全球微波互聯(lián)接入技術(shù)：ＷｉＭＡＸ

本刊編輯部

簡介

WiMAX全稱為Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX的另一個名字是802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術(shù),能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接,數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點。WiMAX的技術(shù)起點較高,采用了代表未來通信技術(shù)發(fā)展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進技術(shù),隨著技術(shù)標準的發(fā)展,WiMAX將逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動化,而3G則將實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的寬帶化,兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度將會越來越高。

WiMAX(全球微波互聯(lián)接入)不僅在北美、歐洲迅猛發(fā)展,而且這股熱浪已經(jīng)推進到亞洲。WiMAX又稱為802.16無線城域網(wǎng),是一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。因在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的高覆蓋范圍(可以覆蓋25～30英里的范圍),以及對3G可能構(gòu)成的威脅,使WiMAX在最近一段時間備受業(yè)界關(guān)注。 WiMAX是一項新興技術(shù),能夠在比Wi-Fi更廣闊的地域范圍內(nèi)提供“最后一公里”寬帶連接性,由此支持企業(yè)客戶享受T1類服務(wù)以及居民用戶擁有相當于線纜/DSL的訪問能力。憑借其在任意地點的1～6英里覆蓋范圍(取決于多種因素),WiMAX將可以為高速數(shù)據(jù)應(yīng)用提供更出色的移動性。此外,憑借這種覆蓋范圍和高吞吐率,WiMAX還能夠提供為電信基礎(chǔ)設(shè)施、企業(yè)園區(qū)和Wi-Fi熱點提供回程。

技術(shù)應(yīng)用

IEEE 802.16建議的WiMAX技術(shù)的應(yīng)用主要有以下4種:

(1)終端接入:在終端接入模式下,用戶終端設(shè)備直接通過作為SAP的WiMAX基站接入核心網(wǎng),這種應(yīng)用 用戶需要配備WiMAX無線網(wǎng)卡。

(2)小區(qū)回程:WiMAX也可以作為基站和BSC、BSC和MSC之間的通信連接手段。

(3)企業(yè)網(wǎng)互聯(lián):WiMAX也可以充當將企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)等局域網(wǎng)接入到城域網(wǎng)的手段。

(4)無線網(wǎng)橋:WiMAX提供點到點無線鏈接,與網(wǎng)橋的作用相似,其目的是把地理位置分離的兩個子網(wǎng)絡(luò)通過WiMAX無線鏈路連接在一起。

技術(shù)特點

●鏈路層技術(shù)

TCP/IP協(xié)議的特點之一是對信道的傳輸質(zhì)量有較高的要求。無線寬帶接入技術(shù)面對日益增長的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),必須適應(yīng)TCP/IP協(xié)議對信道傳輸質(zhì)量的要求。在WiMax技術(shù)的應(yīng)用條件下(室外遠距離),無線信道的衰落現(xiàn)象非常顯著,在質(zhì)量不穩(wěn)定的無線信道上運用TCP/IP協(xié)議,其效率將十分低下。WiMax技術(shù)在鏈路層加入了ARQ機制,減少到達網(wǎng)絡(luò)層的信息差錯,可大大提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)吞吐量。同時WiMax采用天線陣、天線極化方式等天線分集技術(shù)來應(yīng)對無線信道的衰落,這些措施都提高了WiMax的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?

●QoS性能

WiMax可以向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻、話音(VoIP)業(yè)務(wù)。WiMax可以提供三種等級的服務(wù):CBR(Con-stant Bit Rate,固定帶寬)、CIR(Com-mitted Rate,承諾帶寬)、BE(Best Effort,盡力而為)。CBR的優(yōu)先級最高,任何情況下網(wǎng)絡(luò)操作者與服務(wù)提供商以高優(yōu)先級、高速率及低延時為用戶提供服務(wù),保證用戶訂購的帶寬。CIR的優(yōu)先級次之,網(wǎng)絡(luò)操作者以約定的速率來提供,但速率超過規(guī)定的峰值時,優(yōu)先級會降低,還可以根據(jù)設(shè)備帶寬資源情況向用戶提供更多的傳輸帶寬。BE則具有更低的優(yōu)先級,這種服務(wù)類似于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的盡力而為的服務(wù),網(wǎng)絡(luò)不提供優(yōu)先級與速率的保證。在系統(tǒng)滿足其他用戶較高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的條件下,盡力為用戶提供傳輸帶寬。

