论文部分内容阅读
摘 要：概述了Wimax技术及其研究情况。在介绍了Wimax技术特性的基础上，着重介绍了Wimax论坛给Wimax定义的5种发展阶段及其应用场景，最后提出了Wimax技术在接入网中可行的应用场景。
关键词：Wimax，无线接入；最后一公里；应用
一、WiMAX概述
WiMAX是一项基于IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网技术（BroadbandWirelessAccessMetropolitanAreaNetwork），），该标准仅仅制订了物理层（PHY）和媒质接入层（MAC）的规范，是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。
该技术以IEEE802.16的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升802.11使用率有功的Wi-Fi联盟，WiMAX也成立了论坛，将提高大众对宽频潜力的认识，并力促供应商解决设备兼容问题，借此加速WiMAX技术的使用率，让WiMAX技术成为业界使用IEEE802.16系列宽频无线设备的标准。
WiMAX将分三个阶段进行部署。第一阶段是通过室内天线来部署采用IEEE802.16d规范的WiMAX技术，目标用户是固定地点的已知订户。第二阶段会大量部署室内天线，将WiMAX技术的吸引力拓宽到寻求简化用户点安装的运营商身上。第三阶段将推出IEEE802.16e规范，在此规范中WiMAX认证硬件将应用于便携式解决方案，面向那些希望在服务区内漫游的用户，支持类似于当今Wi-Fi能力，但更加持久稳固的连接性。
二、WiMAX技术特点
（1）应用频段宽
802.16技术可以应用的频段非常宽，包括10～66GHz频段、＜11GHz许可频段和＜11GHz免许可频段。
（2）输速率更高
WiMAX所能提供的最高接入速度是75Mbps，目前实际应用时每3.5MHz载波可传输净速率为18Mbps，频率利用系数高。
（3）调制方式灵活
在802.16标准中，定义了三种物理层实现方式：单载波、OFDM、OFDMA。其中，单载波（SC）调制主要应用在10-66GHz频段，OFDM和OFDMA是802.16中最典型的物理层方式。OFDM、OFDMA方式具有较高的频谱利用率，它可以使得802.16系统在同样的载波带宽下可以提供更高的传输速率。同时，OFDM/OFDMA方式在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上也具有明显的优势，已经成为Beyond3G的主要研究技术之一。
（4）QoS机制完善
在802.16标准中，在MAC层定义了较为完整的QoS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，标准还定义了四种不同的上行带宽调度模式，分别为非请求的带宽分配业务（UGS.UnsolicitedGrantService）、实时轮询业务（rtPS.RealTimePollingService）、非实时轮询业务（nrtPS.NonRealTimePollingService）、尽力而为业务（BE.Besteffort）
（5）标准化，成本低
由于使用同一技术标准，不同厂商设备可在同一系统中工作，增加了运营商选择设备时的自主权，降低了成本。
（6）部署灵活，配置伸缩性强，可平滑升级
根据业务需求区域灵活部署基站，网络建设初期，可选用最小配置，根据业务增长，逐步增加设备。
（7）无“最后一公里”瓶颈限制
作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。
三、WiMAX技术发展阶段
基于以上特点。WiMAX论坛给出了WiMAX技术的5种应用场景定义，即固定、游牧、便携、简单移动和全移动。
（1）固定接入业务阶段：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）游牧式业务阶段：游牧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。在游牧式及其以后的应用场景中均支持漫游，并应具备终端电源管理功能。
（3）便携式业务阶段：在这一阶段，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。便携式业务在游牧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游牧式业务相同。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）简单移动业务阶段：在这一阶段，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60km/h～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内，在最差的情况下，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。
