（通信与信息系统专业论文）分布式天线系统用于解决wimax组网中的盲覆盖问题.pdf

摘要 随着现代通信技术的发展，移动化和宽带化已经成为两大主题。固定通信网络经历了从拨号 上网到a d s l 、v d s l 再到光纤到小区宽带接入的发展历程，移动通信网络也经历了电路数据到 分组数据，如g s m 网络的o p r s ，c d m a 网络的c d m a i xe v d o 的发展历程，而且移动通信网 络的数据业务能力将随着g s me d g e 、3 gh s d p a 和c d m a i xe v d v 等技术的推出而得到迸一 步加强。在移动化和宽带化各自发展的同时，移动如何与宽带共同发展也是业界非常关注的问题， w i m a x 是解决方案之一，本论文研究了w i m a x 技术，分析了其特点和存在问题，提山用分布 式天线系统( d a s ) 、分层软小区( h s c ) 来解决w i m a x 组网时容量、质量、切换等问题。 论文的第一部分是晰m a x 、d a s 技术概述。首先在概述中简要描述了w i m a x 和d a s 技 术，在此基础上简要描述了以d a s 技术解决w i m a x 组网时所存在的盲覆盖问题：其次，在第 二章详细描述了w i m a x 技术的背景、现状、技术特点和发展前景，f ：将w i m a x 技术年i lw i f i 、 3 g 技术进行比较，指出了它们之间的区别和联系；最后，在第三章从蜂窝通信传统小区出发，详 细介绍了d a s 技术，指出了d a s 的特点和存在问题。 论文第二部分详细讨论了用d a s 进行w i m a x 组网无线覆盖时，可以改善网络性能，提出 了分层软小区( h s c ) 的解决方案，该方案在改善容量和上下行链路质量的同时又带来了切换的 问题，为解决切换的问题，本论文又进一步提出混合切换的解决方案。 论文的第三部分给出了采用d a s 技术解决w i m a x 组网问题，以及采用h $ c 技术的仿真结 果，以数据验证了理论推导。 w i m a x 技术是新兴的宽带无线接入( b ，a ) 技术之一，在采用d a s 、h $ c 等技术改善其组 网的容量、性能后，有着广阔的应用前景。 关键词：全球微波接入互操作性联盟，分布式天线系统，分层软小区，混合切换 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w j t i it h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , m o b i l i t ya n db r o a d b a n da r e b e c o m i n gt w oa p p a r e n tt h e m e s t kb r o a d b a n da c c e s st e c h n o l o g i e si np s l nh a v ee v o l v e df r o md i a l 一叩 t oa d s lt h e nt ov d s la n df i n a l l yt of n 卫+ l a n 1 1 博b r o a d b a n da c c e s st e c h n o l o g i e si nm o b i l e n e t w o r kh a v ee v o l v e df r o mc i r c u i ts w i t c ht op a c k e ts w i t c h , s u c ha sg p r si ng s ma n dc d m a l x e v d ot h cd a t as e r v i c ec a p a b i l i t yw i l lb ef i k l t h e rs t r e n g t h e n e dw i t hf o l l o w i n gt e c h n o l o g i e s ：e d g ei n o s m , h s d p ai nw c d m aa n dc d m a i xe 矿d 圹w h i l em o b i l i t ya n db r o a d b a n dd e v e l o pr e s p e c t i v e l y , t h ew h e l ei n d u s t r yc o n c e l t i st h ei n t e g r a t e dd e v e l o p m e n to ft h e s et w ot r e n d s w i m a xi so n eo ft h e s o l u t i o n s 。t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e sw i m a xt e c h n o l o g y , a n a l y s e si t sc h a r a c t e r i s t i c sa n dr e m a i n i n g q u e s t i o n s c o n s e q u e n t l y , d i s t r i b u t e da n t e n n as y s t e m ( d a s ) i sc h o s e nt os e t t l et h eq u e s t i o no fc a p a c i t y , q u a l 时a n dh a n d o f fi naw i m a xn e t w o r k 。 