WiMAX在IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視）接入網(wǎng)中的應(yīng)用

王月華 2008/07/02

• 對(duì)于數(shù)字用戶環(huán)路方案來說，由于其采用了星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得采用這種方式接入網(wǎng)絡(luò)電視的用戶能夠獲得比較好的安全性，同時(shí)數(shù)字用戶環(huán)路是目前用戶普及率最高的接入手段，但是卻也受到傳輸距離、干擾以及單點(diǎn)失效等多個(gè)方面的約束。



• 對(duì)于光纖同軸電纜混合接入方案來說，雖然接入網(wǎng)絡(luò)電視系統(tǒng)需要對(duì)用戶線路的改造投資非常小、抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)理論上、下行接入速率比較高，但是由于光纖同軸電纜方案采用了共享結(jié)構(gòu)，當(dāng)用戶數(shù)量上升之后，接入的速率會(huì)隨之下降。



• 對(duì)光纖傳輸+局域網(wǎng)接入方案來說，其在數(shù)據(jù)傳輸速率以及安全性等多個(gè)方面都滿足網(wǎng)絡(luò)電視的要求，但是需要用戶所在的小區(qū)預(yù)先敷設(shè)以太網(wǎng)，這樣就限制了接入用戶地域。



• WiMAX作為無線接入方式的典型代表其特點(diǎn)非常明顯，相比于有線網(wǎng)絡(luò)，無線接入的靈活性更高，并且在WiMAX協(xié)議中，多播以及服務(wù)質(zhì)量等相關(guān)的性能也都得到了明顯的改善，使得這種終端能夠滿足網(wǎng)絡(luò)電視接入的要求。

圖1　WiMAX的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

　　3.2　物理層

　　WiMAX系統(tǒng)為滿足各種不同應(yīng)用場合制定了兩個(gè)使用頻段：10～66 GHz與2～11 GHz。WiMAX在10 GHz～66 GHz頻帶內(nèi)，定義了一個(gè)單載波調(diào)制模式的空中接口；在2～11 GHz頻段范圍內(nèi)，定義了三個(gè)空中接口規(guī)范。

　　3.3　媒質(zhì)接入控制（MAC）層

　　WiMAX系統(tǒng)（包括802.16e和802.16-2004）的MAC層最顯著的特點(diǎn)是面向連接，即所有業(yè)務(wù)（包括本身是無連接的業(yè)務(wù)）在802.16系統(tǒng)中都將映射到連接上，每條連接都有一個(gè)16bit的連接標(biāo)志（CID）作為唯一標(biāo)志。WiMAX的MAC層定義了較為完善的QoS機(jī)制，MAC層針對(duì)每個(gè)連接設(shè)置不同的QoS參數(shù)，包括速率、時(shí)延等指標(biāo)。為了更好地控制上行數(shù)據(jù)的帶寬分配，標(biāo)準(zhǔn)還定義了不同的上行帶寬調(diào)度模式，針對(duì)實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，固定比特率和可變比特率業(yè)務(wù)的特點(diǎn)采用不同的調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)帶寬的靈活分配。其MAC層的設(shè)計(jì)既支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（PMP）結(jié)構(gòu)，又支持網(wǎng)絡(luò)（Mesh）結(jié)構(gòu)，同時(shí)支持連續(xù)型業(yè)務(wù)和突發(fā)型業(yè)務(wù)，包括話音、數(shù)據(jù)、IP連接、VoIP等。為了解決無線傳輸環(huán)境的不穩(wěn)定性，MAC層采用了無線鏈路自適應(yīng)技術(shù)、ARQ和H-ARQ技術(shù)等來保證信息傳輸?shù)目煽啃院陀行�。IEEE802.16e-2005在IEEE 802.16-2004的基礎(chǔ)上在MAC層引入了很多新的特性。主要包括三個(gè)方面：切換技術(shù)、節(jié)電功能、安全能力。

4、基于WiMAX接入的IPTV系統(tǒng)模型

　　基于WiMAX的IPTV接入網(wǎng)的功能框圖如圖2所示，包括視頻服務(wù)器（Video Server）、視頻路由/交換器（Video Router/switcher）、用戶基站（SS）、基站（BS）、終端。

圖2　基于WiMAX的IPTV接入網(wǎng)系統(tǒng)模型

　　視頻服務(wù)器（Video Server）：存儲(chǔ)語音視頻內(nèi)容，內(nèi)容是從預(yù)先錄制好的節(jié)目壓縮編碼得到，再向用戶提供服務(wù)。視頻服務(wù)器可以集中或分散分布在核心網(wǎng)絡(luò)中。

　　視頻路由/交換器（Video Router/Switcher）：提供視頻服務(wù)器到IP網(wǎng)絡(luò)的路由接入。

　　用戶基站（SS）：基站的一種，提供基站和用戶終端的中繼連接，通常采用固定天線安裝在小區(qū)的屋頂上�；九c用戶基站之間采用動(dòng)態(tài)適應(yīng)性信號(hào)調(diào)制模式。

　　基站（BS）：基站提供用戶基站與IP網(wǎng)絡(luò)間的連接，通常采用扇形/定向或全向天線，可提供靈活的子信道部署與配置功能，并根據(jù)用戶群體狀況不斷升級(jí)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。

