首頁 > 2007/12/07
一、什么是WiMAXWiMAX的全名是World wide Interoperability for Microwave Access（全球微波接入的互操作性），是基于IEEE 802.16的系列寬頻無線標準為基礎的寬帶無線技術。WiMAX微波接入全球互操作性認證產業(yè)聯(lián)盟的主要成員包括設備制造商、器件供應商、運營商等，主要任務是通過對產品進行兼容性和互操作性認證，消除IEEE 802.16標準應用的障礙，擴大標準的應用范圍。802.16是由IEEE802開發(fā)的無線接入技術空中接口標準，具有代表性的標準包括802.16d固定無線接入標準和802.16e移動無線接入標準。按照目前的技術發(fā)展情況，802.16d主要定位于企業(yè)用戶，提供長距離傳輸的手段；而802.16e的用戶群則定位于個人用戶，支持用戶在移動狀態(tài)下寬帶接入網絡。
WiMAX是一項令人激動的技術，它的出現(xiàn)讓無處不在的互聯(lián)網真正成為可能。WiMAX有突出的技術特點：
�。�1）較遠的傳輸距離。WiMAX能實現(xiàn)50公里的無線信號傳輸距離，遠遠超過無線局域網，網絡覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，這樣就使得無線網絡應用的范圍大大擴展。
（2）高速的寬帶接入。WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mb/s，這個速度是3G所能提供的寬帶連接速度的30倍。支持移動接入。IEEE802.16e能增加終端的移動能力，其移動速度達到120km/h。
此外，憑借這種覆蓋范圍和高吞吐率，WiMAX還能夠提供為電信基礎設施、企業(yè)園區(qū)和Wi-Fi熱點提供回程。同時，WiMAX還是一個潛力無限的市場，未來10年內，全球各地對WiMAX設備的需求量將極其驚人。正是受到這個龐大市場的吸引，包括英特爾、諾基亞、摩托羅拉在內的業(yè)界巨頭都對WiMAX技術大力支持，并吸引更多的企業(yè)進入這個領域。
據悉，WiMAX已經從概念推廣期邁入實際應用期。固定WiMAX設備的互操作性已經得到WiMAX論壇的認證，移動WiMAX標準也已于今年初正式獲得IEEE批準。伴隨著全球更多的頻段向WiMAX開放，更多的設備通過互操作性認證以及用戶端設備（CPE）價格的迅速下降，WiMAX的商業(yè)部署已經在全球范圍內啟動。尤其在亞洲，韓國運營商SKT已經正式商用WiBro（移動WiMAX），日本已于2006底發(fā)出三張WiMAX 16e牌照，新加坡將在2007年底前開始部署WiMAX 16e網絡，巴基斯坦將部署全國WiMAX 16e網絡，等等。據預測，到2009年亞洲將成為WiMAX最重要的市場，約占全球市場的45%，用戶約有300萬戶。這也引發(fā)了電信運營商和ISP的強烈興趣和極大關注。
二、WiMAX技術簡介
目前，IEEE 802.16標準主要包括IEEE 802.16d和IEEE 802.16e。802.16d的初哀是統(tǒng)一固定無線接入的空中接口。該標準可以應用于2～11 CHz非視距（NLOS）傳輸和10～66GHz視距（LOS）傳輸。而IEEE 802.16e的目標是能夠向下兼容IEEE802.16d，為了支持移動特性，在IEEE802.16d的基礎上加入了切換、QoS、安全等新的特性。802.16e標準于2005年10月通過IEEE 802.16工作組投票，并提交IEEE802 SA審批。
IEEE802.16d/e主要技術特性見表1。
表1 802.16d/e主要技術特性
�。�2）在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA（時分多址），下行采用TDM（時分復用）支持多用戶傳輸。另一種多址方式是OFDMA，以2048個子載波的情況為例，系統(tǒng)將所有可用的子載波分為32個子信道，每個子信道包含若干子載波。多用戶多址采用和跳頻類似的方式實現(xiàn)，只是跳頻的頻域單位為一個子信道，時域單位為2或3個符號周期。