t h ef i r s tp a r to f t h i sd i s s e r t a t i o ni sab r i e f i n t r o d u c t i o no f w i m a xa n dd i s t r i b u t e da t l t e n n as y s t e m t e c h n o l o g y f i r s t t h eq u e s t i o no fb l i n dc o v e r a g ei nd a ss o l u t i o nt ow i m a xn e t w o r ki sp r e s e n t e db a s e d o nab r i e fd e s c r i p t i o no fw i m a xa n dd a st e c h n o l o g y s e c o n d l y , t h eb a c k g r o u n d ，c u r r e n ts i t u a t i o n , c h a r a c t e r i s t i c sa n dp r o s p e c t i v eo fw i m a xt e c h n o l o g ya r ed i s c u s s e di nd e t a i l m o r e o v e r ，ac o m p a r i s o n o fw i m a x ，w i f ia n d3 gi sd o n e ，w h i c hi n d i c a t e st h e i rs i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e s f i n a l l y , b e g i n n i n g f r o mt r a d i t i o n a lc e l l u l a rc e l l ，d a st e c h n o l o g yi si n t r o d u c e d ，a n dt h e ni t sc h a r a c t e r i s t i c sa n dr e m a i n i n g q u e s t i o n s n 砖s e c o n dp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e sd a ss o l u t i o nt ow i m a xn e t w o r k h o w e v e r , t h e q u e s t i o n so fc a p a c i t ya n dl i n kq u a l i t ye x i s t h i e r a r c h i c a ls o rc e l l ( h s c ) i sag o o ds o l u t i o nt oi m p r o v e n e t w o r kc a p a c i t ya n dl i n kq u a i l t y ；n e v e r t h e l e s s ，h s cb r i n g sa b o u tt h eq u e s t i o no fh a n d o f f m i x e d h a n d o f fi sp r e s e n t e dt om a k ei m p r o v e m e n t s ， t h ct h i r dp a r tp r e s e n t ss i m u l a t i o nr e s u l t st oi l l u s t r a t et h ee f f e c to fd a ss o l u t i o nt ow i m a x n e t w o r k a n d t h er e s u l t s o f h s ca p p l i c a t i o n w i m a xi sab o o m i n gb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s sm w a ) t e c h n o l o g y i t sp r o s p e c t i v ei se v e n m g l l t e rw i t ht h ea p p l i c a t i o no f d a sa n dh s c k e yw o r d s ：w i m a x ，d i s t r i b u t e da n t e n n as y s t e m ( d a s ) ，h i e r a r c h i c a ls o re e l l ( h s c ) ，m i x e d h a n d o f f 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研字 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已红 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书l 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：玉器日期：兰蕴奎f 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 e t 期：全型! 