畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3g-wimax無線工程技術(shù)的研究與仿真

1、<p>　　CENTRAL SOUTH UNIVERSITY</p><p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　題 目3G-WiMAX無線工程技術(shù)的研究與仿真</p><p>　學(xué)生姓名</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院</p>

2、<p>　專業(yè)班級(jí)通信工程0505 班</p><p>　完成時(shí)間2013年5月</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄II</b></p><p><b>　　摘要IV</b></p><p>　　AB

3、STRACTV</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1研究背景1</b></p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀1</b></p><p>　　1.2.1 WiMAX的由來1</p><p>

4、　　1.2.2 WiMAX發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p><b>　　1.3論文結(jié)構(gòu)3</b></p><p>　　第二章 WiMAX技術(shù)及分析4</p><p>　　2.1 WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)4</p><p>　　2.1.1 WiMAX的物理技術(shù)特點(diǎn)4</p><p>　　2.1.2

5、WiMAX物理層調(diào)制模式5</p><p>　　2.2 幾種無線寬帶技術(shù)的介紹及分析6</p><p>　　2.2.1 WiFi技術(shù)介紹6</p><p>　　2.2.2 MESH-WiFi技術(shù)介紹7</p><p>　　2.2.3 WiMAX技術(shù)與其他兩種技術(shù)比較8</p><p>　　第三章 模擬搭建Wi

6、MAX組網(wǎng)模型10</p><p>　　3.1 WiMAX的組網(wǎng)技術(shù)10</p><p>　　3.1.1頻率復(fù)用10</p><p>　　3.1.2認(rèn)證計(jì)費(fèi)11</p><p>　　3.1.3 移動(dòng)性管理11</p><p>　　3.2 WiMAX的組網(wǎng)方案11</p><p>　　

7、3.2.1 應(yīng)用模式的選擇12</p><p>　　3.2.2 無線信道模型選擇15</p><p>　　3.2.3 覆蓋規(guī)劃18</p><p>　　3.2.4 設(shè)備介紹及調(diào)試23</p><p>　　3.3 本章內(nèi)容小結(jié)25</p><p>　　第四章 WiMAX技術(shù)仿真27</p>&l

8、t;p>　　4.1網(wǎng)絡(luò)仿真方法與流程27</p><p>　　4.1.1準(zhǔn)備階段27</p><p>　　4.1.2模型設(shè)計(jì)階段27</p><p>　　4.1.3網(wǎng)絡(luò)仿真階段28</p><p>　　4.1.4仿真結(jié)果分析階段28</p><p>　　4.2軟件選擇及介紹28</p>

9、<p>　　4.2.1仿真軟件選擇28</p><p>　　4.2.2仿真軟件OPNET介紹29</p><p>　　4.3 基于OPNET的WiMAX網(wǎng)絡(luò)仿真30</p><p>　　4.3.1工程仿真30</p><p>　　4.3.2 仿真結(jié)果及分析32</p><p><b>　　

10、第五章 總結(jié)36</b></p><p>　　5.1工作總結(jié)36</p><p><b>　　5.2 展望36</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p>

11、<b>　　摘要</b></p><p>　　近年來，無線寬帶技術(shù)蓬勃發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)步，無線寬帶網(wǎng)的建設(shè)也開始進(jìn)入高速發(fā)展階段。許多國家均在政府支持和電信制造商、運(yùn)營(yíng)商的積極投入下，研究和建設(shè)各種不同類型的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。這當(dāng)中，基于WiMAX技術(shù)的無線寬帶網(wǎng)由于傳輸速度快、覆蓋范圍廣、抗擾能力強(qiáng)、靈活易部署的優(yōu)點(diǎn)成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。</p><p>　　本文中第

12、一章明確了WiMAX概念和它的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章介紹了WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)，并通過對(duì)比WiMAX、MESH-WiFi和WiFi得出了WiMAX優(yōu)勢(shì)；第三章是介紹WiMAX組網(wǎng)要點(diǎn)，結(jié)合中南大學(xué)實(shí)際情況提出一系列具體方案；第四章是基于OPNET軟件,對(duì)WiMAX工程技術(shù)進(jìn)行仿真，完成了中南大學(xué)校園無線接入的仿真模型，并對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單分析；第五章是對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，展望了WiMAX技術(shù)在下一步可以進(jìn)行的工作和改進(jìn)。</p>

13、<p>　　關(guān)鍵詞：WiMAX，無線寬帶技術(shù)，OPNET仿真軟件，IEEE 標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The wireless broadband technology has developed energetically in recent years.With the progress of tec

14、hnology,wireless broadband net construction is going into high speed development.Many countries are constructing diffe -rent types of wireless broadband net based on government support,telecom operators and manufacturers

15、 getting into the market.Because of its high speed transmission,wide cover range, good capacity of resisting disturbance,flexi -ble disposition,the wireless broadband net based o</p><p>　　Chapter one introdu

16、ced the concept and development status of WiMAX. Then followed by Chapter two,the introduction of key technologies for WiMAX by comparing the advantages and disadvantages with other wireless broadband access techniques s

17、uch as WiFi and MESH WiFi. Chapter three specified the WiMAX network main elements.Combined with the actual situation in Central South University I put forward a series of specific programs. In Chapter four,I finished th

18、e simulation model of CSU campus wireless</p><p>　　Key Words: WiMAX, Wireless broadband technology, OPNET, IEEE standards</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1研究背

19、景 </b></p><p>　　隨著個(gè)人通信需求的迅猛增長(zhǎng)，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)的接入能力及服務(wù)水平提出了更高的要求，促使網(wǎng)絡(luò)由低速向高速、由窄帶向?qū)拵А⒂捎芯€到無線方向迅猛發(fā)展。今年中國3個(gè)3G牌照的發(fā)放，使得中國通信業(yè)進(jìn)入下一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段。3G無線蜂窩系統(tǒng)的提出帶給人們更大的系統(tǒng)容量和高速率、多速率數(shù)據(jù)傳輸。提供除語音和數(shù)據(jù)之外的高達(dá)2 Mbitps的高質(zhì)量活動(dòng)圖像。3G無線蜂窩系統(tǒng)的目標(biāo)則是提供

20、比目前2G/3G無線蜂窩系統(tǒng)更高的傳輸速率。能夠提供多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如交互多媒體業(yè)務(wù)，基于IP的語音業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)游戲和視頻會(huì)議等等。</p><p>　　另外無線寬帶網(wǎng)也引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，該網(wǎng)絡(luò)采用了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持語音、數(shù)據(jù)以及視頻業(yè)務(wù)。憑借其建設(shè)速度快、運(yùn)營(yíng)成本低、擴(kuò)展能力強(qiáng)，靈活性高等特點(diǎn)，無線寬帶網(wǎng)逐漸受到運(yùn)營(yíng)商的青睞。作為無線寬帶接入網(wǎng)技術(shù)的排頭兵，WiFi從誕生伊始就引起了不小的轟動(dòng)，其應(yīng)用范

