WIMAX无线技术应用实例及网络规划

一、WiMAX技术应用
WiMAX技术有四个发展阶段:固定接入业务阶段、游牧式业务阶段、便携式业务阶段和全移动业务阶段。WiMAX网络有两种组网方式:WiMAX网络单独组网或者与现有网络融合组网。目前比较有前景的是第二种方式。2005年4月19日，华为与英特尔在上海签约合作为全球客户建设电信级无线宽带网络。固网运营商利用传统有线网络提供话音和数据接入的同时，移动运营商也通过2G/3G提供话音和移动数据接入;同时，借助WiMAX为企业和商业用户提供宽带和专线数据接入业务。可以预见，WiMAX网络与现有网络的有效融合将会展现1+1大于2的效果。
按照终端的移动性，WiMAX网络有固定终端接入模式和移动终端接入模式。固定终端接入模式主要解决政府、 写字楼、宾馆饭店、居民小区等建筑的集团网络接入问题，还可以应用于实时监控等特殊应用场景。移动终端接入模式主要解决车载用户、室外用户等移动条件下的用户通信要求。由于移动接入模式的灵活性，这种方式还可以广泛应用于无线数字多媒体网络、数字奥运配套通信系统、应急通信系统、抢险指挥系统、城市智能通信系统等综合通信系统。
1.WiMAX系统在无线数字多媒体网络中的应用
目前，这类应用在国外已经进行了试验检测。为各类车辆内的乘客提供高速移动状态下的多媒体服务、定位服务。如在城铁、地铁、公交车、火车上为乘客提供高速网络互动、到站提示、车辆定位、实时影视、广告等各类服务。同时，由于WiMAX网络可以兼容Wi-Fi的网络设备，因此Wi-Fi终端用户也可享受移动宽带服务，如图1所示。

图1 Wimax系统在无线数字多媒体网络系统中的应用
在国内，北京市石景山区政府、北京艾维通信公司和北京邮电大学WTI研究所合作，从2005年1月开始建设国内第一个基于WiMAX技术的网络—“石景山区Wi-Plus示范网络”，目的是针对未来“数字奥运”的远景规划和石景山区数码娱乐产业基地的建设目标，建设一个安全、灵活、实时性强，支持多种复杂应用的无线数字网络。无论是市民的简单通信还是各种娱乐媒体业务的实时体验以及未来北京奥运应急呼叫指挥中心的运作，都可以无障碍地在这个无线网络中得到实现。
类似的城市无线宽带网的建设，不仅可以为政府所用，很多企业也可以直接使用。各个行业都可以利用这些基础架构进行应用的开发，比如物流企业完全可以利用这个网络系统对车队进行有效的管理。目前，这种技术在银行、保险业已经开始应用，它的投资回报率非常诱人。
2.WiMAX系统在应急指挥系统中的应用
建设基于WiMAX技术的城域网，可以大大提升政府对于紧急事件的响应能力，提升城市的整体安全水平。在公共安全和紧急救助行业中，大多数工作人员都处于移动状态，因此在通信方面必须依赖于无线网络解决方案。WiMAX技术可以满足其对数据调度、移动视频监控、车辆/人员定位、移动指挥车应急通信等业务需求。应急指挥车辆或工作人员只要有一台笔记本电脑或者手持终端就可以通过无线城域网实时与总部保持视频、数据和语音通信。
3.WiMAX系统在构建城市智能通信系统中的应用
通过WiMAX系统在各领域的监控指挥中心与全市的智能通信指挥中心之间建立无线连接，可以构建城市智能通信系统，从而可以保证各部门步调一致、协调作战，处理城市中出现的各种突发事件，如图2所示。