主么兰3 第一章绪论 第一章绪论 全球微波接入互操作性联盟( w i m a x ：w o r l d w i d em i c r o w a v ei n t e r o p e r a b i l i t yf o r u m ) 是由业界 领先的通信公司和设备制造商组成的非盈利性组织。w i m a x 促进和认证符合i e e e8 0 2 1 6 标准的宽 带接入设备的兼容性和互操作性。 最早的i e e e8 0 2 1 6 标准是在2 0 0 1 年1 2 月获得批准的，是针对l o - - 6 6 g h z 高频段视距( l o s ) 环境而制定的无线城域网标准提供点到点高速视距无线链路，用于将8 0 2 1 1 a 无线接入熟点近接到 互联网，也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。但目前所说的8 0 2 1 6 标准主要包括8 0 2 1 6 a 、 8 0 2 1 6 r e v d 和8 0 2 1 6 e 三个标准。8 0 2 1 6 a 是为工作在加1 1 g h z 频段的非视距( n l o s ) 宽带固定接 入系统而设计的，在2 0 0 3 年1 月被i e e e 批准通过，支持点到多点，非视距的宽带无线接入，它可 作为线缆和d s l 的无线扩展技术。提供固定无线宽带接入；8 0 2 1 6 r e v d 是8 0 2 1 6 a 的增强型，主要 目的是支持室内用户驻地设备( c p e ) 。i e e e 在2 0 0 4 年1 0 月发布了i e e e 8 0 2 1 6 - 2 0 0 4 标准，这个标 准涵盖了i e e e8 0 2 1 6 - - 2 0 0 1 ，i e e e8 0 2 1 6 c - 2 0 0 2 。i e e e8 0 2 1 6 r e v d 和i e e e8 0 2 1 6 a - 2 0 0 3 ，工作频率在 2 - 6 0 0 h z ；8 0 2 1 6 e 是8 0 2 1 6 a 的进一步延伸，其目的是在已有标准中增加致据移动性，估计要到2 0 0 5 年下半年才能被批准。8 0 2 1 6 2 0 0 4 不仅为传送高速、突发数据作了优化，而且在它的m a c 层能够 同时支持实时多媒体和同步应用，如v o i p 。8 0 2 1 6 - 2 0 0 4 在覆盖范围和对有q o s 需求的应用( 如v o l p 、 视频流和在线游戏等) 支持方面超出了w i - f i 系统。但是目前的8 0 2 1 6 系列协议只能支持固定无线 接入。8 0 2 1 6 e 修正草案和即将被批准成立的8 0 2 1 6 f 和8 0 2 1 6 9 任务组将对基本的8 0 2 1 6 标准进行 修补，使其不仅适用于固定无线接入。而且适用于频率在6 g f l z 以下的可携带和移动应用。 w m i a x 采用i e e e s 0 2 1 6 d e 是固定( 游牧y 移动宽带无线城域网，其无线链路的物理层和m a c 层被专门设计满足突发型的分组数据业务，能够自适应无线信道环境，而核心网是标准的i p 网。1 e e e 8 0 2 2 1 被发展用来解决8 0 2 系列各种有线无线、固定移动网络( w i f i ，w i m a x 和固定以太网等) 以及蜂窝移动通信之间基于移动i p 协议的漫游和切换问题。这种体制符合i p 化的技术发展趋势， 具有优越的性能。而实际上3 g 也在沿着这个方向演化，在3 g p pr 5 中增加了高速下行分组多址 h s d p a ，在r 6 中将增加高速上行分组多址h s u p a ，核心网也在向全i p 网演化。问题是这种逐步演 进的战略演进进度太慢，有可能将失去市场机会。 对于移动运营商而言，为发挥已有资源的效益，沿3 g 路线演化是即定的选择。但是目前的3 g 系统的速率和容量都不能满足移动宽带接入的需求，发展高速分组技术h s d p a ( r e l5 ) 和h s u p a ( r e l 配，可以提高速度满足宽带无线接入需求。目前3 g p p 的从r e l4 、r d5 、r e l6 到增强3 g 的演化路 线的演进进度太慢。有可能将失去市场机会。被w i m a x 和其他技术抢占先机。如s o m a 今天已经 达到的性能，3 g p p 在r e l6 中才可能达到，而目前r e l4 尚无商业布设，r e l6 至少是2 3 年后的 事情。