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WiMAX寬帶無線接入技術(shù)簡介
傳統(tǒng)的蜂窩式電話可在大范圍輸入信號下工作。臨近基站，其信號電平在-40dBm左右。盡管這并不是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，但當(dāng)處于蜂窩的邊緣，信號電平為-113dBm時(shí)，電話的通話質(zhì)量還是令人滿意的。
??? 較高功率的唯一優(yōu)勢是抗干擾性。在蜂窩基站規(guī)劃早期，規(guī)劃的重點(diǎn)是覆蓋范圍而不是抗干擾或網(wǎng)絡(luò)容量。
??? 不過，如今大多數(shù)蜂窩系統(tǒng)都受到干擾的限制而不是范圍的限制。因此，許多移動(dòng)電話系統(tǒng)都需要昂貴的叉車式升級來適應(yīng)不斷增長的干擾限制。
??? 通常情況下，全向天線被定向天線所取代。有時(shí)，定向天線又被其他前后比更好的定向天線所取代。隨著時(shí)間的流逝，選擇合適的波束寬度和波束形狀可為范圍、容量及干擾抑制提供很好的綜合解決方案。
??? 信噪比
??? WiMAX的部署可能會(huì)重復(fù)這種效率低下的優(yōu)化過程。在規(guī)劃階段，通常不會(huì)考慮WiMAX系統(tǒng)與傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的差別。雖然新系統(tǒng)的規(guī)劃方式可以和傳統(tǒng)蜂窩電話系統(tǒng)的規(guī)劃方式相同。但是，WiMAX的工作方式卻大不相同。
??? 在傳統(tǒng)移動(dòng)電話系統(tǒng)中，如果覆蓋范圍足夠大，并且信噪比（SNR）超過9dB，那么用戶通話的效果就會(huì)非常清晰，用戶會(huì)因此感到滿意。即使用戶的信噪比增加到20dB，通話效果仍然相同。
??? 然而，在基于WiMAX的系統(tǒng)中，20dB信噪比允許用戶通過一種可以提供非常高的數(shù)據(jù)吞吐量的調(diào)制格式來接收信號。如果信噪比只有9dB，那么連接會(huì)慢得多，這是因?yàn)閃iMAX系統(tǒng)使用了一種基于信噪比的自適應(yīng)調(diào)制格式。這就與我們平常講話時(shí)的狀況一樣。如果環(huán)境安靜，那么講話人可以說得很快且可以讓人聽懂。然而，如果很吵鬧并且講話人離得很遠(yuǎn)，那么他需要大聲說話并且將語速放慢。同理，在嘈雜的環(huán)境中，通信鏈路效率很低。
??? 回波處理
??? WiMAX與傳統(tǒng)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)根本區(qū)別在于無線電調(diào)制。傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)，如GSM，使用了一種信號載波系統(tǒng)。整個(gè)射頻頻譜被分割為頻道，每個(gè)用戶使用一個(gè)頻段進(jìn)行通信。而多路回波限制了用戶的通信速率，它類似于人們在峽谷中大喊引起的回聲。為了使通話清晰，用戶需要放慢語速，以避免回波造成的干擾。WiMAX所使用的OFDM調(diào)制方式可以消除回波問題。會(huì)話被分成許多慢速的分會(huì)話，而每個(gè)分會(huì)話使用不同的頻率。由于每個(gè)會(huì)話都很慢，所以回波就不再成為問題。每一個(gè)會(huì)話都在不同的頻率上，因此相互之間不會(huì)發(fā)生干擾。對于峽谷里的個(gè)人通信而言，這種方法可能不太現(xiàn)實(shí)，但它在電路上非常容易實(shí)現(xiàn)。
??? 傳統(tǒng)蜂窩電話系統(tǒng)的目標(biāo)是使用9dBi或者更高的信噪比覆蓋每個(gè)地方，消除盲點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)低的多徑。WiMAX系統(tǒng)則希望在無盲點(diǎn)的覆蓋區(qū)域內(nèi)得到最好的平均SNR值，而不太在意多徑問題。考慮到WiMAX與傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的這些根本區(qū)別，它們似乎不適合使用相同的規(guī)劃方法和天線硬件。
??? 確定最好的配置是一項(xiàng)令人生畏的工作。因?yàn)槊糠N配置不盡相同，而變量又太多。這些變量包括已使用的扇區(qū)數(shù)、頻率重用機(jī)制、射頻傳播環(huán)境、塔高以及背景干擾級別。高級的優(yōu)化過程加上傳播模型可以幫助我們探究其中的一些問題。
??? 高級最優(yōu)化仿真