（3）在調制技術方面，802.16采用QPSK，16QAM和64QAM三種調制方式，四相移相鍵控利用載波的4種不同相位差來表示不同數據，其實際效率較高。而相比之下，QAM在機理上更加復雜，與其他調制技術相比，QAM調制技術具有充分利用帶寬、抗噪聲強等特點，廣泛使用于各種信號傳輸技術之中。而16-QAM與64-QAM的區(qū)別只在于二者的數據位寬不同，后者可以提供比前者高出50%的數據傳輸率。802.16 d/e支持的最高階調制方式為64QAM，相對于蜂窩移動通信系統(tǒng)（3GPP HSDPA最高支持16QAM），802.16d/e更強調在信道條件較好時實現(xiàn)極高的峰值速率。為適應高質量數據通信的要求，802.16d/e選用了塊Turbo碼、卷積Turbo碼等糾錯能力很強但解碼延時較大的信道碼，同時也考慮使用低復雜度、低延時的LDPC碼。
（4）在雙工方式方面，802.16d/e支持FDD和TDD兩種方式，其物理層技術基本相同。相對而言，3G技術中FDD和TDD模式采用的物理層有較大不同。802.16d/e在5MHz頻帶上可以實現(xiàn)約15Mb/s的速率，頻譜效率為3bit/s/Hz，與HSDPA相似。但802.16d/e在固定或低速環(huán)境下可以使用更大帶寬（20MHz），實現(xiàn)高達75Mb/s的峰值速率，這是現(xiàn)有蜂窩移動通信系統(tǒng)難以達到的。這充分體現(xiàn)出OFDM技術在使用更寬頻帶方面的優(yōu)勢。
�。�5）802.16d/e標準支持全IP網絡層協(xié)議，802.16d/e設備可以作為一個路由器接入現(xiàn)有的IP網絡。但現(xiàn)有IP核心網缺乏有效的移動性管理能力。WiMAX論壇已經開始開發(fā)網絡層協(xié)議，802.16 NetMAN工作組也已開展這方面的工作。同時，802.16協(xié)議也可以通過一個ATM匯聚子層將ATM信元映射到802.16d/e MAC層，具備支持3G核心網的潛力。也就是說，WiMAX支持和3G系統(tǒng)的互通和融合。802.16d/e的MAC層支持多種QoS等級以適應VoIP、可視電話、流媒體、在線游戲、瀏覽、下載等不同的業(yè)務類型，包括主動分配帶寬（UGS）、實時輪詢（RtPS）、非實時輪詢（NrtPS）和盡力而為（BE），其中最后一種為競爭接入的調度機制。802.16e增加了節(jié)電模式的內容，以支持移動終端。除正常工作狀態(tài)外，還支持空閑狀態(tài)（即用戶處于激活狀態(tài)但暫時沒有數據交換）和睡眠狀態(tài)。
三、WiMAX技術應用場景及設想
1.WiMAX技術應用場景
WiMAX技術有五種應用場景定義，即固定、游牧、便攜、簡單移動和全移動。
�。�1）固定應用場景：固定接入業(yè)務是802.16運營網絡中最基本的業(yè)務模型。組網模式與現(xiàn)在的點對多點固定無線接入相似。在這個場景下，不支持切換和小區(qū)間用戶數據交換。終端設備可以選擇連接到信號最好的中心站。終端一般為小盒子，大部分具備室外單元。WiMAX固定應用模式的用戶及場景包括：企業(yè)用戶、小區(qū)E1/IP的承載線路；WLAN公共接入網絡上聯(lián)到城域網的線路；移動通信網絡中基站和基站控制器互連的線路；在有上網需求、用戶分布分散的地方如農村及邊遠地區(qū)，作為DSL的替代者進行無線寬帶接入網絡覆蓋；沒有有線網絡資源的地方；有線網絡無法進入的地方，如地形地貌限制或歷史文化古跡區(qū)，等等。
（2）游牧應用場景：游牧式業(yè)務是固定接入方式發(fā)展的下一個階段，終端可以從不同的接入點接入到一個運營商的網絡中；在每次會話連接中，用戶終端只能進行站點式的接入；在兩次不同網絡的接入中，傳輸的數據將不被保留。在游牧式及其以后的應用場景中均支持漫游，并應具備終端電源管理功能。
