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(wèn)題的無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)，如何在未來(lái)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(wèn)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)。可采用多扇區(qū)技術(shù)來(lái)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�能�?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(lái)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)。可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來(lái)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)�；�站（BS）扮演業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP，ServiceAccessPoint）的角色，通過(guò)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(guò)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。

2.Mesh應(yīng)用模式

　　如圖2所示，Mesh應(yīng)用模式采用多個(gè)基站（BS）以網(wǎng)狀網(wǎng)方式擴(kuò)大無(wú)線覆蓋區(qū)。其中，有一個(gè)基站作為業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP）與核心網(wǎng)相連，其余基站（BS）以無(wú)線鏈路與該SAP相連。因此，作為SAP的基站既是業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)又是接入的匯聚點(diǎn)，而其余基站并非簡(jiǎn)單的中繼站（RS）功能，而是業(yè)務(wù)的接入點(diǎn)。



　　Mesh應(yīng)用模式的特點(diǎn)在于網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活部署，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的彈性延伸。對(duì)于市郊等遠(yuǎn)離骨干網(wǎng)，有線不易覆蓋的地區(qū)，可以采用該模式擴(kuò)大覆蓋范圍，其規(guī)摸取決于基站半徑、覆蓋區(qū)大小等因素。

　　3.熱點(diǎn)回傳模式

　　如圖3所示，熱點(diǎn)回傳（backhaul）模式采用WiMAX無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)把遠(yuǎn)端WiFi熱點(diǎn)Hotspot業(yè)務(wù)回送到核心網(wǎng)，WiMAX基站（BS）的作用仍為業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP），而WiMAX用戶站（SS）是熱點(diǎn)側(cè)的無(wú)線接入設(shè)備，提供標(biāo)準(zhǔn)接口與熱點(diǎn)相連，作為WLAN接入點(diǎn)（AP，AccessPoint）的熱點(diǎn)設(shè)備再通過(guò)IEEE802.11a/b/g無(wú)線鏈路與無(wú)線終端連接。



　　WiMAX接入網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際情況靈活采用PMP或Mesh結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商也可以采用該應(yīng)用模式，把各小區(qū)移動(dòng)基站業(yè)務(wù)回傳到移動(dòng)交換中心。

　　WiMAX熱點(diǎn)回傳模式的主要特點(diǎn)在于作為業(yè)務(wù)回傳應(yīng)用，采用無(wú)線傳輸方式，與傳統(tǒng)有線回傳模式相比，其特點(diǎn)顯而易見，可作為傳統(tǒng)回傳模式的補(bǔ)充或替代方案。

4.終端接入模式

　　如圖4所示，在終端接入模式下，用戶終端設(shè)備（TE，Terminal Equipment）直接通過(guò)作為SAP的WiMAX基站（BS）接入核心網(wǎng)。而用戶終端設(shè)備（TE）若要直接接入WiMAX網(wǎng)絡(luò)，則必須配置符合WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的用戶單元（SU，Subscriber Unit），用戶單元（SU）一般是WiMAX無(wú)線網(wǎng)卡或無(wú)線模塊形式。



　　由于WiMAX接入速率很高，而且支持城域內(nèi)終端設(shè)備的移動(dòng)性（對(duì)于即將頒布的IEEE 802.16e），因此特別適合于接入速率要求高并且有移動(dòng)性要求的終端應(yīng)用。

　　該模式的特點(diǎn)在于允許用戶終端直接高速接入網(wǎng)絡(luò)，并支持便攜式終端在城域范圍內(nèi)的移動(dòng)和漫游。從技術(shù)和業(yè)務(wù)的角度看，只要再增加支持VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)功能，就可成為名副其實(shí)的下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

　　5.駐地網(wǎng)接入模式

　　如圖5所示，駐地網(wǎng)接入模式主要針對(duì)集團(tuán)用戶，其目標(biāo)是把諸如企業(yè)、校園和SOHO（Smalloffice Home Office）等用戶駐地網(wǎng)通過(guò)WiMAX接入城域網(wǎng)。與其他應(yīng)用模式相同，基站（BS）還是作為SAP與核心網(wǎng)相連提供無(wú)線接入服務(wù)。在用戶側(cè)，用戶無(wú)線接入設(shè)備SS，其一側(cè)通過(guò)無(wú)線接口上聯(lián)基站（BS），另一側(cè)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口（例如以太網(wǎng)接口、E1等）與用戶駐地網(wǎng)CPN設(shè)備相連。一般用戶站（SS）采用定向天線，以及各種自適應(yīng)技術(shù)，靈活調(diào)整工作方式，保證用戶的正常接入。



　　用戶側(cè)駐地網(wǎng)CPN設(shè)備可以是用戶路由器、交換機(jī)、集線器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，甚至可以是另一種無(wú)線接入點(diǎn)（例如WiFi熱點(diǎn)），用于組成用戶專用局域網(wǎng)，其典型實(shí)例是目前廣泛存在的校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、政府網(wǎng)或SOHO等形式。

　　駐地網(wǎng)接入模式特別適合于線纜接入不方便，對(duì)接入帶寬要求不高的駐地間接入應(yīng)用。與線纜接入方式相比，部署快捷是該模式的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

6.無(wú)線橋接模式

　　如圖6所示，無(wú)線橋接模式是一種點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)線鏈接方式，與遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的作用相似，其目的是把地理位置分離的兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)通過(guò)WiMAX無(wú)線鏈路連接在一起。由于無(wú)線橋接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，兩端WiMAX無(wú)線網(wǎng)橋設(shè)備天線的方向可以彼此對(duì)準(zhǔn)固定，因此傳輸性能相對(duì)穩(wěn)定，部署也相對(duì)簡(jiǎn)單。



　　顯然，采用WiMAX無(wú)線橋接方式，可以避免困難的專線鋪設(shè)或繳納昂貴的線纜租金，并能迅速開通使用，連接距離遠(yuǎn)，連接帶寬完全能滿足一般應(yīng)用需要。在用戶專網(wǎng)建設(shè)方面，比有線橋接方式更具競(jìng)爭(zhēng)力。

　　四、結(jié)論

　　從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用角度看，WiMAX無(wú)線接入技術(shù)具有無(wú)線技術(shù)帶來(lái)的所有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)從技術(shù)上看，高效調(diào)制技術(shù)提高了頻譜利用率；QoS機(jī)制提高了業(yè)務(wù)能力；宏小區(qū)覆蓋方式，特別適合戶外應(yīng)用；并且其以較高的接入速率，克服了無(wú)線技術(shù)的帶寬瓶頸，成為今后線纜傳輸方式的補(bǔ)充或替代方式�？梢灶A(yù)見，隨著WiMAX技術(shù)的普及，設(shè)備成本的下降，其完全可能成為解決信息高速公路“最后一公里”極具競(jìng)爭(zhēng)力的手段。本文討論的WiMAX應(yīng)用模式把網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境與WiMAX特點(diǎn)相結(jié)合，既可以滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，又可以充分發(fā)揮WiMAX的性能優(yōu)勢(shì)，因此，WiMAX應(yīng)用模式的確定對(duì)今后其應(yīng)用和發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。


----《中國(guó)新通信》