选择综合宽带无线接入技术另辟蹊径，进行创新，应该是目前的最佳方案之一。 分布式天线系统【lj 【日( d a s ：d i s t r i b u t e da n t e n n as y s t e m ) 可以解决小区范围由小区内单天线辐 射信号覆盖所决定的问题。分布式天线系统指的是在一个“小区”( 群) 内布置一个或多个天线，这 些天线同时为用户服务，下行同时发射相同的信号给用户，上行多个天线同时接收送回处理中心进 行处理。天线端尽量简化以减少成本。由于同轴线缆的衰减比光纤大得多，天线端与处理中心的连 接一般采用光纤连接。因此在天线端要使用光电转换器件。有时也采用h f c ，在中心站( c s ：c e n t r a l s t a t i o n ) 到小区边缘使用光纤，在小区内天线的连接使用同轴线缆。天线端一般需要有功率放人器。 在d a s 工作中，由于c s 集中控制许多天线，c s 可以根据情况通过软件激活多个天线为朋户服务， 而不管这些天线实际中物理连接形式。 采用w i m a x 的b w a 系统，它兼有移动和宽带两个特征，采用传统蜂窝结构小区不能充分发 挥w i m a x 技术的特点，保证网络覆盖和质量，为此，特选用d a s 来解决w i m a x 组网的覆盖问题， 但随之而来的是网络容量和链路质量问题。分层软小区( h s c ：h i e r a r c h i c a ls o f tc e l l ) 是比较好的 解决方法，软小区的覆盖是由一个或多个相邻天线单元各自有效信号覆盖所合成的，一个软小区内 的天线单元发射给移动用户的信号在空间的总覆盖决定了软小区覆盖因此用户的移动会使其处于 不同天线的覆盖范围内，但由于各个天线使用的是同样的无线资源。因此用户终端的小范围移动使 得其处于不同的天线覆盖范围内，但这不会引起终端所使用无线资源切换的产生。分层软小区一方 面充分降低发射功率，解决高速率无线传输的电磁干扰问题，另一方面通过无所不在的“空间分集” 实现系统传输性能数十倍乃至上百倍的提高。在h s c 中采用分布式天线系统提供无缝的、功率起伏 小的信号覆盖。相对于传统基站天线，分布式天线系统中单天线的发射功率较低。天线覆盖范围较 第l 页 东南大学硕士学位论文 小。对于这样一仑新型的系统，切换技术的好坏将在很大程度上对系统性能产生影响。由于天线覆 盖范围较小。天线问的交叠区也较小，如果采用传统蜂窝网络中的基于信号强度的切换方法，一方 面不能避免“乒乓效应”，另一方面对于高速用户而言在较小的交叠区内完成切换判断有很大的难度。 所以，在h s c 中引入了小区交叠区天线，由多个小区交叠区天线构成交叠区，使得在交叠区内的信 号覆盖与在小区中心由小区内天线构成的信号覆盖一样好。因此，要使h s c 充分发挥其自身的特长 就要采用一个与其特点相适应的切换方法。引入适合的无线资源管理策略解决用户数目增加导致的 负载平衡的问题，采用适于h s c 网络结构的切换方法解决高速用户在微小区中频繁切换以及传统小 区结构中的乒乓效应。 本论文共分六章，各章的主要内容如下： 第一章绪言。介绍课题背景、课题内容以及本论文章节安排。 第二章w i m a x 技术概述。首先从w i m a x 技术的产生、特点以及与其他无线接入技术的比 较等方面对w i m a x 技术作了一个简单介绍然后分析了w i m a x 技术发展前景和存在间韪。 第三章d a s 技术概述。本章首先介绍了d a s 技术的概念、产生背景、技术特点、发展现状， 随后介绍了d a s 技术的工程基础一r o f ，最后简要介绍了d a s 技术的r r m 策略。 第四章d a s 应用于w i m a x 组网。本章分为三部分内容，第部分是引入h s c 组网；第二二 部分是进一步引入混合切换技术；第二部分是室内覆盖的解决方案建议。 第五章仿真结果分析。应用仿真工具对采用d a s 和h $ c 的系统在信曝比，资源利用率、般 塞率、容量等方面与单天线系统进行了分析和比较。 第六章结论。w m a x 是新兴的b w a 技术。本论文初步探讨了其组网的覆盖、容量、性能 等解决方案。为该技术的进一步成熟和随后的商业应用奠定基础。 第二章w i m a x 技术概述 第二章w i m a x 技术概述 宽带无线接入技术作为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一，正受到业界越来越多 的关注。w i m a x 论坛是由采用i e e e s 0 2 1 6 标准的设备和器件供应商成立的一个非赢利性生产团 体，主要是向市场推厂i e e e 新的无线通讯标准8 0 2 1 6 。w i m a x 己成为8 0 2 1 6 标准的代名词， 是一种面向城域网的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接。目前，i n 【e l 、n o k i a 、 p r o x i m ，a l v a d o n 和富士通等众多国际性大公司相继加入w i m a x 组织，以推动与保证基于8 0 2 1 6 标准的宽带设备的兼容性和互通性。