21、圍也越來越廣。然而，最近幾年WiMAX技術(shù)又在該領(lǐng)域內(nèi)掀起了一股熱潮，眾多設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商紛紛投入其中，也成立了類似WiFi的WiMAX聯(lián)盟推廣該項(xiàng)技術(shù)。經(jīng)過這幾年的快速發(fā)展，WiMAX技術(shù)漸漸走向成熟，并且已經(jīng)成為3G四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一。與WiFi 技術(shù)相比，WiMAX技術(shù)具有覆蓋范圍大、傳輸速率高、部署速度快等優(yōu)點(diǎn)。2006年，世界上已經(jīng)有八個(gè)國家將WiMAX投入商用。正因?yàn)橛腥绱酥匾默F(xiàn)實(shí)意義，基于WiMAX的無線寬帶網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)

22、前通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。</p><p>　　于正在蓬勃發(fā)展的中國信息產(chǎn)業(yè)而言，WiMAX技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，如何充分發(fā)揮WiMAX的特點(diǎn)，并結(jié)合中國由于無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，更好地發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，為用戶提供更加便捷和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，創(chuàng)造新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)如何盡量減少WiMAX技術(shù)對(duì)中國現(xiàn)有和將來的無線網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)電信業(yè)務(wù)的沖擊，其意義格外重要。</p><p><b>　

23、　1.2研究現(xiàn)狀 </b></p><p>　　1.2.1 WiMAX的由來 </p><p>　　WiMAX的全名是微波接入全球互操作性認(rèn)證(Worldwide Interoperabiliy tfor Microwave Access)[1]。它是一種新興的無線城域網(wǎng)技術(shù)，是一種具有更高速率、更大覆蓋率以及具有移動(dòng)性的無線寬帶接入方式，能夠?yàn)橛脩籼峁┥习僬椎膫鬏斔俾?。WiM

24、AX一詞來源于WiMAX論壇。WiMAX論壇是在IEEE工作組發(fā)布802.16系列標(biāo)準(zhǔn)后，由業(yè)界領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)商、通信部件和設(shè)備公司于2001年6月成立的非營(yíng)利性組織，它旨在推進(jìn)IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)和基于該標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備間的兼容性和互操作性。該論壇對(duì)于無線城域網(wǎng)的作用與WiFi聯(lián)盟在推進(jìn)IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)過程中對(duì)無線局域網(wǎng)起到的作用類似。正因于此，如同WiFi是IEEE802.11的同義詞一樣，WiMAX也成為了IEEE80

25、2.16的代名詞，本文也將IEEE802.11的同義詞一樣，WiMAX也成為了IEEE802.16的代名詞，本文也將以它作為802.16的代名詞。WiMAX技術(shù)可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式， 來提供最后一公里的無線寬帶接入。它可以提供固定、便攜、移動(dòng)三種形式的無線寬帶連接，</p><p>　　1.2.2 WiMAX發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　在眾多的寬帶無線接入(BWA，Bro

26、adband Wireless Access)技術(shù)中，WiMAX以其獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的高速接入能力成為了業(yè)界追捧的寵兒。高數(shù)據(jù)率、高移動(dòng)性，寬帶實(shí)現(xiàn)全球覆蓋、實(shí)現(xiàn)對(duì)等的文件傳輸和其他應(yīng)用，同時(shí)我們可以利用這種寬帶技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其他多種多樣的應(yīng)用。另外一點(diǎn)在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，使用的方式是寬帶的接入，各種各樣的用戶都可以同時(shí)進(jìn)行接入。正是由于這些優(yōu)勢(shì)使得WiMAX引起整個(gè)業(yè)界的關(guān)注。</p><p>　　IEEE802.16工作組

27、是為制定無線城域網(wǎng)(Wireless MAN)標(biāo)準(zhǔn)成立的，該工作組自1999年成立后，主要負(fù)責(zé)開發(fā)工作在2-66 GHz頻帶的無線接入系統(tǒng)空中接口物理層 (PHY)和媒質(zhì)接入控制層 (MAC)規(guī)范，同時(shí)還開發(fā)與空中接口協(xié)議相關(guān)的一致性測(cè)試以及不同無線接入系統(tǒng)之間共存的規(guī)范，涉及 MMDS(Microwave Multipoint Distribution Systems,微波多點(diǎn)業(yè)務(wù)分布系統(tǒng))、LMDS(Local Multipoint

28、 Distribution Systems，本地多點(diǎn)業(yè)務(wù)分布系統(tǒng))等技術(shù)[3]。它由三個(gè)工作小組組成，每個(gè)工作小組分別負(fù)責(zé)不同的方向：IEEE802.16.1負(fù)責(zé)制定頻率為10-66GHz的無線接口標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.16.2負(fù)責(zé)制定寬帶無線接入系統(tǒng)共存方面的標(biāo)準(zhǔn)； IEEE802.16.3負(fù)責(zé)制定頻率在2GHz-1OGHz之間獲得頻率使用許可權(quán)可應(yīng)用的無線接口標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　以下是IEEE802

29、.16工作組制定的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[1] [2] [5]：</p><p>　?。?）IEEE802.16:固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于 1O GHz-66 GHz視距傳輸，2001年12月發(fā)布。 </p><p>　?。?）IEEE802.16a:固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于2 GHz-11 GHz非視距傳輸，2003年1月發(fā)布。 </p><p>

30、;　　（3）IEEE802.16d:固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn) (2 GHz-66 GHz), 主要是對(duì)802.16/802.16a的修訂。2004年6月在IEEE802委員會(huì)獲得通過，以 802.16-2004名稱發(fā)布。IEEE802.16d可以應(yīng)用于2 GHz-lO GHz非視距 (NLOS) 傳輸和1O GHz-66 GHz視距 (LOS)傳輸。 </p><p>　　（4）IEEE802.16e:支

31、持固定和移動(dòng)性的寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，工作在2 GHz-6 GHz適用于移動(dòng)性的許可頻段，可支持用戶站以車輛速度移動(dòng)，已經(jīng)于2005年12月完成，以802.16e-2005名稱發(fā)布。802.16e的目標(biāo)是能夠向上兼容802.16d，因此它的標(biāo)準(zhǔn)化工作基本上是在802.16d的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。802.16e目前定位的目標(biāo)速率為車速，一般可以支持120 km/h的移動(dòng)速度。802.16e目標(biāo)帶寬可以高達(dá)70 Mb/s.該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了支持基

