有关WiMAX网络中移动发射功率的考虑因素

你可能注意到下行功率 (从基站到移动台) 与上行功率 (从移动台到基站) 之间的差距很大，所以移动 WiMAX 网络的上行链路被严格限制 (当然，蜂窝网络也存在这种情况)。这就是说，移动台很容易接收到基站的发射信号，但移动台自身的发射功率却较低，难以被基站侦听到。

解决这种失配问题的方法之一是利用一种被称为子信道化 (subchannelization)的技术，亦即把所有可用的子信道分为若干子集，分别分配给各个特定用户。实际上，每一个移动台的能量都集中在一个较小的频率范围内，净信号增益变为10*log (Ntotal/Nused)，这里Nused代表分配给用户的子载波数目；而Ntotal 则代表可用的子载波总数。例如，如果一个用户获分配的子信道包含 24 个子载波，则与基站 (在所有841个分配的子载波上发射) 相关的净增益为 10*log(841/24)=15.4 dB。其余的子载波可用于其它用户，而且他们可同时使用这些子载波。

解决链路失衡的另一种技术是自适应调制。这种情况下，移动台利用比基站更低的调制级发射。比如，移动台可能发射 QPSK 或 16QAM 信号；而基站则采用6?QAM 技术发射。由于接收 QPSK 或 16QAM 所需的 SNR 比 6?QAM 的为低，采用较低的调制级，以较低的发射功率就可以让移动台与基站进行通信 (此时，由于较低的调制级使得每子载波发射的比特位较少，故上行链路的吞吐量便会下降)。例如，QPSK-1/2 所需的SNR为5 dB，16QAM-1/2 为 10.5 dB，6?QAM-3/4 为 20 dB (注1)。如果移动台采用 QPSK 调制进行发射，基站能够容许的链路损耗要比采用16QAM 时多 5.5 dB。

如果子信道化和自适应调制技术相结合，网络运营商就能够有效地平衡上行链路和下行链路的预算，而且网络将可双向工作。但这种综合方案的缺点包括：上行链路的吞吐量将低于下行链路；子信道化限制了移动发射可用的子载波数目；以及较低的调制级使每个可用子载波上发射的比特位较少。

移动WiMAX小区的功率分布

明白了上述的解释后，让我们看看 WiMAX 小区上的发射功率分布如何。一个普遍的误解是移动台只在小区边缘才以最大的功率发射，而接近基站时的功率便较低。其实不然，移动台在整个覆盖范围内的发射功率都很高。

要了解原因何在，让我们设想一个移动设备从小区边缘直接向基站移动。在小区尽头时，它的路径损耗非常大，这时移动设备将采用最稳健的调制方式、以最大的功率进行发射，故上行数据率相当低。但由于移动台发射功率很高，且调制稳健，基站能够接收到移动台的发射信号，而链路工作良好。

随着移动设备越来越接近基站，路径损耗减少。由于接收到的信号现在远大于噪声基底，基站的信号级别增高，SNR变大。相应地，基站可能会指示移动设备开始降低功率 (以尽可能减小不同移动台之间的干扰)。不过，一旦信号级支持更高的调制级，基站就会指示移动设备切换调制方式，以提高网络总体容量。

再回到我们比较 QPSK / 16QAM 的例子，假设一个发射器在 +23 dBm下工作，并刚达到了位于小区边缘范围时 QPSK 所需的5 dB 的SNR，当它向基站靠近时，路径损耗下降，基站可能通知移动台减小发射功率。然而，一旦路径损耗减小5.5 dB，由于这时移动台能够获得 10.5 dB 的SNR，故基站会指示移动台切换到16QAM-1/2 调制方式，发射功率重新回复到 +23 dBm。所以，移动设备一般都以较高的功率进行发射，除非它靠向基站，近得可以转为采用 16QAM 方式工作 (许多情况下甚至可以采用6?QAM)，这时功率便会下降。如图1所示。

图1是根据一份 WiMAX 论坛白皮书 (注2) 上的参数所绘制的。图中显示的可达到调制是到基站距离的函数。我们采用白皮书上的参数，假设工作频率为2.5 GHz，信道带宽10 MHz，3个子信道，穿透损耗10 dB，以此计算最大可能路径损耗。在路径损耗的计算当中，我们采用2.5 GHz的 COST231郊外模型，基站高度32 m， 移动台高度1.2m。这种分析假设有缓慢的 (对数常态) 衰减存在，但做了一些简化，设定5.5 dB的固定衰减余裕。当然，在现实中衰减是一个随即过程，而且可利用闭环功率控制来减低其影响。不过，为了分析，这些结论是有意义的，因为衰减将完全模糊掉不同调制之间的界线。