全球微波互聯(lián)接入技術(shù)：ＷｉＭＡＸ

本刊編輯部

簡介

WiMAX全稱為Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX的另一個(gè)名字是802.16。WiMAX是一項(xiàng)新興的寬帶無線接入技術(shù),能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接,數(shù)據(jù)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)較高,采用了代表未來通信技術(shù)發(fā)展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進(jìn)技術(shù),隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,WiMAX將逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化,而3G則將實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化,兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度將會越來越高。

WiMAX(全球微波互聯(lián)接入)不僅在北美、歐洲迅猛發(fā)展,而且這股熱浪已經(jīng)推進(jìn)到亞洲。WiMAX又稱為802.16無線城域網(wǎng),是一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。因在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的高覆蓋范圍(可以覆蓋25～30英里的范圍),以及對3G可能構(gòu)成的威脅,使WiMAX在最近一段時(shí)間備受業(yè)界關(guān)注。 WiMAX是一項(xiàng)新興技術(shù),能夠在比Wi-Fi更廣闊的地域范圍內(nèi)提供“最后一公里”寬帶連接性,由此支持企業(yè)客戶享受T1類服務(wù)以及居民用戶擁有相當(dāng)于線纜/DSL的訪問能力。憑借其在任意地點(diǎn)的1～6英里覆蓋范圍(取決于多種因素),WiMAX將可以為高速數(shù)據(jù)應(yīng)用提供更出色的移動(dòng)性。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。

技術(shù)應(yīng)用

IEEE 802.16建議的WiMAX技術(shù)的應(yīng)用主要有以下4種:

(1)終端接入:在終端接入模式下,用戶終端設(shè)備直接通過作為SAP的WiMAX基站接入核心網(wǎng),這種應(yīng)用 用戶需要配備WiMAX無線網(wǎng)卡。

(2)小區(qū)回程:WiMAX也可以作為基站和BSC、BSC和MSC之間的通信連接手段。

(3)企業(yè)網(wǎng)互聯(lián):WiMAX也可以充當(dāng)將企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)等局域網(wǎng)接入到城域網(wǎng)的手段。

(4)無線網(wǎng)橋:WiMAX提供點(diǎn)到點(diǎn)無線鏈接,與網(wǎng)橋的作用相似,其目的是把地理位置分離的兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)通過WiMAX無線鏈路連接在一起。

技術(shù)特點(diǎn)

●鏈路層技術(shù)

TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)之一是對信道的傳輸質(zhì)量有較高的要求。無線寬帶接入技術(shù)面對日益增長的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),必須適應(yīng)TCP/IP協(xié)議對信道傳輸質(zhì)量的要求。在WiMax技術(shù)的應(yīng)用條件下(室外遠(yuǎn)距離),無線信道的衰落現(xiàn)象非常顯著,在質(zhì)量不穩(wěn)定的無線信道上運(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)對無線信道的衰落,這些措施都提高了WiMax的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?

●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可以提供三種等級的服務(wù):CBR(Con-stant Bit Rate,固定帶寬)、CIR(Com-mitted Rate,承諾帶寬)、BE(Best Effort,盡力而為)。CBR的優(yōu)先級最高,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、高速率及低延時(shí)為用戶提供服務(wù),保證用戶訂購的帶寬。CIR的優(yōu)先級次之,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)先級會降低,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,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)先級與速率的保證。在系統(tǒng)滿足其他用戶較高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的條件下,盡力為用戶提供傳輸帶寬。

●工作頻段

整體來說,802.16工作的頻段采用的是無需授權(quán)頻段,范圍在2GHz至66GHz之間,而802.16a則是一種采用2G至11GHz無需授權(quán)頻段的寬帶無線接入系統(tǒng),其頻道帶寬可根據(jù)需求在1.5M至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線技術(shù)更豐富,具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)對于已知的干擾,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)營商或用戶協(xié)調(diào)頻譜資源。

