2007/12/07
一、什么是WiMAXWiMAX的全名是World wide Interoperability for Microwave Access（全球微波接入的互操作性），是基于IEEE 802.16的系列宽频无线标准为基础的宽带无线技术。WiMAX微波接入全球互操作性认证产业联盟的主要成员包括设备制造商、器件供应商、运营商等，主要任务是通过对产品进行兼容性和互操作性认证，消除IEEE 802.16标准应用的障碍，扩大标准的应用范围。802.16是由IEEE802开发的无线接入技术空中接口标准，具有代表性的标准包括802.16d固定无线接入标准和802.16e移动无线接入标准。按照目前的技术发展情况，802.16d主要定位于企业用户，提供长距离传输的手段；而802.16e的用户群则定位于个人用户，支持用户在移动状态下宽带接入网络。
WiMAX是一项令人激动的技术，它的出现让无处不在的互联网真正成为可能。WiMAX有突出的技术特点：
（1）较远的传输距离。WiMAX能实现50公里的无线信号传输距离，远远超过无线局域网，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。
（2）高速的宽带接入。WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mb/s，这个速度是3G所能提供的宽带连接速度的30倍。支持移动接入。IEEE802.16e能增加终端的移动能力，其移动速度达到120km/h。
此外，凭借这种覆盖范围和高吞吐率，WiMAX还能够提供为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi热点提供回程。同时，WiMAX还是一个潜力无限的市场，未来10年内，全球各地对WiMAX设备的需求量将极其惊人。正是受到这个庞大市场的吸引，包括英特尔、诺基亚、摩托罗拉在内的业界巨头都对WiMAX技术大力支持，并吸引更多的企业进入这个领域。
据悉，WiMAX已经从概念推广期迈入实际应用期。固定WiMAX设备的互操作性已经得到WiMAX论坛的认证，移动WiMAX标准也已于今年初正式获得IEEE批准。伴随着全球更多的频段向WiMAX开放，更多的设备通过互操作性认证以及用户端设备（CPE）价格的迅速下降，WiMAX的商业部署已经在全球范围内启动。尤其在亚洲，韩国运营商SKT已经正式商用WiBro（移动WiMAX），日本已于2006底发出三张WiMAX 16e牌照，新加坡将在2007年底前开始部署WiMAX 16e网络，巴基斯坦将部署全国WiMAX 16e网络，等等。据预测，到2009年亚洲将成为WiMAX最重要的市场，约占全球市场的45%，用户约有300万户。这也引发了电信运营商和ISP的强烈兴趣和极大关注。
二、WiMAX技术简介
目前，IEEE 802.16标准主要包括IEEE 802.16d和IEEE 802.16e。802.16d的初哀是统一固定无线接入的空中接口。该标准可以应用于2～11 CHz非视距（NLOS）传输和10～66GHz视距（LOS）传输。而IEEE 802.16e的目标是能够向下兼容IEEE802.16d，为了支持移动特性，在IEEE802.16d的基础上加入了切换、QoS、安全等新的特性。802.16e标准于2005年10月通过IEEE 802.16工作组投票，并提交IEEE802 SA审批。
IEEE802.16d/e主要技术特性见表1。
表1 802.16d/e主要技术特性
（2）在多址方式方面，802.16d/e在上行采用TDMA（时分多址），下行采用TDM（时分复用）支持多用户传输。另一种多址方式是OFDMA，以2048个子载波的情况为例，系统将所有可用的子载波分为32个子信道，每个子信道包含若干子载波。多用户多址采用和跳频类似的方式实现，只是跳频的频域单位为一个子信道，时域单位为2或3个符号周期。
（3）在调制技术方面，802.16采用QPSK，16QAM和64QAM三种调制方式，四相移相键控利用载波的4种不同相位差来表示不同数据，其实际效率较高。而相比之下，QAM在机理上更加复杂，与其他调制技术相比，QAM调制技术具有充分利用带宽、抗噪声强等特点，广泛使用于各种信号传输技术之中。而16-QAM与64-QAM的区别只在于二者的数据位宽不同，后者可以提供比前者高出50%的数据传输率。802.16 d/e支持的最高阶调制方式为64QAM，相对于蜂窝移动通信系统（3GPP HSDPA最高支持16QAM），802.16d/e更强调在信道条件较好时实现极高的峰值速率。为适应高质量数据通信的要求，802.16d/e选用了块Turbo码、卷积Turbo码等纠错能力很强但解码延时较大的信道码，同时也考虑使用低复杂度、低延时的LDPC码。