●工作頻段

整體來說,802.16工作的頻段采用的是無需授權(quán)頻段,范圍在2GHz至66GHz之間,而802.16a則是一種采用2G至11GHz無需授權(quán)頻段的寬帶無線接入系統(tǒng),其頻道帶寬可根據(jù)需求在1.5M至20MHz范圍進行調(diào)整。因此,802.16所使用的頻譜將比其它任何無線技術(shù)更豐富,具有以下優(yōu)點:

(1)對于已知的干擾,窄的信道帶寬有利于避開干擾。

(2)當信息帶寬需求不大時,窄的信道帶寬有利于節(jié)省頻譜資源。

(3)靈活的帶寬調(diào)整能力,有利于運營商或用戶協(xié)調(diào)頻譜資源。

四大優(yōu)勢

WiMax之所以能掀起大風(fēng)大浪,顯然是有自身的許多優(yōu)勢。而各廠商也正是看到了WiMax的優(yōu)勢所可能引發(fā)的強大市場需求才對其抱有濃厚的興趣。

優(yōu)勢之一:實現(xiàn)更遠的傳輸距離。WiMax所能實現(xiàn)的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所不能比擬的,網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍,只要少數(shù)基站建設(shè)就能實現(xiàn)全城覆蓋,這樣就使得無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍大大擴展。

優(yōu)勢之二:提供更高速的寬帶接入。據(jù)悉,WiMax所能提供的最高接入速度是70M,這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網(wǎng)絡(luò)來說,這的確是一個驚人的進步。

優(yōu)勢之三:提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù),它可以將Wi-Fi熱點連接到互聯(lián)網(wǎng),也可作為DSL等有線接入方式的無線擴展,實現(xiàn)最后一公里的寬帶接入。WiMax可為50公里線性區(qū)域內(nèi)提供服務(wù),用戶無需線纜即可與基站建立寬帶連接。

優(yōu)勢之四:提供多媒體通信服務(wù)。由于WiMax較之Wi-Fi具有更好的可擴展性和安全性,從而能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務(wù)。

四大劣勢

第一,從標準來講WiMax技術(shù)現(xiàn)在是不能支持用戶在移動過程中無縫切換。目前其速度只有50公里,而且如果高速移動,WiMAX達不到無縫切換的要求,跟目前3G的三個主流標準比,其性能相差是很遠的。

第二,WiMAX嚴格意義講不是一個移動通信系統(tǒng)的標準,只是一個無線城域網(wǎng)的技術(shù)。另外,我國政府也組織了相關(guān)專家對此做了充分分析與評估,得出的結(jié)論是類似的。

第三,從產(chǎn)業(yè)鏈來講,目前Wimax只有商用數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡而并沒有商用手機,并且還存在終端一致性測試的問題。所以,WiMAX的產(chǎn)業(yè)鏈還需要經(jīng)過像TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模試驗過程。

第四,WiMAX要到802.16m才成成為具有無縫切換功能的移動通信系統(tǒng)。WiMAX陣營把解決這個問題的希望寄托于未來的16m標準上,而16m的進展情況現(xiàn)在還存在不確定因素。

應(yīng)用前景

寬帶無線接入技術(shù)是各種有線接入技術(shù)強有力的競爭對手,在高速因特網(wǎng)接入、雙向數(shù)據(jù)通信、私有或公共電話系統(tǒng)、雙向多媒體服務(wù)和廣播視頻等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。相對于有線網(wǎng)絡(luò),寬帶無線接入技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢。

1. 無線網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)實際使用的需求階段性地進行投資

WiMax的應(yīng)用主要可以分成兩個部分,一個是固定式無線接入,一個是移動式無線接入。802.16d(IEEE802.16-2004)屬于固定無線接入標準,而802.16e屬于移動寬帶無線接入標準。其主要的應(yīng)用范圍主要有:經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū),在這些地方的信息化建設(shè)是非常落后的。應(yīng)用低成本的WiMax技術(shù)則可以給那里架起一座信息高速公路,對當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展會有很大的促進作用。

2. 應(yīng)用WiMax技術(shù)可以迅速部署完成一個高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

