WiMAX技术与应用

一、WiMAX技术简介

近几年IEEE802.16系列宽带无线接入技术标准受到业界的广泛关注，Intel等世界大型电信设备制造商成立了WiMAX论坛旨在协调网络设备的互操作性以及推动WiMAX的发展和普及。作为定位于户外应用的宽带无线接入技术WiMAX，无论从技术角度上还是从应用角度上看都有着一系列显著的特点。因此，无论对于用户还是对于电信运营商都有着极大的吸引力。

WiMAX的英文全称为“Worldwide Interoperability for Microwave Access”，对应的中文译名是“微波接入全球互通”， 它是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。在众多的无线家族成员中，它以IEEE 802.16系列宽频无线标准为基础。WiMAX技术的出现，弥补了Wi-Fi传输距离短的缺陷，同Wi-Fi一样，它也须要创建一个“热点”，但其网络覆盖范围是Wi-Fi无法比拟的，WiMAX的传输距离高达50公里，传输速度最高可达75Mbps。对于须要随时随地高速接入互联网的朋友，WiMAX是一种很好的技术解决方案，人们习惯上又把WiMAX称为“无线DSL”。
目前IEEE 802.16包括两项标准：IEEE 802.16a和IEEE 802.16e。IEEE 802.16a是2003年1月IEEE对 802.16标准的修订版，它对原来的频率范围进行了扩展；IEEE 802.16e与IEEE 802.16a保持兼容，主要加强了移动性，堪称WiMAX的移动版，未来的迅驰套件将整合该技术。　

二、WiMAX宽带无线接入的特点分析

然而，IEEE 802.16系列标准只定义了空中无线接口，这也就为上层应用提供了灵活性。同时，作为解决“最后一公里”问题的无线城域网技术，如何在未来城域网接入应用中与目前广为使用的线缆方式竞争，充分发挥无线方式的特长，这也是一个值得研究的问题。因此，就这个意义而言，确定其具有竞争力的应用模式具有重要价值。在此，首先对WiMAX宽带无线接入的技术以及应用特点进行分析，并以此为依据对其应用模式进行初步的探讨。
1.传输距离远、速度快、数据安全性
在信息的传播方式上，WiMAX技术同手机类似，同样借助无线基站进行数据传输。当频宽为20MHz时，数据传输速率最高可以达到75Mbps，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。高达50公里的覆盖范围，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，无线网络的应用范围大大扩展，是无线局域网所不能比拟的。除了速度和传输距离，无线网络的安全性也是用户关心的焦点，谁都不希望机密文件被他人轻易获取。为了免除人们的后顾之忧，WiMAX提供了完善的加密机制，它在介质访问层（MAC）中定义了一个加密子层，支持128位、192位及256位加密系统，通过使用数字证书的认证方式，确保了无线网络内传输的信息得到完善的安全保护。

2.应用特点

首先，作为宽带无线接入应用的WiMAX具有逐步投资和弹性部署的特点，网络运营商可以根据用户容量增长的需要，逐步增加投入，逐步扩容到位，实现基本平坦的成本曲线。其次，网络的规划可以不受地形地貌的限制，部局灵活，同时用户密度较低的地区仍可以较低的成本实现覆盖，减小初期投资的风险。再次，网络部署快速，安装和扩容方便，不需要复杂的网络规划，网络结构灵活，尤其在临时性和突发性应急通信中能发挥巨大作用。最后，作为一种小区半径可达50km，接入速率可达70Mbit/s的宽带无线接入技术，既可作为城域网有线方式的无线延伸，亦可作为线缆方式的替代方案。特别地，对于用户密度或业务量不高且分布分散的地区比线缆方式更具竞争力。

3.物理层特点

WiMAX工作频段可从2-66GHz(对于IEEE802.16标准:2-11GHz;对于IEEE802.16a标准:10-66GHz)，信道带宽可在1.5-20MHz范围内灵活调整，有利于在所分配的信道带宽内充分利用频谱资源。

