移动WiMAX站点规划

传统的蜂窝式电话可在大范围输入信号下工作。临近基站，其信号电平在 -40dBm左右。尽管这并不是系统的设计目标，但当处于蜂窝的边缘，信号电平为-113dBm时，电话的通话质量还是令人满意的。

较高功率的唯一优势是抗干扰性。在蜂窝基站规划早期，规划的重点是覆盖范围而不是抗干扰或网络容量。

不过，如今大多数蜂窝系统都受到干扰的限制而不是范围的限制。因此，许多移动电话系统都需要昂贵的叉车式升级来适应不断增长的干扰限制。
通常情况下，全向天线被定向天线所取代。有时，定向天线又被其他前后比更好的定向天线所取代。随着时间的流逝，选择合适的波束宽度和波束形状可为范围、容量及干扰抑制提供很好的综合解决方案。

信噪比

WiMAX的部署可能会重复这种效率低下的优化过程。在规划阶段，通常不会考虑WiMAX系统与传统蜂窝系统的差别。虽然新系统的规划方式可以和传统蜂窝电话系统的规划方式相同。但是，WiMAX的工作方式却大不相同。

图1 制造商优化总数据吞吐量的结果

在传统移动电话系统中，如果覆盖范围足够大，并且信噪比（SNR）超过9dB，那么用户通话的效果就会非常清晰，用户会因此感到满意。即使用户的信噪比增加到20dB，通话效果仍然相同。

 
然而，在基于WiMAX的系统中，20dB信噪比允许用户通过一种可以提供非常高的数据吞吐量的调制格式来接收信号。如果信噪比只有9dB，那么连接会慢得多，这是因为WiMAX系统使用了一种基于信噪比的自适应调制格式。这就与我们平常讲话时的状况一样。如果环境安静，那么讲话人可以说得很快且可以让人听懂。然而，如果很吵闹并且讲话人离得很远，那么他需要大声说话并且将语速放慢。同理，在嘈杂的环境中，通信链路效率很低。

回波处理

WiMAX与传统移动电话网络的另一个根本区别在于无线电调制。传统的蜂窝系统，如GSM，使用了一种信号载波系统。整个射频频谱被分割为频道，每个用户使用一个频段进行通信。而多路回波限制了用户的通信速率，它类似于人们在峡谷中大喊引起的回声。为了使通话清晰，用户需要放慢语速，以避免回波造成的干扰。WiMAX所使用的OFDM调制方式可以消除回波问题。会话被分成许多慢速的分会话，而每个分会话使用不同的频率。由于每个会话都很慢，所以回波就不再成为问题。每一个会话都在不同的频率上，因此相互之间不会发生干扰。对于峡谷里的个人通信而言，这种方法可能不太现实，但它在电路上非常容易实现。

传统蜂窝电话系统的目标是使用9dBi或者更高的信噪比覆盖每个地方，消除盲点并实现低的多径。WiMAX系统则希望在无盲点的覆盖区域内得到最好的平均SNR值，而不太在意多径问题。考虑到WiMAX与传统蜂窝系统的这些根本区别，它们似乎不适合使用相同的规划方法和天线硬件。

确定最好的配置是一项令人生畏的工作。因为每种配置不尽相同，而变量又太多。这些变量包括已使用的扇区数、频率重用机制、射频传播环境、塔高以及背景干扰级别。高级的优化过程加上传播模型可以帮助我们探究其中的一些问题。

高级最优化仿真

以下仿真使用Cost231模型—也称为哈塔模型PCS扩展。这种无线传播模型对哈塔模型和Okumura模型进行了扩展以覆盖更广的频谱范围，比如WiMAX常用的那些频段。

读取基站天线的完整三维辐射图，并观察整个蜂窝的载波干扰比（C/I）。载波干扰比等价于信噪比，其侧重的信号是OFDM载波，而干扰来自使用相同载波的一些其他基站。

模型中考虑了塔的高度。进行优化的变量包括天线的指向，塔上的天线数量以及塔高。目标是找到一个场址方案来提供可能达到的最大系统总容量，这是一项与蜂窝内平均载波干扰比密切相关的任务。

网络优化

首先，考虑基站天线波束形状的影响。这里比较了频率尺度变换的优质UMTS基站天线与波束宽度是90° 3dB的WiMAX天线。其中，前者的波束宽度是72° 3dB。

尽管UMTS天线的增益更高，但WiMAX天线的反向辐射要低得多。UMTS型天线的波束掩模符合ETSI SS1波束规格，而WiMAX天线的波束符合ETSI SS3波束规格。

在优化过程中以及制造商优化最佳总数据吞吐量时考虑的七塔格中，不推荐使用信道复用。优化结果如图1所示。

每个塔用一个字母表示，相同的字母表示相同的塔配置。在图1中，彩色表示载波干扰比，而每个位置的容量都是从图中计算得到。有趣的是，优化者并没有选择蜂窝基站常用的标准的三扇区结构，而是为两个天线都选择了四扇区结构。可以看到，较紧凑的波束掩码会产生明显好得多的平均载波干扰比，从而产生更大的基站容量。通过查看覆盖图，可以了解得更深。

图2 WiMAX天线的低后瓣在扇区间提供较干净的过渡带

图2所示为WiMAX天线的低后瓣在扇区间提供的较干净过渡带。在使用低性能UMTS型天线的系统中，手机可能会因为天线后瓣或设置不合适的波束宽度而形成的微蜂窝所引起“混淆”而不知道自己在哪个区。这样可能造成设备很难越区切换。

上面的分析产生了这样的问题， WiMAX天线正确的天线波束宽度和旁瓣规格是什么？通常，答案要求设计一套工程上的折中。

考虑操作员频谱受限，想要在地表周期性重复的七塔配置中获取七个可用的信道。通过仅选择七个信道，操作者已经提高最大突发容量。然而，可以找到一种重用模式来提供运转所需的载波干扰比这一点并不明显。

很明显这是个具有挑战性的问题，这里允许优化者选择最佳天线及结构。

可以选用的天线有WiMAX 60°、WiMAX 90°和尺度变化的UMTS 72°天线。
优化者确定当使用60°天线时最好的结构是一个四扇区系统。在七塔周期式布局中，每一种波束模式可使用四次。这样，就有一个四次频谱重用系统。

与以前设计中主要允许在区域中使用64和16 QAM不同的是，这种系统混合了全部WiMAX支持的调制模式。在16.5MHz半双工信道中，平均载波干扰比平均只能支持14 Mb/s。然而，通过4次重用系数，这个数值会增加到让人吃惊的58Mb/s。

未来

在技术的发展过程中，天线设计将直接耦合进网络优化过程中。这将允许在优化网络的同时进行天线的设计，保证操作者可以实现使用全部可用网络容量。

为简单起见，我们主要关注那些使用传输端单天线输入而接收端单天线输出（SISO）的情况。这里所示的分析方法也适用于多入多出（MIMO）。

发生变化的是信道模型。由于一个多入多出系统具有较好的传播特性并伴有较低的衰变，因此需要对Cost 231传播模型进行一些调整。但是，一般性的结论大致保持不变。