w m z a x 组织积极推动w f f v l a x $ 0 2 1 6 产品在全球范围内的 应用 2 1w i m a x 产业2 0 0 4 综述 2 0 0 4 年w i m a x 国际形势总结起来有2 个特点： l 、全球业界探索w i m a x 的技术和商业潜力的过程已有初步结果一些认同w i m a x 的商 业价值的企业已经进入研发的冲刺阶段； 2 、国际上各个厂家的w i m a x 研发进程普遍慢于以前的预测，主要原因在于w i m a x 芯片 供应商纷纷调后了原定的芯片供应时间表。 w i m a x 论坛的实际控制者i n l e l 公司在其2 0 0 4 年企业官方总结中对w i m a x 技术总结到：罐 去一年中，整个业界己为探索w i m a x 的潜力投入了巨大的精力。英特尔已经披露了其通过无线 技术来加速宽带网络发展的远景，从而将可以实现家庭和企业的远程、高速无线互联网访问。 w i m a x 为构建高速无线宽带网络提供了一种标准化方法通常，标准化技术可帮助降低成本并 实现互操作性，而这些将有利于进一步促进技术更加广泛地部署。2 0 0 5 年，代号为“r o s e d a l e ”的 全新无线宽带芯片即将上市，预计将成为市场上第一款“单芯片系统”设计方案，可帮助厂商开发 支持i e e e 8 0 2 1 6 - 2 0 0 4 标准的经济高效的客户端设备( c p e ) 。以i n t d 为启动者的w i m a x 集团 已经初步形成，i n t e l 完成了自己在2 0 0 4 年的目标，成功地规范了w i m a x 产业性的市场远景。 在这一背景下，大量企业快速跟进，但位于产业链上游的芯片厂商在w i m a x 芯片的研发进程中 由于各种原因都没有按照计划推出自己的w i m a x 芯片，这一事实给了大量中小企业巨大的机会。 目前在w i m a x 研发进程中，除了i n t e l ，最活跃的企业都不是原来的行业巨头，目前w d “a x 产 业界中确实出现了中小芯片生产企业和中小设备制造企业占先的局面。 2 2w i m a x 技术简介 2 2 1 应用定位 w i m a x 的最大覆盖范围是5 0 k m ，是一种定位于宽带i p 城域网的无线接入技术。主要用于 无线宽带接入( b w a ) 、地理位置分数的信息热点的回程传输，或大业务量用户的接入，如图i 所示。 东南大学硕士学位论文 图li e e e 电气电子工程师协会的无线标准层次示意圈 w i m a x 作为城域网接入手段，采j ：f j 了多种技术来应对建筑物阻挡情况下的非视距( n l o s ) 和阻挡视距( o l o s ) 的传播条件，因此其可以实现非视距传输( 这种情形一f 的传输距离会有所 缩短) 。w i m a x 系统也可以连接w l a n 的热点和互联网，也可作为企业t 1 或家庭x d s l 和c a b e l m o d e m 的无线扩充技术，或者取代有线宽带接入的市场。因此从这个意义上说，w i m a x 是解决 “最后一公里”通信接入问题的有效技术。特别是对于很多发展中国家或偏远地区没有c a b l e l l d s l 服务，因为有线基础设施费用较高，通过w i m a x 的布建将有助于打开此市场，也就是最后一公 里的无线宽带布建。 目前的8 0 2 1 6 系列协议只能支持固定无线接入。8 0 2 1 6 e 修正草案和即将被批准成立的 8 0 2 1 6 f 和8 0 2 1 6 9 任务组将对基本的8 0 2 1 6 标准进行修补，使其不仅适用于固定无线接入，而且 适用于频率在6 g h z 以。f 的可携带和移动应用。 2 2 2 技术优势 从系统容量上看，w i m a x 也有显著的优势。w i m a x 基站的一个扇区可同时支持6 0 多个采 用e 1 t i 的企业用户和数百个采用x d s l 的家庭用户。因此，w i m a x 的一个基站可以同时接入 数百个远端用户站。同对，w i m a x 可为局一用户站提供多个业务流的传输能力，可以更大地提 升实际接入用户数 ( 1 ) 传输速率 i e e e s 0 2 1 6 是刹用8 0 2 1 l a ，8 0 2 1 1 9 相同o f d m 技术，其传输距离接近3 0 k n p 5 0 k i n ，非常 适合担任“最后一公里”的角色。突破了现有的无线宽带障碍当在2 0 1 v h - i z 的信道带宽时，支持高 达1 0 0 m b p s 的共享数据传输速率。 ( 2 ) 工作频宽 整体来说。8 0 2 1 6 工作频段采用的是无需授权频段范围在2 g h z 至6 6 g h z 之间而8 0 2 1 6 a 则是一种采用2 g h z i i g h z 无需授权频段的宽带无线接入系统，其信道带宽可根据需求在 1 5 m h z 一2 0 m h z 范围进行调整。因此，8 0 2 1 6 所使用的频谱将比其它任何无线技术更丰富。 因此，w i m a x 具有建网快、带宽大、容量高、见效早的优点，可为运营裔快速提供各种业 务完全可以组建一个支持城域网范围内的综合业务网络，并具备进一步漫游接入的潜力。