32、站或扇區(qū)間高層切換的功能。</p><p>　　表1.1 IEEE802.16工作組制定的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的比較</p><p><b>　　1.3論文結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本文先是介紹了WiMAX的基本情況，比如說是研究背景，WiMAX的發(fā)展現(xiàn)狀等相關(guān)內(nèi)容。第二章主要是介紹WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)，再介紹與WiMAX相關(guān)的幾種技術(shù)比如說WiF

33、i和MESH-WiFi，再比較它們的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。第三章主要是介紹的是WiMAX的組網(wǎng)技術(shù)，再結(jié)合中南大學(xué)鐵道校區(qū)的實(shí)際情況給出一個(gè)工程方案。第四章主要是運(yùn)用通信仿真軟件OPNET的對(duì)WiMAX進(jìn)行工程仿真，得出結(jié)果后進(jìn)行相關(guān)分析。第五章是總結(jié)內(nèi)容，得出WiMAX工程技術(shù)優(yōu)勢(shì)。（和摘要重復(fù)了,是不是另外寫或不要此段內(nèi)容）</p><p>　　第二章 WiMAX技術(shù)及分析</p><p>

34、　　2.1 WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　2.1.1 WiMAX的物理技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　物理層的主要工作是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)，編碼/解碼，使之變成適合無線鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。物理層由傳輸匯聚子層 (TCL)和物理媒質(zhì)依賴子層(PMD)組成，通常說的物理層主要是指PMD。 </p><p>　　目前最通用的IEEE 802.16d(802.1

35、6-2004)標(biāo)準(zhǔn)的工作頻段定義分為兩段：2 GHz-11GHz(用于非視距傳輸)和1O GHz-66 GHz(用于視距傳輸)。802.16e　(802.16e-2005)標(biāo)準(zhǔn)為了確保移動(dòng)性，工作頻段定義為2-6 GHz。WiMAX組織正在各個(gè)國家尋求較低的頻段。根據(jù)各個(gè)國家頻率規(guī)劃的不同，目前WiMAX選定了首先對(duì)工作于2.4 GHz頻段、3.5 GHz頻段、5.8 GHz頻段這三個(gè)頻段的 802.16d設(shè)備進(jìn)行一致性和互操作性測(cè)試，

36、現(xiàn)已完成并商業(yè)化。選擇這幾個(gè)頻段先做側(cè)試是因?yàn)?.4 GHz、3.5 GHz、5.8 GHz是運(yùn)營(yíng)商比較愿意采納的頻段。其中按照國際慣例，2.4 GHz和5.8 GHz是免授權(quán)頻段;而3.5GHz是需要授權(quán)的。 </p><p>　　WiMAX系統(tǒng)支持TDD(時(shí)分雙工)和FDD(頻分雙工)兩種復(fù)用技術(shù)，在IEEE802.16d中，還規(guī)定了用戶站可以采用半雙工頻分雙工 (H-FDD)方式，這樣就降低了終端收發(fā)器的要

37、求，從而降低了終端成本。為了更好地使用帶寬，兩種模式下都采用突發(fā)(Burst)格式發(fā)送，支持自適應(yīng)的突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在每一幀中，基站和各個(gè)客戶端可以根據(jù)需要靈活地改變突發(fā)的類型，從而選取適當(dāng)?shù)陌l(fā)射參數(shù)，如調(diào)制方式、編碼類型等。 </p><p>　　WiMAX能夠提供高于3 bit/second/Hz的數(shù)據(jù)傳輸速率，IEEE802.16并未規(guī)定具體的載波帶寬，系統(tǒng)可以采用從1.25MHz-20MHz之間的帶寬。考慮

38、各個(gè)國家己有固定無線接入系統(tǒng)的載波帶寬劃分且各自不統(tǒng)一，IEEE802.16d規(guī)定了幾個(gè)系列:1.25 MHz的倍數(shù),1.75 MHz的倍數(shù)。1.25 MHz系列包括1.25/2.515/10/20 MHz等:1.75 MHz系列包括1.75/3.5/7/14 MHz等。對(duì)于10-66 GHz的非視距固定無線接入系統(tǒng)，還可以采用28 MHz載波帶寬，提供更高的接入速率。 </p><p>　　WiMAX采用自適應(yīng)

39、調(diào)制、編碼技術(shù)，支持BPSK、QPSK、16QAM和64QAM多種調(diào)制技術(shù)。在信道編碼糾錯(cuò)方面，IEEE802.16d采用了截短的RS編碼和卷積碼級(jí)連的糾錯(cuò)編碼，并且還支持分組Turbo碼、卷積Turbo碼。它可以根據(jù)不同的調(diào)制方式和糾錯(cuò)編碼方法組合成多種發(fā)送方案，系統(tǒng)可以根據(jù)信道狀況的好壞以及傳輸?shù)男枨?，選擇一個(gè)合適的傳輸方案。信道質(zhì)量好的時(shí)候，選擇傳輸速率比較高的調(diào)制方式；反之，則選擇抗干擾能力比較強(qiáng)但是傳輸速率比較低的調(diào)制方式。比

40、如說，當(dāng)信道狀態(tài)差時(shí)，可以選擇例如QPSK低階的調(diào)制方式，當(dāng)信道狀況好時(shí)，可以選擇例如64QAM高階的調(diào)制方式。自適應(yīng)調(diào)制給無線傳輸系統(tǒng)帶來了很好的抗衰落性能。 </p><p>　　為了增加系統(tǒng)容量、擴(kuò)大履蓋范圍以及提高系統(tǒng)的可靠性，IEEE802.16d支持多種多天線技術(shù)比如空時(shí)編碼(Space-Time Coding,STC)，自適應(yīng)天線系統(tǒng)(Adaptive Antenna System,AAS)和多輸入

41、多輸出(Multiple-Input Multiple- Output,MIMO)系統(tǒng)。MIMO技術(shù)就是在BS(Base Station，基站)和SS(Subscriber Station，用戶站)端使用多根天線，能夠大幅度的增加信道的容量、覆蓋范圍和頻譜的利用率。AAS可以描述為一種波束成形技術(shù)。BS使用天線陣列增加目標(biāo) SS的增益，同時(shí)減少其他SS或者干擾源的干擾。AAS技術(shù)使用SDMA方法，得空間上分開的多個(gè)SS能在同一時(shí)間使用相