??? 以下仿真使用Cost231模型—也稱為哈塔模型PCS擴(kuò)展。這種無線傳播模型對哈塔模型和Okumura模型進(jìn)行了擴(kuò)展以覆蓋更廣的頻譜范圍，比如WiMAX常用的那些頻段。
??? 讀取基站天線的完整三維輻射圖，并觀察整個(gè)蜂窩的載波干擾比（C/I）。載波干擾比等價(jià)于信噪比，其側(cè)重的信號是OFDM載波，而干擾來自使用相同載波的一些其他基站。
??? 模型中考慮了塔的高度。進(jìn)行優(yōu)化的變量包括天線的指向，塔上的天線數(shù)量以及塔高。目標(biāo)是找到一個(gè)場址方案來提供可能達(dá)到的最大系統(tǒng)總?cè)萘浚@是一項(xiàng)與蜂窩內(nèi)平均載波干擾比密切相關(guān)的任務(wù)。
??? 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化
??? 首先，考慮基站天線波束形狀的影響。這里比較了頻率尺度變換的優(yōu)質(zhì)UMTS基站天線與波束寬度是90°3dB的WiMAX天線。其中，前者的波束寬度是72°3dB。
??? 盡管UMTS天線的增益更高，但WiMAX天線的反向輻射要低得多。UMTS型天線的波束掩模符合ETSISS1波束規(guī)格，而WiMAX天線的波束符合ETSISS3波束規(guī)格。
??? 在優(yōu)化過程中以及制造商優(yōu)化最佳總數(shù)據(jù)吞吐量時(shí)考慮的七塔格中，不推薦使用信道復(fù)用。優(yōu)化結(jié)果如圖1所示。
??? 圖1制造商優(yōu)化總數(shù)據(jù)吞吐量的結(jié)果
??? 每個(gè)塔用一個(gè)字母表示，相同的字母表示相同的塔配置。在圖1中，彩色表示載波干擾比，而每個(gè)位置的容量都是從圖中計(jì)算得到。有趣的是，優(yōu)化者并沒有選擇蜂窩基站常用的標(biāo)準(zhǔn)的三扇區(qū)結(jié)構(gòu)，而是為兩個(gè)天線都選擇了四扇區(qū)結(jié)構(gòu)。可以看到，較緊湊的波束掩碼會(huì)產(chǎn)生明顯好得多的平均載波干擾比，從而產(chǎn)生更大的基站容量。通過查看覆蓋圖，可以了解得更深。
??? 圖2WiMAX天線的低后瓣在扇區(qū)間提供較干凈的過渡帶
??? 圖2所示為WiMAX天線的低后瓣在扇區(qū)間提供的較干凈過渡帶。在使用低性能UMTS型天線的系統(tǒng)中，手機(jī)可能會(huì)因?yàn)樘炀€后瓣或設(shè)置不合適的波束寬度而形成的微蜂窩所引起“混淆”而不知道自己在哪個(gè)區(qū)。這樣可能造成設(shè)備很難越區(qū)切換。
??? 上面的分析產(chǎn)生了這樣的問題，WiMAX天線正確的天線波束寬度和旁瓣規(guī)格是什么？通常，答案要求設(shè)計(jì)一套工程上的折中。
??? 考慮操作員頻譜受限，想要在地表周期性重復(fù)的七塔配置中獲取七個(gè)可用的信道。通過僅選擇七個(gè)信道，操作者已經(jīng)提高最大突發(fā)容量。然而，可以找到一種重用模式來提供運(yùn)轉(zhuǎn)所需的載波干擾比這一點(diǎn)并不明顯。
??? 很明顯這是個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題，這里允許優(yōu)化者選擇最佳天線及結(jié)構(gòu)。
將贊助資金、熱心的發(fā)達(dá)國家企業(yè)家以及較為廣泛的WiMAX網(wǎng)絡(luò)覆蓋三方面因素結(jié)合起來，類似巴基斯坦這樣的發(fā)展中國家可能會(huì)得到所需的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，幫助這些貧窮但戰(zhàn)略意義重大的國家改善其亟需改進(jìn)的公共教育系統(tǒng)。
??? 巴基斯坦的WiMAX商機(jī)
??? 經(jīng)過幾年時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)部署后，WiMAX在巴基斯坦的發(fā)展非常順利，現(xiàn)在正逐級成為該國電信基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其發(fā)展速度甚至已超越一些較發(fā)達(dá)國家。但是，TelecomPK（一個(gè)主要報(bào)道巴基斯坦電信業(yè)相關(guān)信息的博客網(wǎng)站）的美國主編BabarBhatti說，WiMAX仍面臨許多挑戰(zhàn)。
??? 在巴基斯坦，至少有三家企業(yè)已經(jīng)部署并正式運(yùn)行WiMAX網(wǎng)絡(luò)。首都伊斯蘭堡等大城市甚至已經(jīng)出現(xiàn)了業(yè)務(wù)競爭，WiMAX服務(wù)價(jià)格最近也因此而有所下降。
