WIMAX技术与通信网络的发展
文件类型：PDF/Adobe Acrobat 文件大小：字节
更多搜索：WIMAX 技术 通信网 发展
WIMAX技术与通信网络的发展
(中国传媒大学 杨少华)
摘要: 宽带接入网技术是未来通信网发展的关键,并成为近期开发和建设的热点.WIMAX 技术是解决"最
后一公里"的一种方法.本文首先介绍了 WIMAX 技术的出处,本身感念的理解,然后介绍了 WIMAX 的一
些关键技术,其次着重介绍了WIMAX 技术通信网络的影响,有线领域,无线领域等等.
关键字:WIMAX , 3G, IEEE 802.16
Abstract: The broadband access network technology has become the key technology of future
communication network development, and will be the hot point of development and construction of
communication technology in recent years. The technology of WIMAX is a method to solve the problem
" the last one thousand". Firstly, this paper explain where WIMAX is come from and its concept.
Secondly, the paper introduce some important technology of WIMAX . Finally, this paper introduces the
influence for communication network because of WIMAX .
Key Words: WIMAX , 3G, IEEE 802.16
1 引言
WIMAX是一种基于标准的技术,可以替代现有的有线和DSL连接方式,来提
供最后一英里的无线宽带接入.WIMAX将提供固定,移动,便携形式的无线宽带
连接,并最终能够在不需要直接视距基站的情况下提供移动无线宽带连接.在
典型的3到10英里半径单元部署中,获得Imax论坛认证的系统有望为固定和
便携接入应用提供高达每信道40Mbps的容量,可以为同时支持数百使用T-1连
接速度的商业用户或数千使用 DSL 连接速度的家庭用户的需求,并提供足够的
带宽.移动网络部署将能够在典型的(最高)3 公里半径单元部署中提供高达
15Mbps的容量.WIMAX技术目前已用于笔记本电脑和PDA,从而使城区以及城市
之间形成"城域地带(MetroZones)",为用户提供便携的室外宽带无线接入.
2 WIMAX技术的由来以及发展现状
2.1 IEEE 802.x 标准系列
IEEE(电气电子工程师协会)把无线网络标准分成以下几种:
IEEE 802.15 是个人区域网络(PAN), 解决同一地点的终端与终端的通讯,
这个问题也被称为宽带接入"最后10米"的问题.如蓝牙技术就是此类技术的
典型代表;
IEEE 802.11 是我们熟知的无线局域网(LAN),解决用户群内部的信息交
流和网际接入,也称宽带接入"最后100米"的问题.Wi-Fi技术是此类技术的
典型代表;
IEEE 802.16 为无线城域网(MAN),解决大都市范围那的业务点与信息汇
聚点之间的信息交流和网际接入,也称宽带接入"最后1公里"的问题.WIMAX
技术是解决此类问题的主要技术;
IEEE 802.20 则是覆盖面积更广的广域网(WAN),解决超出一个城市范围
的信息交流和网际接入.像2G,3G,4G就是来解决这个问题的一些技术.
2.2 IEEE 802.16标准的发展
IEEE 802.16标准又称为 IEEEWirelessMAN 空中接口标准(WiMAX),它对
工作于不同频段的宽带无线接入系统空中接口进行了规范.802.16被设计用于
广范围的宽带无线接入部署场景,包括室外视距(LOS)条件下长距离(高达50k
m)的部署直至市区环境非视距(NLOS)短距离的部署.
802.16:称为固定式宽带视距无线访问系统的空中接口,于2001 年12 月通
过批准.这个标准专为无线城域网制定,频率是10GHz 到66GHz.
802.16a:作为一个802.16 的修正案,IEEE 于2003 年1 月公布.这个修正
案为原始方案增加了2GHz-11GHz 授权和非授权频率的运行.是低频段,用于固
定非视距通信.
802.16c:2002 年12 月公布,用来保证10GHz-66GHz 范围内各系统的互操
作性.固定宽带无线接入系统空中接口标准增补文件:详细系统框架
802.16d:固定宽带无线接入系统空中接口标准(10~66GHz,<11GHz),它
是802.16 标准系列的一个修订版本,是相对比较成熟并且最具有实用性的一个
标准版本.802.16d 对10~66GHz 频段和<11GHz 频段的固定宽带无线接入空中
接口物理层和MAC 层进行了详细规定,定义了支持多种业务类型的固定宽带无
线接入系统的MAC 层和相对应用的多个物理层.该标准对前几个802.16 标准进
行了整合和修订,仍属于固定宽带无线接入规范.它保持了802.16,802.16a 等
标准中的所有模式和主要特性同时未增加新的模式,增加或修改的内容用来提
高系统性能和简化部署,或者用来更正错误,不明确或不完整的描述,其中包
括对部分系统信息的增补和修订.2004 年10 月1 日,IEEE 正式发布.
