wimax

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寬帶無線接入技術
WiMAX的全名是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access),将此技術與需要授權或免授權的微波設備相結合之後,由于成本較低,将擴大寬帶無線市場,改善企業與服務供應商的認知度。[1]WiMAX不僅在北美、歐洲迅猛發展,而且這股熱浪已經推進到亞洲。WiMAX即全球微波互聯接入,WiMAX也叫802·16無線城域網或802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術,能提供面向互聯網的高速連接,數據傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業務豐富多樣等優點。[2]WiMAX的技術起點較高,采用了代表未來通信技術發展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進技術,随着技術标準的發展,WiMAX逐步實現寬帶業務的移動化,而3G則實現移動業務的寬帶化,兩種網絡的融合程度會越來越高。
    中文名:全球微波互聯接入 外文名: 所屬學科: 英文名:wimax 其他外文名:Worldwide Interoperability for Microwave Access 别 稱:802·16無線城域網或802.16 類 型:新興的寬帶無線接入技術

工作原理

WiMAX曾被認為是最好的一種接入蜂窩網絡,讓用戶能夠便捷地在任何地方連接到運營商的的寬帶無線網絡,并且提供優于Wi-Fi的高速寬帶互聯網體驗。它是一個新興的無線标準。用戶還能通過WiMAX進行訂購或付費點播等業務,類似于接收移動電話服務。

WiMAX是一種城域網(MAN)技術。運營商部署一個信号塔,就能得到超數英裡的覆蓋區域。覆蓋區域内任何地方的用戶都可以立即啟用互聯網連接。和Wi-Fi一樣,WiMAX也是一個基于開放标準的技術,它可以提供消費者所希望的設備和服務,它會在全球經濟範圍内創造一個開放而具有競争優勢的市場。

主要構成

傳輸單元

因為WiMAX有互聯網傳輸的背景,所以WiMAX網絡使用的做法類似于移動電話。我們把某一定地理範圍分成多個重疊的區域,這個重疊的區域稱為單元。每一個單元提供覆蓋範圍為用戶在該鄰域。當用戶設備從一個單元到另一個,無線連接也是順延的從一個單元過渡到另一個單元。

主要設備

WiMAX網絡包括兩個主要組件:一個基站和用戶設備。WiMAX基站安裝在一個立式或高樓,目的是為了廣播此無線信号。用戶接收到信号,然後啟動筆記本電腦上的WiMAX功能,或Mobile Internet Device (MID),或者WiMAX調制解調器。

應用範圍

WiMAX标準支持移動,便攜式和固定服務。這使無線供應商可以提供寬帶互聯網訪問給相對不發達,但是有電話和電纜和接入的公司。

802.16系列各标準負責的技術領域

802.16系列各标準負責的技術領域

戶端設備(CPE),作為無線“modem”,以适應各種不同的特定位置,如家庭、網吧,或辦公室。WiMAX也适合新興市場,使經濟不太發達的國家或城市也能提供高速互聯網體驗。

無線信号

這些條蜂窩電話或無線筆記本電腦告訴人們的強度無線信号。這些圖形背後indicators的世界的無線通信。無線網絡旅行空中使用無線電信号工作在給定頻率,稱為頻譜。經距離,無線電信号會變弱因天氣、建築物、甚至枝葉。這就是為什麼無線網絡依賴與廣播多個塔之間重疊的領域的大型以毯區域。

頻是任一許可或無許可證。無許可證頻是打開以任何用戶,這引起的可能性來自其它設備幹擾。Wi-Fi網絡使用無許可證頻譜。WiMAX服務供應商使用許可頻譜,從而允許獨占權利對其使用以了解更多可預見性和穩定性。

技術

WiMAX是一項新興技術,能夠在比Wi-Fi更廣闊的地域範圍内提供“最後一公裡”寬帶連接性,由此支持企業客戶享受T1類服務以及居民用戶擁有相當于線纜/DSL的訪問能力。憑借其在任意地點的1~6英裡覆蓋範圍(取決于多種因素),WiMAX可以為高速數據應用提供更出色的移動性。

WiMAX構建于高級無線技術,抵消效果的幹擾提供更多數據以大範圍。兩個關鍵高級無線突破結合入移動WiMAX标準是正交頻分多址(OFDMA)和多個輸入/多個輸出(MIMO)智能天線技術。這兩種技術有效地放置到更多的數據的可用電波以提高吞吐量和/或覆蓋範圍。尤其有利MIMO高幹擾環境中,如中心城市。

