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1引言
随着现代通信网络技术的发展和电信业务的日益丰富，用户宽带接入技术受到了越来越多的关注。一方面，传统的固定宽带接入用户越来越不满足于固定宽带业务，希望宽带服务能延伸到移动环境。另一方面，传统的移动用户也不满足于简单的语音、短信等低速服务，而希望能享受到宽带服务。宽带移动化和移动宽带化使得宽带服务和移动服务逐渐融合。在众多的移动宽带技术中，WiMAX由于其性能上的优点得到了普遍的关注，被誉为是“超级连接世界的真正无线宽带”[1]。
WiMAX（World Interoperability for Microwave Access，微波接入全球互通）是一种基于IEEE 802.16-2004标准的宽带无线技术，最初该技术仅定位于固定的宽带无线接入。基于802.16e的第二代WiMAX是支持移动特性的标准，是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术，其基本目标是提供一种在城域网环境下可有效地互通的宽带无线接入方案。
2WiMAX的主要技术
由Shannon公式，信道的极限信息传输速率C（bps）=W·log2（1+S/N），即实际带宽是最大数据传输速率与带宽利用率的乘积。提高实际带宽可以有三种方法：第一是增加带宽的利用率。相对于当前广泛使用的 CDMA技术，WiMAX使用的是OFDM技术，可以有效的提高信道利用率。第二是提高频率。第三是增加信噪比，由于信噪比进行了取对数运算，增加信噪比可谓事倍功半。
可见，提高频率是增加带宽最直接有效的办法。在WiMAX技术中，802.16d标准使用在无线城域网，采用低于11G的工作频段，数据传输速率达到75Mbit/s，而802.16e标准，使用在移动无线局域网，工作频段为采用2～6GHz，数据传输速率达到30Mbit/s。再结合移动蜂窝技术，WiMAX技术的主要思路就比较清楚了，它使用高频段和高发射功率，从而获得比传统移动电话更高的带宽，比WLAN技术更大的覆盖范围。具体的，WiMAX使用了下面所述的几种主要技术。
2.1OFDM/OFDMA
WiMAX引进了正交频分复用（OFDM）和正交频分复用多址(OFDMA)技术。OFDM的基本思想是把信道分成若干正交子信道，将高速数据流转换成并行的低速子数据流，分配到每个子信道上进行传输。
在（OFDM/OFDMA）中，频谱被分成许多的子载波，子载波采用QPSK或QAM调制。通过采用多输入多输出（MIMO）技术，每个天线发射不同的数据，以增强信号通道吞吐量，能够为用户提供4Mbit/s～70Mbit/s的数据速率。
2.2HARQ技术
混合自动请求重传（HARQ）是在自动请求重传（ARQ）系统中混入和前向纠错编码（FEC）子系统。ARQ具有简单、可靠性高的优点，但它的效率低、时延大。FEC则有效性较高，但可靠性比ARQ低，而且复杂度也较高。HARQ技术综合ARQ和FEC的优点，可以自适应地基于信道条件提供精确的编码速率调节，并补偿由于采用链路适配所带来的误码，以提高系统性能。发送端发送的编码不仅能检错，还具有一定的纠错能力，这在一定程度上避免了FEC要求复杂的译码设备和ARQ信息连续性差的缺点，误码率较低。
2.3AMC技术
自适应调制编码（AMC）技术中的自适应是指当信道状态发生变化时，发射端的发射功率保持不变，调制和编码方式随信道状态变化而自适应的改变，由此能在不同的信道状态下获得最大的吞吐量。在现代移动通信中，系统拥有多种物理层（PHY）可供选择，自适应调制编码就是根据信道的不同条件选择适当的PHY传输模式以达到最大的吞吐量。
WiMAX中的AMC技术必须根据WiMAX的技术特征来实现AMC功能。WiMAX物理层采用了OFDM技术，时延扩展、多普勒频移、PAPR值、小区的干扰等信道因素对于OFDM解调性能有重要的影响，这种影响在AMC算法中必须被考虑，以调整系统编码调制方式，达到系统瞬时最优性能。
2.4MAC层技术
WiMax基站通过灵活的帧结构提前安排好了用户的传输过程，从而能够为大量的用户提供接入服务。用户在首次连接到信道之前，需要做一次先后接入顺序的处理。IEEE802.16标准中MAC层是为了实现无线宽带接入而开发的，为了满足无线宽带更高的速率要求和更多样性的服务质量（QoS）要求。802.16标准的MAC层通过上行链路和下行链路的自适应分配，为用户提供了QoS服务。MAC层定义了较为完整的QoS机制。在每一个信道中，允许不同的用户共享每个终端，用户可以根据自己的带宽和延迟情况调整QoS服务。802.16标准的MAC层的协议将是兼容性很强和高效的一种协议，在中远距离高速率传输的无线宽带竞争中占有技术的优势。