　　終端：WiMAX系統(tǒng)定義用戶終端設(shè)備與用戶基站間的連接接口，提供用戶終端設(shè)備的接入。

　　圖3是IPTV的傳播協(xié)議棧。語音視頻內(nèi)容首先經(jīng)過壓縮編碼（大多采用MPEG-2），然后使用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）封裝，得到的載荷使用UDP或者TCP封裝成IP層的有效載荷，最后經(jīng)過IP協(xié)議和以太網(wǎng)802.3協(xié)議封裝后在核心網(wǎng)絡(luò)中傳播。核心網(wǎng)邊緣的WiMAX基站在收到802.3協(xié)議包后，基站的MAC層解封裝該包，去除以太網(wǎng)協(xié)議頭，再封裝成802.16協(xié)議的MAC層分組數(shù)據(jù)單元和PHY層數(shù)據(jù)單元。物理層采用前向糾錯(cuò)編碼（FEC）、符號(hào)映射和OFDM調(diào)制等技術(shù)為數(shù)據(jù)單元準(zhǔn)備無線空中連接。無線電收發(fā)器通過天線再把信號(hào)發(fā)送給SS或BS。當(dāng)SS和BS接收到信號(hào)后，通過上面過程的逆過程，把信號(hào)還原為用戶需要的語音視頻內(nèi)容。

圖3　IPTV傳播協(xié)議棧

5、WiMAX作為IPTV接入的優(yōu)勢(shì)

　　與現(xiàn)行的寬帶接入方式相比，作為IPTV的接入方案，WiMAX具有以下優(yōu)勢(shì)：

　　建網(wǎng)方便靈活。首先，作為寬帶無線接入應(yīng)用的WiMAX具有逐步投資和彈性部署的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以根據(jù)用戶容量增長的需要，逐步增加投入，逐步擴(kuò)容到位，實(shí)現(xiàn)基本平坦的成本曲線。其次，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃可以不受地形地貌的限制，部局靈活，同時(shí)用戶密度較低的地區(qū)仍可以較低的成本實(shí)現(xiàn)覆蓋，減小初期投資的風(fēng)險(xiǎn)。再次，網(wǎng)絡(luò)部署快速，安裝和擴(kuò)容方便。

　　帶寬高、容量大、傳輸距離遠(yuǎn)。WiMAX工作頻段可從2～66 GHz，信道帶寬可在1.5～20 MHz范圍內(nèi)靈活調(diào)整，有利于在所分配的信道帶寬內(nèi)充分利用頻譜資源。WiMAX采用宏小區(qū)方式，最大覆蓋范圍達(dá)50 km；當(dāng)在20 MHz信道帶寬時(shí)，支持高達(dá)70Mbit/s的共享數(shù)據(jù)傳輸速率（此時(shí)，最大覆蓋半徑為3～5km）�？刹捎枚嗌葏^(qū)技術(shù)來提高系統(tǒng)容量，一個(gè)扇區(qū)可同時(shí)支持60多個(gè)采用E1/T1接口的企業(yè)用戶或數(shù)百個(gè)家庭用戶。WiMAX采用了OFDM、收/發(fā)分集、自適應(yīng)調(diào)制等多種先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)非視距NLOS和阻擋視距ONLOS傳輸，有效地提高了傳輸效能。

　　支持移動(dòng)接入。IEEE 802.16e-2005版本增加了對(duì)移動(dòng)性的支持。該標(biāo)準(zhǔn)可同時(shí)支持固定和移動(dòng)寬帶無線接入系統(tǒng)，工作在小于6GHz適宜于移動(dòng)性的許可頻段，可支持用戶終端以車輛速度移動(dòng)（一般低于120km/h）。

　　具有高的QoS和安全保證。MAC層根據(jù)業(yè)務(wù)QoS要求和業(yè)務(wù)參數(shù)，以輪詢方式請(qǐng)求連接帶寬或進(jìn)行帶寬調(diào)整，以保證語音和視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的低延遲要求。同時(shí)，針對(duì)無線信道環(huán)境下較高的誤碼率和丟包率，定義了基于每個(gè)應(yīng)用流的ARQ，保證MAC層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元MSDU的自動(dòng)重發(fā)，確保端到端包的傳輸質(zhì)量。MAC層具有ATM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)匯聚子層CS，能方便地實(shí)現(xiàn)與ATM業(yè)務(wù)或IP業(yè)務(wù)為特征的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。同時(shí)，MAC層具有安全子層，支持MAC層安全機(jī)制，實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、加密等安全管理。

　　具有豐富的多媒體通信服務(wù)能力。WiMAX采用面向連接的方式，可以向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻和語音（VoIP）業(yè)務(wù)。在IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)中，MAC層定義了較為完整的QoS機(jī)制，還定義了4種不同的業(yè)務(wù)：非請(qǐng)求的帶寬分配業(yè)務(wù)（UGS）；實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)（rtPS）；非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)（nrtPS）；盡力而為業(yè)務(wù)（BE）。分別可以用來向用戶提供高質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務(wù)、普通質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務(wù)，以及質(zhì)量無保證的諸如Internet等業(yè)務(wù)�？梢愿鶕�(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來動(dòng)態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。

6、結(jié)束語

　　IPTV是利用寬帶網(wǎng)，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式數(shù)字多媒體服務(wù)的新技術(shù)。IPTV想要取得真正意義上的突破，不僅要解決好內(nèi)容問題，還要解決最后一公里的瓶頸問題。WiMAX是一種高速率的城域網(wǎng)接入技術(shù)，具有很高的安全性和頻譜利用率，其建設(shè)周期短，可以承載多種業(yè)務(wù)，運(yùn)營成本低，傳輸速率高，組網(wǎng)靈活容量大，支持移動(dòng)性，完全能滿足IPTV業(yè)務(wù)的接入要求，特別適合當(dāng)前中國的小區(qū)式住宅模式。因此，雖然IPTV的寬帶接入方式是多樣化的，會(huì)因不同的需求而共存，但是，移動(dòng)WiMAX技術(shù)將是最好的選擇，將是IPTV接入的大趨勢(shì)。

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