下一代寬帶無(wú)線接入技術(shù)―― WiMax

中國(guó)聯(lián)通肇慶分公司 高小能


重慶郵電學(xué)院 黃瓊



一　引言



　　寬帶無(wú)線接入技術(shù)作為下一代通信網(wǎng)中最具發(fā)展?jié)摿Φ慕尤爰夹g(shù)之一，正受到業(yè)界越來越多的關(guān)注。 WiMax （ World Interoperability for Microwave Access ）論壇是由采用 IEEE802.16 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和器件供應(yīng)商成立的一個(gè)非贏利性生產(chǎn)團(tuán)體，主要是向市場(chǎng)推廣 IEEE 新的無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn) 802.16 。 WiMax 已成為 802.16 標(biāo)準(zhǔn)的代名詞，是一種面向城域網(wǎng)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。目前， Intel 、 Nokia 、 Proxim 、 Alvarion 和富士通等眾多的國(guó)際性大公司相繼加入 WiMax 組織，以推動(dòng)與保證基于 802.16 標(biāo)準(zhǔn)的寬帶設(shè)備的兼容性和互通性。 WiMax 組織積極推動(dòng) WiMax/802.16 產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用。



二　 WiMax 技術(shù)概述



2.1 　應(yīng)用定位



　　WiMax 的最大覆蓋范圍是 50 公里，是一種定位于寬帶 IP 城域網(wǎng)的無(wú)線接入技術(shù)。主要用于固定無(wú)線寬帶接入（ FBWA ）、地理位置分散的信息熱點(diǎn)的回程傳輸，或大業(yè)務(wù)量用戶的接入。 WiMax 作為城域網(wǎng)接入手段，采用了多種技術(shù)來應(yīng)對(duì)建筑物阻擋情況下的非視距（ NLOS ）和阻擋視距（ OLOS ）的傳播條件，因此其可以實(shí)現(xiàn)非視距傳輸（這種情形下的傳輸距離會(huì)有所縮短）。 WiMax 系統(tǒng)也可以連接 WLAN 的熱點(diǎn)和互聯(lián)網(wǎng)，也可作為企業(yè) T1 或家庭 xDSL 和 Cabel Modem 的無(wú)線擴(kuò)充技術(shù)，或者取代有線寬帶接入的市場(chǎng)。因此從這個(gè)意義上說， WiMax 是解決“最后一公里”的通信接入問題。特別是對(duì)于很多發(fā)展中國(guó)家或偏遠(yuǎn)地區(qū)沒有 Cable 和 DSL 服務(wù)，因?yàn)橛芯�基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用較高，通過 WiMax 的布建將能助于打開此市場(chǎng)，也就是最后一公里的無(wú)線寬帶布建。



　　從系統(tǒng)容量上看， WiMax 也有顯著的優(yōu)勢(shì)。 WiMax 基站的一個(gè)扇區(qū)可同時(shí)支持 60 多個(gè)采用 E1/T1 的企業(yè)用戶和數(shù)百個(gè)采用 xDSL 的家庭用戶。因此， WiMax 的一個(gè)基站可以同時(shí)接入數(shù)百個(gè)遠(yuǎn)端用戶站。同時(shí)， WiMax 可為同一用戶站提供多個(gè)業(yè)務(wù)流的傳輸能力�？梢愿�大地提升實(shí)際接入用戶數(shù)。



• 傳輸速率



　　IEEE802.16 是利用 802.11a 、 802.11g 相同的 OFDM 技術(shù)，其傳輸距離近 30~50 公里，非常適合擔(dān)任“最后一公里”的角色。突破了現(xiàn)有的無(wú)線寬帶障礙，當(dāng)在 20MHz 的信道帶寬時(shí)，支持高達(dá) 100Mbps 的共享數(shù)據(jù)傳輸速率。



• 工作頻寬



　　整體來說， 802.16 工作的頻段采用的是無(wú)需授權(quán)頻段，范圍在 2GHz 至 66GHz 之間，而 802.16a 則是一種采用 2~11GHz 無(wú)需授權(quán)頻段的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)，其信道帶寬可根據(jù)需求在 1.5M~20MHz 范圍進(jìn)行調(diào)整。因此， 802.16 所使用的頻譜將比其它任何無(wú)線技術(shù)更豐富。其至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：



（ 1 ）對(duì)于已知的干擾，窄的信道帶寬有利于避開干擾。



（ 2 ）當(dāng)信息帶寬需求不大時(shí)，窄的信道帶寬有利于節(jié)省頻譜資源。



（ 3 ）靈活的帶寬調(diào)整能力，有利于運(yùn)營(yíng)商或用戶協(xié)調(diào)頻譜資源。



　　因此， WiMax 具有建網(wǎng)快、帶寬大、容量高、見效早的優(yōu)點(diǎn)，可為運(yùn)營(yíng)商快速提供各種業(yè)務(wù)，完全可以組建一個(gè)支持城域網(wǎng)范圍內(nèi)的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，并具備進(jìn)一步漫游接入的潛力。因此， WiMax 是運(yùn)營(yíng)商在計(jì)劃構(gòu)建寬帶 IP 城域網(wǎng)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的一種技術(shù)。