在WiMax标准中，针对不同的连接，MAC层可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。WiMax系统所定义的4种调度类型只针对上行的业务流。对于下行的业务流，根据业务流的应用类型只有QoS参数的限制（即不同的应用类型有不同的QoS参数限制）而没有调度类型的约束。WiMAX系统定义了业务流的服务质量参数集，提供面向链接的QoS保障。WiMAX支持固定速率、实时可变比特率（VBR）、非实时可变比特率、尽力而为四种业务类型，这种差异化服务可以很好提供QoS服务。
2.5快速蜂窝选择FCS
使用FCS，确定“最好的”蜂窝不仅要考虑无线信号传播的条件，还要考虑Activeset中小区的功率和码字空间的资源。有很多小区基站处于activeset，但只有最适合的基站允许发送，这样可以降低相互干扰，提高系统容量。在较远的边缘处，每条子信道的质量都比较低，使用FCS策略可以选择一个服务小区，使得链路的质量相对稳定。
2.6安全性
为增强无线传输系统安全性，IEEE 802.16在MAC层中定义了一个保密子层来提供安全保障。保密子层主要包括两个协议：数据加密封装协议和密钥管理协议（PKM）。
3WiMAX的性能特点
做为宽带无线接入的选择方案，WiMax有自己的技术优势：
3.1远距离传输
WiMax的无线信号传输距离最远可达50公里，是无线局域网所不能比拟的，其网络覆盖面积是3G（3rd Generation）基站的10倍，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。
3.2高速宽带接入
WiMax所能提供的最高接入速度是70M，是3G所能提供的宽带速度的30倍。WiMax采用与无线局域网标准802.11a和11g相同的OFDM调制方式，因为WiMax可通过室外固定天线稳定地收发无线电波，所以承载的比特数高于11a和11g。WiMax可实现74.81M的最大传输速度。
3.3无“最后一公里”瓶颈限制
最后一公里的接入一直是制约通信网络发展的瓶颈，随着无线通信技术的发展，宽带无线接入逐渐成为用户新的选择。WiMAX具有频谱高效、覆盖面大、吞吐量高等特点，可以将Wi-Fi热点连接到互联网，解决用户的高速无线接入问题，可以作为有线接入网络的无线扩展技术，实现最后一公里的宽带接入。
3.4多媒体通信服务
WiMax比Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。高带宽可以将IP网的缺点大大降低，从而大幅度提高VoIP、视频点播、网络电视的QoS。
目前，这类应用在国外已经进行了试验检测。为各类车辆内的乘客提供高速移动状态下的多媒体服务、定位服务。如在城铁、地铁、公交车、火车上为乘客提供高速网络互动、到站提示、车辆定位、实时影视、广告等各类服务。
4WiMAX应用推广及其关键问题
WiMAX论坛下的CPWG（Contribution to Service Provider Working Group）工作组在2004年12月的WiMAX网络规范要求中把WiMAX网络所支持的应用分为三类，分别是：普通IP应用，高级IP应用和非IP应用。
在普通IP应用中支持非实时IP应用，比如FTP，e-mail，Web浏览，远程访问VPN等。普通服务的特点是尽力而为服务，即对这些服务没有确定的QoS保证。
在高级IP应用支持所有准实时应用，比如音频/视频（A/V）流，VoIP，多媒体IP会议，IMS（IP多媒体子系统）应用，定位和在场触发IP应用等。可管理的IP服务提供特定的SLA (ServiceLevelAgreements)，包括QoS。并支持不同的计费策略。
在非IP服务兼容支持目前已有的短消息服务（Short Message Service，SMS）和多媒体信息服务（Multi-media Message Service，MMS）。
WiMAX是继3G和WLAN（Wireless Local Area Network）之后又一项被业界寄予高度厚望的技术。作为一种面向最后一公里接入领域的无线LAN技术，WiMAX可以在多个宽带相关领域得到广泛应用。在不便于部署传统有线宽带接入技术的区域，WiMAX将作为有效的宽带接入选择。