因此， w i m a x 是运营商在计划构建宽带i p 网络时需要重点考虑的一种技术。 2 2 3w i m a x 技术特点 ( 1 ) 链路层技术 t c p f i p 协议的特点之一是对信道的传输质量有较高的要求。无线宽带接入技术面对日益增长 的i p 数据业务，必须适应t c p i p 协议对信道传输质量的要求。 在w i m a x 技术的应用条件下( 室外远距离) ，无线信道的衰落现象非常显著，在质量不稳 定的无线信道上运用t c p i p 协议，其效率将十分低下。w i m a x 技术在链路层加入了a r q 机制， 第4 页 减少到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。同时w i m a x 采用天线阵、天线极 化方式等天线分集技术来应对o l o s 和n l o s 造成的深衰落。这些措施都提高了w i m a x 的无线 数据传输的性能，如图2 所示。 图2 典型w i m a x 配置示意图 ( 2 ) o o s 性能 w i m a x 可以向用户提供具有o o s 性能的数据、视频、话音( v o l p ) 业务。w i m a x 可以提 供三种等级的服务：c b r ( c o n s t a n tb i tr a t e ，固定带宽) 、c i r ( c o m m i t t e dr a t e ，承诺带宽) 、b e ( b e s t e f f o r t ，尽力而为) 。c b r 的优先级最高，任何情况下网络操作者与服务提供商以高优先级， 高速率及低延时为用户提供服务，保证用户订购的带宽。c 1 r 的优先级次之，网络操作者以约定 的速率来提供，但速率超过规定的峰值时，优先级会降低，还可以根据设备带宽资源情况向用户 提供更多的传输带宽。b e 则具有更低的优先级，这种服务类似于传统i p 网络的尽力而为的服务， 网络不提供优先级与速率的保证在系统满足其他用户较高优先级业务的条件下，尽力为用户提 供传输带宽。 2 , 33 g 、w i f i 与w i m a x 第三代移动通信系统( 3 g ) 标准由i t u - r 提出，因为其主要工作颓段在2 0 0 0 m h z 左右，并 具有最高速率为2 0 0 0 k b p s 的业务能力，般被称为i m t - 2 0 0 0 。3 g 系统能够满足高速率传输以支 持多媒体业务，它在室内静止环境可达2 m b p s 、在室内外步行环境可达3 8 4 k b p s 、在室外快速移 动环境可达1 4 4 k b p s 。全球主流的3 g 制式有三种，分别为w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d - s c d m a ， 目前世界上绝大多数拿到3 g 许可证的运营商选择了w c d m a 制式，其标准化工作主要由3 g p p 负责。前几年，由于受标准变化快、终端短缺、市场前景不明的影响，在许多国家3 g 的发展不 如预计的那么乐观。 w l a n 标准主要包括8 0 2 1 i b ，8 0 2 1 l a 和8 0 2 1 i g 等。其中8 0 2 1 l b 采用2 4 g h z 的频段，可 支持1 1 m b p s 的共享接入速率；8 0 2 1 l a 采用5 g h z 的频段，其速率高达5 4 m b p s ，采用o f d m ( 正 交频分复用) 技术，但无障碍的接入距离降到3 0 5 0 米；8 0 2 1 1 9 其实是种混合标准，既能适应 8 0 2 1 l b 标准，又符合8 0 2 1 l a 标准，它比8 0 2 。l l b 速率快5 倍，并和8 0 2 ，1 i b 兼容。另外，i e e e 在w l a n 方面的主要进展还包括8 0 2 1 l i ( 安全方面内容) 、8 0 2 1 l e ( q o s 方面的内容) 、8 0 2 1 i f ( 接入点之间的切换协议) 、8 0 2 1 i n ( 速率高达3 2 0 m b p s ) 等。目前，w l a n 的推广和认证工作 主要由产业标准组织粥f i 7 0 m b p s2 m b p s5 4 m b p s 业务语音、数据、视频语音与数据数据与语音 覆盖 宏蜂窝( 5 0 k m ) 宏蜂窝( 7 k m )微蜂窝 移动性静止，步行静止、步行，车载静止，步行 频率利用牢q 7 5 b p s l - l z l6 b p s h z 电7 b d s h z 成熟度较差较好很好 终端智能信息设备、p c m c i a手机、p d a 、p c m c i ap c m c i a 商用2 0 0 5 年面市大量，世界范围人量世界范崩 表l 列出了3 ( 3 与w i m a x 的技术比较。w i m a x 与3 g 的应_ 【l j 市场不同，但成本较低，还可 以利用非许可频段，将来可以在电信运营商中广泛使用，例如： 1 ) 针对新型社区，覆盖箍个社区的网络接入。直接给用户提供话音与数据、视频幽像等 2 ) 针对大面积城区。用于连接整个城区的热点地区，例如w l a n 、i f p b x 等。 