高的駐地間接入應(yīng)用。與線纜接入方式相比，部署快捷是該模式的競爭優(yōu)勢。 圖 駐地網(wǎng)接入模式 以上幾種模式都有各自適合運用的場合。 中南大學(xué)有著三大校區(qū)，分別為中南大學(xué)本部，中南大學(xué)鐵道校區(qū)，中南大學(xué)湘雅校區(qū)，三大校區(qū)分布在長沙不同的地方。而中南大學(xué)的骨干網(wǎng) 是校園教育網(wǎng)，而無線寬帶網(wǎng)事校園骨干網(wǎng)的有益補充或者滿足對網(wǎng)絡(luò)的 應(yīng)急 備份 需求。 所以我的設(shè)計方案選擇駐地網(wǎng)接入模式和無線橋接接入模式的結(jié)合。在各個校區(qū)之間的連接選擇無線 鏈路 橋接模式，使三大校區(qū)的 校園 網(wǎng)絡(luò)之間直接互聯(lián)。校區(qū)內(nèi)部選擇駐地網(wǎng)模式，這樣無線寬帶網(wǎng)的核心網(wǎng)部分就校園以太網(wǎng)絡(luò)。 無線信道模型選擇 無線通信系統(tǒng)的性能主要受無線信道的限制 。 無線信道有多種多樣的情況，在發(fā)射機和接收機之間既有直線信道，也有被建筑物或山脈完全阻擋的信道 ； 同時，接收機的移動速度也影響接收信號電平的衰落。另外，無線信道表 現(xiàn)很強的隨機性和不可預(yù)測性，很難作簡單地分析。因此無線信道模型的提取必須考慮通信系統(tǒng)及3GWiMAX無線 工程技術(shù)的研究與仿真 第三章 模擬搭建 WiMAX組網(wǎng)模型 16 頻段的影響。 在無線通信網(wǎng)的規(guī)劃階段期間，最重要的傳播問題便是路徑損耗，它代表大尺度傳播特性。路徑損耗是無線通信系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的一個重要依據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的覆蓋范圍、信噪比、遠(yuǎn)近效應(yīng)都有影響。因此，在無線通信網(wǎng)絡(luò)最初規(guī)劃階段以及今后的擴容、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化期間都離不開路徑損耗預(yù)測 。 由于無線信道本身的隨機性以及其在無線通信系統(tǒng)規(guī)劃中的重要地位，選擇準(zhǔn)確的無線傳播模型進(jìn)行規(guī)劃顯的尤為重要。 中南大學(xué)本部校區(qū)坐落在城市郊區(qū)且背靠岳麓 山，建筑物密度不大，介于平坦地區(qū)和山地之間。中南大學(xué)鐵道校區(qū)坐落于接近城市中心，建筑物密度相對較大，主要區(qū)域是平坦地區(qū)。 WiMAX 基站小區(qū)的小區(qū)半徑一般都大于 l km， 經(jīng)過查閱相關(guān)資料 我在進(jìn)行鏈路預(yù)算時選擇 OkumumHats 信道模型，并且取 B 類地形參數(shù)。該模型所需的各種參數(shù)易于獲得，便于使用和計算 。 中南大學(xué) 的地形條件又與OkumuraHata 模型的使用條件基本相符，因此使用該模型算出的路徑損耗可以較真實的反映出實際值。 下面介紹下 Okumura 模型 和 OkumuraHate 模型 ： ● Okumura 模型 Okumura 模型預(yù)測城區(qū)傳播損耗中值。在城區(qū)中，電波傳播損耗取決于傳播距離d、工作頻率 f、基站天線高度 h 、移動天線高度氣 mh ，以及街道的走向和寬窄等。Okumura 模型給出了基本損耗中值的預(yù)測曲線簇 。 預(yù)測曲線簇表明了基本損耗中值 ),(m dfA 與工作頻率、通信距離的關(guān)系。隨著傳播距離 d 或工作頻率 f 的增大，傳輸損耗都會增加。在曲線上 查得的基本損耗中值 ),(m dfA 加上自由空間的傳播損耗 bsL ,才是實際路徑傳播損耗 TL ，即 ),(A m dfLL bsT ?? () 在考慮基站天線高度增益因子與移動臺天線高度增益因子的情況下，市區(qū)路徑傳播損耗中值 ),(),(),( fhHfhHdfALL mmbBmbsT ???? () 式中， ),( fhH bB 、 ),( fhH mm 為天線高度增益因子 。 計算郊區(qū)和開闊區(qū)的傳播損耗中值，要加入郊區(qū)修正因子 mrK ， 開闊區(qū)修正因子oQ 、準(zhǔn)開闊區(qū)修正因子 rQ 。計算不規(guī)則地形上的傳播損耗中值，要加入修正因子sspjsh KKKK , 。利用這些修正因子就可以較準(zhǔn)確地估算各種地形、地物條件下的傳播損耗中值。 上述傳播損耗公式盡管能較好地給出結(jié)果，但不適合計算機運算。為使模 型適合計算機運算， Hata 開發(fā)了兩個新模型。 ● OkumuraHata 模型 3GWiMAX無線 工程技術(shù)的研究與仿真 第三章 模擬搭建 WiMAX組網(wǎng)模型 17 Hata 模型是廣泛使用的一種中值路徑損耗的傳播模型，適用于宏蜂窩 (小區(qū)半徑大于 l km)的路徑損耗預(yù)測，根據(jù)應(yīng)用頻率的不同， Hata 模型又分為 : (1)OkumuraHata 模型，使用的頻率范圍為 1501500MHz。 (2)COST231Hats 模型，是 COST231 工作委員會提出的將頻率擴展到 2 GHz 以上的 Hata 模型擴展版本。 