5无线宽带技术从竞争到融合
WiMAX应用的推广最关键的障碍不是在技术上，而是在于没有分配确定的全球统一的频谱。世界各国各地区的无线电管治政策和频谱分配状况差异很大，各自的标准都有很大区别，要在全球范围内统一WiMAX频谱是比较困难的。在几乎寸土寸金的无线频段中，WiMAX技术想获得一个适当频段，将会付出一些代价。如果频谱不统一的状况没有得到解决，WiMAX设备制造商就必须为不同国家和地区制造不同频谱的设备，而且WiMAX将无法实现全球漫游。
WiMAX网络覆盖面积是3G的10倍，传输速率可达3G的30倍，具有一定的技术优势，但这种优势并不是绝对压倒性的。这种优势还不足以推动WiMAX去全面替代其它无线宽带技术。另外，从技术自身角度来看，WiMAX还不具备公众移动通信网络的广域漫游、安全特性、终端便携等移动特性。其竞争对手如3G、WLAN、Wi-Fi技术也将会在应用中发展提高，不断地挑战WiMAX的技术优势。
当前，各种无线宽带技术都不足以在市场上获得绝对的垄断地位，但不同的技术互相融合已成为大势所趋，从竞争走向融合也是现代无线通信技术发展的必由之路。
6结束语
市场需要真正的无线宽带服务。而现有应用的大多数技术还不能向用户提供真正的无线宽带体验的服务，一场大规模的技术演变和变革就势在必行。而WiMAX因为其自身技术上的优势，而被业界寄予厚望。从目前的情况来看，WiMAX很有可能成为4G标准的组成部分。在这场变革中，无论是在发达国家还是在发展中国家，WiMAX都有良好的发展前景。当然，无论哪种技术成为最终的胜利者，获益者都会是消费者。
参考文献
[1]黄节. WiMAX———超级连接世界的真正无线宽带.现代电信科技，2007，33（9）：60~61
[2]孙天伟，黄朝喜. WiMAX无线宽带接入技术应用与研究.广西通信技术，2007，（3）：13~16
[3]徐玉.超宽带无线技术标准之争.电信科学，2004，（3）：33~35
[4]黄晓宇，刘望军. 3G移动无线宽带技术与WiMAX性能分析.中国无线电，2006，（2）：29~32
[5] Neil P.，Reid.宽带固定无线网.北京：人民邮电出版社，2004. 1
随着现代通信网络技术的发展和电信业务的日益丰富，用户宽带接入技术受到了越来越多的关注。一方面，传统的固定宽带接入用户越来越不满足于固定宽带业务，希望宽带服务能延伸到移动环境。另一方面，传统的移动用户也不满足于简单的语音、短信等低速服务，而希望能享受到宽带服务。宽带移动化和移动宽带化使得宽带服务和移动服务逐渐融合。在众多的移动宽带技术中，WiMAX由于其性能上的优点得到了普遍的关注，被誉为是“超级连接世界的真正无线宽带”[1]。
WiMAX（World Interoperability for Microwave Access，微波接入全球互通）是一种基于IEEE 802.16-2004标准的宽带无线技术，最初该技术仅定位于固定的宽带无线接入。基于802.16e的第二代WiMAX是支持移动特性的标准，是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术，其基本目标是提供一种在城域网环境下可有效地互通的宽带无线接入方案。
2WiMAX的主要技术
由Shannon公式，信道的极限信息传输速率C（bps）=W·log2（1+S/N），即实际带宽是最大数据传输速率与带宽利用率的乘积。提高实际带宽可以有三种方法：第一是增加带宽的利用率。相对于当前广泛使用的 CDMA技术，WiMAX使用的是OFDM技术，可以有效的提高信道利用率。第二是提高频率。第三是增加信噪比，由于信噪比进行了取对数运算，增加信噪比可谓事倍功半。
可见，提高频率是增加带宽最直接有效的办法。在WiMAX技术中，802.16d标准使用在无线城域网，采用低于11G的工作频段，数据传输速率达到75Mbit/s，而802.16e标准，使用在移动无线局域网，工作频段为采用2～6GHz，数据传输速率达到30Mbit/s。再结合移动蜂窝技术，WiMAX技术的主要思路就比较清楚了，它使用高频段和高发射功率，从而获得比传统移动电话更高的带宽，比WLAN技术更大的覆盖范围。具体的，WiMAX使用了下面所述的几种主要技术。
2.1OFDM/OFDMA
