3GWiMAX無線工程技術(shù)的研究與仿真畢業(yè)論文

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 3G-WiMAX無線工程技術(shù)的研究與仿真 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。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。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)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)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(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。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機(jī)繪制，所有圖紙應(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字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 1、學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 目錄 目錄 II 摘要 IV ABSTRACT V 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2研究現(xiàn)狀 1 1.2.1 WiMAX的由來 1 1.2.2 WiMAX發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3論文結(jié)構(gòu) 3 第二章 WIMAX技術(shù)及分析 4 2.1 WiMAX的關(guān)鍵技術(shù) 4 2.1.1 WiMAX的物理技術(shù)特點(diǎn) 4 2.1.2 WiMAX物理層調(diào)制模式 5 2.2 幾種無線寬帶技術(shù)的介紹及分析 6 2.2.1 WiFi技術(shù)介紹 6 2.2.2 MESH-WiFi技術(shù)介紹 7 2.2.3 WiMAX技術(shù)與其他兩種技術(shù)比較 8 第三章 模擬搭建WIMAX組網(wǎng)模型 10 3.1 WiMAX的組網(wǎng)技術(shù) 10 3.1.1頻率復(fù)用 10 3.1.2認(rèn)證計費(fèi) 11 3.1.3 移動性管理 11 3.2 WiMAX的組網(wǎng)方案 11 3.2.1 應(yīng)用模式的選擇 12 3.2.2 無線信道模型選擇 15 3.2.3 覆蓋規(guī)劃 18 3.2.4 設(shè)備介紹及調(diào)試 23 3.3 本章內(nèi)容小結(jié) 25 第四章 WIMAX技術(shù)仿真 27 4.1網(wǎng)絡(luò)仿真方法與流程 27 4.1.1準(zhǔn)備階段 27 4.1.2模型設(shè)計階段 27 4.1.3網(wǎng)絡(luò)仿真階段 28 4.1.4仿真結(jié)果分析階段 28 4.2軟件選擇及介紹 28 4.2.1仿真軟件選擇 28 4.2.2仿真軟件OPNET介紹 29 4.3 基于OPNET的WiMAX網(wǎng)絡(luò)仿真 30 4.3.1工程仿真 30 4.3.2 仿真結(jié)果及分析 32 第五章 總結(jié) 36 5.1工作總結(jié) 36 5.2 展望 36 致謝 38 參考文獻(xiàn) 39 摘要 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)。 本文中第一章明確了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)，并通過對比WiMAX、MESH-WiFi和WiFi得出了WiMAX優(yōu)勢；第三章是介紹WiMAX組網(wǎng)要點(diǎn)，結(jié)合中南大學(xué)實際情況提出一系列具體方案；第四章是基于OPNET軟件,對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，并對得出的結(jié)果進(jìn)行簡單分析；第五章是對全文進(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)。 關(guān)鍵詞：WiMAX，無線寬帶技術(shù)，OPNET仿真軟件，IEEE 標(biāo)準(zhǔn) ABSTRACT The wireless broadband technology has developed energetically in recent years.With the progress of technology,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 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 on WiMAX became a hot spot in the studying field. Chapter one introduced 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 such 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 the simulation model of CSU campus wireless access based on the OPNET software and WiMax simulation engineering technology, and draw a simple analysis of the structure.Chapter five summerized the whole paper, and set forth the development and improve of WiMax technology in the future. Key Words: WiMAX, Wireless broadband technology, OPNET, IEEE standards X 3G-WiMAX無線工程技術(shù)的研究與仿真　　　　　　　　　　　　　　　　　 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1研究背景 隨著個人通信需求的迅猛增長，人們對通信業(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?、由有線到無線方向迅猛發(fā)展。今年中國3個3G牌照的發(fā)放，使得中國通信業(yè)進(jìn)入下一個蓬勃發(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)量活動圖像。3G無線蜂窩系統(tǒng)的目標(biāo)則是提供比目前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)游戲和視頻會議等等。 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，其應(yīng)用范圍也越來越廣。