WiMAX寬帶無線接入的特點及其應用模式

一、引言

　　近幾年IEEE802.16系列寬帶無線接入技術標準受到業界的廣泛關注，Intel等世界大型電信設備制造商成立了WiMAX論壇旨在協調網絡設備的互操作性以及推動WiMAX的發展和普及。 作為定位于戶外應用的寬帶無線接入技術WiMAX，無論從技術角度上還是從應用角度上看都有著一系列顯著的特點。因此，無論對于用戶還是對于電信運營商都有著極大的吸引力。

　　然而，IEEE 802.16系列標準只定義了空中無線接口，這也就為上層應用提供了靈活性。同時，作為解決“最后一公里”問題的無線城域網技術，如何在未來城域網接入應用中與目前廣為使用的線纜方式競爭，充分發揮無線方式的特長，這也是一個值得研究的問題。因此，就這個意義而言，確定其具有競爭力的應用模式具有重要價值。在此，首先對WiMAX寬帶無線接入的技術以及應用特點進行分析，并以此為依據對其應用模式進行初步的探討。

　　二、WiMAX寬帶無線接入的特點分析

　　作為一種戶外應用的無線接入方式，WiMAX除了具有一般無線接入所具有的特點外，特別在技術方面還具有一些其他特色。

　　1.應用特點

　　首先，作為寬帶無線接入應用的WiMAX具有逐步投資和彈性部署的特點，網絡運營商可以根據用戶容量增長的需要，逐步增加投入，逐步擴容到位，實現基本平坦的成本曲線。其次，網絡的規劃可以不受地形地貌的限制，部局靈活，同時用戶密度較低的地區仍可以較低的成本實現覆蓋，減小初期投資的風險。再次，網絡部署快速，安裝和擴容方便，不需要復雜的網絡規劃，網絡結構靈活，尤其在臨時性和突發性應急通信中能發揮巨大作用。最后，作為一種小區半徑可達50km，接入速率可達70Mbit/s的寬帶無線接入技術，既可作為城域網有線方式的無線延伸，亦可作為線纜方式的替代方案。特別地，對于用戶密度或業務量不高且分布分散的地區比線纜方式更具競爭力。

2.物理層特點

　　WiMAX工作頻段可從2-66GHz(對于IEEE802.16標準:2-11GHz;對于IEEE802.16a標準:10-66GHz)，信道帶寬可在1.5-20MHz范圍內靈活調整，有利于在所分配的信道帶寬內充分利用頻譜資源。

　　WiMAX采用宏小區方式，最大覆蓋范圍達50km，當在20MHz信道帶寬時，支持高達70Mbit/s的共享數據傳輸速率(此時，最大覆蓋范圍為3-5km)?？刹捎枚嗌葏^技術來提高系統容量，一個扇區可同時支持60多個采用E1/T1的企業用戶或數百個家庭用戶。

　　WiMAX采用了OFDM、收/發分集、自適應調制等多種先進技術實現非視距NLOS和阻擋視距ONLOS傳輸，有效提高了城市內無線傳輸的效能。

　　物理層支持TDD/DMTA和FDD/TDMA兩種無線雙工多址方式，以適應不同國家或地區電信體制要求。支持單載波(SC)、OFDM(256點)、OFDMA(2048點)三種調制方式，可根據需要靈活選擇。物理層可以根據傳輸信道性能變化，動態調整調制方式和物理層參數(例如:調制參數、FEC參數、功率電平、極化方式等)，以保證較好的傳輸質量。

　　3.MAC層特點

　　支持QoS管理，滿足對不同業務質量的要求。MAC層根據業務QoS要求和業務參數，以輪詢方式請求連接帶寬或進行帶寬調整，以保證語音和視頻等實時業務的低延遲要求。同時，針對無線信道環境下，較高的誤碼率和丟包率，定義了基于每個應用流的ARQ，保證MAC層業務數據單元MSDU的自動重發，確保端到端包的傳輸質量。

　　MAC層具有ATM業務和分組業務匯聚子層CS，能方便地實現與ATM業務或IP業務為特征的網絡應用。同時，MAC層具有安全子層，支持MAC層安全機制，實現鑒權、加密等安全管理。

4.業務能力

　　WiMAX采用面向連接的方式，可以向用戶提供具有QoS性能的數據、視頻和語音(VoIP)業務。在IEEE802.16標準中，MAC層定義了較為完整的QoS機制，還定義了四種不同的業務，分別為:非請求的帶寬分配業務(UGS)、實時輪詢業務(rtPS)、非實時輪詢業務(nrtPS)、盡力而為業務(BE)，分別可以用來向用戶提供高質量的視頻和語音業務、普通質量的視頻和語音業務，以及質量無保證的諸如Internet等業務。可以根據業務的實際需要來動態分配帶寬，具有較大的靈活性。因此，WiMAX可為不同業務提供不同的服務質量QoS。

　　5.網絡結構特點

　　支持的點到多點(PMP，PointtoMultipoint)體系結構，可構建以WiMAX基站為中心的星形接入網結構。最新頒布的IEEE802.16a同時也支持網狀網Mesh體系結構，該結構中允許多個WiMAX節點采用無線互連方式構建網狀網。這意味著可以靈活地拓展接入網的結構，在骨干網覆蓋不到的地方，采用WiMAX網狀網覆蓋，實現城域網的彈性延伸。

　　三、WiMAX寬帶無線接入應用模式

　　WiMAX的技術特性和應用特點決定了其能適應各種的應用環境，具有不同的應用模式，下面對WiMAX寬帶無線接入的應用模式進行初步的分析和探討。

　　1.PMP應用模式

　　如圖1所示，PMP應用模式以基站（BS）為核心，采用點到多點的連接方式，構建星形結構的WiMAX接入網絡?；荆˙S）扮演業務接入點（SAP，ServiceAccessPoint）的角色，通過動態帶寬分配技術，基站（BS）可以根據覆蓋區用戶的情況，靈活選用定向天線、全向天線以及多扇區技術滿足大量的用戶站（SS，SubscriberStation）設備接入核心網的需求。必要時，可以通過中繼站（RS，RepeatStation）擴大無線覆蓋范圍。還可以根據用戶群數量的變化，靈活劃分信道帶寬，對網絡擴容，實現效益與成本的協調。

　　PMP應用模式是一種常用的接入網應用形式，其特點在于網絡結構簡潔，應用模式與xDSL等線纜接入形式相似，因此，是一種線纜替代的理想選用方案。