光明未来:WiMAX技术应用前景分析

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【摘要】WiMAX技术具有传输距离远、传输速率高、容量大、信道宽度灵活、安全性高等特点。随着该技术被ITU批准为第三代移动通信技术的最新标准，“无线城域网”的概念已经进入了“滨海新区信息化发展合作协议”。作者首先对IEEE802.16标准的内部结构进行介绍，又对利用该技术的组网方式进行了分析，最后得出WiMAX技术的应用在我国信息化的过程中具有良好的发展前景。

【关键词】WiMAX；IEEE802.16；经济性；无线城域网

一、WiMAX技术简介

伴随通信技术和计算机技术的飞速发展，人们对宽带网络接入的要求逐渐由固定接入向移动接入过渡。因此，未来的网络必将具备以下特点：IP化、宽带化、成本更经济、网络更便于管理，并且多种技术通过统一的核心网相互融合，可以实现业务间的无缝切换。wimax就是在电信网络融合的大趋势下发展起来的城域网无线接入技术。

WiMAX是采用无线方式代替有线实现“最后一公里”的宽带接入技术。它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，其技术优势可以概括如下：传输距离远且接入速度快；系统容量大；提供广泛的多媒体通信服务；此外，在安全保证、互操作性和应用范围等方面，WiMAX也具有相当大的优势。允许它们绕过铜缆或电缆设施，采用更灵活、更便宜的无线连接，扩展其接入网络。WiMAX 是一种基于IEEE 802.16标准、NLOS（非视距）、点对多点的技术，专门为宽带无线接入和回程而开发，数据吞吐率可高达70Mbps，传输距离可达50公里。

二、WiMAX的作用和发展中需要注意的问题

（一）WiMAX的作用突出表现在以下六个方面：

1．可较好满足一系列现实市场驱动需求，如信号强度/价格比折衷、增强比特速率与覆盖，在固定、游牧基础上增加移动能力至50km/小时~120km/小时或更高，以适应热点区域用户的组合移动需求。

2．跟紧NGN及IMS-FMC等概念，利用基于IP模式的多业务能力优势，以规模量产及价廉物美方式推进VoIP、数据及视频多媒体业务发展。

3．强有力地加速推进标准化工作、开放标准与接口，注重基础及应用芯片规模量产与认证测试，有助确保价位有吸引力及多厂商环境下的互联互通与互操作性。

4．以移动性、提速、价位为吸引力主体，给3G的演进发展以压力与竞争动力，加速其标准化及演进步伐，有利于用户及市场发展。

5．紧密联手Wi-Fi工作，快速有效推进Mesh网、P2P技术及热点/热区的VoIP、V2oIP及视频业务需求。

6．市场定位不仅支持公网，包括区域普遍服务，对专网WMAN应用亦很有吸引力，包括城市信息化与应急联动通信在内。可充分发挥其适当移动性、信/价比及组合VoIP、数据、流媒体与视频业务应用能力。

（二）WiMAX发展存在的几大问题主要体现在：

1．频率规划支持问题。必须努力促进全球/区域与国家的频率规划支持。

2．及时提供价位有吸引力、实用有效的芯片规模量产。

3．重要运营商的支持问题，必须通过实用芯片规模量产及合理的市场定位吸引全球重要运营商的支持。

4．IEEE系列标准的有效协调与避免不合理、甚至有害的重复与竞争问题。

5．WiMAX网络价位有效、性能有吸引力的网络规划与网络装备优化问题。

6．公网与专网关系的规则政策妥善处理问题，这直接影响WiMAX的专网应用与扩展。

三、IEEE802.16技术标准组网特点

IEEE 802.16技术是宽带无线接入技术，通过接入核心网向用户提供业务，核心网通常采用基于IP协议的网络。IEEE 802.16d标准的MAC层提供了两种与组网相关的工作模式。一种是PMP，整个小区由一个BS角色管理，所有的SS的通信都需要BS的调度。另一种是Mesh，网格组网方式要比PMP方式复杂。

作为IEEE 802.16的主要的组网方式，IEEE 802.16协议对TDD模式下的PMP进行了多方面的优化设计，包括媒体访问机制、帧结构的设计，连接、服务流等MAC核心概念的设计，入网初始化，ARQ与QoS的设计，资源分配策略的设计等方面。

1．媒体访问机制

IEEE 802.16采取的方式就是将时间资源进行单位分割，通过时间区分上行和下行。同时，每个物理帧的长度固定，由上行和下行两部分组成，上行和下行的切换点可以自适应调整。在TDD模式下，每个物理帧的长度是由n个物理时隙组成。下行是广播的，上行是SS发向BS的。下行在先，上行在后。通过这样统一的设计，杜绝了上行方向上的竞争，资源的调度和分配可以在BS上集中控制。IEEE 802.16通过在每个帧的下行子帧之前添加用于管理的下行链路帧前缀(DLFP)，在该部分中指示了每个SS的下行数据位置和上行发送时刻。DLFP相当于专用一个信道，用于传输管理信息和指示信息。IEEE 802.16特别设计了DLMAP和ULMAP，DLMAP和ULMAP都可以跨帧，使得信道可以灵活地应用于全部上行或下行链路。