四大優(yōu)勢

WiMax之所以能掀起大風(fēng)大浪,顯然是有自身的許多優(yōu)勢。而各廠商也正是看到了WiMax的優(yōu)勢所可能引發(fā)的強(qiáng)大市場需求才對其抱有濃厚的興趣。

優(yōu)勢之一:實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離。WiMax所能實(shí)現(xiàn)的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所不能比擬的,網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍,只要少數(shù)基站建設(shè)就能實(shí)現(xiàn)全城覆蓋,這樣就使得無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍大大擴(kuò)展。

優(yōu)勢之二:提供更高速的寬帶接入。據(jù)悉,WiMax所能提供的最高接入速度是70M,這個(gè)速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網(wǎng)絡(luò)來說,這的確是一個(gè)驚人的進(jìn)步。

優(yōu)勢之三:提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù),它可以將Wi-Fi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng),也可作為DSL等有線接入方式的無線擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)最后一公里的寬帶接入。WiMax可為50公里線性區(qū)域內(nèi)提供服務(wù),用戶無需線纜即可與基站建立寬帶連接。

優(yōu)勢之四:提供多媒體通信服務(wù)。由于WiMax較之Wi-Fi具有更好的可擴(kuò)展性和安全性,從而能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務(wù)。

四大劣勢

第一,從標(biāo)準(zhǔn)來講WiMax技術(shù)現(xiàn)在是不能支持用戶在移動(dòng)過程中無縫切換。目前其速度只有50公里,而且如果高速移動(dòng),WiMAX達(dá)不到無縫切換的要求,跟目前3G的三個(gè)主流標(biāo)準(zhǔn)比,其性能相差是很遠(yuǎn)的。

第二,WiMAX嚴(yán)格意義講不是一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),只是一個(gè)無線城域網(wǎng)的技術(shù)。另外,我國政府也組織了相關(guān)專家對此做了充分分析與評估,得出的結(jié)論是類似的。

第三,從產(chǎn)業(yè)鏈來講,目前Wimax只有商用數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡而并沒有商用手機(jī),并且還存在終端一致性測試的問題。所以,WiMAX的產(chǎn)業(yè)鏈還需要經(jīng)過像TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模試驗(yàn)過程。

第四,WiMAX要到802.16m才成成為具有無縫切換功能的移動(dòng)通信系統(tǒng)。WiMAX陣營把解決這個(gè)問題的希望寄托于未來的16m標(biāo)準(zhǔn)上,而16m的進(jìn)展情況現(xiàn)在還存在不確定因素。

應(yīng)用前景

寬帶無線接入技術(shù)是各種有線接入技術(shù)強(qiáng)有力的競爭對手,在高速因特網(wǎng)接入、雙向數(shù)據(jù)通信、私有或公共電話系統(tǒng)、雙向多媒體服務(wù)和廣播視頻等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。相對于有線網(wǎng)絡(luò),寬帶無線接入技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢。

1. 無線網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)實(shí)際使用的需求階段性地進(jìn)行投資

WiMax的應(yīng)用主要可以分成兩個(gè)部分,一個(gè)是固定式無線接入,一個(gè)是移動(dòng)式無線接入。802.16d(IEEE802.16-2004)屬于固定無線接入標(biāo)準(zhǔn),而802.16e屬于移動(dòng)寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)。其主要的應(yīng)用范圍主要有:經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū),在這些地方的信息化建設(shè)是非常落后的。應(yīng)用低成本的WiMax技術(shù)則可以給那里架起一座信息高速公路,對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展會有很大的促進(jìn)作用。

2. 應(yīng)用WiMax技術(shù)可以迅速部署完成一個(gè)高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

例如2008年奧運(yùn)會期間可以在奧運(yùn)場館構(gòu)建WiMax網(wǎng)絡(luò)。

3. 可以使用WiMax技術(shù)在大學(xué)校園內(nèi)部署高速無線網(wǎng)絡(luò)

