宽带无线接入技术之WiMAX浅探

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宽带无线接入技术之WiMAX浅探
浙江邮电职业技术学院通信工程系章伟飞
【摘要】WiMAX是一种新兴的无线宽带接入技术,是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准,是当前无线通信领域的前沿技术,是高速连接"最后一公里"的廉价方法.本论文将以WiMAX技术为中心进行论述,探索通信技术发展的前沿,并通过对技术进行比较分析,理解其优势和劣势,然后结合实际提出自己的见解,对WiMAX的未来发展提出一定的看法.
【关键词】WiMAX;IEEE 802.16;宽带无线接入;

引言
进入21世纪,随着信息技术的不断发展,人们对于通信网的需求也在不断提高,当核心网带宽已达Tbit级时,接入网的带宽速率反而成了制约高速率数据传输的瓶颈.
WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性.WiMAX的另一个名字是IEEE802.16(以下简称802.16),它是一项无线宽带接入BWA(Broadband Wireless Access)技术,是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准,是当前无线通信领域的前沿技术,是高速连接"最后一公里"的廉价方法,它提供了用户与核心网络之间的连接方式.IEEE802委员会于1999年成立了IEEE802.16工作组来专门开发宽带无线标准,并且于2002年4月公布了第一个10～66GHz的IEEE802.16标准.
一,关于WiMAX论坛
WiMAX论坛(标志见图1):2003年由众多无线通信设备/器件供应商发起组成,是一个非盈利性组织,其目标是促进IEEE 802.16标准规定的宽带无线网络的应用推广,保证采用相同标准的不同厂家宽带无线接入设备之间的互通性或互操作性.
图 1
二, IEEE 802.16系列标准简介
IEEE 802.16的主要任务是开发工作于2～66GHz频带的无线接入系统空中接口物理层(PHY)和媒质接入控制层(MAC)规范,同时还有与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的共存规范.IEEE 802.16规定的无线系统主要应用于城域网.IEEE在2001年12月批准了10-66 GHz频段的最早802.16无线MAN标准.2003年1月批准了11 GHz以下的802.16a扩展.2004年6月,IEEE批准了802.16-2004标准.目前,IEEE正在审查802.16e标准,于2005年中期获得批准.IEEE 802.16系列详见表1.
表1 IEEE 802.16系列各标准相对应的技术领域
标准号
相对应的技术领域
802.16
10-66GGHz固定宽带无线接入系统空中接口
802.16a
2-11GHz固定宽带接入系统空中接口
802.16c
10-66GHz固定宽带接入系统的兼容性
802.16d
2-66GHz固定宽带接入系统空中接口
802.16e
2-6GHz固定和移动宽带无线接入系统空中接口管理信息库
802.16f
固定宽带无线接入系统空中接口管理信息库(MIB)要求
802.16g
固定和移动宽带无线接入系统空中接口管理平面流程和服务要求
三, 几种无线宽带接入技术参数比较表
表2 几种无线宽带接入技术与WiMAX比较
技术规范
比较项目
WiFi
3G(IMT-2000)
WiMAX
标准
IEEE802.11系列
3GPP,3GPP2,ITU
IEEE802.16系列
工作频段
无牌照的 2.4GHz 和 5GHz 频段
2GHz
2GHz～66GHz
多址方式
BPSK/CCK (补码键控)+QPSK
CDMA/FDD,TDD
OFDM(次级信号)
Q P S K,1 6 - Q A M ,6 4 - Q A M
信道带宽
固定20 M/22 MHz
5/10/20 M 1.25/5/10/15/20 M 1.2 M(三种制式)
带宽动态分配
最高速率
54Mbps
2Mbps
75Mbps
覆盖
微蜂窝(10～300m)
宏蜂窝(< 7Km)
宏蜂窝(<50Km)
业务
话音与数据
话音与数据
话音,数据,视频图像
移动性
静止,步行
静止,不行,车载
静止,步行
QoS
不支持
4类
固定带宽,承诺带宽,尽力带宽
频谱利用率
2.7bps/Hz
1.6 bps/Hz
