WiMAX宽带无线接入技术(1)

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概述

随着移动通信技术和宽带技术的发展，WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowave Access，全球微波接入互操作性）已经成为全球电信运营商和设备制造商的关注热点问题之一。技术的发展使得越来越多的多媒体应用进入到人们的生活，运营商提供的服务也随之变化。但是从现网的实践来看，大量的多媒体应用给现有移动网络资源造成巨大消耗，远远超过了相关收入的增加。所以解决如何在保证服务质量的前提下，有效的降低每比特成本以更好的满足用户需求对运营商意义重大。WiMAX正是这样一种极具潜力的应用。

本文第2部分概述了IEEE802.16系列规范，并指明了WiMAX与IEEE802.16系列规范之间的关系；第3部分对WiMAX的技术特点进行了综述；第4部分对WiMAX的3种工作模式进行了概要介绍；第5部分介绍了WiMAX核心网。

IEEE802.16标准和WiMAX组织

IEEE802.11系列标准在无线LAN领域获得巨大成功之后，IEEE进而希望将这种成功的应用模式推向更广阔无线城域网(WMAN)的领域。1999年，IEEE专门成立了IEEE802.16工作组，为固定/移动模式下宽带无线接入定义WMAN的空中接口规范。

IEEE802.16标准于2001年12月发布时，因为仅支持10-66 GHz的工作频段，只能提供可视范围内的承载服务，市场应用受到很大限制。经过进一步完善，IEEE在2003年1月又发布了新的扩展协议IEEE 802.16a。IEEE 802.16a引入了新的物理层技术，如利用OFDM来反抗多径效应等，并对MAC层做了进一步的强化，工作频段也扩展到2 - 11 GHz的许可频段和非许可频段支持非可视（NLOS）的接入方式。IEEE 802.16a具有很强的市场竞争力，真正成为可用于城域网的无线接入手段。IEEE 802.16-2004是2 - 66GHz固定宽带无线接入系统的标准，是对IEEE 802.16、IEEE 802.16a和IEEE 802.16c的整合和修订。IEEE 802.16-2004也是目前IEEE 802.16家族中最成熟的、商用化产品最多的标准。IEEE 802.16标准的下一步演进方向是IEEE 802.16e。IEEE 802.16e在继续IEEE 802.16-2004能力的基础上增加了对全移动性的支持，理论移动速度可以达到120km/h。目前IEEE 802.16e协议的草案已经进行到了第9个版本，预计在2005年的3季度可以正式发布。

表1IEEE802.16系列标准

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IEEE802.16系列规范提供了统一的空中接口标准，为规范设备能力、实现不同厂家设备之间的互联和技术的全球化打下了坚实的基础，但是对于运营商而言将IEEE802.16标准推向市场还需要诸多的要素。因此一个由运营商、设备制造商、周边部件供给商和研究机构组成的非盈利组织WiMAX论坛成立起来。WiMAX论坛的宗旨是在全球范围内推广遵循IEEE802.16标准和ETSI HIPERMAN标准的宽带无线接入设备，并且对设备的兼容性和互操作性做统一的认证以保证系统互联、方便运营商部署。为此，WiMAX论坛专门成立了WiMAX产品认证的工作组和实验室，保证不同厂商WiMAX设备间的互操作性和兼容性。这样，经认证后的WiMAX设备具有的良好互操作性和对规范顺从性。此外，WiMAX论坛组织还致力于帮助解决技术以外的问题，如各国的频率分配、市场应用案例分析等。

目前WiMAX几乎成为了IEEE802.16标准的别称，组织成员也发展到约300家。随着WiMAX产品商用化的进展，今年WiMAX论坛的工作重点将放在设备的认证和网络构架的研究上。

WiMAX技术特点

WiMAX是采用无线方式代替有线实现“最后一公里”接入的宽带接入技术。WiMAX的优势主要体现在这一技术集成了WiFi无线接入技术的移动性与灵活性以及xDSL等基于线缆的传统宽带接入技术的高带宽特性，其技术优势可以概括如下：

◆ 传输距离远、接入速度高

WiMAX采用OFDM技术，能有效对抗多径干扰；同时采用自适应编码调制技术可以实现覆盖范围和传输速率的折衷；此外，还利用自适应功率控制，可以根据信道状况动态调整发射功率。从而使得WiMAX具有更大的覆盖范围以及和更高的接入速率。例如，当信道条件较好时，可以将调制方式调整为64QAM，同时采用编码效率更高的信道编码，提高传输速率，WiMAX最高传输数率可以达到75Mbit/s；反之，当信道传输条件恶劣，基站无法基于64QAM建立连接时，可以切换为16QAM或QPSK调制，同时采用编码效率更低的信道编码，这样可以提高传输的可靠性、增大覆盖范围。

◆ 无“最后一公里”瓶颈限制、系统容量大

作为一种宽带无线接入技术，WiMAX接入灵活、系统容量大。服务提供商无需考虑布线、传输等问题，只需要在相应的场所架设WiMAX基站。WiMAX不仅支持固定无线终端也支持便携式和移动终端，能适应城区、郊区以及农村等各种地形环境。一个WiMAX基站可以同时为众多具有的客户提供服务，为每个客户提供独立带宽请求支持。

◆提供广泛的多媒体通信服务。

WiMAX可以提供面向连接的、具有完善QoS保障的电信级服务，满足用户的各种应用需要。按照优先级由高到低依次提供：

(1)主动授予服务(UGS)：提供固定带宽的实时服务，例如E1、T1以及VoIP等；

(2)实时轮询服务(rtPS)：rtPS为可变带宽的实时服务，例如MPEG视频流；

(3)非实时轮询服务(nrtPS)：速率可变的非实时服务，例如大的文件传输；

(4)尽力投递服务(BE)：根据网络状况提供最大可能的服务，例如Email。

◆ 提供安全保证

WiMAX系统安全性较好。WiMAX空中接口专门在MAC层上增加了私密子层，不仅可以避免非法用户接入，保证合法用户顺利接入，而且提供加密功能，充分保护用户隐私，例如提供EAP-SIM认证。

◆ 互操作性好

运营商在网络建设时能够从多个设备制造商处购买WiMAXCertified设备，而不必担心兼容性的问题。

◆应用范围广

WiMAX可以应用于广域接入、企业宽带接入、家庭“最后一公里”接入、热点覆盖、移动宽带接入以及数据回传(Backhaul)等所有宽带接入市场。值得提出的是，在有线基础设施薄弱的地区，尤其是广大农村和山区，WiMAX更加灵活、成本低，是首选的宽带接入技术。

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WiMAX的工作模式

通过对WiMAX技术特点的分析，可以看到WiMAX的应用场景非常的广泛，概括来说WiMAX技术的主要应用是基于IP数据的综合业务宽带无线接入，具体工作模式可以分为：

点对多点宽带无线接入

点对多点的应用可以适应与固定、游牧和便携模式。在xDSL或者Cable接入方式难以覆盖的地方，WiMAX将是最有竞争力的替代方案。与DSL等有线接入相比，WiMAX技术较少受距离和社区用户密度的影响；对于一些临时性的聚集地，例如展会和体育赛场，WiMAX可以发挥快速部署的灵活性，这一点尤其适合未来在奥运项目中应用。

图1WiMAX点对多点接入示意图