WiMAX寬帶無(wú)線接入的特點(diǎn)及其應(yīng)用模式

一、引言

　　近幾年IEEE802.16系列寬帶無(wú)線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，Intel等世界大型電信設(shè)備制造商成立了WiMAX論壇旨在協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性以及推動(dòng)WiMAX的發(fā)展和普及。 作為定位于戶外應(yīng)用的寬帶無(wú)線接入技術(shù)WiMAX，無(wú)論從技術(shù)角度上還是從應(yīng)用角度上看都有著一系列顯著的特點(diǎn)。因此，無(wú)論對(duì)于用戶還是對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商都有著極大的吸引力。

　　然而，IEEE 802.16系列標(biāo)準(zhǔn)只定義了空中無(wú)線接口，這也就為上層應(yīng)用提供了靈活性。同時(shí)，作為解決“最后一公里”問題的無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)，如何在未來城域網(wǎng)接入應(yīng)用中與目前廣為使用的線纜方式競(jìng)爭(zhēng)，充分發(fā)揮無(wú)線方式的特長(zhǎng)，這也是一個(gè)值得研究的問題。因此，就這個(gè)意義而言，確定其具有競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用模式具有重要價(jià)值。在此，首先對(duì)WiMAX寬帶無(wú)線接入的技術(shù)以及應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)對(duì)其應(yīng)用模式進(jìn)行初步的探討。

　　二、WiMAX寬帶無(wú)線接入的特點(diǎn)分析

　　作為一種戶外應(yīng)用的無(wú)線接入方式，WiMAX除了具有一般無(wú)線接入所具有的特點(diǎn)外，特別在技術(shù)方面還具有一些其他特色。

　　1.應(yīng)用特點(diǎn)

　　首先，作為寬帶無(wú)線接入應(yīng)用的WiMAX具有逐步投資和彈性部署的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)用戶容量增長(zhǎng)的需要，逐步增加投入，逐步擴(kuò)容到位，實(shí)現(xiàn)基本平坦的成本曲線。其次，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃可以不受地形地貌的限制，部局靈活，同時(shí)用戶密度較低的地區(qū)仍可以較低的成本實(shí)現(xiàn)覆蓋，減小初期投資的風(fēng)險(xiǎn)。再次，網(wǎng)絡(luò)部署快速，安裝和擴(kuò)容方便，不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，尤其在臨時(shí)性和突發(fā)性應(yīng)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(dá)50km，接入速率可達(dá)70Mbit/s的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，既可作為城域網(wǎng)有線方式的無(wú)線延伸，亦可作為線纜方式的替代方案。特別地，對(duì)于用戶密度或業(yè)務(wù)量不高且分布分散的地區(qū)比線纜方式更具競(jìng)爭(zhēng)力。

2.物理層特點(diǎn)

　　WiMAX工作頻段可從2-66GHz(對(duì)于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn):2-11GHz;對(duì)于IEEE802.16a標(biāo)準(zhǔn):10-66GHz)，信道帶寬可在1.5-20MHz范圍內(nèi)靈活調(diào)整，有利于在所分配的信道帶寬內(nèi)充分利用頻譜資源。

　　WiMAX采用宏小區(qū)方式，最大覆蓋范圍達(dá)50km，當(dāng)在20MHz信道帶寬時(shí)，支持高達(dá)70Mbit/s的共享數(shù)據(jù)傳輸速率(此時(shí)，最大覆蓋范圍為3-5km)?？刹捎枚嗌葏^(qū)技術(shù)來提高系統(tǒng)容量，一個(gè)扇區(qū)可同時(shí)支持60多個(gè)采用E1/T1的企業(yè)用戶或數(shù)百個(gè)家庭用戶。

