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(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的寬帶無線技術(shù)。WiMAX微波接入全球互操作性認(rèn)證產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的主要成員包括設(shè)備制造商、器件供應(yīng)商、運(yùn)營商等，主要任務(wù)是通過對產(chǎn)品進(jìn)行兼容性和互操作性認(rèn)證，消除IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的障礙，擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍。802.16是由IEEE802開發(fā)的無線接入技術(shù)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)包括802.16d固定無線接入標(biāo)準(zhǔn)和802.16e移動(dòng)無線接入標(biāo)準(zhǔn)。按照目前的技術(shù)發(fā)展情況，802.16d主要定位于企業(yè)用戶，提供長距離傳輸?shù)氖侄�；�?02.16e的用戶群則定位于個(gè)人用戶，支持用戶在移動(dòng)狀態(tài)下寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。
WiMAX是一項(xiàng)令人激動(dòng)的技術(shù)，它的出現(xiàn)讓無處不在的互聯(lián)網(wǎng)真正成為可能。WiMAX有突出的技術(shù)特點(diǎn)：
�。�1）較遠(yuǎn)的傳輸距離。WiMAX能實(shí)現(xiàn)50公里的無線信號傳輸距離，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無線局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，這樣就使得無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍大大擴(kuò)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(gè)速度是3G所能提供的寬帶連接速度的30倍。支持移動(dòng)接入。IEEE802.16e能增加終端的移動(dòng)能力，其移動(dòng)速度達(dá)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(chǔ)設(shè)施、企業(yè)園區(qū)和Wi-Fi熱點(diǎn)提供回程。同時(shí)，WiMAX還是一個(gè)潛力無限的市場，未來10年內(nèi)，全球各地對WiMAX設(shè)備的需求量將極其驚人。正是受到這個(gè)龐大市場的吸引，包括英特爾、諾基亞、摩托羅拉在內(nèi)的業(yè)界巨頭都對WiMAX技術(shù)大力支持，并吸引更多的企業(yè)進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。
據(jù)悉，WiMAX已經(jīng)從概念推廣期邁入實(shí)際應(yīng)用期。固定WiMAX設(shè)備的互操作性已經(jīng)得到WiMAX論壇的認(rèn)證，移動(dòng)WiMAX標(biāo)準(zhǔn)也已于今年初正式獲得IEEE批準(zhǔn)。伴隨著全球更多的頻段向WiMAX開放，更多的設(shè)備通過互操作性認(rèn)證以及用戶端設(shè)備（CPE）價(jià)格的迅速下降，WiMAX的商業(yè)部署已經(jīng)在全球范圍內(nèi)啟動(dòng)。尤其在亞洲，韓國運(yùn)營商SKT已經(jīng)正式商用WiBro（移動(dòng)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(wǎng)絡(luò)，巴基斯坦將部署全國WiMAX 16e網(wǎng)絡(luò)，等等。據(jù)預(yù)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(yùn)營商和ISP的強(qiáng)烈興趣和極大關(guān)注。
二、WiMAX技術(shù)簡介
目前，IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)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(biāo)是能夠向下兼容IEEE802.16d，為了支持移動(dòng)特性，在IEEE802.16d的基礎(chǔ)上加入了切換、QoS、安全等新的特性。802.16e標(biāo)準(zhǔn)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(shù)特性見表1。
表1 802.16d/e主要技術(shù)特性
（2）在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA（時(shí)分多址），下行采用TDM（時(shí)分復(fù)用）支持多用戶傳輸。另一種多址方式是OFDMA，以2048個(gè)子載波的情況為例，系統(tǒng)將所有可用的子載波分為32個(gè)子信道，每個(gè)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(shí)現(xiàn)，只是跳頻的頻域單位為一個(gè)子信道，時(shí)域單位為2或3個(gè)符號周期。