（5）全移动业务阶段：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。
四、WiMAX技术应用场景
（1）集团客户接入
集团客户接入主要实现基于IP和电路业务的综合接入。尤其对于新兴运营商或移动运营商来说，可利用宽带无线设备迅速开展业务，抓住重要客户，弥补其固网资源的不足。
（2）家庭宽带接入
由于WiMAX设备成本呈现逐渐下滑的趋势，且用户峰值接入速率较高，安装方便，同时具有一定的便携能力，因此运营商可利用WiMAX技术，在客户端采用室内型CPE，快速进入个人宽带接入市场，提供宽带数据业务。
（3）话吧
可采用WiMAX客户端＋IAD的接入方式，能给同时满足客户的VoIP语音和数据上网的需求，根据IAD(综合接入设备)的具体配置，可以实现4～24等多种规格的POTS接口以及1～2路10M/100M以太网接口。
（4）网吧
对于不强调业务质量的纯上网业务或临时应用的上网业务的网吧，可采用WiMAX客户端＋HUB的接入方式，能够满足客户单纯的数据上网需求，但是由于HUB属于物理层的设备，不支持VLAN划分和基于端口的业务优先级保障，为了给客户提供更好的体验效果及今后业务发展的需要，建议在基站侧进行IP地址的分配。
（5）村通工程
采用蜂窝回程，在部署一个较大区域的无线接入网络时，可以利用WiMAX基站之间的无线链接，延伸网络覆盖范围。利用WiMAX每比特成本低的特点，为手持终端用户提供经济、方便的移动宽带无线服务。因此WIMAX技术是欠发达农村地区与人口密度较低的边远地区的自然选择。
五、结束语
目前，WiMAX已经在国外得到大量运用，在国内也开始部署商用试验，但仍存在很多因素制约着WiMAX技术的发展。WiMAX面临的首要挑战依然是其建设成本和设备价格。目前MMDS多点多信道分布式系统，包括WiMAX天线部署在内的每个用户成本高达3000美元左右，这不仅使运营商难以获得足够的投资回报，也会使用户望而生畏、退避三舍，更何况对中国3.5GHz频段这一资源很有限的MMDS宽带无线接入系统，经过几轮方案更新及技术创新后，各类设备已具备相当优良的性价比，WiMAX如果按上述类似的价位参与竞争将面临严峻的挑战。此外，WiMAX与Wi-Fi、3G在相当长时间内将会互补共存，并在重叠区有一定程度的彼此竞争，对此，保持这些系统应用之间的有效互联互通及增强其自身竞争力亦是WiMAX面临的重要任务。
关键词：Wimax，无线接入；最后一公里；应用
一、WiMAX概述
WiMAX是一项基于IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网技术（BroadbandWirelessAccessMetropolitanAreaNetwork），），该标准仅仅制订了物理层（PHY）和媒质接入层（MAC）的规范，是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。
该技术以IEEE802.16的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升802.11使用率有功的Wi-Fi联盟，WiMAX也成立了论坛，将提高大众对宽频潜力的认识，并力促供应商解决设备兼容问题，借此加速WiMAX技术的使用率，让WiMAX技术成为业界使用IEEE802.16系列宽频无线设备的标准。
WiMAX将分三个阶段进行部署。第一阶段是通过室内天线来部署采用IEEE802.16d规范的WiMAX技术，目标用户是固定地点的已知订户。第二阶段会大量部署室内天线，将WiMAX技术的吸引力拓宽到寻求简化用户点安装的运营商身上。第三阶段将推出IEEE802.16e规范，在此规范中WiMAX认证硬件将应用于便携式解决方案，面向那些希望在服务区内漫游的用户，支持类似于当今Wi-Fi能力，但更加持久稳固的连接性。
二、WiMAX技术特点
（1）应用频段宽
802.16技术可以应用的频段非常宽，包括10～66GHz频段、＜11GHz许可频段和＜11GHz免许可频段。
（2）输速率更高
WiMAX所能提供的最高接入速度是75Mbps，目前实际应用时每3.5MHz载波可传输净速率为18Mbps，频率利用系数高。
（3）调制方式灵活
在802.16标准中，定义了三种物理层实现方式：单载波、OFDM、OFDMA。其中，单载波（SC）调制主要应用在10-66GHz频段，OFDM和OFDMA是802.16中最典型的物理层方式。OFDM、OFDMA方式具有较高的频谱利用率，它可以使得802.16系统在同样的载波带宽下可以提供更高的传输速率。同时，OFDM/OFDMA方式在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上也具有明显的优势，已经成为Beyond3G的主要研究技术之一。
