無線WiMAX技術的特點與應用研究

段靜波

（廣東工商職業學院，廣東 肇慶 526000）

0 引 言

WiMAX技術指全球互通微波訪問技術，是基于微波與毫米波頻段的空中接口標準的無線城域網技術。WiMAX技術通過802.16標準的無線接入熱點與互聯網實現有效連接，也能與企業、單位的骨干線路進行連接，為無線網絡提供高質、高效的數據服務與音視頻服務。因此，加強對無線WiMAX技術特點與應用的分析和研究，有助于進一步推進該技術的發展和進步。

1 無線WiMAX技術的特點

1.1 無線WiMAX技術的接入層特點

第一，無線WiMAX技術的QoS服務。如果信道上下行容量不一致，并且無科學的資源分配機制，那么無線WiMAX提供的數據服務與應用具有QoS保障，可按照需求狀況為用戶端提供合理的QoS服務。

第二，管理機制方面。電池壽命及越區切換對移動通信有非常重要的影響。首先，WiMAX擁有高效的功率管理功能，不僅能夠支持睡眠模式，而且能有效支持空閑模式，從而為通信設備節約一定電量。如果移動臺無法有效聯系基站方面，通信設備就可打開睡眠模式，在此模式下，移動臺自身功率會降到最低，同時最小化使用基站空中接口資源。移動臺穿越多個基站交互覆蓋范圍的過程中，空閑模式開啟，能夠定時接收廣播信道的消息，不用通過基站進行注冊，有效降低移動臺越區切換頻率，減少基站的空中接口資源與越區切換通信量[1]。其次，IEEE802.16e涵蓋了硬切換模式、快速基站切換模式以及宏分集切換模式等。硬切換模式是切換過程中必須采用的方式，其他兩種切換模式是可以自主選擇的切換方式。移動臺能夠充分發揮現有服務基站廣播消息的作用，獲取相鄰小區的數據信息。移動臺還能在請求分配掃描間隔的基礎上，掃描鄰近基站，從而獲取相鄰小區的數據信息。

第三，安全性方面。首先，IEEE802.16e以碼字管理協議版本2作為加密基礎，也是其他加密策略的基本保障。其次，通信量加密編碼能夠定期更新碼字，系統在持續轉換碼字的保護下，進一步增強安全性；同時，在無線WiMAX的MAC層接口處，應用計數器模式，能夠全面保護用戶數據。再次，無線WiMAX可利用以移動衰減碼控制為基礎的高級加密標準，嚴格控制數據。最后，無線WiMAX可為三種握手算法提供支持，優化重新驗證機制，從而為快速切換提供保障。

1.2 無線WiMAX技術的物理層特點

第一，使用頻段方面。了解和分析無線電頻譜的具體占用情況后，為了充分滿足移動船舶的需求和非視距傳播的實際需求，IEEE802.16d主張使用2～11 GHz的頻段；同時，為了確保移動性，IEEE802.16e主張使用不超過6 GHz的頻率范圍。從國內2～6 GHz頻率的具體使用情況來看，3.3 GHz與3.5 GHz是無線WiMAX最可能采用的頻率。

第二，無線WiMAX系統中的OFDM/OFDMA技術。OFDM的中文名稱為正交頻分復用技術，其能夠在無線環境中高速傳輸網絡數據，能在頻域范圍內促使頻率衰落信道有效轉變為平坦信道，從而大大降低多徑衰落對傳輸過程的影響。OFDM歸屬于WiMAX系統的物理層，又可分成OFDM方式與OFDMA方式。OFDM物理層通過OFDM調制為TDD與FDD雙工方式提供有效支持，其上、下行鏈路分別采用TDMA多址、TDM復用等方式，不僅能使用時空編碼發射分集，而且能使用自適應天線系統。應用OFDM的過程中，其正交載波集都來自于單一用戶，并將數據流并行傳送給單一用戶。應用OFDMA物理層的過程中，常常采用OFDMA多址接入方式，為TDD和FDD雙工方式提供有效支持，不僅能使用時空編碼發射分集，而且能使用自適應天線系統。通常情況下，其下行數據流會被轉變為邏輯數據流，并在多種調制與編碼后，利用不同功率的信號實現與相應信道用戶端連接的目的。

2 無線WiMAX技術的應用場景

2.1 無線WiMAX技術的便攜應用場景

無線WiMAX技術的便攜應用場景中，用戶可在自行移動過程中實現網絡連接的目的，并且這種連接只進行小區切換，不會產生連接中斷現象。此外，便攜式業務終端還能在諸多基站之間實現快速切換。在終端靜止的情況下，便攜式業務與固定式業務應用模型相同。終端切換過程中，業務會出現短時中斷延遲的現象。完成切換后，TCP/IP應用會刷新現有IP地址或重新獲取IP地址。