WiMAX采用宏小区方式，最大覆盖范围达50km，当在20MHz信道带宽时，支持高达70Mbit/s的共享数据传输速率(此时，最大覆盖范围为3-5km)。可采用多扇区技术来提高系统容量，一个扇区可同时支持60多个采用E1/T1的企业用户或数百个家庭用户。

WiMAX采用了OFDM、收/发分集、自适应调制等多种先进技术实现非视距NLOS和阻挡视距ONLOS传输，有效提高了城市内无线传输的效能。

物理层支持TDD/DMTA和FDD/TDMA两种无线双工多址方式，以适应不同国家或地区电信体制要求。支持单载波(SC)、OFDM(256点)、OFDMA(2048点)三种调制方式，可根据需要灵活选择。物理层可以根据传输信道性能变化，动态调整调制方式和物理层参数(例如:调制参数、FEC参数、功率电平、极化方式等)，以保证较好的传输质量。

4.MAC层特点

支持QoS管理，满足对不同业务质量的要求。MAC层根据业务QoS要求和业务参数，以轮询方式请求连接带宽或进行带宽调整，以保证语音和视频等实时业务的低延迟要求。同时，针对无线信道环境下，较高的误码率和丢包率，定义了基于每个应用流的ARQ，保证MAC层业务数据单元MSDU的自动重发，确保端到端包的传输质量。

MAC层具有ATM业务和分组业务汇聚子层CS，能方便地实现与ATM业务或IP业务为特征的网络应用。同时，MAC层具有安全子层，支持MAC层安全机制，实现鉴权、加密等安全管理。

5.业务能力

WiMAX采用面向连接的方式，可以向用户提供具有QoS性能的数据、视频和语音(VoIP)业务。在IEEE802.16标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制，还定义了四种不同的业务，分别为:非请求的带宽分配业务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业务(nrtPS)、尽力而为业务(BE)，分别可以用来向用户提供高质量的视频和语音业务、普通质量的视频和语音业务，以及质量无保证的诸如Internet等业务。可以根据业务的实际需要来动态分配带宽，具有较大的灵活性。因此，WiMAX可为不同业务提供不同的服务质量QoS。

6.网络结构特点

支持的点到多点(PMP，PointtoMultipoint)体系结构，可构建以WiMAX基站为中心的星形接入网结构。最新颁布的IEEE802.16a同时也支持网状网Mesh体系结构，该结构中允许多个WiMAX节点采用无线互连方式构建网状网。这意味着可以灵活地拓展接入网的结构，在骨干网覆盖不到的地方，采用WiMAX网状网覆盖，实现城域网的弹性延伸。

三、WiMax与3G、Wi-Fi之间的比较

WiMax与3G技术相比，在许多方面WiMax都显示出巨大的优势。尽管与当前的技术相比，3G网络的速度已经有了大幅提高，但是相对于WiMax来说，3G网络速度比之慢30倍。在网络覆盖区域上，一个3G基站的覆盖范围也只有WiMax的十分之一。而且WiMAX使用了免费的频谱，成本也比3G低很多，3G网络的核心功能是提供移动电话服务，也可以用来传输数据；WiMax的标准则是高速数据传输，语音质量并不是关键要求。因此这两种技术各自的任务和目标都不相同。WiMax的着眼点是实现宽带无线化，而3G则更多地倾向于实现无线宽带化。

同样与Wi-Fi技术相比较，WiMAX技术优势似乎更加明显。但WiFi和WiMAX技术分别解决“最后100米”和“最后1公里”问题，因而具有不同的定位和用途。相反，Wi-Fi可以通过室外天线，利用WiMAX技术直接与骨干网相联，而可以不采用当前Wi-Fi网络需要将无线接入点通过有线网络与骨干网相连的方式，从而大大减少铺设有线网络的成本。因此，针对WiMAX和 Wi-Fi技术的不同定位和优势，两者可以互为补充，共同发展。所以这三个技术之间更多的应该是互补关系而不是取代。

