wimax技术与应用

　　摘要:随着通信技术和新业务的部署，宽带移动化和移动宽带化逐渐成为技术发展的趋势，并互为补充、互相促进。在宽带移动化方面，IEEE802工作组先后制定了WLAN和WiMAX等技术规范，其中IEEE802.16WiMAX是宽带移动的重要里程碑，促进了移动宽带的演进和发展。本文主要介绍了WiMAX的定义、应用模式和场景。
　　关键词:WiMAX；802.16标准
　　
　　一、WiMAX技术的定义
　　
　　WiMAX全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作性，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。WiMAX是IEEE802.16技术在市场推广方面采用的名称，其物理层和MAC层技术基于在IEEE802.16工作组中开发的无线城域网(WMAN)技术，WiMAX也是IEEE802.16d/e技术的别称。
　　
　　二、WiMAX的产生背景
　　
　　20世纪90年代宽带无线接入技术发展迅速，以本地多点分配系统(LMDS)和多信道多点分配为代表的无线技术的市场定位为小型办公室(SOHO)、中/小企业、城市商业中心等用户。但是这一产业并没有像人们预期的那样进一步繁荣壮大，一个重要的原因就是没有统一的全球性宽带无线接入标准。
　　1999年，IEEE成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入技术规范，目标是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。目前IEEE802.16主要提及两个标准：802.16-2004即802.16d固定宽带无线接入标准和802.16e支持移动特性的宽带无线接入标准。IEEE802.16d标准于2004年10月1日发布，它规范了固定接入下用户终端同基站系统之间的空中接口，主要定义空中接口的物理层和MAC层。802.16e标准的最大特点在于对移动性的支持。该标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入系统，工作在＜6GHz适宜于移动性的许可频段，可支持用户终端以车辆速度移动，同时802.16d规定的固定无线接入用户能力并不因此受到影响。
　　IEEE802.16工作组主要针对WirelessMAN的物理层和MAC层制定规范和标准。为了形成一个可运营的网络，IEEE802.16技术必然需要其他部分的支撑，所以WiMAX论坛应运而生。WiMAX论坛成立于2001年4月，最初该组织旨在对基于IEEE802.16标准和ETSIHiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证，通过WiMAX认证的产品会拥有“WiMAX(r)CERTIFIED”标识。随着802.16e技术和规范的进展，该组织的目标也逐步扩展，不仅要建立一整套基于IEEE802.16标准和ETSIHiperMAN标准的认证体系，同时还致力于可运营的宽带无线接入系统的研究、需求的分析、应用模式的探索、市场的拓展等一系列大力促进宽带无线接入市场发展的工作。
　　
　　三、WiMAX技术的应用模式
　　
　　（一）PMP应用模式
　　PMP（PointtoMulti-Point）应用模式以基站为核心，采用点到多点的连接方式，构建星形结构的WiMAX接入网络。基站扮演业务接入点的角色，通过动态带宽分配技术，基站可以根据覆盖区域用户的情况，灵活选用定向天线、全向天线以及多扇区技术来满足大量的用户站接入核心网的需求。
　　PMP应用模式是一种常用的接入网应用形式，其特点在于网络结构简洁，应用模式与xDSL等线缆接入形式相似，因此它是一种理想的线缆替代方案。
　　（二）Mesh应用模式
　　Mesh应用模式采用多个基站以网状网方式扩大无线覆盖区。其中一个基站作为业务接入点与核心网相连，其余基站通过无线链路与该业务接入点相连。因此，作为业务接入点的基站既是接入点又是接入的汇聚点，而其余的基站既是中继站，还是业务的接入点。
　　Mesh应用模式的特点在于网状网结构可以根据实际情况灵活部署，实现网络的弹性延伸。
　　（三）热点回传模式
　　热点回传模式利用WiMAX无线接入网络把远端热点业务回送到核心网，WiMAX基站的作用仍为业务接入点，而WiMAX用户站是热点侧的无线接入设备，提供标准接口与热点相连，并作为WLAN接入点的热点设备再通过IEEE802.11a/b/g无线链路与无线终端连接。
　　WiMAX热点回传模式的主要特点在于作为业务回传应用，采用无线传输方式。与传统有线回传模式相比，其特点显而易见，可作为传统回传模式的补充或替代方案。
　　（四）终端接入模式
　　在终端接入模式下，用户终端设备直接通过作为业务接入点的WiMAX基站接入核心网。而用户终端设备若要直接接入WiMAX网络，则必须配置符合WiMAX技术标准的用户单元，用户单元是WiMAX无线网卡或无线模块。
　　该模式的特点在于允许用户终端直接调整接入网络，并支持便携式终端在城域范围内的移动和漫游。
　　（五）驻地网接入模式
　　驻地网接入模式主要针对集团用户，其目标是把诸如企业、校园和SOHO等用户驻地网通过WiMAX基站接入城域网。与其他应用模式相同，基站还是作为业务接入点，与核心网相连提供无线接入服务。在用户侧，用户无线接入设备在一侧通过无线接口上联基站，另一侧通过标准接口（例如以太网接口、E1等）与用户驻地网设备相连。用户侧驻地网设备可以是用户路由器、交换机、集线器等网络设备，也可以是另一种无线接入点（如Wi-Fi热点），用于组成用户专用局域网。其典型实例是目前广泛存在的校园网、企业网、政府网或SOHO等形式。 驻地网接入模式特别适合于线缆接入不方便，对接入带宽要求不高的驻地间接入应用。与线缆接入方式相比，快捷是该模式的竞争优势。
　　（六）无线桥接模式
　　无线桥接模式是一种点到点的无线链接方式。与远程网桥的作用相似，其目的是把地理位置分离的两个子网络通过WiMAX无线链路连接在一起。由于无线桥接采用点对点方式，两端WiMAX无线网桥设备天线的方向可以彼此对准固定，因此传输性能相对稳定，部署也相对简单。
　　
　　四、WiMAX的应用场景
　　
　　（一）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，包括用户因特网接入、传输承载业务及Wi-Fi热点回程等。
　　（二）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。
　　（三）便携应用场景
　　在这一场景下，用户可以步行连接到网络，除了进行小区切换外，连接不会发生中断。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。
　　（四）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等业务，同时它们也是占用无线资源较多的业务。
　　（五）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。