（3）在調(diào)制技術(shù)方面，802.16采用QPSK，16QAM和64QAM三種調(diào)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(shù)據(jù)，其實(shí)際效率較高。而相比之下，QAM在機(jī)理上更加復(fù)雜，與其他調(diào)制技術(shù)相比，QAM調(diào)制技術(shù)具有充分利用帶寬、抗噪聲強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛使用于各種信號傳輸技術(shù)之中。而16-QAM與64-QAM的區(qū)別只在于二者的數(shù)據(jù)位寬不同，后者可以提供比前者高出50%的數(shù)據(jù)傳輸率。802.16 d/e支持的最高階調(diào)制方式為64QAM，相對于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)（3GPP HSDPA最高支持16QAM），802.16d/e更強(qiáng)調(diào)在信道條件較好時(shí)實(shí)現(xiàn)極高的峰值速率。為適應(yīng)高質(zhì)量數(shù)據(jù)通信的要求，802.16d/e選用了塊Turbo碼、卷積Turbo碼等糾錯(cuò)能力很強(qiáng)但解碼延時(shí)較大的信道碼，同時(shí)也考慮使用低復(fù)雜度、低延時(shí)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(shù)基本相同。相對而言，3G技術(shù)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(shí)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(shí)現(xiàn)高達(dá)75Mb/s的峰值速率，這是現(xiàn)有蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)難以達(dá)到的。這充分體現(xiàn)出OFDM技術(shù)在使用更寬頻帶方面的優(yōu)勢。
（5）802.16d/e標(biāo)準(zhǔn)支持全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，802.16d/e設(shè)備可以作為一個(gè)路由器接入現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)。但現(xiàn)有IP核心網(wǎng)缺乏有效的移動(dòng)性管理能力。WiMAX論壇已經(jīng)開始開發(fā)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，802.16 NetMAN工作組也已開展這方面的工作。同時(shí)，802.16協(xié)議也可以通過一個(gè)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(wǎng)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(yīng)VoIP、可視電話、流媒體、在線游戲、瀏覽、下載等不同的業(yè)務(wù)類型，包括主動(dòng)分配帶寬（UGS）、實(shí)時(shí)輪詢（RtPS）、非實(shí)時(shí)輪詢（NrtPS）和盡力而為（BE），其中最后一種為競爭接入的調(diào)度機(jī)制。802.16e增加了節(jié)電模式的內(nèi)容，以支持移動(dòng)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(shí)沒有數(shù)據(jù)交換）和睡眠狀態(tài)。
三、WiMAX技術(shù)應(yīng)用場景及設(shè)想
1.WiMAX技術(shù)應(yīng)用場景
WiMAX技術(shù)有五種應(yīng)用場景定義，即固定、游牧、便攜、簡單移動(dòng)和全移動(dòng)。
（1）固定應(yīng)用場景：固定接入業(yè)務(wù)是802.16運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中最基本的業(yè)務(wù)模型。組網(wǎng)模式與現(xiàn)在的點(diǎn)對多點(diǎn)固定無線接入相似。在這個(gè)場景下，不支持切換和小區(qū)間用戶數(shù)據(jù)交換。終端設(shè)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)上聯(lián)到城域網(wǎng)的線路；移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中基站和基站控制器互連的線路；在有上網(wǎng)需求、用戶分布分散的地方如農(nóng)村及邊遠(yuǎn)地區(qū)，作為DSL的替代者進(jìn)行無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)覆蓋；沒有有線網(wǎng)絡(luò)資源的地方；有線網(wǎng)絡(luò)無法進(jìn)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(yīng)用場景：游牧式業(yè)務(wù)是固定接入方式發(fā)展的下一個(gè)階段，終端可以從不同的接入點(diǎn)接入到一個(gè)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中；在每次會(huì)話連接中，用戶終端只能進(jìn)行站點(diǎn)式的接入；在兩次不同網(wǎng)絡(luò)的接入中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不被保留。在游牧式及其以后的應(yīng)用場景中均支持漫游，并應(yīng)具備終端電源管理功能。
（3）便攜應(yīng)用場景：便攜式業(yè)務(wù)在游牧式業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了發(fā)展，從這個(gè)階段開始，終端可以在不同的基站之間進(jìn)行切換。當(dāng)終端靜止不動(dòng)時(shí)，便攜式業(yè)務(wù)的應(yīng)用模型與固定式業(yè)務(wù)和游牧式業(yè)務(wù)相同。當(dāng)終端進(jìn)行切換時(shí)，用戶將經(jīng)歷短時(shí)間（最長為2s）的業(yè)務(wù)中斷或者感到一些延遲。切換過程結(jié)束后，TCP/IP應(yīng)用對當(dāng)前IP地址進(jìn)行刷新，或者重建IP地址。主要面向家庭接入和商務(wù)人士用戶市場，終端可為PCMCIA卡，放置在便攜機(jī)里；規(guī)模商用時(shí)間估計(jì)要到2007年下半年。
