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摘要：本文介绍了802，16e标准下WIMAX的网络的特点以及其物理层的关键技术。介绍了OFMDA方式下WIMAX~络的子载波分配方式(分散的分配方式：包括FUSC,PUSC；连续的分配方式BAND-AMC)；最后引入TWIMAX网路频率规划的原则和典型组网方式。
关键词：WiMAXOFDMA；IEEE 802.16；子载波频率规划
中图分类号：TN92
一、WiMAX概述
WiMAX全称为World Interoperabilityfor Microwave Access，即全球微波接人互操作性，是一项基于IEEE 802.16标准的新的宽带无线接入城域网技术，它是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。WiMAX的基本目标是在城域网接入多厂商环境下，确保不同厂商的无线设备互连互通；主要用于为家庭、企业以及移动通信网络提供最后一公里的高速宽带接入，以及将来的个人移动通讯业务。技术标准基于IEEE 802.16系列标准。
二、WiMAX物理层的技术特点：
从先进国际移动通信和下一代移动网络的技术需求来看，未来移动通信的传输速率要求达到百兆比特位每秒甚至吉比特位每秒，目前的IEEE 802.16e中最高的物理层速率是75Mb/s，为了能够在保证通信质量的同时达到很高的数据速率，在未来的标准演进中，必须对物理层的关键技术进行有效的演进。
(1)在物理层采用OFDM正交频分复用，实现高效的频谱利用率。正交频分复用OFDM是一种高速传输技术，是未来无线宽带接入系统/下一代蜂窝移动系统的关键技术之一，3GPP已将OFDM技术作为其LTE研究的主要候选技术。在WiMAX系统中，OFDM技术为物理层技术，主要应用的方式有两种：OFDM物理层和OFDMA物理层。
(2)双工方式：支持时分双工(TDD)、频分双工(FDD)，同时也支持半双工频分双工(HFDD)。FDD需要成对的频率，TDD则不需要，而且可以实现灵活的上下行带宽动态分配。(3)可支持移动和固定的情况，移动速度最高可达120km/h。
(4)带宽划分灵活，信道带宽的可调整性，使WIMAX的频率划分与现有的2G/3G系统存在极大的不同。信道带宽可以根据实际的需求在1.25M至20MHz范围进行调整。
(5)使用先进的MIMO技术提高系统容量和覆盖范围。
(6)采用混合自动重传(HARQ)技术。
(7)采用自适应调制编解码(AMC)技术。
(8)采用功率控制技术，目标是最大化频谱效率，而同时满足其他系统指标。
(9)采用先进的信道编码技术增加通信质量，扩大覆盖范围。
(10)在WiMAX标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制。
(11)睡眠模式。16e协议为了适应移动通信系统的特点，增加了终端睡眠模式：Sleep模式和Idle模式。
凭借这些主要特点，移动WiMAX能以更高的频谱效率传输比基于CDMA的3G技术大3倍的数据量。
三、OFDMA子载波分配方式
OFDMA是OFDM技术的演进。在利用OFDM对信道进行子载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDMA技术与OFDM技术相比，每个用户可以选择信道条件较好的子信道进行数据传输，而不像OFDM技术在整个频带内发送，从而保证了各个子载波都被对应信道条件较优的用户使用，获得了频率上的多用户分集增益。OFDMA基于OFDM调制，将每个OFDM符号的可用子载波划分为多个子信道，每个用户可以占用其中的一个或者几个子信道，实际上OFDMA是TDMA+FDMA的多址方式。
将包含有用信息的数据和导频子载波组合成为子载波集合叫做子信道化。WIMAX所用的OFDMA物理层支持下行(DL)和上行(UL)的子信道化。子信道化后最小的频率时间单元资源是一个slot，它等于48个数据子载波。共有两种子载波置换成子信道的方式，分散的和连续的。
分散的子载波分配方式(distributedsubcarrier permutation)：包括PUSC，FUSC，子信道中的子载波随机的分布在整个带宽上，在某一符号时间里，每个子信道的质量在统计意义上是相同的，起到频率分集的作用，可以克服频率选择性衰落，同时也使小区间干扰平均化。
邻近的子载波分配方式(adjacentsubcarrier Permutation)：AMC，受频率选择性衰落影响，整个带宽上的部分子信道条件较好，部分子信道条件较差，但由于用户间信道的独立性，通过优秀的子信道调度机制，不同用户都能够占用对其自身来说信道条件较好的一部分子信道，这样可使整个系统得到较大的多用户分集增益。
四、WIMAX系统的频率复用方式
WiMAX网络规划是针对OFDMA的网络规划；子载波分配方式可以选择FUSC/PUSC不同的子载波分配方式分别获得分集增益和多用户增益；频率复用方式典型应用包括l*3*3，1*3*1；频率复用方式的选择要综合考虑频率资源和系统干扰。