42、同子信道。通過使用波束成形，BS能夠?qū)⑿盘?hào)導(dǎo)向到不同SS，也能區(qū)分同一時(shí)刻來自不同SS的信號(hào)。 </p><p>　　STC和MIMO屬于同一類技術(shù)，在發(fā)送端不需要知道信道信息，而AAS在發(fā)送端需要知道信道信息。廣義上來說，STC使用多根天線發(fā)送、單根天線接收，應(yīng)該也屬于MIMO技術(shù)中的一種。 </p><p>　　使用多天線技術(shù)會(huì)帶來以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>

43、;　　陣列增益：使用多天線后增加了信號(hào)的相干性，從而獲得了陣列增益；</p><p>　　分集增益：這是通過利用多徑來獲得的，當(dāng)任何一徑性能變壞時(shí)，就不會(huì)影響系統(tǒng)的性能。在無線衰落信道里，這個(gè)可以增加接收信號(hào)強(qiáng)度的穩(wěn)定性從而提高性能。分集增益可以在空間(天線)、時(shí)域 (時(shí)間)或者頻域 (頻率)各個(gè)維度上獲得； </p><p>　　共信道干擾消除(CCIR)：通過干擾的不同信道響應(yīng)，從而消

44、除共信道的干擾信號(hào)。 </p><p>　　多天線技術(shù)和OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)結(jié)合使用能夠大幅度地提高覆蓋范圍和容量。 </p><p>　　2.1.2 WiMAX物理層調(diào)制模式 </p><p>　　最早發(fā)布的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)中使用單載波(Single-Carrie

45、r,SC)調(diào)制模式，因此將其稱為“WirelessMAN-SC”。而后續(xù)頒布的802.16a和802.16d標(biāo)準(zhǔn)除了支持單載波方式外，還增加了以下三種載波調(diào)制方式：(1)改進(jìn)型單載波方式：基于WirelessMAN-SＣ單載波方式，但工作在支持非視距傳輸?shù)?1GHz以下頻段，稱為“WirelessMAN-Sca”；(2)256載波正交頻分多路復(fù)用(OFDM)方式: 這種方式采用頻率上等間隔的256個(gè)正交子載波進(jìn)行調(diào)制，充分發(fā)揮了OFDM

46、技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有抗多徑衰落、抗時(shí)延擴(kuò)展的能力，可滿足大部分應(yīng)用需求，稱為”“Wireless MAN-OFDM”；(3)2048載波正交頻分多址接入(OFDMA)方式: 這種方式引入頻域多址接入，將頻帶劃分為多個(gè)子信道，各子信道之間依次正交排列并根據(jù)信道特性分配給不同用戶，實(shí)現(xiàn)多用戶信號(hào)傳輸復(fù)用和接入，可支持某些特定的多對(duì)象通信應(yīng)用，稱為“Wireless MAN-OFDMA”。</p><p>　　WiMAX的

47、主要優(yōu)點(diǎn)如傳輸速率快，抗干擾能力強(qiáng)都是因?yàn)椴扇×薕FDM技術(shù)[８]。</p><p>　　正交頻分復(fù)用(OFDM)實(shí)際上是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。正交是指各個(gè)載波的信號(hào)頻譜是正交的，OFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個(gè)基本振蕩頻率的整數(shù)倍。 </p><p>　　OFDM技術(shù)的基本思想就是在頻域內(nèi)將所給信道分成許多正交子信道，在每一個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波

48、并行傳輸。這樣盡管總的信道并非平坦的，也就是說，具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，并且在每個(gè)信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此可以大大消除符號(hào)間干擾。 </p><p>　　OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址）和OFDM的最根本的區(qū)別在于前者在上行和下行均支持子信道化，后者僅在上行方向支持子信道化。

49、</p><p>　　OFDM和OFDMA頻譜利用率高，而且在抵抗多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和窄帶干擾上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是與單載波相比，OFDM和OFDMA技術(shù)也有缺點(diǎn)，最主要的是它對(duì)載波頻率偏移比較敏感，相對(duì)于子載波間隔來說很小的載波頻偏就會(huì)引起系統(tǒng)性能的大幅下降。 </p><p>　　2.2 幾種無線寬帶技術(shù)的介紹及分析</p><p>　　到目前為止，世界上

50、的無線城市建設(shè)所采用的技術(shù)主要有三種，分別是WiFi、MESH-WiFi以及WiMAX。這三種技術(shù)有著不同的技術(shù)特點(diǎn)，適用的范圍也不盡相同。</p><p>　　2.2.1 WiFi技術(shù)介紹</p><p>　　IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)在1997年由IEEE 802.112作組提出，該標(biāo)準(zhǔn)提供了三個(gè)物理層規(guī)范，包括2.4GHz ISM免費(fèi)頻段中的紅外線、1-2Mbps跳頻技術(shù) (Frequ

51、ency-Hopping Spread Spectrum,FHSS)和1-2 Mbps直接序列擴(kuò)頻技術(shù)(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)，主要用來解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達(dá)到2 Mbps。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此，IEEE 于 1999年又新推出了兩個(gè)版本的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.11a和IEEE 8

52、02.llb。除原IEEE 802.11的內(nèi)容之外，增加了基于SNMP協(xié)議的管理信息庫(MIB)以取代原OSI協(xié)議的管理信息庫，同時(shí)也擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度。 </p><p>　　IEEE 802.11b使用開放的2.4 GHz頻率，采用直接序列擴(kuò)頻和補(bǔ)償編碼鍵控 (Complementary CodeKeying,CCK)的調(diào)制方式，室內(nèi)傳輸距離可以支持100m, 傳輸速率可以達(dá)到11 Mbps，可以兼容802

53、.11。 </p><p>　　IEEE 802.11a工作頻段為5GHz頻段，物理層也采用OFDM技術(shù)，大大提升無線局域網(wǎng)的速度和整體信號(hào)質(zhì)量，傳輸速率可達(dá)54 Mbps。由于802.11a技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率高，抗千擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能滿足高密度數(shù)據(jù)傳輸用戶的需要。 </p><p>　　由于IEEE 802.11a和IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)之間互不兼容，為了解決這個(gè)問題， IEEE

54、又于2001年11月發(fā)布了IEEE802.１1g協(xié)議，工作頻段為2.4GHz,規(guī)定的調(diào)制方法有兩種，包括802.11a中采用的OFDM與802.11b中采用的CCK。通過規(guī)定兩種調(diào)制方式，既達(dá)到了用2.4GHz頻段實(shí)現(xiàn)IEEE802.lla水平的數(shù)據(jù)傳輸速度，也確保了和IEEE802.11b產(chǎn)品的兼容，工作距離為80-100米 (室內(nèi))，所以現(xiàn)在市場(chǎng)上大多數(shù)無線網(wǎng)卡都支持IEEE 802.11g。</p><p>