使用WiFi技術(shù)的校園無線網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)十分普遍,但是WiMax要比WiFi先進(jìn)很多,WiMax使用很少的基站即可達(dá)到整個(gè)校園的無線信號無縫連接。 同目前正在廣泛使用的無線網(wǎng)絡(luò)相比,WiMax技術(shù)有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢。WiFi技術(shù)可以提供高達(dá)54Mbps的無線接入速度,但是它的傳輸距離十分有限,僅限于半徑約為100米的范圍。移動(dòng)電話系統(tǒng)可以提供非常廣闊的傳輸范圍,但是它的接入速度卻十分緩慢。WiMax的出現(xiàn)剛好彌補(bǔ)了這兩個(gè)不足。因此在不久的將來WiFi(無線局域網(wǎng)),WiMax(無線城域網(wǎng)),3G(無線廣域網(wǎng))三者的結(jié)合將會為我們創(chuàng)造出一個(gè)完美的無線網(wǎng)絡(luò)。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展,集成了這三種技術(shù)的移動(dòng)終端將為我們隨時(shí)隨地提供高速無線連接,借用一句廣告語:“未來是無線的”。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)

每一種新技術(shù)的出現(xiàn)都是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的,WiMAX技術(shù)也一樣存在著機(jī)遇和挑戰(zhàn)。WiMAX技術(shù)的應(yīng)用方式從全球來講均有其對應(yīng)的市場空間,無論是已經(jīng)形成較為完整網(wǎng)絡(luò)的老牌運(yùn)營商,還是剛進(jìn)入移動(dòng)通信市場的新興運(yùn)營商,都對WiMAX技術(shù)有較大的興趣。移動(dòng)WiMAX技術(shù)在諸如雙工方式、智能天線技術(shù)等許多技術(shù)層面與我國的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)有不少相似之處。相對于其它兩種主流3G標(biāo)準(zhǔn)來講,移動(dòng)WiMAX技術(shù)與我國TD-SCDMA技術(shù)的結(jié)合是最佳“結(jié)合點(diǎn)”,我國的TD-SCDMA的發(fā)展也將為其提供發(fā)展的契機(jī)。

相對于其它無線通信產(chǎn)品的互通性測試所需時(shí)間往往高于最初的期望,WiMAX技術(shù)的發(fā)展過程中十分注重產(chǎn)品的兼容性和互通性測試,這樣使企業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)明顯的降低,有利于吸引更多的企業(yè)投資WiMAX技術(shù)的研發(fā)工作。WiMAX技術(shù)已經(jīng)得到許多大型通信企業(yè)的關(guān)注,通過共同參與標(biāo)準(zhǔn)的制定,有更多的企業(yè)進(jìn)入了這個(gè)市場。同時(shí),有更多的企業(yè)參與競爭最終將使產(chǎn)品更為廉價(jià)。

當(dāng)然,WiMAX技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)也不少。主要有以下幾點(diǎn):

首先,在WiMAX標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布至商用化產(chǎn)品投向市場這段時(shí)間,正處于中國3G牌照發(fā)放的敏感時(shí)期,國家政策對WiMAX技術(shù)發(fā)展的影響是決定性的。

其次,根據(jù)無線電波的傳播模型,在700/800MHz頻率上的有效小區(qū)半徑是1.9GHz頻率上的約兩倍。同理,2.5～3.5GHz的有效小區(qū)半徑是700/800MHz的1/8～1/4,也就是使用3.5G頻率的WiMAX系統(tǒng)在以覆蓋為目的的初期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,所需基站數(shù)量要遠(yuǎn)多于GSM系統(tǒng)。這對于運(yùn)營商初期的設(shè)備和基站土建投資是一個(gè)考驗(yàn)。

第三,業(yè)界認(rèn)為移動(dòng)WiMAX技術(shù)不可能完全取代3G,3G的建設(shè)不會因?yàn)閃iMAX技術(shù)的出現(xiàn)而停止。能否與3G做到良好的互補(bǔ),能否找到真正可行的運(yùn)營模式都直接影響著移動(dòng)WiMAX技術(shù)能否良好發(fā)展。

第四,能否擁有統(tǒng)一的頻段也是影響移動(dòng)WiMAX技術(shù)能否良好發(fā)展的一個(gè)重要因素。