802.16e:固定和移动宽带无线接入系统空中接口标准(<6GHz)
802.16f:固定宽带无线接入系统MAC 层和物理层的管理信息库(MIB)要求以
及相关的管理流程.
802.16g:固定和移动宽带无线接入系统空中接口控制平面和管理平面流程
及服务要求.实现802.16 设备的互操作性和对网络资源,移动性和频谱的有效
管理.
2.3 WiMAX 与 IEEE的关系
WiMAX成立于 2001年4月9日,是一个由业界领先的通信产品及设备公司共同
建立的非盈利组织.该组织旨在对基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准
的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证.
IEEE提出了802.16的宽带无线接入的标准,而WIMAX的目的就是致力于制
定一套基于802.16的测试规范和认证体系,使不同厂商之间的产品在经过认证
以后可以具有良好的互操作性,以积极推广和验证宽带无线接入设备的兼容性
与互操作性.从而可以在很大程度上推进基于802.16的产品的广泛应用,并且
为制造相应的芯片提供有利环境,大大降低产品的研发和生产成本.
WiMAX 与IEEE的合作开始于同IEEE 802.16工作组的合作,并且WiMAX为
IEEE一致性标准做出了重要的贡献.WIMAX与IEEE 802.16之间有着非常紧密
的联系与合作,同时又有着分工的不同,后者是标准的制定者,而前者是标准
的推动者.
3 WIMAX的技术发展
3.1 WIMAX的关键技术
WIMAX之所以能够体现出多种优良的特性,得益于以下两种关键技术的应用.
3.1.1:OFDM
在无线通信中,对于10GHz 频段以下的通信系统必须考虑多径衰落,利用
OFDM(正交频分复用)调制技术将可用带宽划分成若干个子载波,这样每个子载
波的带宽较窄,每个OFDM符号的持续时间就比较长,由多径时延扩展带来的影
响将减小,可以有效地提高系统的抗多径干扰能力,扩大设备的适用范围.OFDM
调制方式具有较高的频谱利用率,在抵抗多径衰落,抵抗窄带干扰上具有明显
的优势,可以提高系统的非视距传播能力.在现有3.5GHz 和5.8GHz 无线接入
产品中,已经有很多厂商推出了基于OFDM 的系统,并且在商用网络中获得了一
定程度的应用.对于WLAN 接入,两种主流的物理层IEEE 802.11a 和IEEE
802.11g 标准都采用了OFDM 调制方式.
从上述的分析可以看出,无线接入的通信能力正在发生变化,其发展正在经
历从窄带到宽带,从固定到移动的过程,网络能力在不断增强.无线接入系统
所采用的调制技术也正从传统的单载波方式走向多载波调制方式,OFDM 将在未
来的无线接入系统中呈现主导地位.实际上摩托罗拉2004 年8 月份在摩托罗拉
美国总部做过一个试验,完全采用OFDM 技术,在20M(3.675G),能够给用户
最高提供300M 带宽,因为所有无线频段资源是有限的,如果能利用有限的资源
做更高带宽的组网将是WiMAX 发展的一个强大的技术拉动力.
3.1.2 空时编码
第二个核心技术是空时编码,带有多个发射机,接收机及和天线的组合.在
接收端将不相关的接受信号进行处理这样可以提供额外的信息补偿增益.传统
的单波束无线电遇到深衰落的时候需要40dB,通过4 个不相关信号处理后,衰
落深度可降至15dB.
3.2:WIMAX的技术特点:
WIMAX的优势主要体现在这一技术集成了WiFi无线接入技术的移动性与灵活
性以及XDSL等基于线缆的传统宽带接入技术的高带宽特性,其技术优势可概括
如下:
3.2.1:传输距离远,接入速度高
WIMAX采用OFDM技术,能有效对抗多径干扰;同时采用自适应编码调制技术
可可以实现覆盖范围和传输速率的折衷;此外,还利用自适应功率控制,可以
根据信道状况动态调整发射功率.从而使得WIMAX具有更大的覆盖范围以及和更
高的接入速率.例如,当信道条件较好时,可以将调制方式调整为64QAM,同时
用编码效率更高的信道编码,WIMAX最高传输速率可以达到75Mbit/s;反之,当
信道传输条件恶劣,基站无法基于64QAM建立连接时,可以切换为64QAM或QPSK
调制,同时采用编码效率更低的信道编码,这样可以提高传输可靠性,增大覆
盖范围.
