下一代宽带无线接入技术―― WiMax

一　引言

　　宽带无线接入技术作为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一，正受到业界越来越多的关注。 WiMax （ World Interoperability for Microwave Access ）论坛是由采用 IEEE802.16 标准的设备和器件供应商成立的一个非赢利性生产团体，主要是向市场推广 IEEE 新的无线通讯标准 802.16 。 WiM ax 已成为 802.16 标准的代名词，是一种面向城域网的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接。目前， Intel 、 Nokia 、 Proxim 、 Alvarion 和富士通等众多的国际性大公司相继加入 WiMax 组织，以推动与保证基于 802.16 标准的宽带设备的兼容性和互通性。 WiMax 组织积极推动 WiMax/802.16 产品在全球范围内的应用。

二　 WiMax 技术概述

2.1 　应用定位

　　WiMax 的最大覆盖范围是 50 公里，是一种定位于宽带 IP 城域网的无线接入技术。主要用于固定无线宽带接入（ FBWA ）、地理位置分散的信息热点的回程传输，或大业务量用户的接入。 WiMax 作为城域网接入手段，采用了多种技术来应对建筑物阻挡情况下的非视距（ NLOS ）和阻挡视距（ OLOS ）的传播条件，因此其可以实现非视距传输（这种情形下的传输距离会有所缩短）。 WiMax 系统也可以连接 WLAN 的热点和互联网，也可作为企业 T1 或家庭 xDSL 和 Cabel Modem 的无线扩充技术，或者取代有线宽带接入的市场。因此从这个意义上说， WiMax 是解决“最后一公里”的通信接入问题。特别是对于很多发展中国家或偏远地区没有 Cable 和 DSL 服务，因为有线基础设施费用较高，通过 WiMax 的布建将能助于打开此市场，也就是最后一公里的无线宽带布建。

　　从系统容量上看， WiMax 也有显著的优势。 WiMax 基站的一个扇区可同时支持 60 多个采用 E1/T1 的企业用户和数百个采用 xDSL 的家庭用户。因此， WiMax 的一个基站可以同时接入数百个远端用户站。同时， WiMax 可为同一用户站提供多个业务流的传输能力。可以更大地提升实际接入用户数。

• 传输速率

　　IEEE802.16 是利用 802.11a 、 802.11g 相同的 OFDM 技术，其传输距离近 30~50 公里，非常适合担任“最后一公里”的角色。突破了现有的无线宽带障碍，当在 20MHz 的信道带宽时，支持高达 100Mbps 的共享数据传输速率。

• 工作频宽

　　整体来说， 802.16 工作的频段采用的是无需授权频段，范围在 2GHz 至 66GHz 之间，而 802.16a 则是一种采用 2~11GHz 无需授权频段的宽带无线接入系统，其信道带宽可根据需求在 1.5M~20MHz 范围进行调整。因此， 802.16 所使用的频谱将比其它任何无线技术更丰富。其至少具有如下优点：

（ 1 ）对于已知的干扰，窄的信道带宽有利于避开干扰。

（ 2 ）当信息带宽需求不大时，窄的信道带宽有利于节省频谱资源。

（ 3 ）灵活的带宽调整能力，有利于运营商或用户协调频谱资源。

　　因此， WiMax 具有建网快、带宽大、容量高、见效早的优点，可为运营商快速提供各种业务，完全可以组建一个支持城域网范围内的综合业务网络，并具备进一步漫游接入的潜力。因此， WiMax 是运营商在计划构建宽带 IP 城域网时需要重点考虑的一种技术。

三　 WiMax 技术特点

3.1 链路层技术

　　TCP/IP 协议的特点之一是对信道的传输质量有较高的要求。无线宽带接入技术面对日益增长的 IP 数据业务，必须适应 TCP/IP 协议对信道传输质量的要求。

　　在 WiMax 技术的应用条件下（室外远距离），无线信道的衰落现象非常显著，在质量不稳定的无线信道上运用 TCP/IP 协议，其效率将十分低下。 WiMax 技术在链路层加入了 ARQ 机制，减少到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。同时 WiMax 采用天线阵、天线极化方式等天线分集技术来应对 OLOS 和 NLOS 造成的深衰落。这些措施都提高了 WiMax 的无线数据传输的性能。

3.2 QoS 性能

　　WiMax 可以向用户提供具有 QoS 性能的数据、视频、话音（ VoIP ）业务。 WiMax 可以提供三种等级的服务： CBR （ Constant Bit Rate ，固定带宽）、 CIR （ Committed Rate ，承诺带宽、 BE （ Best Effort ，尽力而为）。 CBR 的优先级最高，任何情况下网络操作者与服务提供商以高优先级、高速率及低延时为用户提供服务，保证用户订购的带宽。 CIR 的优先级次之，网络操作者以约定的速率来提供，但速率超过规定的峰值时，优先级会降低，还可以根据设备带宽资源情况向用户提供更多的传输带宽。 BE 则具有更低的优先级，这种服务类似于传统 IP 网络的尽力而为的服务，网络不提供优先级与速率的保证。在系统满足其他用户较高优先级业务的条件下，尽力为用户提供传输带宽。