（3）便攜應用場景：便攜式業(yè)務在游牧式業(yè)務的基礎上進行了發(fā)展，從這個階段開始，終端可以在不同的基站之間進行切換。當終端靜止不動時，便攜式業(yè)務的應用模型與固定式業(yè)務和游牧式業(yè)務相同。當終端進行切換時，用戶將經歷短時間（最長為2s）的業(yè)務中斷或者感到一些延遲。切換過程結束后，TCP/IP應用對當前IP地址進行刷新，或者重建IP地址。主要面向家庭接入和商務人士用戶市場，終端可為PCMCIA卡，放置在便攜機里；規(guī)模商用時間估計要到2007年下半年。
�。�4）簡單移動應用場景：在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接入業(yè)務中能夠步行、駕駛或者乘坐公共汽車等，但當終端移動速度達到60～120km/h時，數據傳輸速度將有所下降。這是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數據包的丟失將控制在一定范圍，最差的情況下，TCP/IP會話不中斷，但應用層業(yè)務可能有一定的中斷。切換完成后，QoS將重建到初始級別。簡單移動和全移動網絡需要支持休眠模式、空閑模式和尋呼模式。移動數據業(yè)務是移動場景（包括簡單移動和全移動）的主要應用，包括目前被業(yè)界廣泛看好的移動E-mail、流媒體、可視電話、移動游戲、移動VoIP（MVoIP）等業(yè)務，同時它們也是占用無線資源較多的業(yè)務。
�。�5）全移動應用場景：在這一場景下，用戶可以在移動速度為120km/h甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接入業(yè)務，當沒有網絡連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。
2.WiMAX系統(tǒng)應用
按照上述終端的移動性，可將WiMAX網絡劃分為固定終端接入模式和移動終端接入模式。固定終端接入模式主要解決政府機關、寫字樓、賓館飯店、居民小區(qū)等建筑的集團網絡接入問題，還可以應用于實時監(jiān)控等特殊應用場景。移動終端接入模式主要解決車載用戶、室外用戶等移動條件下的用戶通信要求。由于移動接入模式的靈活性，這種方式還可以廣泛應用于無線數字多媒體網絡、城市應急指揮系統(tǒng)、城市智能通信系統(tǒng)等綜合通信系統(tǒng)。
�。�1）在無線數字多媒體網絡中的應用
目前，這類應用在國外已經進行了試驗檢測。為各類交通工具內的乘客提供高速移動狀態(tài)下的多媒體信息服務。如在城鐵、地鐵、公交車、火車上為乘客提供高速網絡互動、車輛定位、實時影視、廣告資訊、天氣預報等各類服務。同時，由于WiMAX網絡可以兼容Wi-Fi的網絡設備，因此Wi-Fi終端用戶也可無障礙享受移動寬帶服務。
類似的城市無線寬帶網的建設，不僅可以為政府所用，很多企業(yè)也可以直接使用。各個行業(yè)都可以利用這些基礎架構進行應用的開發(fā)，比如物流企業(yè)完全可以利用這個網絡系統(tǒng)對車隊進行有效的管理。目前，這種技術在銀行、保險業(yè)已經開始應用，它的投資回報率非常誘人。
�。�2）在城市應急指揮系統(tǒng)的應用
建設基于WiMAX技術的城域網，可以提升政府對于突發(fā)事件的響應速度，提升城市的整體安全水平。在公共安全和緊急救助行業(yè)中，由于大多數工作人員都處于移動狀態(tài)，因此在通信方面必須依賴于無線網絡解決方案。WiMAX技術可以滿足其對數據調度、移動視頻監(jiān)控、車輛/人員定位、移動指揮車應急通信等業(yè)務需求。應急指揮車輛或工作人員只要有筆記本電腦或者手持終端就可以通過無線城域網實時與總部保持視頻、數據和語音通信，積極地應對各種突發(fā)事件。
�。�3）在構建城市智能通信系統(tǒng)中的應用
通過WiMAX系統(tǒng)在各領域的監(jiān)控指揮中心與全市的智能通信指揮中心之間建立無線連接，可以構建城市智能通信系統(tǒng)，從而可以保證各部門步調一致、協(xié)調作戰(zhàn)，處理城市中出現(xiàn)的各種突發(fā)事件（見圖1）。
圖1 城市智能通信系統(tǒng)示意圖