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)營商紛紛投入其中，也成立了類似WiFi的WiMAX聯(lián)盟推廣該項技術(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)有八個國家將WiMAX投入商用。正因為有如此重要的現(xiàn)實意義，基于WiMAX的無線寬帶網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前通信領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。 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，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)增長點(diǎn)，同時如何盡量減少WiMAX技術(shù)對中國現(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。 1.2研究現(xiàn)狀 1.2.1 WiMAX的由來 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性的無線寬帶接入方式，能夠為用戶提供上百兆的傳輸速率。WiMAX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)營商、通信部件和設(shè)備公司于2001年6月成立的非營利性組織，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IEEE802.16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、移動三種形式的無線寬帶連接，并最終達(dá)到能夠在不需要直接視距基站的情況下提供移動無線寬帶連接[2]。因此在不到六年的時間里，WiMAX從默默無聞變?yōu)槿虿毮?，關(guān)于這項技術(shù)的研究成為通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)?，F(xiàn)在WiMAX論壇成員超過350家公司，包括了英特爾、諾基亞、英國電信、朗訊、西門子和三星等知名企業(yè)，我國的華為、中興等公司也是WiMAX論壇中的重要成員。 1.2.2 WiMAX發(fā)展現(xiàn)狀 在眾多的寬帶無線接入(BWA，Broadband Wireless Access)技術(shù)中，WiMAX以其獨(dú)具優(yōu)勢的高速接入能力成為了業(yè)界追捧的寵兒。高數(shù)據(jù)率、高移動性，寬帶實現(xiàn)全球覆蓋、實現(xiàn)對等的文件傳輸和其他應(yīng)用，同時我們可以利用這種寬帶技術(shù)來實現(xiàn)其他多種多樣的應(yīng)用。另外一點(diǎn)在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的時候，使用的方式是寬帶的接入，各種各樣的用戶都可以同時進(jìn)行接入。正是由于這些優(yōu)勢使得WiMAX引起整個業(yè)界的關(guān)注。 IEEE802.16工作組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，同時還開發(fā)與空中接口協(xié)議相關(guān)的一致性測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 Distribution Systems，本地多點(diǎn)業(yè)務(wù)分布系統(tǒng))等技術(shù)[3]。它由三個工作小組組成，每個工作小組分別負(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)。 以下是IEEE802.16工作組制定的幾個標(biāo)準(zhǔn)[1] [2] [5]： （1）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。 （2）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。 （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802.16/802.16a的修訂。2004年6月在IEEE802委員會獲得通過，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。 （4）IEEE802.16e:支持固定和移動性的寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，工作在2 GHz-6 GHz適用于移動性的許可頻段，可支持用戶站以車輛速度移動，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)定了支持基站或扇區(qū)間高層切換的功能。 表1.1 IEEE802.16工作組制定的幾個標(biāo)準(zhǔn)的比較 標(biāo)準(zhǔn) 802.16 802.16a 802.16d 802.16e 發(fā)布時間 2001年12月 2003年1月 2004年6月 2005年12月 使用頻段 10 GHz-66 GHz 2 GHz-11 GHz 2 GHz-66 GHz 2 GHz-6 GHz 信道條件 視距 非視距 視距+非視距 視距+非視距 固定/移動 固定 固定 固定 固定+移動 覆蓋的技術(shù) 領(lǐng)域 固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn) 固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn) 固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn) 支持固定和移動性寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn) 信道帶寬 25/28 MHz 1.25-20 MHz 1.25-20 MHz 1.25-20 MHz 傳輸速率 32-134 Mbps (以29MHz為載波帶寬) 在20MHz信道上提供約75Mbps的速率 在20MHz信道上提供約75Mbps的速率 在5MHz信道上提供約20Mbps的速率 1.3論文結(jié)構(gòu) 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WiFi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)的實際情況給出一個工程方案。第四章主要是運(yùn)用通信仿真軟件OPNET的對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。（和摘要重復(fù)了,是不是另外寫或不要此段內(nèi)容） 40 3G-WiMAX無線工程技術(shù)的研究與仿真　　　　　　　　　　　　　　第二章 WiMAX技術(shù)及分析 第二章 WiMAX技術(shù)及分析 2.1 WiMAX的關(guān)鍵技術(shù) 2.1.1 WiMAX的物理技術(shù)特點(diǎn) 物理層的主要工作是對原始數(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。 