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(yè)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(xié)調網(wǎng)絡設備的互操作性以及推動WiMAX的發(fā)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(wǎng)技術，如何在未來城域網(wǎng)接入應用中與目前廣為使用的線纜方式競爭，充分發(fā)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(jù)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(wǎng)絡運營商可以根據(jù)用戶容量增長的需要，逐步增加投入，逐步擴容到位，實現(xiàn)基本平坦的成本曲線。其次，網(wǎng)絡的規(guī)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(qū)仍可以較低的成本實現(xiàn)覆蓋，減小初期投資的風險。再次，網(wǎng)絡部署快速，安裝和擴容方便，不需要復雜的網(wǎng)絡規(guī)劃，網(wǎng)絡結構靈活，尤其在臨時性和突發(fā)性應急通信中能發(fā)揮巨大作用。最后，作為一種小區(qū)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(wǎng)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(yè)務量不高且分布分散的地區(qū)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(qū)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(shù)據(jù)傳輸速率(此時，最大覆蓋范圍為3-5km)。可采用多扇區(qū)技術來提高系統(tǒng)容量，一個扇區(qū)可同時支持60多個采用E1/T1的企業(yè)用戶或數(shù)百個家庭用戶。

　　WiMAX采用了OFDM、收/發(fā)分集、自適應調制等多種先進技術實現(xiàn)非視距NLOS和阻擋視距ONLOS傳輸，有效提高了城市內無線傳輸?shù)男堋?br />
　　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(qū)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(jù)需要靈活選擇。物理層可以根據(jù)傳輸信道性能變化，動態(tài)調整調制方式和物理層參數(shù)(例如:調制參數(shù)、FEC參數(shù)、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(yè)務質量的要求。MAC層根據(jù)業(yè)務QoS要求和業(yè)務參數(shù)，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(yè)務的低延遲要求。同時，針對無線信道環(huán)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(yè)務數(shù)據(jù)單元MSDU的自動重發(fā)，確保端到端包的傳輸質量。

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

4.業(yè)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(shù)據(jù)、視頻和語音(VoIP)業(yè)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(yè)務，分別為:非請求的帶寬分配業(yè)務(UGS)、實時輪詢業(yè)務(rtPS)、非實時輪詢業(yè)務(nrtPS)、盡力而為業(yè)務(BE)，分別可以用來向用戶提供高質量的視頻和語音業(yè)務、普通質量的視頻和語音業(yè)務，以及質量無保證的諸如Internet等業(yè)務。可以根據(jù)業(yè)務的實際需要來動態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。因此，WiMAX可為不同業(yè)務提供不同的服務質量QoS。

　　5.網(wǎng)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(wǎng)結構。最新頒布的IEEE802.16a同時也支持網(wǎng)狀網(wǎng)Mesh體系結構，該結構中允許多個WiMAX節(jié)點采用無線互連方式構建網(wǎng)狀網(wǎng)。這意味著可以靈活地拓展接入網(wǎng)的結構，在骨干網(wǎng)覆蓋不到的地方，采用WiMAX網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋，實現(xiàn)城域網(wǎng)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(huán)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(wǎng)絡。基站（BS）扮演業(yè)務接入點（SAP，ServiceAccessPoint）的角色，通過動態(tài)帶寬分配技術，基站（BS）可以根據(jù)覆蓋區(qū)用戶的情況，靈活選用定向天線、全向天線以及多扇區(qū)技術滿足大量的用戶站（SS，SubscriberStation）設備接入核心網(wǎng)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(jù)用戶群數(shù)量的變化，靈活劃分信道帶寬，對網(wǎng)絡擴容，實現(xiàn)效益與成本的協(xié)調。

　　PMP應用模式是一種常用的接入網(wǎng)應用形式，其特點在于網(wǎng)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。