WiMAX的两个主流标准的覆盖分析.doc-资料库

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WiMAX 的两个主流标准的覆盖分析近年来移动通信发展呈现数字化、宽带化的趋势，WiMAX 作为一种宽带无线接入技术，从其诞生之日起，就备受人们的关注和争议。提到 WiMAX，我们听到最多的就是它能提供 75Mbit/s 的速率，能提供 50km 的覆盖范围。那么， WiMAX 究竟有没有这么大的覆盖能力，这可能是许多人心中的疑问。本文从链路预算的角度出发，分别对 WiMAX 的两个主流标准 IEEE802.16d 和 IEEE802.16e 的覆盖能力进行分析。一、链路预算链路预算是无线网络规划的基本工具，通过链路预算，我们可以预测小区的覆盖半径。链路预算通过对搜集到的发射机和接收机之间的设备参数、系统参数及各种裕量进行处理，得到满足系统性能要求时允许的最大路径损耗，利用链路预算得出的最大路径损耗和相应的传播模型可以计算出特定区域下的覆盖半径。下面将对基于 IEEE802.16d 和 IEEE802.16e 两种标准的网络进行链路预算。 1．系统参数系统参数主要包括系统带宽、工作频率、抽样频率等。考虑到 WiMAX 带宽灵活性强和频段不固定的特点，本文将以其中的一种配置为例来分析，对于 IEEE802.16d，本文以 3.5GHz 频段、3.5MHz 带宽为例。对于 IEEE802.16e，本文以 2.5GHz 频段、10MHz 带宽为例，具体参数如表 1 和表 2 所示。表 1 系统配置表 2OFDM 参数表 2．接收机灵敏度

接收机灵敏度是指接收机输入端为保证信号能成功的监测和解调(或保持所需要的 FER)所需要的业务信道的最小输入功率电平。IEEE802.16d 标准中给出了接收机灵敏度计算的参考方法。 IEEE802.16e 标准中也给出了接收机灵敏度的计算方法建议。 SNRRx 随着不同的调制编码方式而变化，规范建议 SNRRx 的取值由表 3、4 给出。与 802.16d 相比，802.16e 中采用了重复技术，这是有增益的。表 3IEEE802.16d 不同调制编码方式下的 SNR 值表 4IEEE802.16e 不同调制编码方式下的 SNR 值 3．储备裕量（1）阴影衰落储备由于存在阴影衰落的影响，为了保证一定的覆盖概率，必须保留一定的阴影衰落裕量，其大小与阴影衰落标准方差和覆盖概率有关。在实际工程中，一般以 75％的边缘覆盖概率为目标，它对应的区域覆盖概率为 90％，标准差σ一般取值为 5～12dB，宏蜂窝一般取 8dB，因此这里σ取 8dB，由此可以计算出阴影衰落储备为 5.39dB。（2）快衰落储备快衰落储备是为功率控制预留的功率裕量，功率控制可以在一定程度上抵抗快衰落，因此需要给功控预留功率裕量。由于 802.16d 中没有闭环功控措施，只有简单的初始测距，802.16d 又是固定接入，因而不需要预留快衰落储备。而在 802.16e 网络中，由于终端可以移动接入，而移动会带来一定的衰落，通过功控可以弥补这个衰落，因此需要给功控留一定的裕量，但是由于 802.16e 网络功控的频率比较低，所以不需要预留太多的快衰落储备，这里取 2dB。（3）干扰储备与 GSM 系统类似，WiMAX 网络存在小区间的邻频和同频干扰，干扰的大小与站距的大小、频率的规划、天线的朝向等因素有关，为了使小区内干扰严重的区域能正常通信，就要留一

部分裕量。如果频率复用模式为 1/3/1，上行预留干扰储备 3dB，下行 2dB；如果频率复用模式为 1/3/3,干扰储备可以减小为 0.2dB，但是这样会带来频谱效率降低的后果。 4．传播模型的选择在 3.5GHz 频段，常用的传播模型有 SUI 模型、Cost-231Hata 模型、ECC-33 模型等。相关文献曾经对三种模型做过测试研究，得出以下结论：SUI 模型所预测的中值路径损耗的误差最大，一般都过大地预测了中值路径损耗，该模型需要通过进一步的参数优化来适用于 3.5GHz 频段；Cost-231Hata 模型也过大地预测了中值路径损耗，尤其当天线高度比较高时，随着终端天线高度的增加，该模型越来越不适用于 3.5GHz 频段。因此，这两个模型需要进一步地优化来适用于 3.5GHz 频段。而 ECC-33 模型则与测试结果保持了比较好的一致性，因此 ECC-33 模型可以用作 3.5GHz 频段的传播模型。但是由于 ECC-33 模型对于郊区和乡村地区没有修正因子，因而建议只作为一般市区环境的传播模型。在 2.5GHz 频段，通常采用 Cost-231 Hata 模型。本文就以 Cost-231 Hata 模型来预测覆盖半径，链路预算如表 5。表 5 链路预算二、覆盖分析 1．IEEE802.16d 覆盖分析通过上一节的分析，我们可以看出 802.16d 下行链路的总增益(QPSK1/2)为 152.7dB，如果不考虑储备，在视距传输的情况下，假设 CPE 天线高度为 10m，基站天线高度 40m，用 ECC-33