3.2.2:无"最后一公里"瓶颈限制,系统容量大
作为一种宽带无线接入技术,WIMAX接入灵活,系统容量大.服务提供商无
需考虑布线,传输等问题,只需要在相应的场所架设WIMAX基站.WIMAX不仅支
持固定无线终端也支持便携式和移动终端,能适应城区,郊区以及农村等各种
地形环境.一个WIMAX基站可以同时为众多具有的客户提供服务,为每个客户提
供独立带宽请求支持.
3.2.3 提供安全保证
WIMAX系统安全性较好.WIMAX空中接口专门在MAC层上添加了私密子层,不
仅可以避免非法用户接入,保证合法用户顺利接入,而且提供加密功能,充分
保护用户隐私,例如提供EAP-SIM认证.
3.2.4 互操作性好
运营商在网络建设时能够从多个设备制造商处购买 WIMAXCertified 设备,
而不必担心兼容性的问题.
3.2.5 应用范围广
WIMAX可以应用于广域接入,企业宽带接入,家庭"最后一公里"接入,热
点覆盖,移动宽带接入以及数据回传等所有宽带接入市场.值得提出的是,在
有线基础设施薄弱的地区,尤其是广大农村和山区,WIMAX更加灵活,成本低,
是首选的宽带接入技术.
4 WIMAX技术对通信网络的影响
4.1 WIMAX与3G
3G 与 WIMAX 在技术演进方面有着共同的方向.空中接口都采用IP化的技术
和 OFDM 技术,无线方面都将采用 AMC ,MIMO,AAS,波束赋形等关键技术.
3GPP 和3GPP2 目前都在制订E3G 技术标准,包括3GPP 中的LTE 和3GPP2 中的
AIE 技术,这些技术的先进性或数据承载能力方面与 WIMAX 相同甚至更高,但
标准和产品的进程可能会比 WIMAX 略慢.在 3G 与 E3G 之间,对于 WIMAX 来
说,存在着发展时间和空间问题.与目前的蜂窝技术相比,WIMAX 在初期投资,
业务承载与速度等方面有一定优势.影响 3G 与WIMAX 之间发展的因素,有政
府的管制政策以及不同产业集团之间利益的竞争等方面.
提到 3G 与 WIMAX 结合,更多的是 3G 与 WIMAX 的定位问题.3G 与 WIMAX
覆盖范围不同,服务对象不同,业务也不尽相同.3G 及其演进技术主要是高速
无线接入广域网技术,在移动通信网络覆盖范围内提供各种业务,使用户在任
何地段都可以享受服务.WIMAX 作为一种宽带无线接入技术有着各种灵活的应
用场合,可以接入移动网络,作为移动网络的局部覆盖,吸纳大数据量业务,
减轻移动网络负担,降低成本,也可以作为固网宽带接入业务的无线延伸,着
眼点是笔记本电脑应用.
目前,有人提出TD-SCDMA 与 WIMAX 结合的建议,TD-SCDMA 移动通信系统
的 HSDPA 技术目前仍然处于技术研究和标准完善阶段.WIMAX移动通信系统主
要定位于分组数据的业务传输,其峰值数据传输速率可达到75 Mbit/s,比
TD-SCDMA 系统高得多.但其主要应用是为固定,便携或者低速移动的用户提供
接入,在网络建设初期和中期阶段并不支持高速移动下的无缝漫游.而
TD-SCDMA 移动通信系统具有支持快速漫游以及可提供全网覆盖的通话业务功
能.因此,可以结合 TD-SCDMA 与 WIMAX 的技术特点以及产业化进度,提出混
合组网的方案.TD-SCDMA 与 WIMAX 混合组网可以参考 WLAN 与 3G 混合组网
的方式,有松耦合与紧耦合两种方式.其目的是发挥两种技术的优势,提高投
资收益率,提升用户体验.