3.75 bps/Hz
成熟度
很好
较好
较差
终端
PC卡
手机,PDA,PC卡
智能信息终端,PC卡等
商用性
大量,全世界范围
超过9000万用户
2005年开始上市
安全性
一般
较高
很高
四,WiMAX技术应用场景
WiMAX论坛给出WiMAX技术的5种应用场景定义,即固定,漫游,便携,简单移动和全移动.
(1)固定应用场景:固定接入业务是802.16运营网络中最基本的业务模型,包括用户因特网接入,传输承载业务及Wi-Fi热点回程等.
(2)漫游应用场景:漫游式业务是固定接入方式发展的下一个阶段.终端可以从不同的接入点接入到一个运营商的网络中;在每次会话连接中,用户终端只能进行站点式的接入;在两次不同网络的接入中,传输的数据将不被保留.
(3)便携应用场景:在这一场景下,用户可以步行连接到网络,除了进行小区切换外,连接不会发生中断.便携式业务在漫游式业务的基础上进行了发展,从这个阶段开始,终端可以在不同的基站之间进行切换.当终端静止不动时,便携式业务的应用模型与固定式业务和漫游式业务相同.当终端进行切换时,用户将经历短时间(最长为2s)的业务中断或者感到一些延迟.切换过程结束后,TCP/IP应用对当前IP地址进行刷新,或者重建IP地址.
(4)低速移动应用场景:在这一场景下,用户在使用宽带无线接入业务中能够步行,驾驶或者乘坐公共汽车等,但当终端移动速度达到60～120km/h时,数据传输速度将有所下降.这是能够在相邻基站之间切换的第一个场景,在切换过程中,数据包的丢失将控制在一定范围,最差的情况下,TCP/IP会话不中断,但应用层业务可能有一定的中断.切换完成后,QoS将重建到初始级别.低速移动和全移动网络需要支持休眠模式,空闲模式和寻呼模式.移动数据业务是移动场景(包括简单低速和高速)的主要应用,包括目前被业界广泛看好的移动E-mail,流媒体,可视电话,移动游戏,移动VoIP(MVoIP)等业务,同时它们也是占用无线资源较多的业务.
(5)高速移动应用场景:在这一场景下,用户可以在移动速度为120km/h甚至更高的情况下无中断地使用宽带无线接入业务,当没有网络连接时,用户终端模块将处于低功耗模式.
五,WiMAX前景
WiMAX技术虽然被炒得很热,但并未大量使用,只是作了小范围的试用,毕竟作为一项新的技术的发展需要有一定的时间和相应的市场,这个就关键取决于电信运营商的态度了.在技术尚未发展得十分成熟前,我们还需要解决好多问题,包括技术,标准和人们观念的转变等.
WiMAX标准将是中国无线网络的最佳解决方案,特别是在边远地区,因为WiMAX技术可以在5.8GHz,3.5GHz和2.5GHz这三个拥有许可证的频段上运行,这也是WiMAX在中国可行性的一个重要要素.目前WiMAX在中国已经有了试验,如大连市和成都市政府与英特尔达成合作协议,将采用这项技术来提高宽带无线接入能力,在台北建立一个天线实验室,支持产品测试和加快在亚太地区推出新产品的时间.正如当时的GSM走入中国一样,从小范围开始,最后被大众所认同.届时我们也可以享受无线宽带带来的乐趣了.
鉴于此技术的竞争优势,如低廉的价格,大覆盖范围,新建网络快速等,对于新兴的网络运营商或边远地区来说,WiMAX将具有更大的吸引力.如中国西部地区网络架设,人口密度小,线路利用率不高,若用DSL线缆,那成本是可想而知的,而且维护也困难,这部分投入是几乎不可能收回的;若采用无线网络,会比线缆好很多,尤其是用WiMAX架设,其覆盖50 km,也就是每50 km只要一个WiMAX铁塔就可以满足这个区域的需要了,而用GSM或者其他无线网络架设,理论上每35 km设立一个基站,而实际距离还要小,则需要在基站投入的成本就高得多了,所以WiMAX可以很好解决边远地区网络架设的需要.再由于其价格低廉(这个也只是相对而言,因为目前还只是测试的网络产品而已,等到量产了之后价格就会降下来了),新建网络快速,这个也跟其覆盖能力和吞吐量有关,所以如果要在短时间内架设一个网络的话,那WiMAX是再好不过的选择了,会受到新兴运营商的青睐.
参考文献
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[4]无线资讯网-WiMAX子分类.http://www.wx800.com/common/53N43.php
[5] 孙震强.中国电信股份有限公司北京研究院. WiFi,WiMAX,WBMA与3G的比较[J] http://www.chinatelecom.com.cn

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