图2 城市智能通信系统
 
二、WiMAX网络建设和无线网络规划
WiMAX网络应根据不同区域的重要程度采用分步实施的规划和建设方式，网络规划遵从先覆盖后容量、先重点后连续、网络容量及质量先重点地区后一般地区的原则分期规划和建设。WiMAX无线网络规划包括网络发展规划、网络调研、网络规模估算、预仿真、站址勘查和网络详细规划6个阶段。
1.网络发展规划
运营商的战略定位及其发展规划决定了网络需要达到的性能指标，这些性能以一定的信号覆盖、系统容量和业务质量等指标表现出来，它是WiMAX网络规划的具体指标要求。
网络调研是无线网络规划的基础，通过调研可以制定适当的网络规划原则和长期发展策略。调研手段是通过与运营商、设备商的沟通，对已有网络运行状况的调查来确定目标规划区域、用户群和预期网络质量。对于WiMAX网络而言，首先要通过调研确定覆盖热点，包括密集住宅小区、大型公司企业、宾馆饭店、文物保护单位、体育场馆以及已部署和即将部署的802.11热点等;然后，根据不同的规划区域确定网络可以提供的业务组合，各种业务的覆盖概率、阻塞概率，各种业务可以接收的时延等。
3.网络规模估算
网络规模估算是基于网络调研的结果，对目标规划区域进行覆盖和容量两方面的分析，最终获得网络的建设规模。网络规模估算应在进行链路预算的基础上，确定小区半径和单小区有效覆盖面积，然后检验热点密集小区是否满足容量需求，通过覆盖和容量的迭代验证，最终确定建设规模。
4.预仿真
预仿真是通过仿真软件根据网络性能指标和预期网络规模完成基站的初始布局方案。
5.站址勘查
站址勘查是基于网络规模估算和预仿真的结果对候选的站址做站址实勘，选择无线环境和地理环境具佳的站址。
6.网络详细规划
网络详细规划是基于预仿真结果和站址实勘结果设置WiMAX基站站址、工程参数和系统参数、分配频率资源和信道资源，最后通过网络仿真和优化分析来判断规划结果是否符合网络指标要求，如果不符合则要从预仿真步骤开始迭代设计，直至满足网络规划指标，达到覆盖、容量、成本和质量的统一。
无线网络的特点是规划的基础。不同的无线网络特点决定了网络规划中的重点和难点。对于WiMAX网络来说，频率规划和系统仿真是无线网络规划中的两个重点和难点。
(1)频率规划
为了获得更大的数据吞吐量，很多的WiMAX设备选用了OFDM或OFDMA的物理层技术，因此频率规划也成为大多数WiMAX网络面临的棘手问题。频率规划方案要在已有频率资源的基础上，充分考虑天线配置的灵活性和热点分布特点，在满足覆盖和容量的前提下高效地使用频率资源。要确保同一基站的相邻扇区以及相邻基站的相邻扇区采用不同的频率，也可以采取相邻扇区使用相同频段的不同子载波的频率资源分配方案。网络建设初期，在容量允许的条件下，应尽可能减小频率复用度，为后期网络扩容和优化预留资源。
(2)系统级仿真
系统实际运行效果与地形、基站位置、设备参数配置、实际用户的分布及用户行为关系等诸多因素密切相关，因此在完成无线网络规划后，还应模拟实际网络的运行情况，对规划结果进行系统级仿真。系统级仿真分为静态仿真和动态仿真两种。
由于在WiMAX无线网络规划中的仿真区域面积较大，仿真精度要求相对不高，所以采用静态仿真的方法比较合适。一次完整的静态仿真包括对系统的多次独立采样，每次采样成为一次快照，每次快照都独立产生用户分布，产生用户和基站间的衰落环境，然后计算用户和基站间的传播损耗，迭代计算出基站和用户的发射和接收功率，从而统计出各项系统性能指标，包括导频覆盖分析、不同业务对应的C/I覆盖、最佳服务小区覆盖、不同业务的时延和用户接入成功率等关键指标。
三、总结
在众多的宽带无线接入(BWA)技术中，WiMAX以其独具优势的接入能力成为了业界追捧的宠儿，但是一个新兴网络和一项新技术的成败最终还是取决于该网络的质量和该技术的应用能力，WiMAX技术在应用模式、组网方式、规划方法等方面还需要在实际操作中不断总结和完善。