目前最通用的IEEE 802.16d(802.16-2004)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)為了確保移動性，工作頻段定義為2-6 GHz。WiMAX組織正在各個國家尋求較低的頻段。根據(jù)各個國家頻率規(guī)劃的不同，目前WiMAX選定了首先對工作于2.4 GHz頻段、3.5 GHz頻段、5.8 GHz頻段這三個頻段的 802.16d設(shè)備進(jìn)行一致性和互操作性測試，現(xiàn)已完成并商業(yè)化。選擇這幾個頻段先做側(cè)試是因為2.4 GHz、3.5 GHz、5.8 GHz是運(yùn)營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。 WiMAX系統(tǒng)支持TDD(時分雙工)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。 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?？紤]各個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。 WiMAX采用自適應(yīng)調(diào)制、編碼技術(shù)，支持BPSK、QPSK、16QAM和64QAM多種調(diào)制技術(shù)。在信道編碼糾錯方面，IEEE802.16d采用了截短的RS編碼和卷積碼級連的糾錯編碼，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?，選擇一個合適的傳輸方案。信道質(zhì)量好的時候，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。比如說，當(dāng)信道狀態(tài)差時，可以選擇例如QPSK低階的調(diào)制方式，當(dāng)信道狀況好時，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。 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)比如空時編碼(Space-Time Coding,STC)，自適應(yīng)天線系統(tǒng)(Adaptive Antenna System,AAS)和多輸入多輸出(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SS能在同一時間使用相同子信道。通過使用波束成形，BS能夠?qū)⑿盘枌?dǎo)向到不同SS，也能區(qū)分同一時刻來自不同SS的信號。 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。 使用多天線技術(shù)會帶來以下幾個優(yōu)點(diǎn)： Ø陣列增益：使用多天線后增加了信號的相干性，從而獲得了陣列增益； Ø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，就不會影響系統(tǒng)的性能。在無線衰落信道里，這個可以增加接收信號強(qiáng)度的穩(wěn)定性從而提高性能。分集增益可以在空間(天線)、時域 (時間)或者頻域 (頻率)各個維度上獲得； Ø共信道干擾消除(CCIR)：通過干擾的不同信道響應(yīng)，從而消除共信道的干擾信號。 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。 2.1.2 WiMAX物理層調(diào)制模式 最早發(fā)布的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)中使用單載波(Single-Carrier,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個正交子載波進(jìn)行調(diào)制，充分發(fā)揮了OFDM技術(shù)的優(yōu)勢，具有抗多徑衰落、抗時延擴(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，實現(xiàn)多用戶信號傳輸復(fù)用和接入，可支持某些特定的多對象通信應(yīng)用，稱為“Wireless MAN-OFDMA”。 WiMAX的主要優(yōu)點(diǎn)如傳輸速率快，抗干擾能力強(qiáng)都是因為采取了OFDM技術(shù)[８]。 正交頻分復(fù)用(OFDM)實際上是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。正交是指各個載波的信號頻譜是正交的，OFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基本振蕩頻率的整數(shù)倍。 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，在每一個子信道上使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。這樣盡管總的信道并非平坦的，也就是說，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，并且在每個信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此可以大大消除符號間干擾。 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。 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。但是與單載波相比，OFDM和OFDMA技術(shù)也有缺點(diǎn)，最主要的是它對載波頻率偏移比較敏感，相對于子載波間隔來說很小的載波頻偏就會引起系統(tǒng)性能的大幅下降。 2.2 幾種無線寬帶技術(shù)的介紹及分析 到目前為止，世界上的無線城市建設(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。 2.2.1 WiFi技術(shù)介紹 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) (Frequency-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年又新推出了兩個版本的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.11a和IEEE 802.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，同時也擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度。 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802.11。 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。 由于IEEE 802.11a和IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)之間互不兼容，為了解決這個問題， IEEE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)在市場上大多數(shù)無線網(wǎng)卡都支持IEEE 802.11g。 