基于８０２．１６Ｅ的ＷＩＭＡＸ系統的子載波分配方式和頻率規劃

摘要：本文介紹了802，16e標準下WIMAX的網絡的特點以及其物理層的關鍵技術。介紹了OFMDA方式下WIMAX~絡的子載波分配方式(分散的分配方式：包括FUSC，PUSC；連續的分配方式BAND-AMC)；最后引入TWIMAX網路頻率規劃的原則和典型組網方式。

關鍵詞：WiMAXOFDMA；IEEE 802.16；子載波頻率規劃

中圖分類號：TN92

一、WiMAX概述

WiMAX全稱為World Interoperabilityfor Microwave Access，即全球微波接人互操作性，是一項基于IEEE 802.16標準的新的寬帶無線接入城域網技術，它是針對微波頻段提出的一種新的空中接口標準。WiMAX的基本目標是在城域網接入多廠商環境下，確保不同廠商的無線設備互連互通；主要用于為家庭、企業以及移動通信網絡提供最后一公里的高速寬帶接入，以及將來的個人移動通訊業務。技術標準基于IEEE 802.16系列標準。

二、WiMAX物理層的技術特點：

從先進國際移動通信和下一代移動網絡的技術需求來看，未來移動通信的傳輸速率要求達到百兆比特位每秒甚至吉比特位每秒，目前的IEEE 802.16e中最高的物理層速率是75Mb/s，為了能夠在保證通信質量的同時達到很高的數據速率，在未來的標準演進中，必須對物理層的關鍵技術進行有效的演進。

(1)在物理層采用OFDM正交頻分復用，實現高效的頻譜利用率。正交頻分復用OFDM是一種高速傳輸技術，是未來無線寬帶接入系統/下一代蜂窩移動系統的關鍵技術之一，3GPP已將OFDM技術作為其LTE研究的主要候選技術。在WiMAX系統中，OFDM技術為物理層技術，主要應用的方式有兩種：OFDM物理層和OFDMA物理層。

(2)雙工方式：支持時分雙工(TDD)、頻分雙工(FDD)，同時也支持半雙工頻分雙工(HFDD)。FDD需要成對的頻率，TDD則不需要，而且可以實現靈活的上下行帶寬動態分配。(3)可支持移動和固定的情況，移動速度最高可達120km/h。

(4)帶寬劃分靈活，信道帶寬的可調整性，使WIMAX的頻率劃分與現有的2G/3G系統存在極大的不同。信道帶寬可以根據實際的需求在1.25M至20MHz范圍進行調整。

(5)使用先進的MIMO技術提高系統容量和覆蓋范圍。

(6)采用混合自動重傳(HARQ)技術。

(7)采用自適應調制編解碼(AMC)技術。

(8)采用功率控制技術，目標是最大化頻譜效率，而同時滿足其他系統指標。

(9)采用先進的信道編碼技術增加通信質量，擴大覆蓋范圍。

(10)在WiMAX標準中，MAC層定義了較為完整的QoS機制。

(11)睡眠模式。16e協議為了適應移動通信系統的特點，增加了終端睡眠模式：Sleep模式和Idle模式。

憑借這些主要特點，移動WiMAX能以更高的頻譜效率傳輸比基于CDMA的3G技術大3倍的數據量。

三、OFDMA子載波分配方式

OFDMA是OFDM技術的演進。在利用OFDM對信道進行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數據的傳輸技術。OFDMA技術與OFDM技術相比，每個用戶可以選擇信道條件較好的子信道進行數據傳輸，而不像OFDM技術在整個頻帶內發送，從而保證了各個子載波都被對應信道條件較優的用戶使用，獲得了頻率上的多用戶分集增益。OFDMA基于OFDM調制，將每個OFDM符號的可用子載波劃分為多個子信道，每個用戶可以占用其中的一個或者幾個子信道，實際上OFDMA是TDMA+FDMA的多址方式。

將包含有用信息的數據和導頻子載波組合成為子載波集合叫做子信道化。WIMAX所用的OFDMA物理層支持下行(DL)和上行(UL)的子信道化。子信道化后最小的頻率時間單元資源是一個slot，它等于48個數據子載波。共有兩種子載波置換成子信道的方式，分散的和連續的。