55、;　　2.2.2 MESH-WiFi技術(shù)介紹</p><p>　　無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展日新月異，各種新技術(shù)層出不窮，而MESH-WiFi就是基于IEEE 802.11技術(shù)發(fā)展而來的，它的全名是Wireless Mesh Network，又稱無線網(wǎng)狀網(wǎng)。無線網(wǎng)狀網(wǎng)引入了對(duì)等網(wǎng)狀拓?fù)涞母拍?，可?shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的無線通信，核心指導(dǎo)思想是讓網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)。這個(gè)概念解決了當(dāng)今面臨的許多部署問題，比如進(jìn)行廣泛的

56、以太網(wǎng)布線，支持新的部署模式等。傳統(tǒng)的WLAN一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題由此迎刃而解。無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，代 表著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的又一大跨越，有極為廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WMN)由網(wǎng)狀路由器節(jié)點(diǎn)和客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)組成，其中的網(wǎng)狀路由器節(jié)點(diǎn)組成了無線網(wǎng)狀網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)骨干，其移動(dòng)性很小。它們一起為無線網(wǎng)狀網(wǎng)和其它常規(guī)無線網(wǎng)絡(luò)的客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)提供網(wǎng)絡(luò)的無線接入。WMN技術(shù)結(jié)合了中心式控制的蜂

57、窩網(wǎng)與分布式控制的無線自組織網(wǎng)(Adhoc)的優(yōu)點(diǎn)，可有效克服這兩種技術(shù)的缺陷并顯著提高無線網(wǎng)絡(luò)的性能，已經(jīng)成為下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)之一。WMN可為無線個(gè)域網(wǎng)、局域網(wǎng)、校園網(wǎng)、城域網(wǎng)的一系列應(yīng)用提供高速無線寬帶接入服務(wù)。 </p><p>　　無線網(wǎng)狀網(wǎng)也稱為“多跳 (multi-hop)”網(wǎng)絡(luò)，它是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在傳統(tǒng)的WLAN中，每個(gè)客戶端均通過一條與AP相連的無線鏈路

58、來訪問網(wǎng)絡(luò)，用戶如果要進(jìn)行相互通信的話，必須首先訪問一個(gè)固定的AP，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與一個(gè)或者多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于:如果最近的AP由于流量過大而導(dǎo)致?lián)砣脑?，那么?shù)據(jù)可以自動(dòng)重新路由到一個(gè)通信流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個(gè)

59、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。這樣的訪問方式就是多跳訪問。</p><p>　　與傳統(tǒng)的交換式網(wǎng)絡(luò)相比，無線網(wǎng)狀網(wǎng)去掉了節(jié)點(diǎn)之間的布線需求，但仍具有分布式網(wǎng)絡(luò)所提供的冗余機(jī)制和重新路由功能。在無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)里，如果要添加新的設(shè)備，只需要簡(jiǎn)單地接上電源就可以了，它可以自動(dòng)進(jìn)行自我配置，并確定最佳的多跳傳輸路徑。添加或移動(dòng)設(shè)備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓?，并自?dòng)調(diào)整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。</p

60、><p>　　2.2.3 WiMAX技術(shù)與其他兩種技術(shù)比較</p><p>　　WiMAX與WiFi最大的區(qū)別是覆蓋半徑的長(zhǎng)短[7]。WiMAX的基站覆蓋半徑可達(dá)到6000m到8000m，與之相比的是WiFi覆蓋的半徑只有50m到100m，可見WiMAX的覆蓋范圍更廣。WiFi在MAC層采用的是CSMA/CA(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免)協(xié)議，比較適合突發(fā)性較大的業(yè)務(wù)如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以提供較短的

61、響應(yīng)時(shí)間，但也使得WiFi不能象WMAX那樣具備帶寬動(dòng)態(tài)分配的能力，而且如果一個(gè)WLAN內(nèi)有一個(gè)傳輸速率較慢的客戶端，會(huì)使整個(gè)局域網(wǎng)的傳輸效率明顯下降。從系統(tǒng)容量上看，WMAX也有顯著的優(yōu)勢(shì)，一個(gè)WMAX基站可以同時(shí)接入數(shù)百個(gè)用戶站。同時(shí)，WiMAX可為同一用戶站提供多個(gè)業(yè)務(wù)流的傳輸能力。</p><p>　　MESH-WiFi（無線網(wǎng)狀物）與WiMAX相比，多了AP接入和覆蓋半徑的差別。MESH-WiFi網(wǎng)絡(luò)中

62、AP相當(dāng)于路由功能，但在WiMAX中已經(jīng)不需要AP，也是因?yàn)閃iMAX得覆蓋范圍更廣，不需要AP作為中繼功能。MESH-WiFi因?yàn)槭腔?02.11的無線網(wǎng)狀物，所以擁有著WiFi相對(duì)的功能結(jié)構(gòu)。</p><p>　　總之,與 WiFi、MESH-WiFi相比，WiMAX具有覆蓋范圍更寬、頻段適應(yīng)面更廣、 伸縮性更強(qiáng)、QoS和安全性能更高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。WiFi、MESH-WiFI是基于無線局域網(wǎng) (WLAN)標(biāo)準(zhǔn)

63、 ,主要用于室內(nèi)、辦公室或熱點(diǎn)地區(qū)的近距離分布式的 Internet / Intranet接入；WiMAX是基于無線城域網(wǎng) (WMAN)標(biāo)準(zhǔn) ,主要用于固定和低速移動(dòng)下的高速數(shù)據(jù)接入服務(wù)。</p><p>　　表2.1 WiMAX、WIFI、MESH-WIFI的比較</p><p>　　從表 2.1中可以看出 ,WiMAX較理想的非視距傳輸特性、靈活的部署與配置伸縮性、優(yōu)秀的 QoS服務(wù)

64、質(zhì)量和強(qiáng)大的安全性都使其成為無線城域網(wǎng)絡(luò)理想的接入方式。但是未來WiMAX與其他無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很有可能是共存于市場(chǎng)，因?yàn)樗麄兪袌?chǎng)定位就不一樣，就如同今天移動(dòng)通信的GSM和CDMA制式共存一樣。</p><p>　　第三章 模擬搭建WiMAX組網(wǎng)模型</p><p>　　3.1 WiMAX的組網(wǎng)技術(shù)</p><p>　　參用通用的無線通信體系結(jié)構(gòu)，WiMAX網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)