2.2.2 MESH-WiFi技術(shù)介紹 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)引入了對等網(wǎng)狀拓?fù)涞母拍?，可實現(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)中的每個節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號。這個概念解決了當(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。 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)。 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，每個客戶端均通過一條與AP相連的無線鏈路來訪問網(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)都可以同時作為AP和路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號，每個節(jié)點(diǎn)都可以與一個或者多個對等節(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)可以自動重新路由到一個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。 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，只需要簡單地接上電源就可以了，它可以自動進(jìn)行自我配置，并確定最佳的多跳傳輸路徑。添加或移動設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)能夠自動發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓?，并自動調(diào)整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑。 2.2.3 WiMAX技術(shù)與其他兩種技術(shù)比較 WiMAX與WiFi最大的區(qū)別是覆蓋半徑的長短[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)，可以提供較短的響應(yīng)時間，但也使得WiFi不能象WMAX那樣具備帶寬動態(tài)分配的能力，而且如果一個WLAN內(nèi)有一個傳輸速率較慢的客戶端，會使整個局域網(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，一個WMAX基站可以同時接入數(shù)百個用戶站。同時，WiMAX可為同一用戶站提供多個業(yè)務(wù)流的傳輸能力。 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AP相當(dāng)于路由功能，但在WiMAX中已經(jīng)不需要AP，也是因為WiMAX得覆蓋范圍更廣，不需要AP作為中繼功能。MESH-WiFi因為是基于802.11的無線網(wǎng)狀物，所以擁有著WiFi相對的功能結(jié)構(gòu)。 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。WiFi、MESH-WiFI是基于無線局域網(wǎng) (WLAN)標(biāo)準(zhǔn) ,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下的高速數(shù)據(jù)接入服務(wù)。 表2.1 WiMAX、WIFI、MESH-WIFI的比較 WiMAX WiFi MESH-WiFI 典型覆蓋距離（km） 30-50（視距） 4 -10（非視距） 01 01 最大下行速率（Mbit/s） 75 54 108 最大上行速率（Mbit/s） 75 54 3 可擴(kuò)張性 強(qiáng) 中等 中等 支持QoS 是 否 否 安全性 強(qiáng) 弱 弱 成本 逐步降低 中等 中等 建設(shè)周期 短 中等 中等 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)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，因為他們市場定位就不一樣，就如同今天移動通信的GSM和CDMA制式共存一樣。 3G-WiMAX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 第三章 模擬搭建WiMAX組網(wǎng)模型 3.1 WiMAX的組網(wǎng)技術(shù) 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)可以分成終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)3個部分，如圖3.1所示。在圖3.1中，WiMAX終端包括固、漫游和移動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)證計費(fèi)和移動性管理。 圖3.1 WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 3.1.1頻率復(fù)用 頻率是一種稀缺資源，因此每個國家政府對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為和3G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)營業(yè)務(wù)容量、頻率干擾的前提下，運(yùn)營商需要對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)用場景，實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： (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20 db的額外隔離度。 (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)，盡可能錯開一個角度，以保證服務(wù)扇區(qū)內(nèi)的注冊頻點(diǎn)為最佳。 (3)同一站點(diǎn)，同一扇區(qū)，不可以使用同頻。 (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扇區(qū)交疊邊緣的前提下，可以使用同頻交叉極化方式。 (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。 針對免許可證頻段，IEEE 802.16協(xié)議還規(guī)定了動態(tài)頻率選擇方案，同時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。 3.1.2認(rèn)證計費(fèi) 認(rèn)證計費(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)安全策略的一個組成部分。