3 ) 根据使用频率的不同，w i m a x 还包括i e e e 9 0 2 1 6 b ( 1 0 - 6 6 g h z ) 、i e e e 8 0 2 1 6 c ( 5 - 6 g h z ) 等，i e e e 9 0 2 1 6 e 则是向移动无线接入( w b m a ) 过渡的一个标准。 目前，w i f i 、w i m a x 和3 ( 3 的标准发展势头强劲，标准越来越完美、技术越来越先进、产 品越来越实用。不变的是它们的发展方向：带宽更大、安全性更高、兼容性更好。背后则是商业 利益在驱动，数据通信厂商支持w i f i 、晰m a x 。而传统电信企业支持3 g 。 图3 和图4 分别表示了各种技术标准的数据传输速率与移动速度、覆盖范围之间的关系。显 然，3 g 可以提供广覆盖、高移动性和中等数据传输速率；w i - f i 可以提供热点覆盖、低移动性和 高数据传输速率；w p a n 可以提供超近距离的无线高速率连接；w l m a x 可以提供城域覆盖和高 数据传输速率。 圈3 各种技术标准的移动速度和数据传输速率之间的关系 第6 页 图4 各种技术标准的覆盖范围和数据传输速率之问的关系 应该说蛳f i 、w i m a x 和3 g 在高速无线数据通信领域都将扮演重要角色，但是在最初设计 时，它们采用了不同的技术手段来解决不同的应用问题。w i f i 、w i m a x 和3 g 的主流是互补的， 在局都会有部分融合，但要相互取代不太可能完成。另外，在应用和需求上它们也有着显著的差 距。它们都将在越来越细化的市场中。找到自己的生存空间因此，与其说它们是竞争的关系， 还不如说是共存的关系。 为了克服3 g 的种种缺点，4 g 的相关研究在世界范围内正广泛展开，但制定一个全世界统一 的4 g 标准还至少需要耗费7 至1 0 年的时间，而现有的2 g 系统在未来的3 至5 年内是无法满足 日益增长的通信需求的，从这个角度来说，3 g 系统是不可替代的。最近随着标准的基本稳定、终 端类型的迅速增加、宽带增值业务的广泛普及，3 g 系统的大规模使用已经开始。而w i f i 和 w i m a x 等技术作为局部的高速接入手段来弥补3 g 的不足也会有广阔的应用前景。 2 4w i m a x 发展存在的问题 2 4 1 频谱资源 一系列的无线技术革新在本质上都离不开不受许可管制的无线频谱。对于无线技术的后发者 w i m a x 来说，虽然它的标准规定是在1 0 g h z - 6 6 g h z 以及2 g h z - 1 1 g i - i z 范围内的授权和非授权颓 率下运行，但考虑到这些频段内已有许多羊中特定用途的业务，如微波雷达、航空导航、遥感遥测、 卫星通信等等。所以2 g i - l z 到6 6 g h z 频段内能够供w i m a x 使用的频谱资源会有很大的限制。 此外，在建设w i m a x 基站时。需要从微波的视距传输能力、雨衰性能等技术角度考虑问题， 也就是要求该频段具有一定的可用性，以此实现其商业价值。在这些条件限定下，w i m a x 技术 的可用频谱资源还会进一步受限。 另外，由于历史的原因，世界各嗣在频率分配及频率使用权跟上并不相同。例如，5 8 g l - - l z 频段在美国是免电台执照免审批的，但按照我国的规定，该频段仅由几大基础运营商来使用。而 当初3 g ，标准之所以最终分裂为几大阵营，各国在频谱资源规划使用上的不尽相同也是原因之一。 所以说，即便未来w i m a x 技术在世界范围内得到了应用但具体到不同的国家商用时，最终结 果一种可能就是运行频段难以统一另一种可能就是可用频段大为减少。 近些年来，无线技术得到了蓬勃的发展，各种无线技术如蓝牙、w i f 等等纷纷在无线频谱 空间内占有了一席之地。由此看来如果不能取得专用频段，w i m a x 要实现边远地区的覆盖、 高速数据传输、移动性等，同时还要保证w i m a x 系统的服务质量，那么。它只能是队后来者的 东南大学硕士学位论文 身份“挤进”原本就已拥挤不堪的几个无线频段内，和其他无线技术交叉重叠使用频谱资源。大 量的设施都拥挤在相当有限的频段里，相互之间产生干扰在所难免。而在无线网络中，找出干扰 的原因是十分困难的。同时，如果在不同的国家只能使用不同频段运行w i m a x 设备，由此带来 的后果也不能让人忽视。因为它影响到了w m i a x 设备的通用性，这对w i m a x 产业的负面影响 是无法估量的。 可见，w i m a x 的市场前景依然被人们看好。但频谱资源问题也已成为其发展进程的决定性 环节。 2 4 2 建网成本 与不少新兴技术领域一样，w i m a x 当前面临的最大障碍是部署成本坷题。与数年前刚剧起 步时的w i f i 技术市场一样，w i m a x 技术市场首先会面临来自设备成本方面的制约。有人士预 测指出，目前提供无线宽带接入服务m m d s ( m u l t i p o i n t m u l t i e h a n n e l d i s t d b u t i o i ls y s t e m ) 多点多 通道分布式系统供应商预计w i m a x 天线架设在内的平均部署成本约在每用户3 0 0 0 美元左右， 这种高昂的部署成本不仅很难便服务供应商获得足够的投资回报也会让多数用户退避二舍。