65、可以分成終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)3個(gè)部分，如圖3.1所示。在圖3.1中，WiMAX終端包括固、漫游和移動(dòng)3種類型終端；WiMAX接入網(wǎng)主要為無線基站，支持無線資源管理等功能；WIMAX核心網(wǎng)主要解決的客戶認(rèn)證、漫游等功能及WiMAX網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口關(guān)系。WIMAX網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)就是頻率復(fù)用方案、認(rèn)證計(jì)費(fèi)和移動(dòng)性管理。</p><p>　　圖3.1 WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)</p><p>

66、;<b>　　3.1.1頻率復(fù)用</b></p><p>　　頻率是一種稀缺資源，因此每個(gè)國家政府對(duì)于頻率管理都十分嚴(yán)格。WiMAX是基于802.16網(wǎng)絡(luò)建立的，所以它可以在可以2 Ghz到50 Ghz之間使用，但是實(shí)際上WiMAX網(wǎng)絡(luò)可以使用的頻率是非常有限的。例如我國正使用的小靈通頻段因?yàn)楹?G頻段有沖突，所以擁有近1億用戶的小靈通也將面臨退市。所以在考慮運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)容量、頻率干擾的前提下，

67、運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)WiMAX的網(wǎng)絡(luò)頻率進(jìn)行全面規(guī)劃。WiMAX網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃遵循通用的無線網(wǎng)絡(luò)模型，但考慮到不同的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)際上存在不同的方案。以WiMAX網(wǎng)絡(luò)在固定接入方式的應(yīng)用場(chǎng)合為例，固定接入可以充分利用極化隔離和定向天線，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則如下：</p><p>　　(1)除非距離達(dá)到5到7倍程，或者兩者之間存在較為明顯的阻擋物，相鄰站點(diǎn)不允許出現(xiàn)相同方向的同頻復(fù)用。如果必須要采取復(fù)用，可以采用不同的極化方向以獲得

68、20 db的額外隔離度。</p><p>　　(2)同一站點(diǎn)，同一扇區(qū)，盡可能不使用鄰頻進(jìn)行組網(wǎng)，盡可能錯(cuò)開一個(gè)角度，以保證服務(wù)扇區(qū)內(nèi)的注冊(cè)頻點(diǎn)為最佳。</p><p>　　(3)同一站點(diǎn)，同一扇區(qū)，不可以使用同頻。</p><p>　　(4)同一站點(diǎn)，相鄰扇區(qū)，不可以使用同頻。在高性能天線的情況下，如果終端（SU）的位置不在相鄰兩個(gè)扇區(qū)交疊邊緣的前提下，可以使用同

69、頻交叉極化方式。</p><p>　　(5) 同一站點(diǎn)，相背扇區(qū)，在基站天線前后隔離度滿足30 db的要求下，可以使用相同極化的同頻。</p><p>　　針對(duì)免許可證頻段，IEEE 802.16協(xié)議還規(guī)定了動(dòng)態(tài)頻率選擇方案，同時(shí)WiMAX系統(tǒng)可以支持多輸入多輸出（MIMO）、智能天下（天線）、正交頻分多址（OFDMA）等技術(shù)，以降低頻率干擾、增加網(wǎng)絡(luò)容量。</p><

70、p><b>　　3.1.2認(rèn)證計(jì)費(fèi)</b></p><p>　　認(rèn)證計(jì)費(fèi)系統(tǒng)是WiMAX網(wǎng)絡(luò)重要組成部分，即認(rèn)證、授權(quán)和記賬（AAA）是網(wǎng)絡(luò)安全策略的一個(gè)組成部分。典型的寬帶用戶AAA接入控制的實(shí)現(xiàn)過程如下：用戶端設(shè)備→AAA客戶機(jī)→AAA服務(wù)器→計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。WiMAX網(wǎng)絡(luò)用戶認(rèn)證過程也采取類似的方案。AAA客戶機(jī)到AAA服務(wù)器之間通常采取遠(yuǎn)程撥號(hào)用戶認(rèn)證（RADIUS）協(xié)議；AAA服務(wù)

71、器和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)統(tǒng)一集中建設(shè)，以支持用戶漫游和減少建設(shè)成本；用戶端設(shè)備和AAA客戶機(jī)（如寬帶接入服務(wù)器）之間多采用PPPoE、802.1X、WEB認(rèn)證等等。</p><p>　　目前，WiMAX網(wǎng)絡(luò)組建采用單獨(dú)建網(wǎng)、數(shù)據(jù)城域網(wǎng)疊加、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)等幾種方案，因此WiMAX網(wǎng)絡(luò)的AAA客戶機(jī)、AAA服務(wù)器和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)可以借用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)活直接采用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)資源共享，降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資。</p&g

72、t;<p>　　3.1.3 移動(dòng)性管理</p><p>　　WiMAX網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支出漫游、移動(dòng)業(yè)務(wù)能力，其移動(dòng)性管理方式對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響也是比較巨大的。移動(dòng)性管理的主要功能就是在整個(gè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有效地支持終端站的漫游和移動(dòng)，涉及位置管理和切換管理兩個(gè)部分。其中，位置管理主要是確認(rèn)合法終端所處網(wǎng)絡(luò)位置，以便于再業(yè)務(wù)啟動(dòng)時(shí)，迅速建立業(yè)務(wù)路由；切換管理則是在終端移動(dòng)狀態(tài)下，保障激活業(yè)務(wù)的服務(wù)和質(zhì)量。</

73、p><p>　　WiMAX終端在漫游、移動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理可以采用簡(jiǎn)單IP（Simple IP）或者移動(dòng)IP（Mobile IP）協(xié)議。在Simple IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，終端分配的IP地址是動(dòng)態(tài)可變的，但在跨區(qū)切換時(shí)業(yè)務(wù)要中斷，必須通過應(yīng)用層的專用協(xié)議實(shí)現(xiàn)再次連接，只適用于WWW、E-mail等對(duì)時(shí)間不太敏感的業(yè)務(wù)，不適用于大范圍移動(dòng)的適時(shí)業(yè)務(wù)，如IP語音等。然而，Mobile IP也存在IPv4地址不足，切換過程

74、中的時(shí)延和丟包率難以保障等問題，需要采用地址轉(zhuǎn)換、IPv6、多層切換等方案來解決。</p><p>　　3.2 WiMAX的組網(wǎng)方案</p><p>　　按照基于WiMAX技術(shù)的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法，結(jié)合中南大學(xué)的實(shí)際情況，提出了一套無線寬帶校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)流程和方案。依據(jù)此方案搭建了中南大學(xué)無線寬帶校園網(wǎng)模型，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，模擬具體運(yùn)營(yíng)環(huán)境。并且針對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行部分測(cè)試、調(diào)試及優(yōu)化工