�。�4）簡單移動(dòng)應(yīng)用場景：在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接入業(yè)務(wù)中能夠步行、駕駛或者乘坐公共汽車等，但當(dāng)終端移動(dòng)速度達(dá)到60～120km/h時(shí)，數(shù)據(jù)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(gè)場景。在切換過程中，數(shù)據(jù)包的丟失將控制在一定范圍，最差的情況下，TCP/IP會(huì)話不中斷，但應(yīng)用層業(yè)務(wù)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(dòng)和全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要支持休眠模式、空閑模式和尋呼模式。移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是移動(dòng)場景（包括簡單移動(dòng)和全移動(dòng)）的主要應(yīng)用，包括目前被業(yè)界廣泛看好的移動(dòng)E-mail、流媒體、可視電話、移動(dòng)游戲、移動(dòng)VoIP（MVoIP）等業(yè)務(wù)，同時(shí)它們也是占用無線資源較多的業(yè)務(wù)。
（5）全移動(dòng)應(yīng)用場景：在這一場景下，用戶可以在移動(dòng)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(wù)，當(dāng)沒有網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，用戶終端模塊將處于低功耗模式。
2.WiMAX系統(tǒng)應(yīng)用
按照上述終端的移動(dòng)性，可將WiMAX網(wǎng)絡(luò)劃分為固定終端接入模式和移動(dòng)終端接入模式。固定終端接入模式主要解決政府機(jī)關(guān)、寫字樓、賓館飯店、居民小區(qū)等建筑的集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)接入問題，還可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控等特殊應(yīng)用場景。移動(dòng)終端接入模式主要解決車載用戶、室外用戶等移動(dòng)條件下的用戶通信要求。由于移動(dòng)接入模式的靈活性，這種方式還可以廣泛應(yīng)用于無線數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)、城市應(yīng)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(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
目前，這類應(yīng)用在國外已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)檢測。為各類交通工具內(nèi)的乘客提供高速移動(dòng)狀態(tài)下的多媒體信息服務(wù)。如在城鐵、地鐵、公交車、火車上為乘客提供高速網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)、車輛定位、實(shí)時(shí)影視、廣告資訊、天氣預(yù)報(bào)等各類服務(wù)。同時(shí)，由于WiMAX網(wǎng)絡(luò)可以兼容Wi-Fi的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因此Wi-Fi終端用戶也可無障礙享受移動(dòng)寬帶服務(wù)。
類似的城市無線寬帶網(wǎng)的建設(shè)，不僅可以為政府所用，很多企業(yè)也可以直接使用。各個(gè)行業(yè)都可以利用這些基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)，比如物流企業(yè)完全可以利用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對車隊(duì)進(jìn)行有效的管理。目前，這種技術(shù)在銀行、保險(xiǎn)業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用，它的投資回報(bào)率非常誘人。
�。�2）在城市應(yīng)急指揮系統(tǒng)的應(yīng)用
建設(shè)基于WiMAX技術(shù)的城域網(wǎng)，可以提升政府對于突發(fā)事件的響應(yīng)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(shù)工作人員都處于移動(dòng)狀態(tài)，因此在通信方面必須依賴于無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。WiMAX技術(shù)可以滿足其對數(shù)據(jù)調(diào)度、移動(dòng)視頻監(jiān)控、車輛/人員定位、移動(dòng)指揮車應(yīng)急通信等業(yè)務(wù)需求。應(yīng)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(wǎng)實(shí)時(shí)與總部保持視頻、數(shù)據(jù)和語音通信，積極地應(yīng)對各種突發(fā)事件。
�。�3）在構(gòu)建城市智能通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