典型的寬帶用戶AAA接入控制的實現(xiàn)過程如下：用戶端設(shè)備→AAA客戶機(jī)→AAA服務(wù)器→計費(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)程撥號用戶認(rèn)證（RADIUS）協(xié)議；AAA服務(wù)器和計費(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。 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)器和計費(fèi)系統(tǒng)可以借用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)活直接采用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的對應(yīng)設(shè)備，以實現(xiàn)資源共享，降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資。 3.1.3 移動性管理 WiMAX網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支出漫游、移動業(yè)務(wù)能力，其移動性管理方式對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響也是比較巨大的。移動性管理的主要功能就是在整個服務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有效地支持終端站的漫游和移動，涉及位置管理和切換管理兩個部分。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)啟動時，迅速建立業(yè)務(wù)路由；切換管理則是在終端移動狀態(tài)下，保障激活業(yè)務(wù)的服務(wù)和質(zhì)量。 WiMAX終端在漫游、移動情況下實現(xiàn)移動性管理可以采用簡單IP（Simple IP）或者移動IP（Mobile IP）協(xié)議。在Simple IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，終端分配的IP地址是動態(tài)可變的，但在跨區(qū)切換時業(yè)務(wù)要中斷，必須通過應(yīng)用層的專用協(xié)議實現(xiàn)再次連接，只適用于WWW、E-mail等對時間不太敏感的業(yè)務(wù)，不適用于大范圍移動的適時業(yè)務(wù)，如IP語音等。然而，Mobile IP也存在IPv4地址不足，切換過程中的時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。 3.2 WiMAX的組網(wǎng)方案 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)的實際情況，提出了一套無線寬帶校園網(wǎng)的設(shè)計流程和方案。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)營環(huán)境。并且針對實驗室現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行部分測試、調(diào)試及優(yōu)化工作，針對實際可能出現(xiàn)的問題做出分析。最后，對全文進(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)。 基于WiMAX的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案的流程是： （1）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。 （2）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。 （3）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。 3.2.1 應(yīng)用模式的選擇 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)實際情況選擇適合中南大學(xué)無線寬帶實驗網(wǎng)的應(yīng)用模式。 ● PMP應(yīng)用模式 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)建星形結(jié)構(gòu)的WiMAX接入網(wǎng)絡(luò)，如圖3.2。 基站 (BS)扮演業(yè)務(wù)接入點(diǎn) (SAP,Service Access Point)的角色，通過動態(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，可以通過中繼站(RS,Repeat Station)擴(kuò)大無線覆蓋范圍。還可以根據(jù)用戶群數(shù)量的變化，靈活劃分信道帶寬，對網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，實現(xiàn)效益與成本的協(xié)調(diào)。 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。 圖3.2 PMP模式 ●Mesh應(yīng)用模式 Mesh應(yīng)用模式采用多個基站(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)實際情況靈活部署，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的彈性延伸。對于市郊等遠(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)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。 圖3.3 Mesh模式 ●無線橋接模式 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)對點(diǎn)方式，兩端WiMAX無線網(wǎng)橋設(shè)備天線的方向可以彼此對準(zhǔn)固定，因此傳輸性能相對穩(wěn)定，部署也相對簡單。如圖3.4。 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。對于移動運(yùn)營商來說可以采用該應(yīng)用模式，把各小區(qū)移動基站業(yè)務(wù)回傳到移動交換中心。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爭力。 圖3.4 無線橋接模式 ●熱點(diǎn)回傳模式 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WLAN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)實際情況靈活采用PMP或Mesh結(jié)構(gòu)形式，如圖3.5。 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3.5 熱點(diǎn)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 802.16e)，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