1 WiMAX宽带无线接入技术

概述
随着移动通信技术和宽带技术的发展， WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowave Access ，全球微波接入互操作性）已经成为全球电信运营商和设备制造商的关注热点问题之一。技术的发展使得越来越多的多媒体应用进入到人们的生活，运营商提供的服务也随之变化。但是从现网的实践来看，大量的多媒体应用给现有移动网络资源造成巨大消耗，远远超过了相关收入的增加。所以解决如何在保证服务质量的前提下，有效的降低每比特成本以更好的满足用户需求对运营商意义重大。WiMAX正是这样一种极具潜力的应用。
本文第2部分概述了IEEE802.16系列规范，并指明了WiMAX与IEEE802.16系列规范之间的关系；第3部分对WiMAX的技术特点进行了综述；第4部分对WiMAX的3种工作模式进行了概要介绍；第5部分介绍了WiMAX核心网。
IEEE802.16标准和WiMAX组织
IEEE802.11系列标准在无线LAN领域获得巨大成功之后， IEEE进而希望将这种成功的应用模式推向更广阔无线城域网(WMAN)的领域。1999年， IEEE专门成立了IEEE802.16工作组，为固定/移动模式下宽带无线接入定义WMAN的空中接口规范。
IEEE802.16标准于2001年12月发布时，因为仅支持10-66 GHz的工作频段，只能提供可视范围内的承载服务，市场应用受到很大限制。经过进一步完善， IEEE在2003年1月又发布了新的扩展协议IEEE 802.16a 。IEEE 802.16a引入了新的物理层技术，如利用OFDM来反抗多径效应等，并对MAC层做了进一步的强化，工作频段也扩展到2 - 11 GHz的许可频段和非许可频段支持非可视（NLOS）的接入方式。IEEE 802.16a具有很强的市场竞争力，真正成为可用于城域网的无线接入手段。IEEE 802.16-2004是2 - 66GHz固定宽带无线接入系统的标准，是对IEEE 802.16、IEEE 802.16a和IEEE 802.16c的整合和修订。IEEE 802.16-2004也是目前IEEE 802.16家族中最成熟的、商用化产品最多的标准。IEEE 802.16标准的下一步演进方向是IEEE 802.16e 。IEEE 802.16e在继续IEEE 802.16-2004能力的基础上增加了对全移动性的支持，理论移动速度可以达到120km/h 。目前IEEE 802.16e协议的草案已经进行到了第9个版本，预计在2005年的3季度可以正式发布。
表1IEEE802.16系列标准
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IEEE802.16系列规范提供了统一的空中接口标准，为规范设备能力、实现不同厂家设备之间的互联和技术的全球化打下了坚实的基础，但是对于运营商而言将IEEE802.16标准推向市场还需要诸多的要素。因此一个由运营商、设备制造商、周边部件供给商和研究机构组成的非盈利组织WiMAX论坛成立起来。WiMAX论坛的宗旨是在全球范围内推广遵循IEEE802.16标准和ETSI HIPERMAN标准的宽带无线接入设备，并且对设备的兼容性和互操作性做统一的认证以保证系统互联、方便运营商部署。为此， WiMAX论坛专门成立了WiMAX产品认证的工作组和实验室，保证不同厂商WiMAX设备间的互操作性和兼容性。这样，经认证后的WiMAX设备具有的良好互操作性和对规范顺从性。此外， WiMAX论坛组织还致力于帮助解决技术以外的问题，如各国的频率分配、市场应用案例分析等。
目前WiMAX几乎成为了IEEE802.16标准的别称，组织成员也发展到约300家。随着WiMAX产品商用化的进展，今年WiMAX论坛的工作重点将放在设备的认证和网络构架的研究上。
WiMAX技术特点
【1 WiMAX宽带无线接入技术】 WiMAX是采用无线方式代替有线实现“最后一公里”接入的宽带接入技术。WiMAX的优势主要体现在这一技术集成了WiFi无线接入技术的移动性与灵活性以及xDSL等基于线缆的传统宽带接入技术的高带宽特性，其技术优势可以概括如下：
◆ 传输距离远、接入速度高
WiMAX采用OFDM技术，能有效对抗多径干扰；同时采用自适应编码调制技术可以实现覆盖范围和传输速率的折衷；此外，还利用自适应功率控制，可以根据信道状况动态调整发射功率。从而使得WiMAX具有更大的覆盖范围以及和更高的接入速率。例如，当信道条件较好时，可以将调制方式调整为64QAM ，同时采用编码效率更高的信道编码，提高传输速率， WiMAX最高传输数率可以达到75Mbit/s；反之，当信道传输条件恶劣，基站无法基于64QAM建立连接时，可以切换为16QAM或QPSK调制，同时采用编码效率更低的信道编码，这样可以提高传输的可靠性、增大覆盖范围。