通過WiMAX系統(tǒng)在各領(lǐng)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(gòu)建城市智能通信系統(tǒng)，從而可以保證各部門步調(diào)一致、協(xié)調(diào)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(shí)時(shí)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?shù)姆绞絹順?gòu)架整個(gè)城市交通監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，這樣不但建設(shè)成本昂貴，而且會(huì)產(chǎn)生很多不能夠覆蓋的死角。如果我們應(yīng)用WiMAX技術(shù)，不但可以節(jié)約建設(shè)成本，而且組網(wǎng)方式可以更為機(jī)動(dòng)靈活，使交通指揮中心可監(jiān)控的區(qū)域不但擴(kuò)大到城市的每一個(gè)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(rèn)為WiMAX與3G的市場定位不同，移動(dòng)WiMAX定位于城域網(wǎng)，而3G定位于廣域網(wǎng)，二者有不同的發(fā)展空間。3G網(wǎng)絡(luò)的核心功能是提供移動(dòng)電話服務(wù)，也可以用來傳輸數(shù)據(jù)；WiMAX則主要是高速率的數(shù)據(jù)傳輸，語音質(zhì)量并不是關(guān)鍵要求。盡管WiMAX傳輸速率可達(dá)到3G的10倍甚至更高，其覆蓋范圍用低階調(diào)制時(shí)可與3G匹敵甚至更遠(yuǎn)，但這不是3G標(biāo)準(zhǔn)的以無線廣域網(wǎng)WWAN為基本模式、以公眾語音及多媒體數(shù)據(jù)為內(nèi)容、在全球范圍內(nèi)漫游的個(gè)人手機(jī)終端的基本市場定位。本質(zhì)上，WiMAX是作為3G及3G演進(jìn)的一種無線城域網(wǎng)、多點(diǎn)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(huì)終結(jié)3G。
Wi-Fi是無線保真（Wireless Fidelity）的縮寫，Wi-Fi技術(shù)包括已經(jīng)批準(zhǔn)的IEEE802.11a，b和g規(guī)范以及等待批準(zhǔn)的802.11n規(guī)范。Wi-Fi是第一項(xiàng)得到廣泛部署的高速無線技術(shù)，在全球的熱點(diǎn)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(jī)場等，Wi-Fi幾乎是立即風(fēng)靡全球，并因?yàn)槠涮岣吖ぷ餍实哪芰Χ艿匠鲂性谕馊耸康淖放�。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(diǎn)設(shè)備（AP）約100米的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)高速連接。Wi-Fi是最早期的高速無線數(shù)據(jù)技術(shù)之一，現(xiàn)在因?yàn)閾碛写罅恐С之a(chǎn)品和技術(shù)而收益良多。一些最新的平臺(tái)甚至能夠支持多個(gè)Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)（如802.11a，b，g），從而支持?jǐn)?shù)個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)之間的兼容性。
對比一下WiMAX與Wi-Fi。由于WLAN有安裝及設(shè)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(dá)到11Mb/s，而802.11a及802.11g更可達(dá)54Mb/s）等優(yōu)點(diǎn)，但是它存在的安全隱患卻是一個(gè)致命的缺點(diǎn)。Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)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(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。同樣與Wi-Fi技術(shù)相比較，WiMAX技術(shù)優(yōu)勢似乎更加明顯。但由于Wi-Fi和WiMAX技術(shù)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(shù)直接與骨干網(wǎng)相聯(lián)，而可以不采用當(dāng)前Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)需要將無線接入點(diǎn)通過有線網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)相連的方式，從而大大減少鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的成本。因此，針對WiMAX和Wi-Fi技術(shù)的不同定位和優(yōu)勢，兩者可以互為補(bǔ)充，共同發(fā)展。
五、結(jié)束語
在眾多的寬帶無線接入技術(shù)中，WMAX以其獨(dú)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(yīng)該在寬帶接入上，可以作為3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的補(bǔ)充，也可以攜手Wi-Fi成為最后一公里寬帶接入的解決手段。總之，WiMAX技術(shù)的推動(dòng)者和開發(fā)者應(yīng)該對其進(jìn)行準(zhǔn)確的市場定位，更合理地細(xì)分市場，同其他技術(shù)進(jìn)行融合，促進(jìn)整個(gè)無線通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