冈 此，只有当平均部署成本降至接近、或略高于当前、m f i 技术的水平，w i m a x 才有望真正成为 家庭与小型商业用户青睐的、能够与d s l 和c a b l em o d e m 等其他宽带接入并驾齐驱的接入技术， 而这一目标却绝非可以一蹴而就的，需要经历一定的市场培育期方能实现。而且，在作为w i m a x 技术主战场的最后英里接入领域，这一技术注定将会受到来自d s l 和c a b l em o d e m 等其他宽 带接入技术的竞争。尤其是在商业应用领域，由于受到部署成本、以及无线信息安全等方面问题 的困扰，w i m a x 技术短时间内尚难与t i 、d s l 等传统宽带接入技术匹敌。 2 4 3与3 g 以及其他b w a 技术的互通 由于w i m a x 与w i f i 、3 g 等技术将会在市场上共同存在。并不存在谁取代谁的问题，冈此， 设法保障与这些技术应用之问的互联互通，以进步拓展应用空问也是w i m a x 技术面临的现实 问题。并且由于w i m a x 技术在应用领域与w i - f i ，以及3 1 3 技术客观上存在部分重叠的市场，这 固然有利于w i m a x 技术分食w i - f i 与3 g 的市场蛋糕，但反过来也同样不可避免地会遭受到这 两种技术的打压。 2 s 本章小结 本章从介绍w t m a x 产业2 0 0 4 年情况入手，介绍了w i m a x 技术优势和特点，将w i m a x 技术与3 g 和w i - f i 技术进行了比较，艟后指出了w t m a x 目前存在的主要问题 第8 页 第三章d a s 技术概述 第三章d a s 技术概述 3 1d a s 思想的由来 无线传播损耗的指数律衰减导致当采用高天线实现大面积覆盖时。天线信号覆盖边缘与中心 的信号功率差别很大。由于设备不可能实现边缘信号和中心信号的完全正交，这就必然导致了远 近效应问题，为解决这个问题，提出了功率控制的思想，这导致了系统的复杂性提高。上述问题 的出现是由于无线电波的传输特性所造成的，传统小区概念的小区范围与信号覆盖是紧密耦合在 一起的，即一个小区的范围由小区内的单天线所辐射的信号覆盖所决定。由于信号覆盖与小区覆 盖两者的耦合和统一，为了提供对移动用户的连续服务。相邻小区的边缘在地域上需要重叠t 因 此当一个用户从一个小区移动至男一个小区时，必须进行通信资源的重分配。为增加系统容婪， 当采用微小区，逐渐减小小区半径来提高重用密度的同时，必然导致切换的频繁。考虑剑市区环 境中业务集中且平均业务量大、密度高，因此需要采用微小区甚至微微小区柴实现热点覆盖， 由于微小区的天线发射功率相对较低，其覆盖半径一般只有几百米或更小，这样市区内需要布置 大量的微小区基站来实现全城区的覆盖。如果像传统的小区一套天线配备一个基站处理单元( b s ， b a s es t a t i o n ) 话，必将导致成本，包括网络建设成本和基站房屋租金等维护成本的上涨，而且要 在密集的楼群中几百米就安置一套天线和b s ，也很难找到合适的地点来安排。在此情形下，人们 考虑将b s 处理单元和天线分开。天线保留有最小所需的硬件单元，而将信号处理部分集中在基 站公寓( b s h ，b a s es t a t i o nh o t e l ) ，b s h 的资源可供多个天线共享，即一个b s h 同时为多个远 端天线服务，由此人们引入了分布式天线系统( d a s ，d i s u i b u l e d a n t e n n a s y s t e m ) 的概念 3 2d a s 的概念 分布式天线系统指的是在一个“逻辑小区”( 群) 内布置一个或多个天线，这些天线同时为用 户服务，下行同时发射相同的信号给用户，上行多个天线同时接收送回处理中心进行处理。天线 端尽量简化以减少成本，除了基本的部分，对信号的处理全部集中在处理中心 远端天线单元与b s h 的连接采用同轴线，光纤、无线微波和毫米波链路、自由空间光链路等， 同轴线缆的衰减的比较大不适合远距连接；高频段微波和毫米波的传输特性差、有雨衰现象、要 求存在l o s 路径；自由空间光链路传输性能好，但要求必须存在l o s 路径，在密集楼群环境中 不容易实现；光纤虽然初期建设成本高一点，但是其传输特性好，也没有l o s 要求。 天线端与处理中心的连接采用光纤连接，在天线端只要使用光电转换器件和放大器即可。有 时也采用h f c ，在c s 到小区边缘使用光纤，在小区内天线的连接使用同轴线缆 3 3d a s 的特点 在d a s 工作中，由于c s 集中控制许多天线，c s 可以根据情况通过软件激活多个天线为用 户服务，而不管这些天线实际中物理连接形式。这种连接控制方式使用d a s 有许多优点： 远端射频端口简单、成本低( 下行需要o e 、p a ；上行需要l n a 、e o ) ： 远端射频端口低功率发射，可以减小互信道干扰； 适应各种不同的多址方式( f d m a 、t d m a 、c d m a ) 、不同技术标准( 2 g 、3 g 、v 啊- f i ， w i m a x ) ： 共享基础的投资设施( c s 、r a u ) 同一标准的多