　　WiMAX采用了OFDM、收/發(fā)分集、自適應(yīng)調(diào)制等多種先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)非視距NLOS和阻擋視距ONLOS傳輸，有效提高了城市內(nèi)無(wú)線傳輸?shù)男堋?br />
　　物理層支持TDD/DMTA和FDD/TDMA兩種無(wú)線雙工多址方式，以適應(yīng)不同國(guó)家或地區(qū)電信體制要求。支持單載波(SC)、OFDM(256點(diǎn))、OFDMA(2048點(diǎn))三種調(diào)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(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)制方式和物理層參數(shù)(例如:調(diào)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(zhì)量。

　　3.MAC層特點(diǎn)

　　支持QoS管理，滿足對(duì)不同業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求。MAC層根據(jù)業(yè)務(wù)QoS要求和業(yè)務(wù)參數(shù)，以輪詢方式請(qǐng)求連接帶寬或進(jìn)行帶寬調(diào)整，以保證語(yǔ)音和視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的低延遲要求。同時(shí)，針對(duì)無(wú)線信道環(huán)境下，較高的誤碼率和丟包率，定義了基于每個(gè)應(yīng)用流的ARQ，保證MAC層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元MSDU的自動(dòng)重發(fā)，確保端到端包的傳輸質(zhì)量。

　　MAC層具有ATM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)匯聚子層CS，能方便地實(shí)現(xiàn)與ATM業(yè)務(wù)或IP業(yè)務(wù)為特征的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。同時(shí)，MAC層具有安全子層，支持MAC層安全機(jī)制，實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)、加密等安全管理。

4.業(yè)務(wù)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(yǔ)音(VoIP)業(yè)務(wù)。在IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)中，MAC層定義了較為完整的QoS機(jī)制，還定義了四種不同的業(yè)務(wù)，分別為:非請(qǐng)求的帶寬分配業(yè)務(wù)(UGS)、實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(rtPS)、非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)(nrtPS)、盡力而為業(yè)務(wù)(BE)，分別可以用來向用戶提供高質(zhì)量的視頻和語(yǔ)音業(yè)務(wù)、普通質(zhì)量的視頻和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，以及質(zhì)量無(wú)保證的諸如Internet等業(yè)務(wù)?？梢愿鶕?jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來動(dòng)態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。因此，WiMAX可為不同業(yè)務(wù)提供不同的服務(wù)質(zhì)量QoS。

　　5.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　支持的點(diǎn)到多點(diǎn)(PMP，PointtoMultipoint)體系結(jié)構(gòu)，可構(gòu)建以WiMAX基站為中心的星形接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)。最新頒布的IEEE802.16a同時(shí)也支持網(wǎng)狀網(wǎng)Mesh體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中允許多個(gè)WiMAX節(jié)點(diǎn)采用無(wú)線互連方式構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)。這意味著可以靈活地拓展接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，在骨干網(wǎng)覆蓋不到的地方，采用WiMAX網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋，實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)的彈性延伸。

　　三、WiMAX寬帶無(wú)線接入應(yīng)用模式

　　WiMAX的技術(shù)特性和應(yīng)用特點(diǎn)決定了其能適應(yīng)各種的應(yīng)用環(huán)境，具有不同的應(yīng)用模式，下面對(duì)WiMAX寬帶無(wú)線接入的應(yīng)用模式進(jìn)行初步的分析和探討。

　　1.PMP應(yīng)用模式

　　如圖1所示，PMP應(yīng)用模式以基站（BS）為核心，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的連接方式，構(gòu)建星形結(jié)構(gòu)的WiMAX接入網(wǎng)絡(luò)?；荆˙S）扮演業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP，ServiceAccessPoint）的角色，通過動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)，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(shù)滿足大量的用戶站（SS，SubscriberStation）設(shè)備接入核心網(wǎng)的需求。必要時(shí)，可以通過中繼站（RS，RepeatStation）擴(kuò)大無(wú)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(duì)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)效益與成本的協(xié)調(diào)。

　　PMP應(yīng)用模式是一種常用的接入網(wǎng)應(yīng)用形式，其特點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，應(yīng)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。