四　 WiMax 与 Wi-Fi 的对比

　　Wi-Fi 联盟是由采用 IEEE802.11 标准的设备和器件供应商成立的一个非赢利性组织， Wi-Fi 已成为 802.11 标准产品互通性的事实上的权威性组织， Wi-Fi 也成为 802.11 标准的代名词。 Wi-Fi 标准是针对局域网的无线接入技术制定的，覆盖距离通常只有 10-300 米，所以可以说 Wi-Fi 解决的是“最后 100 米”的通信接入。

　　Wi-Fi （ 802.11 ）是当前应用最为广泛的无线局域网媒体接入控制（ MAC ）和物理层标准。已经形成并正在市场推广应用的有 802.11 、 802.11b 、 802.11a 、 802.11g ，还有 802.11e 、 802.11f 正在讨论制定中。 Wi-Fi 标准使用无牌照的 2.4GHz 和 5GHz 频段，速率可以达到 11Mbps 、 22Mbps 以至 54 Mbps 。

　　在物理层、调制技术、 MAC 层技术方面， Wi-Fi 采用了与 WiMax 不同的技术。在 Wi-Fi 标准系列中， 802.11b 的物理层采用 BPSK 或 CCK （补码键控）＋ QPSK 调制方式，码速率为 11MHz ； 802.11a 采用 OFDM （正交频分复用）调制方式，码速率达到 54 MHz ； 802.11g 则兼容容两种标准，采用了两种调制技术； Wi-Fi 占用 20 MHz 或 22 MHz 的固定的信道带宽。 Wi-Fi 技术的 MAC 层协议采用的是 CSMA/CA （载波监听多路访问 / 冲突避免）协议。采用这种 MAC 协议比较适合突发性较大的业务种类如数据业务，可以提供较短的响应时间，较高的传输带宽，但也使得 Wi-Fi 不能像 WiMax 那样具备带宽动态分配的能力，提供业务的 QoS 性能，如时延要求，不适合视频、话音业务。

五　 WiMax 面临的问题

　　比较 WiMax 与目前已提出的宽带无线接入技术，得出的结论是 WiMax 在技术上有明显的优势。这也是 Intel 、 Nokia 等国际性大公司积极推广 WiMax 技术的原因。但是 WiMax 技术的发展也面临许多问题。

　　首先是 Wi-Fi 已有成熟的产品推向市场，而 WiMax 则估计到 2005 年才有产品推向市场。其次 WiMax 的传播距离较远，应用环境复杂，导致其技术复杂，这使得其成本相对来说比 Wi-Fi 高。据 Intel 和 Alvarion 的市场部门测算，结合英特尔的 802.16a 芯片和 Alvarion 的下一代宽带无线接入系统 WiMax 的基站台费用约是 2 万美元。而据 IEEE 估计，只有当每单位用户数所负担的平均成本下降至 300 美元以下，且基站台降至 1 万美元以下，则宽带无线才将有可能成为企业与一般家庭选择的最后一公里服务之一。因此， WiMax 面临必须降低成本的选择。再次， WiMax 可以作为 802.11x 无线热点连接到网络的延伸架构，或作为 Cable 和 DSL 的无线扩展技术，所以 WiMax 不是取代 802.11x ，而是与 802.11x 整合。同时 WiMax 也被认为是“以数据传输为核心，不会取代 3G 的数据和语音业务”。这些使得 WiMax 面临的不是与现有技术的竞争，而是建立与这些技术的互联互通和互操作机制。最后， WiMax 也面临 IEEE802 系列标准 802.20 的考验。 IEEE802.20 标准是移动宽带无线接入系统（ MBWA ， Mobile Broadband Wireless Access ），其目标趋近于蜂窝移动通信系统 4G 的设想。移动性是 802.20 的突出性能， 802.20 所需要适应的移动速度高达 250km/h ，其标准小区半径为 1km 。这些性能则是 WiMax 所无法比拟的。

六　结束语

　　WiMax 是一项新兴的无线通信技术，能提供面向互联网的高速连接。无论在传输距离、数据传输速度、建网成本方面都是一个很理想的宽带无线接入解决方案。但是如何创造出稳定的、产品供应商和营运商双赢的商业营利模式，则再一次考验 WiMax 组织和电信业者。好在英特尔预计在 2004 年底开始推出带有 WiMax 功能的迅驰芯片，而 Nokia 预计在 2005 年前克服电池和其它技术问题，适时推出支持 WiMax 的移动电话，两大业界巨头的宣示似乎为 WiMax 作为下一代主流宽带无线接入技术投入了一颗定心丸。根据美国市场研究机构 Visant Strategies 的估计， 2008 年 WiMax 的产品市场销售额可突破 10 亿美元的大关；而根据另外一个研究机构 ABI 的预测， 2008 年包含 WiMax 和 802.20 的长距离宽带无线市场的销售额将可达到 15 亿美元。无论这些预测如何，但未来 WiMax 作为下一代主流宽带无线接入技术的潜能不容忽视。