WiMAX引进了正交频分复用（OFDM）和正交频分复用多址(OFDMA)技术。OFDM的基本思想是把信道分成若干正交子信道，将高速数据流转换成并行的低速子数据流，分配到每个子信道上进行传输。
在（OFDM/OFDMA）中，频谱被分成许多的子载波，子载波采用QPSK或QAM调制。通过采用多输入多输出（MIMO）技术，每个天线发射不同的数据，以增强信号通道吞吐量，能够为用户提供4Mbit/s～70Mbit/s的数据速率。
2.2HARQ技术
混合自动请求重传（HARQ）是在自动请求重传（ARQ）系统中混入和前向纠错编码（FEC）子系统。ARQ具有简单、可靠性高的优点，但它的效率低、时延大。FEC则有效性较高，但可靠性比ARQ低，而且复杂度也较高。HARQ技术综合ARQ和FEC的优点，可以自适应地基于信道条件提供精确的编码速率调节，并补偿由于采用链路适配所带来的误码，以提高系统性能。发送端发送的编码不仅能检错，还具有一定的纠错能力，这在一定程度上避免了FEC要求复杂的译码设备和ARQ信息连续性差的缺点，误码率较低。
2.3AMC技术
自适应调制编码（AMC）技术中的自适应是指当信道状态发生变化时，发射端的发射功率保持不变，调制和编码方式随信道状态变化而自适应的改变，由此能在不同的信道状态下获得最大的吞吐量。在现代移动通信中，系统拥有多种物理层（PHY）可供选择，自适应调制编码就是根据信道的不同条件选择适当的PHY传输模式以达到最大的吞吐量。
WiMAX中的AMC技术必须根据WiMAX的技术特征来实现AMC功能。WiMAX物理层采用了OFDM技术，时延扩展、多普勒频移、PAPR值、小区的干扰等信道因素对于OFDM解调性能有重要的影响，这种影响在AMC算法中必须被考虑，以调整系统编码调制方式，达到系统瞬时最优性能。
2.4MAC层技术
WiMax基站通过灵活的帧结构提前安排好了用户的传输过程，从而能够为大量的用户提供接入服务。用户在首次连接到信道之前，需要做一次先后接入顺序的处理。IEEE802.16标准中MAC层是为了实现无线宽带接入而开发的，为了满足无线宽带更高的速率要求和更多样性的服务质量（QoS）要求。802.16标准的MAC层通过上行链路和下行链路的自适应分配，为用户提供了QoS服务。MAC层定义了较为完整的QoS机制。在每一个信道中，允许不同的用户共享每个终端，用户可以根据自己的带宽和延迟情况调整QoS服务。802.16标准的MAC层的协议将是兼容性很强和高效的一种协议，在中远距离高速率传输的无线宽带竞争中占有技术的优势。
在WiMax标准中，针对不同的连接，MAC层可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。WiMax系统所定义的4种调度类型只针对上行的业务流。对于下行的业务流，根据业务流的应用类型只有QoS参数的限制（即不同的应用类型有不同的QoS参数限制）而没有调度类型的约束。WiMAX系统定义了业务流的服务质量参数集，提供面向链接的QoS保障。WiMAX支持固定速率、实时可变比特率（VBR）、非实时可变比特率、尽力而为四种业务类型，这种差异化服务可以很好提供QoS服务。
2.5快速蜂窝选择FCS
使用FCS，确定“最好的”蜂窝不仅要考虑无线信号传播的条件，还要考虑Activeset中小区的功率和码字空间的资源。有很多小区基站处于activeset，但只有最适合的基站允许发送，这样可以降低相互干扰，提高系统容量。在较远的边缘处，每条子信道的质量都比较低，使用FCS策略可以选择一个服务小区，使得链路的质量相对稳定。
2.6安全性
为增强无线传输系统安全性，IEEE 802.16在MAC层中定义了一个保密子层来提供安全保障。保密子层主要包括两个协议：数据加密封装协议和密钥管理协议（PKM）。
3WiMAX的性能特点
做为宽带无线接入的选择方案，WiMax有自己的技术优势：
3.1远距离传输
WiMax的无线信号传输距离最远可达50公里，是无线局域网所不能比拟的，其网络覆盖面积是3G（3rd Generation）基站的10倍，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。
3.2高速宽带接入
WiMax所能提供的最高接入速度是70M，是3G所能提供的宽带速度的30倍。WiMax采用与无线局域网标准802.11a和11g相同的OFDM调制方式，因为WiMax可通过室外固定天线稳定地收发无线电波，所以承载的比特数高于11a和11g。WiMax可实现74.81M的最大传输速度。