模型预测的小区半径为 9.09km，如果考虑了 9.6dB 的储备，计算出来的小区半径为 5.72km；对于非视距环境，考虑 10dB 的穿透损耗，系统允许的最大路径损耗为 135.1dB，预测小区半径为 2.99km。表 6 给出了不同调制编码方式下的小区半径预测情况。上行链路的总增益(QPSK1/2，1/8 子信道化)为 152.7dB，如果不考虑储备和视距传输的情况，假设 CPE 天线高度为 10m，基站天线高度 40m，用 ECC-33 模型预测的小区半径为 9.11km。如果考虑了 10.6dB 的储备，计算出来的小区半径为 4.74km；对于非视距环境，考虑 10dB 的穿透损耗，系统允许的最大路径损耗为 132.1dB，预测小区半径为 2.44km。表 7 给出了不同调制编码方式下的小区半径预测情况。显而易见，上行链路的最大允许路径损耗比下行链路小 10 个 dB，从而使上行覆盖半径远小于下行链路。为了解决这个问题，使上下行链路平衡，WiMAX 在上行链路采用了子信道化技术，来弥补上行链路的覆盖不足。表 8 给出了子信道化的增益。 2．IEEE802.16e 覆盖分析通过上面的分析我们可以看出，802.16e 下行链路的总增益(QPSK1/2)为 148.67dB，如果不考虑储备视距传输的情况下，假设终端天线高度为 1.5m，基站天线高度 32m，用 COST-231 模型预测的小区半径为 1.70km，如果考虑了 9.6dB 的储备，计算出来的小区半径为 0.90km。对于非视距环境，考虑 10dB 的穿透损耗，系统允许的最大路径损耗为 129.11dB，预测小区半径为 0.47km。表９给出了不同调制编码方式下的小区半径预测情况。上行链路的总增益(QPSK1/2,1/16 子信道化)为 148.41dB，如果不考虑储备和视距传输的情况，假设终端天线高度为 1.5m，基站天线高度 32m，用 COST-231 模型预测的小区半径为 1.67km，如果考虑了 9.6dB 的储备，计算出来的小区半径为 0.83km；对于非视距环境，考虑 10dB 的穿透损耗，系统允许的最大路径损耗为 126.8dB，预测小区半径为 0.43km。表 10 给出了不同调制编码方式下的小区半径预测情况。 3．WiMAX 与 3G 覆盖能力比较分析从前面的链路预算结果来看，对于基站侧，802.16d 的发射功率比 3G 的大，802.16e 的发射功率与 3G 相比相差不大；从接收机来看，由于 3G 采用了扩频技术，不论是 802.16d 还是 802.16e 的灵敏度都比 3G 系统的低，802.16d 的终端可以采用定向天线，可以获得比较大的增益。对于传播频段，WiMAX 的频段高于 3G 频段，因此，在传播环境方面，WiMAX 也没有太大的优势。然而，WiMAX 从诞生之日起就号称能覆盖几十公里，具有很强的覆盖能力。通过本文的分析可知，这样的覆盖能力只能针对 802.16d 了， 802.16d 由于终端采用定向天线，并且终端可以挂得很高（可以高达 10m 以上），能够视距传输，正是这些条件使得 WiMAX 有着很强的覆盖能力。如果说 802.16d 的覆盖能力与 3G 的覆盖能力还有优势的话，那么 802.16e 的覆盖能力就没有什么优势可言了。

表 6 IEEE802.16d 下行链路小区半径预测表 7 IEEE 802.16d 上行链路小区半径预测表 8 子信道化增益

表 9 IEEE 802.16e 下行链路小区半径预测表 10 IEEE 802.16e 上行链路小区半径预测三、结论本文从链路预算的角度分析了 WiMAX 的覆盖能力。通过分析可以看出，WiMAX 号称能覆盖几十公里是没有什么实际意义的，与 3G 技术相比，固定 WiMAX 由于终端可以采用定向天线，并且可以挂得很高，能够视距传输，可以有较远的覆盖距离；而移动 WiMAX 的覆盖能力与 3G 技术相比，并没有什么优势。

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