75、作，針對(duì)實(shí)際可能出現(xiàn)的問題做出分析。最后，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，展望了下一步在無線寬帶網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)方面可以進(jìn)行的工作和改進(jìn)。</p><p>　　基于WiMAX的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案的流程是：</p><p>　?。?）首先確定應(yīng)用模式，選定應(yīng)用模式后通過調(diào)研，取得設(shè)備的性能參數(shù)，確定和調(diào)查規(guī)劃區(qū)域、用戶群和預(yù)期網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，完成需求和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集。</p><p>　　（2

76、）然后根據(jù)目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域的特性選定傳播模型，只有選擇了合適的模型才能依據(jù)模型進(jìn)行無線鏈路預(yù)算，從而計(jì)算系統(tǒng)可以容忍的最大路徑損耗，得到基站覆蓋小區(qū)半徑。</p><p>　?。?）最后由小區(qū)半徑算出基站可覆蓋面積，得到覆蓋面積后，依據(jù)目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域的地形確定基站位置和客戶端 (CPE)位置，完成覆蓋規(guī)劃，得出規(guī)劃方案。 </p><p>　　3.2.1 應(yīng)用模式的選擇</p>&

77、lt;p>　　WiMAX的技術(shù)特性和應(yīng)用特點(diǎn)決定了其能適應(yīng)各種的應(yīng)用環(huán)境，具有不同的應(yīng)用模式，下面對(duì)WiMAX寬帶無線接入的應(yīng)用模式進(jìn)行介紹，然后進(jìn)行初步的分析和探討，根據(jù)實(shí)際情況選擇適合中南大學(xué)無線寬帶實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的應(yīng)用模式。</p><p><b>　　PMP應(yīng)用模式</b></p><p>　　PMP應(yīng)用模式以基站(BS)為核心，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的連接方式，構(gòu)建星形

78、結(jié)構(gòu)的WiMAX接入網(wǎng)絡(luò)，如圖3.2。</p><p>　　基站 (BS)扮演業(yè)務(wù)接入點(diǎn) (SAP,Service Access Point)的角色，通過動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)，基站 (BS)可以根據(jù)覆蓋區(qū)用戶的情況，靈活選用定向天線、 全向天線以及多扇區(qū)技術(shù)滿足大量的用戶站(SS,Subscriber Station)設(shè)備接入核心網(wǎng)的需求。必要時(shí)，可以通過中繼站(RS,Repeat Station)擴(kuò)大無線覆蓋范圍。

79、還可以根據(jù)用戶群數(shù)量的變化，靈活劃分信道帶寬，對(duì)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)效益與成本的協(xié)調(diào)。 </p><p>　　PMP應(yīng)用模式是一種常用的接入網(wǎng)應(yīng)用形式，其特點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，應(yīng)用模式與ADSL等線纜接入形式相似，因此，是一種線纜替代的理想選用方案。</p><p>　　圖3.2 PMP模式</p><p>　　●Mesh應(yīng)用模式 </p><p>

80、;　　Mesh應(yīng)用模式采用多個(gè)基站(BS)以網(wǎng)狀網(wǎng)方式擴(kuò)大無線覆蓋區(qū)。其中， 有一個(gè)基站作為業(yè)務(wù)接入點(diǎn) (SAP)與核心網(wǎng)相連，其余基站 (BS)以無線鏈路與該SAP相連，如圖3.3。因此，作為SAP的基站既是業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)又是接入的匯聚點(diǎn)，而其余基站并非簡(jiǎn)單的中繼站 (RS)功能，而是業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)。Mesh應(yīng)用模式的特點(diǎn)在于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活部署，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的彈性延伸。對(duì)于市郊等遠(yuǎn)離骨干網(wǎng)，有線不易覆蓋的地區(qū)，可以采用該模式擴(kuò)

81、大覆蓋范圍，其規(guī)摸取決于基站半徑、覆蓋區(qū)大小等因素。</p><p>　　圖3.3 Mesh模式</p><p><b>　　●無線橋接模式 </b></p><p>　　無線橋接入模式是一種點(diǎn)到點(diǎn)無線鏈接方式，與遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的作用相似，其目的是把地理位置分離的兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)通過WiMAX無線鏈路連接在一起。由于無線橋接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，兩端WiMAX無

82、線網(wǎng)橋設(shè)備天線的方向可以彼此對(duì)準(zhǔn)固定，因此傳輸性能相對(duì)穩(wěn)定，部署也相對(duì)簡(jiǎn)單。如圖3.4。 </p><p>　　顯然，采用WiMAX無線橋接方式，可以避免困難的專線鋪設(shè)或繳納昂貴的線纜租金，并能迅速開通使用，連接距離遠(yuǎn)，連接帶寬完全能滿足一般應(yīng)用需要。對(duì)于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商來說可以采用該應(yīng)用模式，把各小區(qū)移動(dòng)基站業(yè)務(wù)回傳到移動(dòng)交換中心。在用戶專網(wǎng)建設(shè)或者和3G混合組網(wǎng)方面，比有線橋接方式更具競(jìng)爭(zhēng)力。</p>

83、<p>　　圖3.4 無線橋接模式</p><p><b>　　●熱點(diǎn)回傳模式 </b></p><p>　　熱點(diǎn)回傳 (backhaul)模式采用WiMAX無線接入網(wǎng)絡(luò)把遠(yuǎn)端WiFi熱Hotspot業(yè)務(wù)回送到核心網(wǎng)，WiMAX基站(BS)的作用仍為業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)， 而WiMAX用戶站 (SS)是熱點(diǎn)側(cè)的無線接入設(shè)備，提供標(biāo)準(zhǔn)接口與熱點(diǎn)相連，作為WL

84、AN接入點(diǎn)(AP,Access Point)的熱點(diǎn)設(shè)備再通過IEEE802.11a/b/g無 線網(wǎng)卡與無線終端連接。WiMAX接入網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際情況靈活采用PMP或Mesh結(jié)構(gòu)形式，如圖3.5。 </p><p>　　WiMAX熱點(diǎn)回傳模式的主要特點(diǎn)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(diǎn)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(bǔ)充或替代方案。但應(yīng)用此模式的前提是基站為

85、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。</p><p>　　圖3.5 熱點(diǎn)回傳模式</p><p>　　●終端直接接入模式 </p><p>　　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

86、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(dòng)性 (對(duì)于己經(jīng)頒布的IEEE 802.16e)，因此特別適合于接入速率要求高并且有移動(dòng)性要求的終端應(yīng)用。如圖3.6。 </p><p>　　該模式的特點(diǎn)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