2.2 固定應用場景

802.16 運營網絡中最基本的業務種類是固定接取業務，其業務內容主要包括無線熱點回程、用戶因特網接取和傳輸承載業務等。

2.3 簡單移動應用場景

簡單移動應用場景中，用戶利用寬帶無線接取業務時，可通過步行或慢速移動實現網絡連接。如果終端移動速度超過60 km/h，將會出現數據傳輸速度下降的情況。簡單移動應用場景是可以在相鄰基站之間進行切換的首個場景。當切換時，能夠有效控制數據包的丟失范圍，至少不會出現TCP/IP會談層中斷現象，但應用層業務可能會發生中斷。切換結束后，QoS將進行重建，從而恢復到初始級別。

2.4 完全移動應用場景

完全移動應用場景下，用戶能夠在高達120 km/h的移動速度環境中順利實現無線接取業務且不會發生中斷。無網絡連接的情況下，用戶終端模塊始終保持在低功耗狀態。

3 無線WiMAX技術的組網應用策略

3.1 接入網絡設計

WiMAX接入網設計過程中，設計人員可有效利用OFDM與OFDMA技術應對不良的無線傳播環境。如果相鄰小區采用同一頻率，將會造成頻率資源緊張和同頻干擾問題，針對這種情況，設計人員可合理進行頻率復用與分配。若頻率復用因子為1，則應通過扇區化技術進行頻率復用，以有效控制干擾問題。使用相同扇區結構的過程中，如果系統的頻率復用因子為4，那么其網絡容量與傳輸速率等性能都非常良好，比頻率復用因子為1的系統更加優質。因此，可利用扇區化小區結構，同時采用頻率復用因子大于1的小區規劃方式。

3.2 骨干網絡設計

骨干網絡的設計目的是解決漫游、用戶認證以及其他網絡接口等方面的問題。這種骨干網仍以當前網絡為基礎，與當前網絡有效耦合的前提下，滿足具體設計需求。如果采用松耦合方式，設計人員可直接通過當前網絡認證與網絡授權等方式，促使數據流避開當前網絡的骨干網。如果采用緊耦合方式，網絡數據流需要經過當前網絡與骨干網，從而大大減少切換時延，確保網絡之間實現無縫切換。

3.3 基站互聯設計

WiMAX組網過程中，中心基站是最核心的單元，只有通過它才能接入到因特網，其他基站則附屬于中心基站，利用無線通信方式實現因特網連接，無法直接進行接入。非中心基站的上行數據會匯聚到中心基站，并通過中心基站發送到因特網。因特網發往所有基站的下行數據會先發送至中心基站，然后從中心基站轉發到各個非中心基站。

4 無線WiMAX技術的主要應用領域

4.1 因特網接入

對需要綜合布線的小區而言，可將WiMAX用戶端的室外單元裝置到小區樓頂，并在室內裝置室內單元、以太網交換機等設備，通過綜合布線與用戶相連，利用無線空中接口為終端用戶提供寬帶服務[2]。WiMAX使互聯網數據不再局限于網線傳輸，能夠實現無線傳輸，且WiMAX可以按照用戶實際需要提供相應的帶寬，為終端用戶營造極速上網體驗。

4.2 農村通信工程

對廣大農村地區和相對偏遠山區的通信服務來講，要求系統必須具有較大的覆蓋面積，不需要架設線纜，具有較快的接入速度和較低的成本。WiMAX技術十分適用于這類工程，不僅能提升農村通信服務質量，而且能迅速縮小這些地區與城市的通信水平差距。

4.3 視頻實時監控

以往的視頻監控系統通常采用現場模擬監視的方式，傳輸的監控信息較為簡單，無法實時傳輸大流量的高清圖像，監控質量相對較差。基于WiMAX的網絡系統能夠實現大信息量視頻的傳輸，通過基于WiMAX的無線寬帶進一步延伸視頻監控。該系統擁有十分廣泛的實時監控業務范圍，可適用于絕大多數行業[3]。

4.4 LAN局域網互聯

對于在同一區域內有較多部門的企業或單位，可通過WiMAX寬帶固定無線接入系統，為企業單位與各部門實現局域網連接提供有效支持。

5 結 論

無線WiMAX技術的不斷發展和創新，不僅有利于提高該技術的服務水平，而且對進一步滿足廣大用戶對高速、高質網絡的具體需求等方面，具有十分重要的現實意義。因此，技術人員必須充分把握無線WiMAX技術的特點，全面了解無線WiMAX技術的應用場景，合理開展無線WiMAX的組網工作，并根據實際應用領域采用適當的應用策略，從而為無線網絡用戶提供更為優質的服務。