2．IEEE 802.16的帧结构设计

为了灵活应用时间资源，IEEE 802.16对帧结构进行了特殊的设计。

在每一帧的头部，一个OFDM符号长度的FCH以固定的调制编码方式，向所有的SS广播紧跟其后的第一个下行突发中包括DLMAP、ULMAP、DCD、UCD的信息。上行以物理层协议数据单元(PPDU)为单位来划分，保证每个SS的数据不会交错。通过该映射关系，而在该SS不接收或不发送的时间段内，SS就可以进行功率节省。

3．MAC的核心概念

IEEE 802.16从设计之初就考虑了QoS，所以在协议中，引入了很多与QoS相关的概念，这些核心概念以及与这些概念相关的操作也体现了PMP模式应用下的特点。

（1）连接

连接(Connection)是IEEE 802.16的核心概念，是MAC层管理和调度的基本单位。MSDU在CS内，首先进行的操作就是进行分类，映射到不同的连接上。而后，数据的操作和调度都是以连接为载体和基础的。BS管理着整个小区内的所有连接，连接的最大限制是64K个。针对不同的SS的连接可以由BS发起建立，也可以由SS发起建立。独立的管理连接可以保证MAC管理功能的迅速和有效实施，提高网络的稳定性，不会造成因为业务量的增加而影响无线网络的维护和管理。

（2）服务与服务流

服务流(Service Flow)是IEEE 802.16的另一个概念，这个概念的引入是为了实现不同业务的不同的QoS。一个服务流以一组QoS参数集为基本特征。连接上承载的就是服务流。连接只是MAC内部工作使用的概念，与上层业务相关的时候，就要用到服务和服务流。服务流是和连接相映射的。MAC本身提供了与服务和服务流相关的管理信令，用于创建、更改、添加、删除服务。IEEE 802.16一共提供了4类服务：UGS、rtPs、nrtPs、BE。IEEE 802.16的许多管理都是基于这4种服务展开的，如带宽分配和请求就依据不同的服务提供灵活的MAC管理帧。

4．入网与初始化

在TDD模式下为了有效利用时间资源，BS必须对SS的媒介访问时机进行统一的调度。为了允许SS随机加入，BS在上行开始之初提供了一个竞争周期，在该周期内，所有没有入网的SS可以发起入网过程。SS入网过程可以分为以下步骤：扫描下行信道，获取DCD、DLMAP、ULMAP，并与BS建立同步；获取上行链路参数就是SS可以正确解出UCD，以获取发送参数；初始校准(测距)；在完成了初始校准后，BS和SS相继进行基本能力协商、认证与密钥交换、注册、建立IP连接、向SS传送配置参数等过程。

5．资源分配策略

与资源分配策略相关的处理过程包括ARQ和QoS。IEEE 802.16的资源分配策略是和连接相关联的。而连接的定义体现了不同的QoS参数，在MSDU进入CS后，首先进行的操作就是对MSDU进行分类，而分类的原则就是服务流的QoS参数。

通过对WiMAX技术特点的分析，可以看到WiMAX的应用场景非常的广泛，概括来说WiMAX技术的主要应用是基于IP数据的综合业务宽带无线接入，具体工作模式有点对多点宽带无线接入、点对点宽带无线接入、蜂窝状组网方式等，对于不同的应用场合，能够灵活、快速地进行部署。

四、WiMAX技术在应用模式上具有多样性

1．按需宽带：802.16a无线技术使服务提供商在几天之内便可完成网络部署，并以可与有线解决方案相媲美的速率来供应服务，从而节省大量成本。它还可支持针对临时活动（例如展会）的即时可配置“按需”高速连接。

2．蜂窝回程：802.16技术稳定的带宽使其成为点到点配置中蜂窝基站回程流量传输的理想选择。

3．社区宽带：填补Cable和DSL覆盖空白。实际存在的限制使Cable和DSL技术不能到达许多潜在的宽带用户，这一状况将随基于802.16标准的标准化系统的问世得以改变。

4．欠发达地区：基于IEEE 802.16标准的无线互联网技术可以成为欠发达农村地区与人口密度较低的边远地区的自然选择。

5．最佳连接无线服务：IEEE 802.16e基于802.16a的扩展，引进了游牧（nomadic）能力，使用户在离家漫游时仍能保持全时连接。

鉴于WiMXA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，成本是可想而知的，而且维护难度不小，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。所以WiMAX可以很好地满足边远地区网络架设的需要。加之价格低廉（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，等到量产之后价格就会降下来了），新建网络快速，这也与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毫无疑问会受到各大网络运营商的青睐。

参考文献

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