（4）在双工方式方面，802.16d/e支持FDD和TDD两种方式，其物理层技术基本相同。相对而言，3G技术中FDD和TDD模式采用的物理层有较大不同。802.16d/e在5MHz频带上可以实现约15Mb/s的速率，频谱效率为3bit/s/Hz，与HSDPA相似。但802.16d/e在固定或低速环境下可以使用更大带宽（20MHz），实现高达75Mb/s的峰值速率，这是现有蜂窝移动通信系统难以达到的。这充分体现出OFDM技术在使用更宽频带方面的优势。
（5）802.16d/e标准支持全IP网络层协议，802.16d/e设备可以作为一个路由器接入现有的IP网络。但现有IP核心网缺乏有效的移动性管理能力。WiMAX论坛已经开始开发网络层协议，802.16 NetMAN工作组也已开展这方面的工作。同时，802.16协议也可以通过一个ATM汇聚子层将ATM信元映射到802.16d/e MAC层，具备支持3G核心网的潜力。也就是说，WiMAX支持和3G系统的互通和融合。802.16d/e的MAC层支持多种QoS等级以适应VoIP、可视电话、流媒体、在线游戏、浏览、下载等不同的业务类型，包括主动分配带宽（UGS）、实时轮询（RtPS）、非实时轮询（NrtPS）和尽力而为（BE），其中最后一种为竞争接入的调度机制。802.16e增加了节电模式的内容，以支持移动终端。除正常工作状态外，还支持空闲状态（即用户处于激活状态但暂时没有数据交换）和睡眠状态。
三、WiMAX技术应用场景及设想
1.WiMAX技术应用场景
WiMAX技术有五种应用场景定义，即固定、游牧、便携、简单移动和全移动。
（1）固定应用场景：固定接入业务是802.16运营网络中最基本的业务模型。组网模式与现在的点对多点固定无线接入相似。在这个场景下，不支持切换和小区间用户数据交换。终端设备可以选择连接到信号最好的中心站。终端一般为小盒子，大部分具备室外单元。WiMAX固定应用模式的用户及场景包括：企业用户、小区E1/IP的承载线路；WLAN公共接入网络上联到城域网的线路；移动通信网络中基站和基站控制器互连的线路；在有上网需求、用户分布分散的地方如农村及边远地区，作为DSL的替代者进行无线宽带接入网络覆盖；没有有线网络资源的地方；有线网络无法进入的地方，如地形地貌限制或历史文化古迹区，等等。
（2）游牧应用场景：游牧式业务是固定接入方式发展的下一个阶段，终端可以从不同的接入点接入到一个运营商的网络中；在每次会话连接中，用户终端只能进行站点式的接入；在两次不同网络的接入中，传输的数据将不被保留。在游牧式及其以后的应用场景中均支持漫游，并应具备终端电源管理功能。
（3）便携应用场景：便携式业务在游牧式业务的基础上进行了发展，从这个阶段开始，终端可以在不同的基站之间进行切换。当终端静止不动时，便携式业务的应用模型与固定式业务和游牧式业务相同。当终端进行切换时，用户将经历短时间（最长为2s）的业务中断或者感到一些延迟。切换过程结束后，TCP/IP应用对当前IP地址进行刷新，或者重建IP地址。主要面向家庭接入和商务人士用户市场，终端可为PCMCIA卡，放置在便携机里；规模商用时间估计要到2007年下半年。
（4）简单移动应用场景：在这一场景下，用户在使用宽带无线接入业务中能够步行、驾驶或者乘坐公共汽车等，但当终端移动速度达到60～120km/h时，数据传输速度将有所下降。这是能够在相邻基站之间切换的第一个场景。在切换过程中，数据包的丢失将控制在一定范围，最差的情况下，TCP/IP会话不中断，但应用层业务可能有一定的中断。切换完成后，QoS将重建到初始级别。简单移动和全移动网络需要支持休眠模式、空闲模式和寻呼模式。移动数据业务是移动场景（包括简单移动和全移动）的主要应用，包括目前被业界广泛看好的移动E-mail、流媒体、可视电话、移动游戏、移动VoIP（MVoIP）等业务，同时它们也是占用无线资源较多的业务。
（5）全移动应用场景：在这一场景下，用户可以在移动速度为120km/h甚至更高的情况下无中断地使用宽带无线接入业务，当没有网络连接时，用户终端模块将处于低功耗模式。
2.WiMAX系统应用
按照上述终端的移动性，可将WiMAX网络划分为固定终端接入模式和移动终端接入模式。固定终端接入模式主要解决政府机关、写字楼、宾馆饭店、居民小区等建筑的集团网络接入问题，还可以应用于实时监控等特殊应用场景。移动终端接入模式主要解决车载用户、室外用户等移动条件下的用户通信要求。由于移动接入模式的灵活性，这种方式还可以广泛应用于无线数字多媒体网络、城市应急指挥系统、城市智能通信系统等综合通信系统。
（1）在无线数字多媒体网络中的应用