四、应用场景
与其它接入方式相比，WiMAX宽带无线接入具有部署速度更快、扩展能力更强以及灵活性更高的优点，其典型应用的场景有：

1、Internet接入

针对有综合布线的小区和大楼，在楼顶安装WiMAX客户端的室外单元ODU，并在建筑物或小区内安装用户侧室内单元和以太网交换机，利用现有综合布线接入用户，通过无线空中接口提供宽带上网服务。
WiMAX真正实现了宽带无线化，使互联网摆脱了线的束缚，与此同时，WiMAX又能根据用户需求提供高带宽，使终端用户真正体验到高科技所带来的极速体验。
2、网吧、话吧
话吧主要采用了软交换VoIP（VOICE OVER IP）是新一代网络通信技术进行电话超市的商业运营。目前VoIP通信技术已经广泛的运用于语音运营业务，尤其是在电话超市业务中的运用中，收益最显著，而且语音质量已可以与传统电路相媲美。
而网吧主要需要高速率的Internet接入，经营Internet上网，在线网络游戏，语音聊天（QQ，MSN等），在线视频点播播放电影等业务。

3、村村通工程

对于农村和偏远地区的低端用户来讲，通信业务主要集中在廉价的语音电话和小数据流量的数据业务。农村通信服务要求系统覆盖范围大，不依赖线缆的铺设，接入速度快，成本低。WiMAX（802.16-2004）技术非常适合这一市场，提高了我国农村普遍服务的质量，在更短的时间内缩小与城市之间的“数字鸿沟”。

4、视频实时监控
传统的视频监控系统大多只能在现场进行模拟监视，传输的监控信息简单，不能清晰的传输大流量的实时图像，无法及时准确的了解现场的实际情况，监控系统效率比较低。
WiMAX网络让大信息量的视频传输成为可能，可以让传统的视频监控在WiMAX技术的无线宽带上得以延伸，实时监控的业务应用非常广泛，几乎可以涵盖大部分行业，常见的应用可以为宾馆大厅、银行营业厅、保险公司监控、交通道路的车流量监控，还可以衍生到幼儿园监控、家庭防盗监控、煤矿井下作业面监控等等。
从另外一方面看，WiMAX可以无需铺设管线，避免了耗时耗力的管道线路施工建设，通过无线传输给实时监控的业务提供了方便快捷的接入手段。

5、LAN局域网互连
对于大型企业，如果在地域内有多个企业分部，利用WiMAX宽带固定无线接入系统，可以方便的实现总部和各个分部的局域网连接。

6、窄带业务或基站互连
通过WiMAX宽带固定无线接入系统提供E1接口，可以满足GSM移动基站的接入，并在将来支持3G网络基站互连。

五、现状与发展趋势
目前，WiMAX已经在国外得到大量运用，特别是16d WiMAX芯片的商用加速了设备市场的步伐，已有多家公司现可提供16d设备，全球有多家固定和移动运营商进行了WiMAX试验，全球30多个国家有130个部署案例，其中30多个商业网络，现阶段其工作的频段主要是3.5GHz。

3.5GHz频率是国际电联（ITU）推荐的用于固定无线接入FWA（Fixed Wireless Access）的频段，3.5GHz固定无线接入系统采用点对多点微波技术，主要提供大容量的语音和数据业务，也可以为窄带无线系统和移动基站提供回传连接。对于不便铺设光缆的用户、相对分散铺设光缆不经济的用户以及对开通紧迫性很强的用户，引入快速经济固定无线接入系统可为用户提供急需的接入服务，对解决“最后一公司”接入网的瓶颈问题，起到了有力的补充作用。因此具有广泛的商业应用前景。
与传统的3.5GHz点到多点固定无线接入系统相比，采用IEEE 802.16技术标准的3.5GHz WiMAX无线接入系统具有WiMAX和3.5GHz的综合优点，具有标准化、技术成熟、传输速度快、覆盖范围广、良好的抗雨衰性能、扩容性强，组网灵活的优点，已成为当前运营商宽带城域网建设“最后一公里”理想的无线接入手段。通过使用该项技术，运营商可以为客户提供各种增值服务，运营商以较少的初期投资，可迅速地实现大面积的用户覆盖，快速占领市场，吸引客户；而且，随着客户群体的不断发展壮大，系统扩容的平滑性又满足了其滚动发展的需要。