OkumuraHata模型是 Hata在 Okumura模型大量測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上根據(jù)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。原因是使?Okumura 模型需要查找各種曲線，不利于計算機預(yù)測。 Hata 根據(jù) Okumura 的基本中值場強預(yù)測曲線，通過曲線擬合，提出了傳播衰落的經(jīng)驗公式，即 OkumuraRata 模型。 適用條件為 : ① 應(yīng)用頻率 f 為 1501500MHz；② 基站天線有效高度 bh 為 30200米 ；③ 移動臺天線高度 mh 為 110米 ；④ 通信距離為 125千米。 傳播損耗公式 : rbmbP dhhahfL )) ( l ()( ?????? () 從上面的模型適用條件可以看出，該模型不適用于基站天線比較低的情況，同時也不適用于地形起伏較多或中度密集森林的地形 。 主要針對下面三種地形，如下表： 表 三種地形類型 類型 地形 路徑損耗 A 多山地形，山區(qū)或者高度森林覆蓋區(qū) 最大 B 介于 A/C 之間 中等 C 平坦地形， 略低低密度的森林 最小 根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對于給定的參考距離 od ，路徑損耗的中值可以由以下公式計算 : sddAPL o ??? )/lg (Υ d ＞ od （ ） 其中 )/lg(20 ?? odA ? （ ） )/( bb hcbha ???? （ ） ? 為波長，單位為 m； ? 為路徑損耗因子； bh 為基站高度，介于 10m 到 80m 之間；od =100； a， b， c是依賴地形類型的常數(shù)，取決于信道類型，取值如下表所示 ： 表 模型參數(shù)取值 模型參數(shù) 地形類型 A 地形類型 B 地形類型 C a 4 b c 20 陰影衰落的影響由表示，采用對數(shù)正態(tài)分布來建模，標(biāo)準(zhǔn)方差的典型值在 之間，具體取決于地形和林木密度類型。 3GWiMAX無線 工程技術(shù)的研究與仿真 第三章 模擬搭建 WiMAX組網(wǎng)模型 18 上述模型適用于 2GHz 左右的頻段，接收機天線高度約 2m 的情況。 為了擴展模型可用的頻率范圍并將接收機天線高度擴展到 IOm，可引入一些校正項對該模型進(jìn)行修改： hftfte d PLPLPLPL ?????m o d （ ） 其中 fPL? 為頻率的校正項： )2020/lg (6 fPL f ?? （ ） f 為頻率，單位為 MHz。 hPL? 為接收天線高度校正項： )2/lo g ( hPL h ??? ,類型 A和 B )2/lo g (20 hPL h ??? ，類型 C h為接收天線高度。 覆蓋規(guī)劃 無線寬帶網(wǎng)絡(luò)中，基站的覆蓋區(qū)域可以描述成這樣一個區(qū)域 :在一個區(qū)域中，接收端處于該區(qū)域的任何位置都應(yīng)有足夠的信號電平來滿足業(yè)務(wù)要求。 在一定傳播環(huán)境下，小區(qū)的覆蓋范圍直接取決于基站和客戶端所允許的最大路徑損耗，而鏈路預(yù)算即是確定給定鏈路的最大允許路徑損耗 .鏈路預(yù)算中的最大允許路徑損耗可大致用 下面 公式定性表示 ： 最大鏈路損耗 =發(fā)射功率 接收機靈敏度 余量 （ ） 進(jìn)行鏈路預(yù)算時，先計算得到的允許最大路徑損耗，再選用適用于規(guī)劃區(qū)域無線傳播環(huán)境的傳播模型，將得到的數(shù)據(jù)代入，最后可得到基站的覆蓋半徑。 公式中的發(fā)射功率主要是指天線的有效發(fā)射功率，可以是 EIRP(Equivalent Isotropic Radiated Power，等效全向發(fā)射功率 )也可以是 ERP(等效發(fā)射功率 )。 若給的天線增益參數(shù)單位為 dBd，在進(jìn)行鏈路預(yù)算的時候需要轉(zhuǎn)換單位為 dBi，變換公式如公式 如下 : G(dBd)=(G十 )(dBi) （ ） 接收機靈敏度是指在指定的數(shù)據(jù)速率和最壞信道條件下，在天線接收端要求的最小信號電平。公式表示如下 : Eb/No=Prec/(數(shù)據(jù)速率 *熱噪聲功率譜密度 ) （ ） 在實際規(guī)劃中，由于無線傳播的不同，接收機靈敏度取值也隨之有所不同。余量包括衰落余量、干擾余量和穿透損耗等。其中，衰落余量是充分考慮了信道衰落變化的情況，為保證小區(qū)中通訊的一定可靠性 而預(yù)留的量。它是與系統(tǒng)要求的小區(qū)邊緣通信概率要求相對應(yīng)的。在無線空間傳播中，對于任何一個給定的距離，路徑損耗是變化的，可以看作是符合對數(shù)下態(tài)分布的隨機變量。在傳播模型中我們考慮3GWiMAX無線 工程技術(shù)的研究與仿真 第三章 模擬搭建 WiMAX組網(wǎng)模型 19 的都是路徑損耗中值，因此如果按照平均路徑損耗來設(shè)計網(wǎng)絡(luò)，則小區(qū)邊界上的點的損耗值有 50%的概率會大于路徑損耗中值，而另 50%的概率會小于該中值，即小區(qū)的邊緣覆蓋概率只有 50%。為了提高小區(qū)的覆蓋率達(dá)到系統(tǒng)要求，需要預(yù)先留出衰落余量。 穿透損耗采用的是經(jīng)驗值，一般主要取決于各地的建筑材料和建筑物墻體厚度等因素，通常鏈路預(yù)算時穿透損耗取 值按如下參數(shù) :密