在WIMAX系统中我们频率规划一股遵循一下原则：
1、同一站点，同一扇区，可以使用邻频(多载波配置情形)
2、同一站点，相邻扇区，可以使用同频
3、考虑到天线挂高和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避免同频相对(含斜对)。
4、对于1个频点下1x3复用方式，所有站点的所有扇区均使用相同的PermBase(置换基)；对于3个频点下1x3复用方式，同一站点的三个扇区需使用相同的PermBase，不同站点使用不同的PermBase。由于PermBase仅有32个，应以多个站点(19个或更多)为一簇进行复用。
5、对于1个频点下准1x1复用方式，小区边缘使用部分子载波区域所有站点的所有扇区均使用相同的PermBase；小区中心使用全部子载波区域相邻扇区使用不同的PermBase，由于PermBase仅有32个，可以多个扇区为一簇进行复用。
五、WiMAX典型组网方式：
1、PUSC 1*3*1组网
这种组网方式下所有基站使用一个频点：以一个基站三个扇区为复用簇，三个扇区分别使用同一频点下的1/3子信道，不同基站的同向扇区使用相同的子信道。
采取这种组网方式的优点有：1、全网同频，可以实现软切换；2、无需复杂的子载波置换方式调度算法，实现较简单，系统开销小；3、系统干扰小，同一基站下相邻扇区间无子载波冲突；4、覆盖范围广，初始建网成本低，风险低；5、建网快，干扰易控制，网络规划与优化简单。但是同时这种组网方式也存在频谱利用率低和网络容量小的缺点。
2、FUSC 1*3*3组网
这种组网方式下共有三个频点，以一个基站三个扇区为复用簇，同一基站的三个扇区各使用一个频点其优点有：1、可以充分利用运营商分散的频率资源；2、无需复杂的子载波置换方式调度算法，实现较简单，系统开销小；3、系统干扰小，同一基站相邻扇区间无同频干扰，同频小区子信道冲突小、干扰小；4、覆盖范围广，初始建网成本低，建网风险低；5、建网快，干扰易控制，网络规划与优化简单。其缺点主要是频谱效率较低，与单频点PUSCl*3*1复用方式相当和无法实现软切换。
六、总结
PUSC 1*3*1的组网方式适用于运营商频率资源集中，频带连续情况。若频点带宽较宽(>=10MHz)可作为城区及密级城区的初始建网方式，可基本满足第一阶段容量需求。可以用较窄的频点带宽(<=10MHz)解决郊区和农村广大地区的覆盖，以降低初期建网成本。这种方式早期WIMAX16e的首选组网方式。
FUSC1*3*3的组网方式适用于运营商频率资源较丰富，或频带分散带宽又较窄情况。其系统容量取决与单个频点的带宽：若频点带宽较宽(>=5MHz)可用于密集城区、一般城区的初始建网；若频点带宽较窄(<5MHz)可用于解决郊区及农村地区覆盖
关键词：WiMAXOFDMA；IEEE 802.16；子载波频率规划
中图分类号：TN92
一、WiMAX概述
WiMAX全称为World Interoperabilityfor Microwave Access，即全球微波接人互操作性，是一项基于IEEE 802.16标准的新的宽带无线接入城域网技术，它是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。WiMAX的基本目标是在城域网接入多厂商环境下，确保不同厂商的无线设备互连互通；主要用于为家庭、企业以及移动通信网络提供最后一公里的高速宽带接入，以及将来的个人移动通讯业务。技术标准基于IEEE 802.16系列标准。
二、WiMAX物理层的技术特点：
从先进国际移动通信和下一代移动网络的技术需求来看，未来移动通信的传输速率要求达到百兆比特位每秒甚至吉比特位每秒，目前的IEEE 802.16e中最高的物理层速率是75Mb/s，为了能够在保证通信质量的同时达到很高的数据速率，在未来的标准演进中，必须对物理层的关键技术进行有效的演进。
(1)在物理层采用OFDM正交频分复用，实现高效的频谱利用率。正交频分复用OFDM是一种高速传输技术，是未来无线宽带接入系统/下一代蜂窝移动系统的关键技术之一，3GPP已将OFDM技术作为其LTE研究的主要候选技术。在WiMAX系统中，OFDM技术为物理层技术，主要应用的方式有两种：OFDM物理层和OFDMA物理层。
(2)双工方式：支持时分双工(TDD)、频分双工(FDD)，同时也支持半双工频分双工(HFDD)。FDD需要成对的频率，TDD则不需要，而且可以实现灵活的上下行带宽动态分配。(3)可支持移动和固定的情况，移动速度最高可达120km/h。
(4)带宽划分灵活，信道带宽的可调整性，使WIMAX的频率划分与现有的2G/3G系统存在极大的不同。信道带宽可以根据实际的需求在1.25M至20MHz范围进行调整。
(5)使用先进的MIMO技术提高系统容量和覆盖范围。
(6)采用混合自动重传(HARQ)技术。
(7)采用自适应调制编解码(AMC)技术。
(8)采用功率控制技术，目标是最大化频谱效率，而同时满足其他系统指标。
(9)采用先进的信道编码技术增加通信质量，扩大覆盖范围。