??? AbuDhabiGroup（總部位于阿拉伯聯(lián)合酋長國）的分公司Wateen已在包括伊斯蘭堡、卡拉奇和拉瓦爾品第在內(nèi)的22個(gè)巴基斯坦城市推出了WateenHome服務(wù)。該公司于2006年啟動(dòng)該項(xiàng)服務(wù)，是最早進(jìn)入WiMAX家庭市場的電信公司。
??? 此后，巴基斯坦最大的移動(dòng)運(yùn)營商Mobilink在卡拉奇推出了MobilinkInfinity服務(wù)。該公司是總部同樣位于中東地區(qū)的埃及Orascom的子公司，其計(jì)劃在拉合爾和伊斯蘭堡等其它城市推出該項(xiàng)服務(wù)。
??? Wi-tribe是一家僅提供寬帶無線服務(wù)的企業(yè)，總部也位于中東地區(qū)。該公司今年已在拉合爾、伊斯蘭堡和卡拉奇等城市推出服務(wù)。這三個(gè)城市都采用了3.5GHz頻段的移動(dòng)802.16eWiMAX技術(shù)。
??? 據(jù)WiMAX論壇稱，至少還有另外兩家運(yùn)營商Supernet和BurraqTelecom也打算在巴基斯坦推出WiMAX服務(wù)。
??? WiMAX網(wǎng)絡(luò)支撐遠(yuǎn)程教育
??? KZOEducation位于維吉尼亞州赫頓（Herndon），是一家主要開發(fā)在線交互學(xué)習(xí)內(nèi)容和技術(shù)的公司。其總裁PhilCruver認(rèn)為，在巴基斯坦靠自身的努力推動(dòng)其公共教育系統(tǒng)發(fā)展的進(jìn)程中，WiMAX將發(fā)揮“至關(guān)重要”的作用。
??? Cruver希望其公司開發(fā)的Web2.0學(xué)習(xí)技術(shù)能夠貢獻(xiàn)一份力量，幫助這個(gè)需求龐大但資源匱乏的國家以極低的成本提供優(yōu)質(zhì)的教育。
??? 巴基斯坦的識字人數(shù)大約只有50%，而女孩所占的比例更低。現(xiàn)在，該國擁有大約130萬名教師，但是要達(dá)到所需的標(biāo)準(zhǔn)（教育方面），還需要將這個(gè)數(shù)字翻一番。
??? Cruver的想法是，通過WiMAX網(wǎng)絡(luò)提供基于交互式流視頻的學(xué)習(xí)課程。KZO公司已自己出資，在伊斯蘭堡開始試點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目將兩所學(xué)校（一所男子學(xué)校，一所女子學(xué)校）的網(wǎng)絡(luò)連接到巴基斯坦運(yùn)營商WateenTelecom運(yùn)營的WiMAX網(wǎng)絡(luò)。
??? 該舉措的最終目標(biāo)是借助可用資源，基于國內(nèi)外優(yōu)秀教師的授課視頻來構(gòu)建遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)模塊。雖然在巴基斯坦，教師培訓(xùn)也至關(guān)重要，但Cruver表示：“我們想做的就是告訴人們有哪些事情可以通過網(wǎng)絡(luò)完成。”
??? 因?yàn)楦偁帲琖iMAX服務(wù)價(jià)格在巴基斯坦有所下降，Cruver稱，KZO每月只需支付21美元，試點(diǎn)項(xiàng)目中的兩所學(xué)校即可獲得1Mbit/s帶寬的寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
??? KZO公司的試點(diǎn)項(xiàng)目將側(cè)重于技術(shù)教育，在這方面，公司已有現(xiàn)成的面向企業(yè)客戶的課程內(nèi)容和專業(yè)知識。Cruver認(rèn)為，這種方式也同樣適用于其它領(lǐng)域的課程。
??? 不過，一切才剛剛開始，使用WiMAX全面部署KZO技術(shù)的資金尚未就緒。但在尋找資金方面，Cruver持樂觀態(tài)度。
??? KZO有理由樂觀。該公司是美國研究學(xué)會(huì)（AmericanInstitutesforResearch，AIR）實(shí)施的 Links to Learning: Education Support to Pakistan（ED-LINKS）項(xiàng)目的子承包商，該項(xiàng)目由美國國際開發(fā)署（The United States Agency for International Development，USAID）援助9千萬美元，歷時(shí)5年。
??? ED-LINKS項(xiàng)目主要致力于改進(jìn)教師教學(xué)，不過它是一個(gè)多方面的計(jì)劃。KZO公司的當(dāng)前工作直接面向?qū)W生。它開展了一項(xiàng)交流計(jì)劃，讓巴基斯坦的高中生分批來到美國，進(jìn)行為時(shí)兩周的文化和教育交流。