（4）QoS机制完善
在802.16标准中，在MAC层定义了较为完整的QoS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，标准还定义了四种不同的上行带宽调度模式，分别为非请求的带宽分配业务（UGS.UnsolicitedGrantService）、实时轮询业务（rtPS.RealTimePollingService）、非实时轮询业务（nrtPS.NonRealTimePollingService）、尽力而为业务（BE.Besteffort）
（5）标准化，成本低
由于使用同一技术标准，不同厂商设备可在同一系统中工作，增加了运营商选择设备时的自主权，降低了成本。
（6）部署灵活，配置伸缩性强，可平滑升级
根据业务需求区域灵活部署基站，网络建设初期，可选用最小配置，根据业务增长，逐步增加设备。
（7）无“最后一公里”瓶颈限制
作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。
三、WiMAX技术发展阶段
基于以上特点。WiMAX论坛给出了WiMAX技术的5种应用场景定义，即固定、游牧、便携、简单移动和全移动。
（1）固定接入业务阶段：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）游牧式业务阶段：游牧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。在游牧式及其以后的应用场景中均支持漫游，并应具备终端电源管理功能。
（3）便携式业务阶段：在这一阶段，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。便携式业务在游牧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游牧式业务相同。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）简单移动业务阶段：在这一阶段，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60km/h～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内，在最差的情况下，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。
（5）全移动业务阶段：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。
四、WiMAX技术应用场景
（1）集团客户接入
集团客户接入主要实现基于IP和电路业务的综合接入。尤其对于新兴运营商或移动运营商来说，可利用宽带无线设备迅速开展业务，抓住重要客户，弥补其固网资源的不足。
（2）家庭宽带接入
由于WiMAX设备成本呈现逐渐下滑的趋势，且用户峰值接入速率较高，安装方便，同时具有一定的便携能力，因此运营商可利用WiMAX技术，在客户端采用室内型CPE，快速进入个人宽带接入市场，提供宽带数据业务。
（3）话吧
可采用WiMAX客户端＋IAD的接入方式，能给同时满足客户的VoIP语音和数据上网的需求，根据IAD(综合接入设备)的具体配置，可以实现4～24等多种规格的POTS接口以及1～2路10M/100M以太网接口。
（4）网吧
对于不强调业务质量的纯上网业务或临时应用的上网业务的网吧，可采用WiMAX客户端＋HUB的接入方式，能够满足客户单纯的数据上网需求，但是由于HUB属于物理层的设备，不支持VLAN划分和基于端口的业务优先级保障，为了给客户提供更好的体验效果及今后业务发展的需要，建议在基站侧进行IP地址的分配。
（5）村通工程
采用蜂窝回程，在部署一个较大区域的无线接入网络时，可以利用WiMAX基站之间的无线链接，延伸网络覆盖范围。利用WiMAX每比特成本低的特点，为手持终端用户提供经济、方便的移动宽带无线服务。因此WIMAX技术是欠发达农村地区与人口密度较低的边远地区的自然选择。
五、结束语
目前，WiMAX已经在国外得到大量运用，在国内也开始部署商用试验，但仍存在很多因素制约着WiMAX技术的发展。WiMAX面临的首要挑战依然是其建设成本和设备价格。目前MMDS多点多信道分布式系统，包括WiMAX天线部署在内的每个用户成本高达3000美元左右，这不仅使运营商难以获得足够的投资回报，也会使用户望而生畏、退避三舍，更何况对中国3.5GHz频段这一资源很有限的MMDS宽带无线接入系统，经过几轮方案更新及技术创新后，各类设备已具备相当优良的性价比，WiMAX如果按上述类似的价位参与竞争将面临严峻的挑战。此外，WiMAX与Wi-Fi、3G在相当长时间内将会互补共存，并在重叠区有一定程度的彼此竞争，对此，保持这些系统应用之间的有效互联互通及增强其自身竞争力亦是WiMAX面临的重要任务。