比如說城市交通監(jiān)控系統(tǒng)可以通過各路段的攝像頭將實時的路況信息傳送到交通指揮中心，目前我們還是依靠有線傳輸的方式來構架整個城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的建設，這樣不但建設成本昂貴，而且會產生很多不能夠覆蓋的死角。如果我們應用WiMAX技術，不但可以節(jié)約建設成本，而且組網方式可以更為機動靈活，使交通指揮中心可監(jiān)控的區(qū)域不但擴大到城市的每一個角落，而且對郊區(qū)的國道、省道、鐵路干線也能做到很好的覆蓋。
對比一下WiMAX與3G，筆者認為WiMAX與3G的市場定位不同，移動WiMAX定位于城域網，而3G定位于廣域網，二者有不同的發(fā)展空間。3G網絡的核心功能是提供移動電話服務，也可以用來傳輸數據；WiMAX則主要是高速率的數據傳輸，語音質量并不是關鍵要求。盡管WiMAX傳輸速率可達到3G的10倍甚至更高，其覆蓋范圍用低階調制時可與3G匹敵甚至更遠，但這不是3G標準的以無線廣域網WWAN為基本模式、以公眾語音及多媒體數據為內容、在全球范圍內漫游的個人手機終端的基本市場定位。本質上，WiMAX是作為3G及3G演進的一種無線城域網、多點基站互聯(lián)的重要支持手段而已。兩者潛在的市場尺寸也有巨大差異，從而根本談不上WiMAX會終結3G。
Wi-Fi是無線保真（Wireless Fidelity）的縮寫，Wi-Fi技術包括已經批準的IEEE802.11a，b和g規(guī)范以及等待批準的802.11n規(guī)范。Wi-Fi是第一項得到廣泛部署的高速無線技術，在全球的熱點中尤其引人注目，包括家庭和辦公室以及越來越多的咖啡屋、酒店和機場等，Wi-Fi幾乎是立即風靡全球，并因為其提高工作效率的能力而受到出行在外人士的追捧。然而，Wi-Fi能夠支持的范圍非常有限：用戶只有保持在距離無線接入點設備（AP）約100米的范圍內才能實現(xiàn)高速連接。Wi-Fi是最早期的高速無線數據技術之一，現(xiàn)在因為擁有大量支持產品和技術而收益良多。一些最新的平臺甚至能夠支持多個Wi-Fi標準（如802.11a，b，g），從而支持數個無線網絡之間的兼容性。
對比一下WiMAX與Wi-Fi。由于WLAN有安裝及設置簡單、綜合成本低、接入方便并且可以提供較寬的帶寬（802.11b的帶寬可以達到11Mb/s，而802.11a及802.11g更可達54Mb/s）等優(yōu)點，但是它存在的安全隱患卻是一個致命的缺點。Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術，通過空氣發(fā)送和接收數據。由于無線網絡使用無線電波傳輸數據信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，無線電波能穿透墻壁和隔板，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內盜取數據甚至進入未受保護的公司內部局域網。同樣與Wi-Fi技術相比較，WiMAX技術優(yōu)勢似乎更加明顯。但由于Wi-Fi和WiMAX技術分別解決的是“最后100米”和“最后1公里”問題，因而具有不同的定位和用途。相反，Wi-Fi可以通過室外天線，利用WiMAX技術直接與骨干網相聯(lián)，而可以不采用當前Wi-Fi網絡需要將無線接入點通過有線網絡與骨干網相連的方式，從而大大減少鋪設有線網絡的成本。因此，針對WiMAX和Wi-Fi技術的不同定位和優(yōu)勢，兩者可以互為補充，共同發(fā)展。
五、結束語
在眾多的寬帶無線接入技術中，WMAX以其獨具優(yōu)勢的接入能力成為業(yè)界一顆冉冉升起的新星，WiMAX其根本定位還是應該在寬帶接入上，可以作為3G數據業(yè)務的補充，也可以攜手Wi-Fi成為最后一公里寬帶接入的解決手段�？傊琖iMAX技術的推動者和開發(fā)者應該對其進行準確的市場定位，更合理地細分市場，同其他技術進行融合，促進整個無線通信產業(yè)的發(fā)展。