??? 在美國，巴基斯坦學(xué)生將完成一個(gè)由KZO公司使用其交互式電子學(xué)習(xí)工具提供的密集型技術(shù)技能培訓(xùn)計(jì)劃。此外，這些學(xué)生還將完成關(guān)于美國文化和歷史的速成課程。
??? 在ED-LINKS交流項(xiàng)目中，KZO公司用來提供教學(xué)內(nèi)容的技術(shù)（在巴基斯坦，正開始用于遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)）是其子公司KZOInnovations開發(fā)的。該公司表示，在多個(gè)基于流視頻的電子學(xué)習(xí)產(chǎn)品中，其平臺遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其它電子學(xué)習(xí)產(chǎn)品。
??? KZO技術(shù)可使用幾乎來自所有來源的視頻，包括專業(yè)制作的課程和錄制的電話會(huì)議。他們真正的競爭優(yōu)勢是Web2.0功能。借助該功能，用戶可以在視頻播放時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)送文本訊息。此外，他們還可以在視頻播放過程中添加標(biāo)簽和其它注釋，以便進(jìn)行索引和擴(kuò)展。
??? 數(shù)月后訪問該互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的用戶，可以使用這些標(biāo)簽定位到課程的特定部分。注釋可能包括早期用戶對該內(nèi)容的評論，以及網(wǎng)上相關(guān)內(nèi)容的鏈接。Cruver說：“現(xiàn)在，我們稱之為Learning2.0”。
??? 幾年前創(chuàng)建的KZOInnovations，專注開發(fā)面向商業(yè)應(yīng)用的KZO知識資產(chǎn)，電子學(xué)習(xí)平臺是其中的成果之一。
??? 由于KZO技術(shù)是圍繞流視頻創(chuàng)建的，因此要用它進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)就必須采用寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，而這在巴基斯坦等大多數(shù)發(fā)展中國家都尚未實(shí)現(xiàn)。不過，雖然巴基斯坦在其它方面問題纏身，比如經(jīng)濟(jì)不振、資金不足的教育系統(tǒng)，但電信業(yè)卻是它的一大亮點(diǎn)。
??? WiMAX發(fā)展中的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)
??? 據(jù)稱，Wateen在過去的發(fā)展過程中遇到了一些障礙，其中包括由于運(yùn)行初期網(wǎng)絡(luò)性能不穩(wěn)定，客戶端設(shè)備容易出現(xiàn)故障，Wateen服務(wù)遭到了客戶的投訴等。現(xiàn)在，有了WiMAX網(wǎng)絡(luò)的支持，這些問題已得到解決。
??? 但是，WiMAX客戶端設(shè)備的費(fèi)用為50～80美元，這對較為貧窮的巴基斯坦民眾來說也是一種經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)。因此，毫不奇怪，運(yùn)營商將企業(yè)列為首要客戶目標(biāo)，高端移動(dòng)辦公人士為第二，而教育機(jī)構(gòu)則為最末。
??? 而Cruver對Wateen服務(wù)非常滿意。他說：“服務(wù)開通速度很快，交了錢就開通了，24小時(shí)不間斷運(yùn)行。”
??? 當(dāng)?shù)貞?yīng)用WiMAX業(yè)務(wù)最大的問題來自于斷電，每次斷電都能使網(wǎng)絡(luò)癱瘓好幾個(gè)小時(shí)。但是，正如Cruver所說的，斷電是巴基斯坦日常生活中的一部分，參與試點(diǎn)項(xiàng)目的所有相關(guān)方對此都已習(xí)慣。
??? 盡管經(jīng)常出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，但仍有上百個(gè)學(xué)生注冊了KZO學(xué)校平臺的社交網(wǎng)絡(luò)課程。只要一恢復(fù)供電，教師就會(huì)蜂擁下載課程計(jì)劃。
工商網(wǎng)監(jiān)
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