87、端在城域范圍內(nèi)的移動(dòng)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(shí)的下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。但是Intel公司直到2006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(shí)用。</p><p>　　圖3.6 終端直接接入模式</p><p><b>　　●駐地網(wǎng)接入模式 </b></p

88、><p>　　駐地網(wǎng)接入模式主要針對(duì)集團(tuán)用戶，其目標(biāo)是把諸如企業(yè)、校園和SOHO (Small Office Home Office，單獨(dú)家里辦公)等用戶駐地網(wǎng)通過WiMAX接入骨干網(wǎng)，如圖3.7。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

89、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。</p><p>　　用戶側(cè)駐地網(wǎng)設(shè)備可以是路由器、交換機(jī)、集線器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，甚至可以是另一種無線接入點(diǎn) (例如WiFi熱點(diǎn))，用于組成用戶專用局域網(wǎng)，其典型實(shí)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。 </p><p>　　駐地網(wǎng)接入模式特別適合于線纜接入不方便，或者對(duì)接入帶寬要求不高

90、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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　圖3.7 駐地網(wǎng)接入模式</p><p>　　以上幾種模式都有各自適合運(yùn)用的場(chǎng)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(zhǎng)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(bǔ)充或者滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急備份需求。所以我的設(shè)計(jì)方案選

91、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(gè)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)。</p><p>　　3.2.2 無線信道模型選擇</p><p>　　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(jī)和接收機(jī)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

92、時(shí)，接收機(jī)的移動(dòng)速度也影響接收信號(hào)電平的衰落。另外，無線信道表現(xiàn)很強(qiáng)的隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性，很難作簡(jiǎn)單地分析。因此無線信道模型的提取必須考慮通信系統(tǒng)及頻段的影響。 </p><p>　　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(jì)的一個(gè)重要依據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(kuò)容、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

93、期間都離不開路徑損耗預(yù)測(cè)。 </p><p>　　由于無線信道本身的隨機(jī)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。</p><p>　　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(duì)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

94、閱相關(guān)資料我在進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)選擇Okumum-Hats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(jì)算。中南大學(xué)的地形條件又與Okumura-Hata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(shí)的反映出實(shí)際值。</p><p>　　下面介紹下Okumura模型和Okumura-Hate模型：</p><p>　　●Okumura模型 </p

95、><p>　　Okumura模型預(yù)測(cè)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、移動(dòng)天線高度氣，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(cè)曲線簇。 </p><p>　　預(yù)測(cè)曲線簇表明了基本損耗中值與工作頻率、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(huì)增加。在曲線上查得的基本損耗中值加上自由空間的傳播損耗,才是

96、實(shí)際路徑傳播損耗，即 </p><p><b>　　(3.1) </b></p><p>　　在考慮基站天線高度增益因子與移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子的情況下，市區(qū)路徑傳播損耗中值 </p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　式中， 、為天線高度增益因子。 </p>

97、<p>　　計(jì)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，開闊區(qū)修正因子、準(zhǔn)開闊區(qū)修正因子。計(jì)算不規(guī)則地形上的傳播損耗中值，要加入修正因子。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。 </p><p>　　上述傳播損耗公式盡管能較好地給出結(jié)果，但不適合計(jì)算機(jī)運(yùn)算。為使模型適合計(jì)算機(jī)運(yùn)算，Hata開發(fā)了兩個(gè)新模型。</p><p>　　●Okum

98、ura-Hata模型 </p><p>　　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(cè)，根據(jù)應(yīng)用頻率的不同，Hata模型又分為: </p><p>　　(1)Okumura-Hata模型，使用的頻率范圍為150-1500MHz。 </p><p>　　(2)COST231-Hats模型，是COST231工

99、作委員會(huì)提出的將頻率擴(kuò)展到2 GHz以上的Hata模型擴(kuò)展版本。 </p><p>　　Okumura-Hata模型是Hata在Okumura模型大量測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ蚴鞘褂肙kumura模型需要查找各種曲線，不利于計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)。Hata根據(jù)Okumura的基本中值場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)曲線，通過曲線擬合，提出了傳播衰落的經(jīng)驗(yàn)公式，即Okumura-Rata模型。 </p>&

100、lt;p>　　適用條件為: ①應(yīng)用頻率f為150-1500MHz；②基站天線有效高度為30-200米；③移動(dòng)臺(tái)天線高度為1-10米；④通信距離為1-25千米。 </p><p><b>　　傳播損耗公式: </b></p><p><b>　　(3.3) </b></p><p>　　從上面的模型適用條件可以看出，該

101、模型不適用于基站天線比較低的情況，同時(shí)也不適用于地形起伏較多或中度密集森林的地形。</p><p>　　主要針對(duì)下面三種地形，如下表：</p><p>　　表3.1 三種地形類型</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于給定的參考距離，路徑損耗的中值可以由以下公式計(jì)算:</p><p>　?。?（3.

102、4）</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　（3.6）</b></p><p>　　為波長(zhǎng)，單位為m；為路徑損耗因子；為基站高度，介于10m到80m之間；=100；a，b，c是依賴地形類型的常數(shù)，取

103、決于信道類型，取值如下表所示：</p><p>　　表3.2 模型參數(shù)取值</p><p>　　陰影衰落的影響由表示，采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布來建模，標(biāo)準(zhǔn)方差的典型值在 8.2-10.6dB之間，具體取決于地形和林木密度類型。 </p><p>　　上述模型適用于2GHz左右的頻段，接收機(jī)天線高度約2m的情況。 </p><p>　　為了擴(kuò)展模型可用

104、的頻率范圍并將接收機(jī)天線高度擴(kuò)展到IOm，可引入一些校正項(xiàng)對(duì)該模型進(jìn)行修改：</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　其中為頻率的校正項(xiàng)：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　為頻率，單位為MHz。</p><p>

105、　　為接收天線高度校正項(xiàng)：</p><p><b>　　,類型A和B</b></p><p><b>　　，類型C</b></p><p><b>　　h為接收天線高度。</b></p><p>　　3.2.3 覆蓋規(guī)劃</p><p>　　無線寬帶網(wǎng)絡(luò)

106、中，基站的覆蓋區(qū)域可以描述成這樣一個(gè)區(qū)域:在一個(gè)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(hào)電平來滿足業(yè)務(wù)要求。 </p><p>　　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：</p><p>　　最大鏈路損耗=發(fā)射功率-接收機(jī)靈敏度-余量

107、 （3.9） </p><p>　　進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)，先計(jì)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。 </p><p>　　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)