WiMAX關鍵技術及應用淺析

高文付

摘 要 本文主要介紹了WiMAX的一些關鍵技術，及其應用場景。并對其如何組網應用，進行分析，提出解決方案。

關鍵詞 WiMAX OFDM 應用場景 組網應用

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

WiMAX是IEEE802.16技術在市場推廣方面采用的名稱，其物理層和MAC層技術基于在IEEE 802.16工作組中開發的無線城域網（WMAN）技術，WiMAX也是IEEE 802.16d/e技術的別稱。本文將對WiMAX的一些關鍵技術和應用場景進行介紹，并分析如何利用WiMAX組網。

1 WiMAX的關鍵技術

（1）OFDM 與OFDMA

802.16d OFDM物理層采用256個子載波，OFDMA物理層采用2048個子載波，信號帶寬1.25～20MHz可變。802.16e對OFDMA 物理層進行了修改，使其可支持128、512、1024 和2048共4種不同的子載波數量，但子載波間隔不變，信號帶寬與子載波數量成正比，稱為可擴展的OFDMA。OFDM所有載波的幅值都是相同的，一個時隙某一時刻只能由一個用戶使用。OFDMA將載波分成若干個組，每個組里又有多個載波。每個子載波采用獨立的編碼、調制方式和信號功率，以便基于信道條件優化網絡資源。將時隙分成多個子信道，多個用戶可以同時使用一個時隙。

（2）調制技術

WiMAX采用QPSK、16QDM 和64QAM三種調制方式，QPSK利用載波的4種不同相位差來表示不同數據，其實際效率較高。而相比之下，QAM在機理上更加復雜，與其他調制技術相比，QAM調制技術具有充分利用帶寬、抗噪聲強等特點。802.16d/e 采用了塊Turbo碼、卷積Turbo碼等糾錯能力很強但解碼延時較大的信道碼，同時，也考慮到使用低延時的LDPC碼。

（3）高數據速率

由于采用了MIMO天線技術、靈活的子信道方案、先進的編碼調制方式，對于10 MHz 信道，移動WiMAX 峰值速率為下行每扇區63Mbit/s，上行每扇區28Mbit/s。下行峰值數據速率達到每扇區46Mbit/s，上行峰值數據速率達到每扇區14Mbit/s。移動通信傳輸能力是基于帶寬的，更寬的帶寬支持更高的吞吐量，將滿足用戶大容量速率傳輸的要求。

2 WiMAX技術的應用場景

（1）固定應用場景

固定接取業務是802.16運營網絡中最基本的業務模型，包括用戶因特網接取、傳輸承載業務及Wi-Fi熱點回程等。

（2）游牧應用場景

在游牧式業務場景終端可以從不同的接取點進入到一個運營商的網絡中；在每次會話連接中，用戶終端只能進行站點式的接取；在兩次不同網絡的接取中，傳輸的數據將不被保留。在游牧式及其以后的應用場景中均支持漫游，并應具備終端電源管理功能。

（3）便攜應用場景

在這一場景下，用戶可以步行連接到網絡，除了進行小區切換外，連接不會發生中斷。便攜式業務在游牧式業務的基礎上進行了發展，從這個階段開始，終端可以在不同的基站之間進行切換。當終端靜止不動時，便攜式業務的應用模型與固定式業務和游牧式業務相同。當終端進行切換時，用戶將經歷短時間的業務中斷或者感到一些延遲。切換過程結束后，TCP/IP應用對當前IP地址進行刷新，或者重新取得IP地址。

（4）簡單移動應用場景

在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接取業務中能夠以步行或是慢速移動連接上網絡，但當終端移動速度達到60～120km/h時，數據傳輸速度將有所下降。這是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數據包的丟失將控制在一定范圍，最差的情況下，TCP/IP會談層不中斷，但應用層業務可能有一定的中斷。切換完成后，QoS將重建到初始級別。

（5）完全移動應用場景

在這一場景下，用戶可以在移動速度為120km/h甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接取業務，當沒有網絡連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。

3 組網應用

（1）接入網絡設計

在WiMAX接入網部分的設計中，我們主要采用OFDM和OFDMA技術來對抗較差的無線傳播環境。為了解決使用同頻率相鄰小區之間的同頻干擾和頻率資源的極度緊缺問題，可行的方法是對頻率進行復用和分配。如果采用頻率復用因子為1的資源配置方式，需要利用扇區化技術復用頻率來控制干擾。采用相同扇區結構時，頻率復用因子為4的系統在網絡容量和傳輸速率方面的性能均優于頻率復用因子為1的系統。這樣，就可以采用這種扇區化的小區結構，并采用頻率復用因子大于1的小區規劃方式。

（2）骨干網絡設計

骨干網絡將主要解決用戶認證、漫游以及和其他網絡之間的接口問題。該骨干網的基礎仍然要依靠現有的網絡，通過與現有的網絡進行不同程度的耦合，來滿足需求。在松耦合方式下，直接利用現有網絡的認證、授權和計費服務器（AAA），使數據流并不經過現有網絡的骨干網。當采用緊耦合方式時，網絡的數據流要經過現有網絡或3G網絡的無線網絡控制器（RNC）和骨干網網。這樣不僅大幅度地減少了切換時延，而且還保證了網絡之間的無縫切換。

（3）基站互聯設計

在WiMAX組網時，只有中心基站才能接入Internet，而其他基站通過中心基站采用無線通信方式接入Internet，不能直接相連。各非中心基站的上行數據在中心基站處匯聚并發送到Internet，而Internet將發向此中心基站及相連遠端基站的下行業務數據合并發送到中心基站，再由中心基站向各個非中心基站轉發。