3.3无“最后一公里”瓶颈限制
最后一公里的接入一直是制约通信网络发展的瓶颈，随着无线通信技术的发展，宽带无线接入逐渐成为用户新的选择。WiMAX具有频谱高效、覆盖面大、吞吐量高等特点，可以将Wi-Fi热点连接到互联网，解决用户的高速无线接入问题，可以作为有线接入网络的无线扩展技术，实现最后一公里的宽带接入。
3.4多媒体通信服务
WiMax比Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。高带宽可以将IP网的缺点大大降低，从而大幅度提高VoIP、视频点播、网络电视的QoS。
目前，这类应用在国外已经进行了试验检测。为各类车辆内的乘客提供高速移动状态下的多媒体服务、定位服务。如在城铁、地铁、公交车、火车上为乘客提供高速网络互动、到站提示、车辆定位、实时影视、广告等各类服务。
4WiMAX应用推广及其关键问题
WiMAX论坛下的CPWG（Contribution to Service Provider Working Group）工作组在2004年12月的WiMAX网络规范要求中把WiMAX网络所支持的应用分为三类，分别是：普通IP应用，高级IP应用和非IP应用。
在普通IP应用中支持非实时IP应用，比如FTP，e-mail，Web浏览，远程访问VPN等。普通服务的特点是尽力而为服务，即对这些服务没有确定的QoS保证。
在高级IP应用支持所有准实时应用，比如音频/视频（A/V）流，VoIP，多媒体IP会议，IMS（IP多媒体子系统）应用，定位和在场触发IP应用等。可管理的IP服务提供特定的SLA (ServiceLevelAgreements)，包括QoS。并支持不同的计费策略。
在非IP服务兼容支持目前已有的短消息服务（Short Message Service，SMS）和多媒体信息服务（Multi-media Message Service，MMS）。
WiMAX是继3G和WLAN（Wireless Local Area Network）之后又一项被业界寄予高度厚望的技术。作为一种面向最后一公里接入领域的无线LAN技术，WiMAX可以在多个宽带相关领域得到广泛应用。在不便于部署传统有线宽带接入技术的区域，WiMAX将作为有效的宽带接入选择。
5无线宽带技术从竞争到融合
WiMAX应用的推广最关键的障碍不是在技术上，而是在于没有分配确定的全球统一的频谱。世界各国各地区的无线电管治政策和频谱分配状况差异很大，各自的标准都有很大区别，要在全球范围内统一WiMAX频谱是比较困难的。在几乎寸土寸金的无线频段中，WiMAX技术想获得一个适当频段，将会付出一些代价。如果频谱不统一的状况没有得到解决，WiMAX设备制造商就必须为不同国家和地区制造不同频谱的设备，而且WiMAX将无法实现全球漫游。
WiMAX网络覆盖面积是3G的10倍，传输速率可达3G的30倍，具有一定的技术优势，但这种优势并不是绝对压倒性的。这种优势还不足以推动WiMAX去全面替代其它无线宽带技术。另外，从技术自身角度来看，WiMAX还不具备公众移动通信网络的广域漫游、安全特性、终端便携等移动特性。其竞争对手如3G、WLAN、Wi-Fi技术也将会在应用中发展提高，不断地挑战WiMAX的技术优势。
当前，各种无线宽带技术都不足以在市场上获得绝对的垄断地位，但不同的技术互相融合已成为大势所趋，从竞争走向融合也是现代无线通信技术发展的必由之路。
6结束语
市场需要真正的无线宽带服务。而现有应用的大多数技术还不能向用户提供真正的无线宽带体验的服务，一场大规模的技术演变和变革就势在必行。而WiMAX因为其自身技术上的优势，而被业界寄予厚望。从目前的情况来看，WiMAX很有可能成为4G标准的组成部分。在这场变革中，无论是在发达国家还是在发展中国家，WiMAX都有良好的发展前景。当然，无论哪种技术成为最终的胜利者，获益者都会是消费者。
参考文献
[1]黄节. WiMAX———超级连接世界的真正无线宽带.现代电信科技，2007，33（9）：60~61
[2]孙天伟，黄朝喜. WiMAX无线宽带接入技术应用与研究.广西通信技术，2007，（3）：13~16
[3]徐玉.超宽带无线技术标准之争.电信科学，2004，（3）：33~35
[4]黄晓宇，刘望军. 3G移动无线宽带技术与WiMAX性能分析.中国无线电，2006，（2）：29~32
[5] Neil P.，Reid.宽带固定无线网.北京：人民邮电出版社，2004. 1