分散的子載波分配方式(distributedsubcarrier permutation)：包括PUSC，FUSC，子信道中的子載波隨機的分布在整個帶寬上，在某一符號時間里，每個子信道的質量在統計意義上是相同的，起到頻率分集的作用，可以克服頻率選擇性衰落，同時也使小區間干擾平均化。

鄰近的子載波分配方式(adjacentsubcarrier Permutation)：AMC，受頻率選擇性衰落影響，整個帶寬上的部分子信道條件較好，部分子信道條件較差，但由于用戶間信道的獨立性，通過優秀的子信道調度機制，不同用戶都能夠占用對其自身來說信道條件較好的一部分子信道，這樣可使整個系統得到較大的多用戶分集增益。

四、WIMAX系統的頻率復用方式

WiMAX網絡規劃是針對OFDMA的網絡規劃；子載波分配方式可以選擇FUSC/PUSC不同的子載波分配方式分別獲得分集增益和多用戶增益；頻率復用方式典型應用包括l*3*3，1*3*1；頻率復用方式的選擇要綜合考慮頻率資源和系統干擾。

在WIMAX系統中我們頻率規劃一股遵循一下原則：

1、同一站點，同一扇區，可以使用鄰頻(多載波配置情形)

2、同一站點，相鄰扇區，可以使用同頻

3、考慮到天線掛高和傳播環境的復雜性，距離較近的基站應盡量避免同頻相對(含斜對)。

4、對于1個頻點下1x3復用方式，所有站點的所有扇區均使用相同的PermBase(置換基)；對于3個頻點下1x3復用方式，同一站點的三個扇區需使用相同的PermBase，不同站點使用不同的PermBase。由于PermBase僅有32個，應以多個站點(19個或更多)為一簇進行復用。

5、對于1個頻點下準1x1復用方式，小區邊緣使用部分子載波區域所有站點的所有扇區均使用相同的PermBase；小區中心使用全部子載波區域相鄰扇區使用不同的PermBase，由于PermBase僅有32個，可以多個扇區為一簇進行復用。

五、WiMAX典型組網方式：

1、PUSC 1*3*1組網

這種組網方式下所有基站使用一個頻點：以一個基站三個扇區為復用簇，三個扇區分別使用同一頻點下的1/3子信道，不同基站的同向扇區使用相同的子信道。

采取這種組網方式的優點有：1、全網同頻，可以實現軟切換；2、無需復雜的子載波置換方式調度算法，實現較簡單，系統開銷小；3、系統干擾小，同一基站下相鄰扇區間無子載波沖突；4、覆蓋范圍廣，初始建網成本低，風險低；5、建網快，干擾易控制，網絡規劃與優化簡單。但是同時這種組網方式也存在頻譜利用率低和網絡容量小的缺點。

2、FUSC 1*3*3組網

這種組網方式下共有三個頻點，以一個基站三個扇區為復用簇，同一基站的三個扇區各使用一個頻點其優點有：1、可以充分利用運營商分散的頻率資源；2、無需復雜的子載波置換方式調度算法，實現較簡單，系統開銷??；3、系統干擾小，同一基站相鄰扇區間無同頻干擾，同頻小區子信道沖突小、干擾??；4、覆蓋范圍廣，初始建網成本低，建網風險低；5、建網快，干擾易控制，網絡規劃與優化簡單。其缺點主要是頻譜效率較低，與單頻點PUSCl*3*1復用方式相當和無法實現軟切換。

六、總結

PUSC 1*3*1的組網方式適用于運營商頻率資源集中，頻帶連續情況。若頻點帶寬較寬(>=10MHz)可作為城區及密級城區的初始建網方式，可基本滿足第一階段容量需求。可以用較窄的頻點帶寬(<=10MHz)解決郊區和農村廣大地區的覆蓋，以降低初期建網成本。這種方式早期WIMAX16e的首選組網方式。

FUSC1*3*3的組網方式適用于運營商頻率資源較豐富，或頻帶分散帶寬又較窄情況。其系統容量取決與單個頻點的帶寬：若頻點帶寬較寬(>=5MHz)可用于密集城區、一般城區的初始建網；若頻點帶寬較窄(<5MHz)可用于解決郊區及農村地區覆蓋