3G 技术发展将逐步引入IMS 技术,目前基于IMS 技术的一些业务已经得到
商用.3G ,WIMAX ,WLAN 以及PSTN 作为一种接入手段,通过IMS 来开展业务,
最终建立一个3G/Wi-Fi/WIMAX / 有线宽带接入等多种技术的融合,无缝覆盖,
协同工作的网络,最大程度的满足客户的需要.初期采用WIMAX 为3 G 网络进
行数据及多媒体业务的分流,大大减轻3 G 核心网络和接入网络的负载.最后
通过网络融合,终端融合,业务融合,为用户提供真正无缝切换的移动业务.
4.2 WIMAX实现IPTV接入
据调查,IPTV最后一公里的接入普遍使用的是DSL有线接入方式,受带宽和
稳定性等因素影响,IPTV在与普通电视的竞争中处于劣势,而且有线接入方式
建设的成本高,周期长,难度大.因此,如何解决IPTV的最后一公里接入问题
显得尤为重要.
WiMAX(WorldwideInteroper-abilityforMicrowave Access)是以
IEEE802.16系列协议为基础的宽带无线接入技术,已逐渐成为城域宽带无线技
术新的发展热点.它可以替代现有的DSL和有线连接方式,提供固定,移动形式
的无线宽带连接.由于其建设成本低,技术性能高,可靠性强,因此将是解决
IPTV最后一公里接入问题的较好技术.
IEEE802.16-2004标准主要面向固定终端,最大传输距离为7～10km,其通信
频带低于11GHz,采用可选通道方式,每个信道带宽在1.25～20MHz之间.当带
宽为20 MHz时,IEEE 802.16a的最高速率可达75 Mbit/s,一般为40 Mbit/s;
当带宽为10 MHz时,可提供20 Mbit/s的平均传输速率.
WiMAX网络支持丰富多彩的业务模式.不同速率的数据业务是网络的主要承
载目标.WiMAX支持不同的QoS级别,因此网络覆盖范围与业务类型紧密相关.
在IPTV的接入方面,由于IPTV需要高级别的QoS保证以及高速的数据传输速率,
所以根据小区内用户的数量以及需求,合理设置WiMAX网络.用户接入IPTV网络
的时候.不需要再次进行布线,只需加装WiMAX接收设备和IP机顶盒即可,因此
用户可以方便,快捷地使用IPTV业务.
IEEE802.16-2005(IEEE802.16e)标准主要面向移动终端,最大传输距离为
3～5km,其通信频带低于6GHz,上行链路的子通道频宽与802.16a相同.当频宽
为5MHz时,它可以提供15 Mbit/s的连接速率,当以120 km/h车载速度移动时,
保证至少1 Mbit/s传输速率.WiMAX是以牺牲数据传输速率来换取终端的移动速
度,所以用户在中低速运动时登录网络,15 Mbit/s的数据传输速率足以满足IPTV
的要求.通过IEEE802.16e标准可以实现用户在中低速移动状态下的无线接入要
求,用户可以通过接收WiMAX信号的车载电视,笔记本电脑,PDA,手机,便携
式电视在汽车,地铁,电梯等地方使用IPTV业务.
4.3 WIMAX 与 XDSL
在亚洲, 目前XDSL是WIMAX在最后一公里接入市场主要的竞争对手,因此,
通常也将 WIMAX 称为无线XDSL根据采用技术的不同, XDSL包括不对称数字用户
线(ADSL), 单线数字用户线(SDSL), 甚高速数字用户线(VDSL),和高数据率
数字用户线(HDSL)等, 用于家庭联网和消费者市场的主要是ADSL, 而VDSL可以
提供更高的传输速率.与 XDSL 相比, WIMAX 理论上可以覆盖更大的范围,提供
更大的数据传输速率, 具有更强的可扩展性.但 WIMAX 提供的是每个小区(扇
区) 所有用户共享的数据速率, 而 XDSL 提供的是每个用户独享的数据率. 因
此, 当用户数较多时,XDSL 的性能将优于 WIMAX. 同时,由于阴影衰落, 多
径传播,多谱勒频移等因素的影响,无线信道传播条件比有线信道恶劣,在人
口密度较高,固定电话线路比较普及的大中城市,XDSL仍将是最后一公里接入
市场的主要技术.但对于没有固定电话线路设施的新兴运营商, 则可以通过采
用WIMAX技术快速进入市场, 并通过逐步扩展网络节省投资. 另外, 对于人
口稀少, 地面线路基础设施薄弱的边远和农村地区,WIMAX 比XDSL 部署更加
灵活,成本更低, 是首选的宽带接入技术.