三　 WiMax 技術(shù)特點(diǎn)



3.1 鏈路層技術(shù)



　　TCP/IP 協(xié)議的特點(diǎn)之一是對(duì)信道的傳輸質(zhì)量有較高的要求。無(wú)線寬帶接入技術(shù)面對(duì)日益增長(zhǎng)的 IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，必須適應(yīng) TCP/IP 協(xié)議對(duì)信道傳輸質(zhì)量的要求。



　　在 WiMax 技術(shù)的應(yīng)用條件下（室外遠(yuǎn)距離），無(wú)線信道的衰落現(xiàn)象非常顯著，在質(zhì)量不穩(wěn)定的無(wú)線信道上運(yùn)用 TCP/IP 協(xié)議，其效率將十分低下。 WiMax 技術(shù)在鏈路層加入了 ARQ 機(jī)制，減少到達(dá)網(wǎng)絡(luò)層的信息差錯(cuò)，可大大提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)吞吐量。同時(shí) WiMax 采用天線陣、天線極化方式等天線分集技術(shù)來應(yīng)對(duì) OLOS 和 NLOS 造成的深衰落。這些措施都提高了 WiMax 的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?



3.2 QoS 性能



　　WiMax 可以向用戶提供具有 QoS 性能的數(shù)據(jù)、視頻、話音（ VoIP ）業(yè)務(wù)。 WiMax 可以提供三種等級(jí)的服務(wù)： CBR （ Constant Bit Rate ，固定帶寬）、 CIR （ Committed Rate ，承諾帶寬、 BE （ Best Effort ，盡力而為）。 CBR 的優(yōu)先級(jí)最高，任何情況下網(wǎng)絡(luò)操作者與服務(wù)提供商以高優(yōu)先級(jí)、高速率及低延時(shí)為用戶提供服務(wù)，保證用戶訂購(gòu)的帶寬。 CIR 的優(yōu)先級(jí)次之，網(wǎng)絡(luò)操作者以約定的速率來提供，但速率超過規(guī)定的峰值時(shí)，優(yōu)先級(jí)會(huì)降低，還可以根據(jù)設(shè)備帶寬資源情況向用戶提供更多的傳輸帶寬。 BE 則具有更低的優(yōu)先級(jí)，這種服務(wù)類似于傳統(tǒng) IP 網(wǎng)絡(luò)的盡力而為的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)不提供優(yōu)先級(jí)與速率的保證。在系統(tǒng)滿足其他用戶較高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的條件下，盡力為用戶提供傳輸帶寬。



四　 WiMax 與 Wi-Fi 的對(duì)比



　　Wi-Fi 聯(lián)盟是由采用 IEEE802.11 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和器件供應(yīng)商成立的一個(gè)非贏利性組織， Wi-Fi 已成為 802.11 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品互通性的事實(shí)上的權(quán)威性組織， Wi-Fi 也成為 802.11 標(biāo)準(zhǔn)的代名詞。 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)局域網(wǎng)的無(wú)線接入技術(shù)制定的，覆蓋距離通常只有 10-300 米，所以可以說 Wi-Fi 解決的是“最后 100 米”的通信接入。



　　Wi-Fi （ 802.11 ）是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的無(wú)線局域網(wǎng)媒體接入控制（ MAC ）和物理層標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)形成并正在市場(chǎng)推廣應(yīng)用的有 802.11 、 802.11b 、 802.11a 、 802.11g ，還有 802.11e 、 802.11f 正在討論制定中。 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)使用無(wú)牌照的 2.4GHz 和 5GHz 頻段，速率可以達(dá)到 11Mbps 、 22Mbps 以至 54 Mbps 。



　　在物理層、調(diào)制技術(shù)、 MAC 層技術(shù)方面， Wi-Fi 采用了與 WiMax 不同的技術(shù)。在 Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)系列中， 802.11b 的物理層采用 BPSK 或 CCK （補(bǔ)碼鍵控）＋ QPSK 調(diào)制方式，碼速率為 11MHz ； 802.11a 采用 OFDM （正交頻分復(fù)用）調(diào)制方式，碼速率達(dá)到 54 MHz ； 802.11g 則兼容容兩種標(biāo)準(zhǔn)，采用了兩種調(diào)制技術(shù)； Wi-Fi 占用 20 MHz 或 22 MHz 的固定的信道帶寬。 Wi-Fi 技術(shù)的 MAC 層協(xié)議采用的是 CSMA/CA （載波監(jiān)聽多路訪問 / 沖突避免）協(xié)議。采用這種 MAC 協(xié)議比較適合突發(fā)性較大的業(yè)務(wù)種類如數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以提供較短的響應(yīng)時(shí)間，較高的傳輸帶寬，但也使得 Wi-Fi 不能像 WiMax 那樣具備帶寬動(dòng)態(tài)分配的能力，提供業(yè)務(wù)的 QoS 性能，如時(shí)延要求，不適合視頻、話音業(yè)務(wù)。