目前，这类应用在国外已经进行了试验检测。为各类交通工具内的乘客提供高速移动状态下的多媒体信息服务。如在城铁、地铁、公交车、火车上为乘客提供高速网络互动、车辆定位、实时影视、广告资讯、天气预报等各类服务。同时，由于WiMAX网络可以兼容Wi-Fi的网络设备，因此Wi-Fi终端用户也可无障碍享受移动宽带服务。
类似的城市无线宽带网的建设，不仅可以为政府所用，很多企业也可以直接使用。各个行业都可以利用这些基础架构进行应用的开发，比如物流企业完全可以利用这个网络系统对车队进行有效的管理。目前，这种技术在银行、保险业已经开始应用，它的投资回报率非常诱人。
（2）在城市应急指挥系统的应用
建设基于WiMAX技术的城域网，可以提升政府对于突发事件的响应速度，提升城市的整体安全水平。在公共安全和紧急救助行业中，由于大多数工作人员都处于移动状态，因此在通信方面必须依赖于无线网络解决方案。WiMAX技术可以满足其对数据调度、移动视频监控、车辆/人员定位、移动指挥车应急通信等业务需求。应急指挥车辆或工作人员只要有笔记本电脑或者手持终端就可以通过无线城域网实时与总部保持视频、数据和语音通信，积极地应对各种突发事件。
（3）在构建城市智能通信系统中的应用
通过WiMAX系统在各领域的监控指挥中心与全市的智能通信指挥中心之间建立无线连接，可以构建城市智能通信系统，从而可以保证各部门步调一致、协调作战，处理城市中出现的各种突发事件（见图1）。
图1 城市智能通信系统示意图
比如说城市交通监控系统可以通过各路段的摄像头将实时的路况信息传送到交通指挥中心，目前我们还是依靠有线传输的方式来构架整个城市交通监控系统的建设，这样不但建设成本昂贵，而且会产生很多不能够覆盖的死角。如果我们应用WiMAX技术，不但可以节约建设成本，而且组网方式可以更为机动灵活，使交通指挥中心可监控的区域不但扩大到城市的每一个角落，而且对郊区的国道、省道、铁路干线也能做到很好的覆盖。
对比一下WiMAX与3G，笔者认为WiMAX与3G的市场定位不同，移动WiMAX定位于城域网，而3G定位于广域网，二者有不同的发展空间。3G网络的核心功能是提供移动电话服务，也可以用来传输数据；WiMAX则主要是高速率的数据传输，语音质量并不是关键要求。尽管WiMAX传输速率可达到3G的10倍甚至更高，其覆盖范围用低阶调制时可与3G匹敌甚至更远，但这不是3G标准的以无线广域网WWAN为基本模式、以公众语音及多媒体数据为内容、在全球范围内漫游的个人手机终端的基本市场定位。本质上，WiMAX是作为3G及3G演进的一种无线城域网、多点基站互联的重要支持手段而已。两者潜在的市场尺寸也有巨大差异，从而根本谈不上WiMAX会终结3G。
Wi-Fi是无线保真（Wireless Fidelity）的缩写，Wi-Fi技术包括已经批准的IEEE802.11a，b和g规范以及等待批准的802.11n规范。Wi-Fi是第一项得到广泛部署的高速无线技术，在全球的热点中尤其引人注目，包括家庭和办公室以及越来越多的咖啡屋、酒店和机场等，Wi-Fi几乎是立即风靡全球，并因为其提高工作效率的能力而受到出行在外人士的追捧。然而，Wi-Fi能够支持的范围非常有限：用户只有保持在距离无线接入点设备（AP）约100米的范围内才能实现高速连接。Wi-Fi是最早期的高速无线数据技术之一，现在因为拥有大量支持产品和技术而收益良多。一些最新的平台甚至能够支持多个Wi-Fi标准（如802.11a，b，g），从而支持数个无线网络之间的兼容性。
对比一下WiMAX与Wi-Fi。由于WLAN有安装及设置简单、综合成本低、接入方便并且可以提供较宽的带宽（802.11b的带宽可以达到11Mb/s，而802.11a及802.11g更可达54Mb/s）等优点，但是它存在的安全隐患却是一个致命的缺点。Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，无线电波能穿透墙壁和隔板，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。同样与Wi-Fi技术相比较，WiMAX技术优势似乎更加明显。但由于Wi-Fi和WiMAX技术分别解决的是“最后100米”和“最后1公里”问题，因而具有不同的定位和用途。相反，Wi-Fi可以通过室外天线，利用WiMAX技术直接与骨干网相联，而可以不采用当前Wi-Fi网络需要将无线接入点通过有线网络与骨干网相连的方式，从而大大减少铺设有线网络的成本。因此，针对WiMAX和Wi-Fi技术的不同定位和优势，两者可以互为补充，共同发展。
五、结束语
在众多的宽带无线接入技术中，WMAX以其独具优势的接入能力成为业界一颗冉冉升起的新星，WiMAX其根本定位还是应该在宽带接入上，可以作为3G数据业务的补充，也可以携手Wi-Fi成为最后一公里宽带接入的解决手段。总之，WiMAX技术的推动者和开发者应该对其进行准确的市场定位，更合理地细分市场，同其他技术进行融合，促进整个无线通信产业的发展。