(10)在WiMAX标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制。
(11)睡眠模式。16e协议为了适应移动通信系统的特点，增加了终端睡眠模式：Sleep模式和Idle模式。
凭借这些主要特点，移动WiMAX能以更高的频谱效率传输比基于CDMA的3G技术大3倍的数据量。
三、OFDMA子载波分配方式
OFDMA是OFDM技术的演进。在利用OFDM对信道进行子载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDMA技术与OFDM技术相比，每个用户可以选择信道条件较好的子信道进行数据传输，而不像OFDM技术在整个频带内发送，从而保证了各个子载波都被对应信道条件较优的用户使用，获得了频率上的多用户分集增益。OFDMA基于OFDM调制，将每个OFDM符号的可用子载波划分为多个子信道，每个用户可以占用其中的一个或者几个子信道，实际上OFDMA是TDMA+FDMA的多址方式。
将包含有用信息的数据和导频子载波组合成为子载波集合叫做子信道化。WIMAX所用的OFDMA物理层支持下行(DL)和上行(UL)的子信道化。子信道化后最小的频率时间单元资源是一个slot，它等于48个数据子载波。共有两种子载波置换成子信道的方式，分散的和连续的。
分散的子载波分配方式(distributedsubcarrier permutation)：包括PUSC，FUSC，子信道中的子载波随机的分布在整个带宽上，在某一符号时间里，每个子信道的质量在统计意义上是相同的，起到频率分集的作用，可以克服频率选择性衰落，同时也使小区间干扰平均化。
邻近的子载波分配方式(adjacentsubcarrier Permutation)：AMC，受频率选择性衰落影响，整个带宽上的部分子信道条件较好，部分子信道条件较差，但由于用户间信道的独立性，通过优秀的子信道调度机制，不同用户都能够占用对其自身来说信道条件较好的一部分子信道，这样可使整个系统得到较大的多用户分集增益。
四、WIMAX系统的频率复用方式
WiMAX网络规划是针对OFDMA的网络规划；子载波分配方式可以选择FUSC/PUSC不同的子载波分配方式分别获得分集增益和多用户增益；频率复用方式典型应用包括l*3*3，1*3*1；频率复用方式的选择要综合考虑频率资源和系统干扰。
在WIMAX系统中我们频率规划一股遵循一下原则：
1、同一站点，同一扇区，可以使用邻频(多载波配置情形)
2、同一站点，相邻扇区，可以使用同频
3、考虑到天线挂高和传播环境的复杂性，距离较近的基站应尽量避免同频相对(含斜对)。
4、对于1个频点下1x3复用方式，所有站点的所有扇区均使用相同的PermBase(置换基)；对于3个频点下1x3复用方式，同一站点的三个扇区需使用相同的PermBase，不同站点使用不同的PermBase。由于PermBase仅有32个，应以多个站点(19个或更多)为一簇进行复用。
5、对于1个频点下准1x1复用方式，小区边缘使用部分子载波区域所有站点的所有扇区均使用相同的PermBase；小区中心使用全部子载波区域相邻扇区使用不同的PermBase，由于PermBase仅有32个，可以多个扇区为一簇进行复用。
五、WiMAX典型组网方式：
1、PUSC 1*3*1组网
这种组网方式下所有基站使用一个频点：以一个基站三个扇区为复用簇，三个扇区分别使用同一频点下的1/3子信道，不同基站的同向扇区使用相同的子信道。
采取这种组网方式的优点有：1、全网同频，可以实现软切换；2、无需复杂的子载波置换方式调度算法，实现较简单，系统开销小；3、系统干扰小，同一基站下相邻扇区间无子载波冲突；4、覆盖范围广，初始建网成本低，风险低；5、建网快，干扰易控制，网络规划与优化简单。但是同时这种组网方式也存在频谱利用率低和网络容量小的缺点。
2、FUSC 1*3*3组网
这种组网方式下共有三个频点，以一个基站三个扇区为复用簇，同一基站的三个扇区各使用一个频点其优点有：1、可以充分利用运营商分散的频率资源；2、无需复杂的子载波置换方式调度算法，实现较简单，系统开销小；3、系统干扰小，同一基站相邻扇区间无同频干扰，同频小区子信道冲突小、干扰小；4、覆盖范围广，初始建网成本低，建网风险低；5、建网快，干扰易控制，网络规划与优化简单。其缺点主要是频谱效率较低，与单频点PUSCl*3*1复用方式相当和无法实现软切换。
六、总结
PUSC 1*3*1的组网方式适用于运营商频率资源集中，频带连续情况。若频点带宽较宽(>=10MHz)可作为城区及密级城区的初始建网方式，可基本满足第一阶段容量需求。可以用较窄的频点带宽(<=10MHz)解决郊区和农村广大地区的覆盖，以降低初期建网成本。这种方式早期WIMAX16e的首选组网方式。
FUSC1*3*3的组网方式适用于运营商频率资源较丰富，或频带分散带宽又较窄情况。其系统容量取决与单个频点的带宽：若频点带宽较宽(>=5MHz)可用于密集城区、一般城区的初始建网；若频点带宽较窄(<5MHz)可用于解决郊区及农村地区覆盖