作 者:黄剑
自适应天线系统(AAS)也是802.16标准的可选功能。AAS波束赋形功能对于发射来说,可保证信号能量集中于某一个或几个较窄区域内,同时保证接收端只接收某一特定方向的来波。AAS在提高WiMax无线网络的频率复用率方面也有很有帮助。
2.4发射与接收分集
分集技术可以将非视距通信中的多径信号、反射信号变害为宝。目前,在WiMax规范中它也是可选功能。WiMax发射分集采用空时编码(STC)技术,空时编码是空间传输信号和时间传输信号的结合,实质上就是空间和时间二维处理相结合的方法:在空间上采用MIMO天线的分集来提高系统的容量和信息率;在时间上把不同信号在不同时隙内使用同一个天线发射,使接收端分集接收。用这样的方法使系统获得额外的分集和编码增益,它减小了系统抗衰落储备,从而实现容量的提高。
2.5自适应调制
引入这一机制,WiMax可根据链路信噪比变化实时调整信号调制方式,以保证稳定的链路质量及误码率。这一功能对克服时间选择性衰落非常有效。通过此功能,系统可在保证质量的情况最大限度地提高容量,而不必为最坏情况预留太多功率储备。
图七覆盖半径与SNR/调制方式对应关系
2.6纠错方式
WiMax引入多种纠错方式降低接收门限。系统采用了瑞德-索罗门码、卷积码、交织算法进行纠错。错误帧无法还原时,系统发自动重传请求(ARQ)要求重发。接收端通过MRC(最大比合并)减少重发包次数,提高信道效率。
2.7功率控制
功控算法全面提升了系统的性能。它的工作过程是:基站对CPE的初始发射功率进行控制,基站侧由此接收到每个CPE(不论距离基站远近)的信号基本相同,并根据信号的变化对CPE发射功率实时调整。这保证了小区内、相邻小区间干扰比较小,也减小了CPE的功耗。在视距条件下,功控算法主要参考CPE与基站的距离,在非视距条件下,则还要考虑到遮挡物等地形条件。
3.非视距传播模型
前面我们讲到,在非视距传播过程中,信号会发生散射、衍射、极化角的改变。这些都会影响到信号的接收。
3.1非视距模型
人们不断提出各种无线模型,以适应非视距环境下的传输特点,并希望对信号覆盖做出准确预测。而且这些模型已在移动网络的无线规划中得到了广泛应用。它们一般都会分析无线信号空中传输损耗、地形因素、收发天线高度、小区频率等特征参数。不过,这些模型工具要完全满足WiMax的要求,还需做进一步的完善。
AT&T为此开展了大量工作,他们在美国的几个地区采集了丰富的外场测试数据,以完善宽带无线接入RF模型,测试采用了符合802.16标准的WiMax产品。这一无线模型现在被IEEE采纳为参考标准,编号为802.16.3C-01/29R4。
3.2斯坦福大学(SUI)模型
SUI模型是对早期的AT&T模型的扩展。在其基础上增加了三种地域类型:
l A类:丘陵/中密度植被覆盖区
l B类:丘陵/低密度植被覆盖区或平原/中密度植被覆盖区
l C类:平原/低密度植被覆盖区
经过实际模拟测试对比,人们发现SUI模型对非视距条件的空中损耗模拟与实际值已非常接近了。
SUI中定义了6种适用于WiMax的信道模型,SUI-1至SUI-6。这比以往的其他信道模型种类更多,也更精确。通过3维数字地图的配合,在网络规划与覆盖分析中,可有效降低同频干扰,提高覆盖连续性。
3.3覆盖区域预测
在视距条件下,覆盖范围取决于第一菲涅尔区范围。在非视距条件下,有一个覆盖可用性的概念,它用百分比来表示。表示给定区域、给定门限下用户可用性的统计值。举例来说,90%覆盖率表示某规划区域内90%的地点满足用户接入门限要求。RF规划软件会将不同信号条件的区域用不同颜色加以区分。除了地形条件外,RF规划及覆盖分析与上述的调制技术、编码方案也是密切相关的。
4.WiMax覆盖范围
这部分介绍以下两种基站的覆盖半径、容量等指标
具备WiMax标准中强制要求功能及正常RF输出功率的标准基站
具备WiMax标准中强制与可选功能的增强型基站,如拥有更高的RF功率、支持收发分集、时空编码(STC)、最大比合并(MRC);支持子信道化、自动重传。
标准型与增强型基站都满足WiMax规范定义,但两者性能指标不同(详见下表)。需要强调的是,WiMax规范提供许多可选功能,这样运营商可根据不同的需求选择具有不同功能的产品,以经济的成本,建设最适用的网络。
基本条件:3.5GHz工作频段
3.5MHz信道带宽
*:上行链路最大速率是不使用多个子信道条件下的值。
图8增强型基站与标准基站的覆盖范围对比
总结
WiMax技术支持视距与非视距两种环境下的覆盖。利用非视距通信技术,运营商可以在增加基站覆盖范围的同时提高系统容量。在WiMax规范中定义了非视距解决方案,通过引入OFDM、自适应调制及多种纠错编码技术,以及划分子信道、分集、SPC编码等技术,它可以提供与有线网络相媲美的高质量业务。通过WiMax标准认证的基站及CPE产品都具有兼容性高,部署灵活快速的优点。这一切,都将使WiMax拥有良好的市场前景。