例如2008年奧運會期間可以在奧運場館構(gòu)建WiMax網(wǎng)絡(luò)。

3. 可以使用WiMax技術(shù)在大學(xué)校園內(nèi)部署高速無線網(wǎng)絡(luò)

使用WiFi技術(shù)的校園無線網(wǎng)絡(luò)目前已經(jīng)十分普遍,但是WiMax要比WiFi先進很多,WiMax使用很少的基站即可達到整個校園的無線信號無縫連接。 同目前正在廣泛使用的無線網(wǎng)絡(luò)相比,WiMax技術(shù)有著自己獨特的優(yōu)勢。WiFi技術(shù)可以提供高達54Mbps的無線接入速度,但是它的傳輸距離十分有限,僅限于半徑約為100米的范圍。移動電話系統(tǒng)可以提供非常廣闊的傳輸范圍,但是它的接入速度卻十分緩慢。WiMax的出現(xiàn)剛好彌補了這兩個不足。因此在不久的將來WiFi(無線局域網(wǎng)),WiMax(無線城域網(wǎng)),3G(無線廣域網(wǎng))三者的結(jié)合將會為我們創(chuàng)造出一個完美的無線網(wǎng)絡(luò)。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展,集成了這三種技術(shù)的移動終端將為我們隨時隨地提供高速無線連接,借用一句廣告語:“未來是無線的”。

機遇與挑戰(zhàn)

每一種新技術(shù)的出現(xiàn)都是機遇與挑戰(zhàn)并存的,WiMAX技術(shù)也一樣存在著機遇和挑戰(zhàn)。WiMAX技術(shù)的應(yīng)用方式從全球來講均有其對應(yīng)的市場空間,無論是已經(jīng)形成較為完整網(wǎng)絡(luò)的老牌運營商,還是剛進入移動通信市場的新興運營商,都對WiMAX技術(shù)有較大的興趣。移動WiMAX技術(shù)在諸如雙工方式、智能天線技術(shù)等許多技術(shù)層面與我國的TD-SCDMA標準有不少相似之處。相對于其它兩種主流3G標準來講,移動WiMAX技術(shù)與我國TD-SCDMA技術(shù)的結(jié)合是最佳“結(jié)合點”,我國的TD-SCDMA的發(fā)展也將為其提供發(fā)展的契機。

相對于其它無線通信產(chǎn)品的互通性測試所需時間往往高于最初的期望,WiMAX技術(shù)的發(fā)展過程中十分注重產(chǎn)品的兼容性和互通性測試,這樣使企業(yè)的投資風(fēng)險明顯的降低,有利于吸引更多的企業(yè)投資WiMAX技術(shù)的研發(fā)工作。WiMAX技術(shù)已經(jīng)得到許多大型通信企業(yè)的關(guān)注,通過共同參與標準的制定,有更多的企業(yè)進入了這個市場。同時,有更多的企業(yè)參與競爭最終將使產(chǎn)品更為廉價。

當然,WiMAX技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)也不少。主要有以下幾點:

首先,在WiMAX標準發(fā)布至商用化產(chǎn)品投向市場這段時間,正處于中國3G牌照發(fā)放的敏感時期,國家政策對WiMAX技術(shù)發(fā)展的影響是決定性的。

其次,根據(jù)無線電波的傳播模型,在700/800MHz頻率上的有效小區(qū)半徑是1.9GHz頻率上的約兩倍。同理,2.5～3.5GHz的有效小區(qū)半徑是700/800MHz的1/8～1/4,也就是使用3.5G頻率的WiMAX系統(tǒng)在以覆蓋為目的的初期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,所需基站數(shù)量要遠多于GSM系統(tǒng)。這對于運營商初期的設(shè)備和基站土建投資是一個考驗。

第三,業(yè)界認為移動WiMAX技術(shù)不可能完全取代3G,3G的建設(shè)不會因為WiMAX技術(shù)的出現(xiàn)而停止。能否與3G做到良好的互補,能否找到真正可行的運營模式都直接影響著移動WiMAX技術(shù)能否良好發(fā)展。

第四,能否擁有統(tǒng)一的頻段也是影響移動WiMAX技術(shù)能否良好發(fā)展的一個重要因素。