五　 WiMax 面臨的問題



　　比較 WiMax 與目前已提出的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，得出的結(jié)論是 WiMax 在技術(shù)上有明顯的優(yōu)勢(shì)。這也是 Intel 、 Nokia 等國(guó)際性大公司積極推廣 WiMax 技術(shù)的原因。但是 WiMax 技術(shù)的發(fā)展也面臨許多問題。



　　首先是 Wi-Fi 已有成熟的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，而 WiMax 則估計(jì)到 2005 年才有產(chǎn)品推向市場(chǎng)。其次 WiMax 的傳播距離較遠(yuǎn)，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致其技術(shù)復(fù)雜，這使得其成本相對(duì)來說比 Wi-Fi 高。據(jù) Intel 和 Alvarion 的市場(chǎng)部門測(cè)算，結(jié)合英特爾的 802.16a 芯片和 Alvarion 的下一代寬帶無(wú)線接入系統(tǒng) WiMax 的基站臺(tái)費(fèi)用約是 2 萬(wàn)美元。而據(jù) IEEE 估計(jì)，只有當(dāng)每單位用戶數(shù)所負(fù)擔(dān)的平均成本下降至 300 美元以下，且基站臺(tái)降至 1 萬(wàn)美元以下，則寬帶無(wú)線才將有可能成為企業(yè)與一般家庭選擇的最后一公里服務(wù)之一。因此， WiMax 面臨必須降低成本的選擇。再次， WiMax 可以作為 802.11x 無(wú)線熱點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)的延伸架構(gòu)，或作為 Cable 和 DSL 的無(wú)線擴(kuò)展技術(shù)，所以 WiMax 不是取代 802.11x ，而是與 802.11x 整合。同時(shí) WiMax 也被認(rèn)為是“以數(shù)據(jù)傳輸為核心，不會(huì)取代 3G 的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)”。這些使得 WiMax 面臨的不是與現(xiàn)有技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，而是建立與這些技術(shù)的互聯(lián)互通和互操作機(jī)制。最后， WiMax 也面臨 IEEE802 系列標(biāo)準(zhǔn) 802.20 的考驗(yàn)。 IEEE802.20 標(biāo)準(zhǔn)是移動(dòng)寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)（ MBWA ， Mobile Broadband Wireless Access ），其目標(biāo)趨近于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 4G 的設(shè)想。移動(dòng)性是 802.20 的突出性能， 802.20 所需要適應(yīng)的移動(dòng)速度高達(dá) 250km/h ，其標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)半徑為 1km 。這些性能則是 WiMax 所無(wú)法比擬的。



六　結(jié)束語(yǔ)



　　WiMax 是一項(xiàng)新興的無(wú)線通信技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。無(wú)論在傳輸距離、數(shù)據(jù)傳輸速度、建網(wǎng)成本方面都是一個(gè)很理想的寬帶無(wú)線接入解決方案。但是如何創(chuàng)造出穩(wěn)定的、產(chǎn)品供應(yīng)商和營(yíng)運(yùn)商雙贏的商業(yè)營(yíng)利模式，則再一次考驗(yàn) WiMax 組織和電信業(yè)者。好在英特爾預(yù)計(jì)在 2004 年底開始推出帶有 WiMax 功能的迅馳芯片，而 Nokia 預(yù)計(jì)在 2005 年前克服電池和其它技術(shù)問題，適時(shí)推出支持 WiMax 的移動(dòng)電話，兩大業(yè)界巨頭的宣示似乎為 WiMax 作為下一代主流寬帶無(wú)線接入技術(shù)投入了一顆定心丸。根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) Visant Strategies 的估計(jì)， 2008 年 WiMax 的產(chǎn)品市場(chǎng)銷售額可突破 10 億美元的大關(guān)；而根據(jù)另外一個(gè)研究機(jī)構(gòu) ABI 的預(yù)測(cè)， 2008 年包含 WiMax 和 802.20 的長(zhǎng)距離寬帶無(wú)線市場(chǎng)的銷售額將可達(dá)到 15 億美元。無(wú)論這些預(yù)測(cè)如何，但未來 WiMax 作為下一代主流寬帶無(wú)線接入技術(shù)的潛能不容忽視。




----《通信市場(chǎng)》