◆ 无“最后一公里”瓶颈限制、系统容量大
作为一种宽带无线接入技术， WiMAX接入灵活、系统容量大。服务提供商无需考虑布线、传输等问题，只需要在相应的场所架设WiMAX基站。WiMAX不仅支持固定无线终端也支持便携式和移动终端，能适应城区、郊区以及农村等各种地形环境。一个WiMAX基站可以同时为众多具有的客户提供服务，为每个客户提供独立带宽请求支持。
◆提供广泛的多媒体通信服务。
WiMAX可以提供面向连接的、具有完善QoS保障的电信级服务，满足用户的各种应用需要。按照优先级由高到低依次提供：
(1)主动授予服务(UGS)：提供固定带宽的实时服务，例如E1、T1以及VoIP等；
(2)实时轮询服务(rtPS)：rtPS为可变带宽的实时服务，例如MPEG视频流；
(3)非实时轮询服务(nrtPS)：速率可变的非实时服务，例如大的文件传输；
(4)尽力投递服务(BE)：根据网络状况提供最大可能的服务，例如Email 。
◆ 提供安全保证
WiMAX系统安全性较好。WiMAX空中接口专门在MAC层上增加了私密子层，不仅可以避免非法用户接入，保证合法用户顺利接入，而且提供加密功能，充分保护用户隐私，例如提供EAP-SIM认证。
◆ 互操作性好
运营商在网络建设时能够从多个设备制造商处购买WiMAXCertified设备，而不必担心兼容性的问题。
◆应用范围广
WiMAX可以应用于广域接入、企业宽带接入、家庭“最后一公里”接入、热点覆盖、移动宽带接入以及数据回传(Backhaul)等所有宽带接入市场。值得提出的是，在有线基础设施薄弱的地区，尤其是广大农村和山区， WiMAX更加灵活、成本低，是首选的宽带接入技术。

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WiMAX的工作模式
通过对WiMAX技术特点的分析，可以看到WiMAX的应用场景非常的广泛，概括来说WiMAX技术的主要应用是基于IP数据的综合业务宽带无线接入，具体工作模式可以分为：
点对多点宽带无线接入
点对多点的应用可以适应与固定、游牧和便携模式。在xDSL或者Cable接入方式难以覆盖的地方， WiMAX将是最有竞争力的替代方案。与DSL等有线接入相比， WiMAX技术较少受距离和社区用户密度的影响；对于一些临时性的聚集地，例如展会和体育赛场， WiMAX可以发挥快速部署的灵活性，这一点尤其适合未来在奥运项目中应用。
图1WiMAX点对多点接入示意图
点对点无线宽带接入
点对点无线宽带接入主要用于点对点的方式进行无线回传和中继服务。点对点无线宽带接入不仅大大延伸了WiMAX网络覆盖范围，而且可以为运营商的2G/3G网络基站以及WLAN热点提供无线中继传输。同时可以用于企业网的远程互联和接入。
图2WiMAX点对点接入示意图
蜂窝状组网方式
WiMAX基站可以组成与现有GSM/CDMA网络相似的蜂窝状网络。采用基于IEEE802.16e标准的系统可提供稳定、高质量的移动语音服务以及高带宽的移动数据业务。利用WiMAX每比特成本低的特点，为手持终端用户提供经济、方便的移动宽带无线服务。
WiMAX核心网
未来的网络必将具备以下的特点：IP化、宽带化、成本更经济，网络更便于治理，并且多种技术通过统一的核心网相互融合，可以实现业务间的无缝切换。WiMAX就是在电信网络融合的大趋势下发展起来的城域网无线接入技术。WiMAX的核心网采用移动IP的构架，具备与全IP网络无缝融合的能力。
WiMAX核心网可以满足不同业务和应用的QoS需求，有效利用端到端的网络资源；核心网具有可扩展性、伸缩性、灵活性和鲁棒性能够满足电信级组网要求；具备先进的移动性治理，包括寻呼、位置治理、不同技术之间的切换以及不同运营商网络之间的切换，同时具备安全性保障和全移动模式下的QoS保证。
在下一阶段， WiMAX核心网将逐渐向IMS(IPMultimediaSubsystem)演进，以适应与其他网络互联的要求。WiMAX核心网系统功能将能够满足：
1）支持终端用户固定式、游牧式、便携式、简单移动和完全移动的接入能力；
2）支持鉴权、安全、QoS ，提供各种先进的业务和应用，满足计费和帐务的要求；
3）支持激活连接模式和空闲模式下的移动性治理；
4）支持无线资源治理；
5）支持会话治理；
6）和已有的3GPP/3GPP2/DSL等系统互通。
图3WiMAX核心网系统构架
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