4.4 WIMAX+PON:让无线与有线接入的走向融合
有调研机构调查显示,在调查对象中,有60.6%认为在未来5年中主要出现
的情景将是无线和有线的融合(FMC),大多数用户将拥有 1 部多模电话机,并
通过最适合的网络(可以是固定网,也可以是无线网)来进行呼叫;25.7%认为主
要出现的情景将是移动替代,大多数电话使用移动手机或类似终端通过移动网
进行呼叫,而固网将主要用于宽带,娱乐和数据业务;还有13.8%认为情况将维
持不变,即固定电话走固网,移动电话走移动网.
在固网上,中国电信和网通现在都在加大光接入网络的建设,部分地区开始
建设FTTH网络,PON到了家里,用无线网络建设家庭网络,应该是非常好的选
择.局部地区暂时没有条件的话,WiMAX+PON,或者FTTB+WiMAX/WiFi,会有很
强的竞争力.
WiMAX+PON作为PON,xDSL,Cabel Modem 等有线接入技术的补充,可以为
线缆资源匮乏或偏远地区的地区提供"最后一千米"接入,提供随时随地的无线
接入服务,使用户可以自由灵活地享受高质量的无线宽带服务.
所以 WiMAX+PON 是帮助移动运营商,固网运营商和有线电视运营商提升竞
争力的绝佳技术手段.
WiMAX+PON,提供了一种低成本,高覆盖的接入网的完美解决方案.这种融
合方案在一个共享的框架中传输多业务,促进了宽带无线接入和宽带有线接入
的融合,将能得到运营商和服务提供商的大力支持和推动.
与传统的接入方式相比,WiMAX+PON接入结构拥有以下技术和运营优势:
(1) 把用户带宽增加从数Mbps到数十Mbps;
(2) 使接入距离达到数十千米,覆盖绝大部分城市和农村地区;
(3) 与目前FTTH网络兼容,降低建设成本;
(4) 同时支持固网和移动网的两种宽带接入服务;
(5) 从多点接入到边缘节点的集中式管理减轻无线频率资源的重编制,
同时还可以提高频谱利用率,增加系统容量,使接入无线,有线单元的动态带
宽分配更加方便;
(6) 有线路选和无线MAC接入优先之间的QoS映射可以保证VoIP或其他
敏感业务的服务质量.
当然,这种混合接入方式也有它不足之处,例如,其他无线系统的非许可传
输频带可能带来的干扰,恶劣天气可能带来的高频传输干扰,需要终端用户的
WiMAX接收器等.
但总的来说,WiMAX+PON 可以充分满足运营商在竞争激烈,业务发展变化
迅速,网络不断演进的大环境中快捷方便开展业务,提供廉价大带宽和多业务
支持能力的要求,有效解决大客户,集团用户,密集用户综合业务需求,如CBD
商务圈,高端小区改造,网吧,新建小区,基站传输等的无线+有线接入网络
的部署,实现真正的"大局所,广覆盖,高带宽".
结论
随着IEEE 802.16标准越来越规范化,WIMAX技术也越来越成熟,以及对于
通信领域引起了巨大的变化,无论是有线领域还是无线领域都影响深远.随着
我国2008年北京奥运会的来临,这正式WIMAX 技术在中国发展的大好时机,希
望各大运营商,各大芯片制造商,趁此机会快速发展,为中国带来 WIMAX 技术
发展的新天地.
参考文献
【1】张俊峰,WIMAX 技术进展与应用前景,通信管理与技术,2007.2,第1期
【2】WIMAX技术研究报告,2006.8.20
【3】李云洁,宽带无线接入领域的新兴技术,电信网络技术,2006年12期
【4】叶大革,接入网技术的分析与选择,电力系统通信172期,2007.2.10
【5】郝诗忠,数字通信世界,2006年11期
【6】李鉴增,《宽带网络技术》
【7】刘九生,WIMAX 技术发展探讨,电脑与电信,2007年04期
【8】张灿, WIMAX技术现状及未来发展趋势,通信与信息技术
作者简介:
姓名: 杨少华
单位: 中国传媒大学通信与信息系统专业研究生
详细通信地址:中国传媒大学147信箱7号楼227室
邮编: 100024
手机: 13426232375
·上一篇：WiMAX技术探讨及验证系列活动
·下一篇：Wimax创意大赛