OFDMA斷裂一個信号轉換許多獨立之前将其傳輸碎跨電波以增加光譜效率。通過多元化的信号這樣,即使某些塊沒使它通過,則信号會重建仍然可以對方是否MIMO使用多個天線的兩端的無線連接(基站和用戶設備)以啟用數據到沿多個獨立路徑。例如,一個1x2配置指設備帶有1Tx(傳輸)和2Rx(接收)天線;同樣,3x3指3Tx和Rx天線3。

1WiMAX連接需要一個WiMAX-啟用設備和訂閱了WiMAX寬帶服務。WiMAX連接性可能需要購買額外的軟件或硬件在額外費用。可用性WiMAX可能受限制,需要咨詢自己的載體支持的詳情和網絡限制。寬帶性能和結果可能不同由于環境因素和其它變量。

應用概述

WiMAX又稱為802·16無線城域網,是又一種為企業和家庭用戶提供“最後一英裡”的寬帶無線連接方案。因在數據通信領域的高覆蓋範圍(可以覆蓋25~30英裡的範圍),以及對3G可能構成的威脅,使WiMAX在最近一段時間備受業界關注。

該技術以IEEE 802.16的系列寬頻無線标準為基礎。一如當年對提升802.11使用率有功的Wi-Fi聯盟,WiMAX也成立了論壇,将提高大衆對寬頻潛力的認識,并力促供應商解決設備兼容問題,借此加速WiMAX技術的使用率,讓WiMAX技術成為業界使用IEEE 802.16系列寬頻無線設備的标準。

雖然WiMAX無法另辟新的市場﹙目前市面已有多種寬頻無在線網方式﹚,但是有助于統一技術的規範,有了标準化的規範,就可以以量制價,降低成本,提高市場增長率。短期而言﹙2004年﹚,WiMAX論壇将在年底之前,着手開發認證流程,為最後一步的産品測試預作準備。

2005年左右,大型供應商将推出擁有WiMAX認證的産品,多數産品的頻率不超過11GHz.長期而言,WiMAX将進步到可以支持最後一哩,回程、私人企業應用。2006/07年左右,WiMAX解決方案将内建于筆記本電腦,可直接進行客戶端發送,遞送真正的便攜式無線寬頻,不需外接的客戶端設備(CPE)。

WiMAX是一項新興技術,能夠在比Wi-Fi更廣闊的地域範圍内提供“最後一公裡”寬帶連接性,由此支持企業客戶享受T1類服務以及居民用戶擁有相當于線纜/DSL的訪問能力。憑借其在任意地點的1~6英裡覆蓋範圍(取決于多種因素),WiMAX将可以為高速數據應用提供更出色的移動性。此外,憑借這種覆蓋範圍和高吞吐率,WiMAX還能夠提供為電信基礎設施、企業園區和Wi-Fi熱點提供回程。

标準進展

IEEE802.16标準化現狀

上世紀90年代,寬帶無線接入技術快速的發展起來,但是一直沒有統一的全球性标準。1999年,IEEE-SA成立了802.16工作組專門開發寬帶固定無線技術标準,目标就是要建立一個全球統一的寬帶無線接入标準。為了促進這一目的的達成,幾家世界知名企業還發起成立了WiMAX論壇,力争在全球範圍推廣這一标準。WiMAX的成立很快得到了廠商和運營商的關注,并積極加入到其中,很好的促進了802.16标準的推廣和發展。

IEEE802.16體系标準的推出一直以來都比較引人關注,特别是有英特爾這樣的業界巨頭推動。随着WiMAX組織的發展壯大加快了802.16标準的發展,特别是移動WiMAX 802.16e标準的提出更加引人注意。

WiMAX技術标準現狀和發展

1、802.16的工作範圍

IEEE針對特定市場需求和應用模式提出了一系列不同層次的互補性無線标準,其中已經得到廣泛應用的标準系列包括應用于家庭互連的IEEE802.15标準和應用于無線局域網的IEEE802.11标準。而IEEE802.16标準的提出,彌補了IEEE在無線城域網标準上的空白。

IEEE802.16标準又稱為IEEEWireless MAN空中接口标準,是工作于2~66GHz無線頻帶的空中接口規範。由于它所規定的無線系統覆蓋範圍可高達50km,因此802.16系統主要應用于城域網,符合該标準的無線接入系統被視為可與DSL競争的最後一公裡寬帶接入解決方案。

根據使用頻帶高低的不同,802.16系統可分為應用于視距和非視距兩種,其中使用2~11GHz頻帶的系統應用于非視距(NLOS)範圍,而使用10~66GHz頻帶的系統應用于視距(LOS)範圍。根據是否支持移動特性,802.16标準又可分為固定寬帶無線接入空中接口标準和移動寬帶無線接入空中接口标準,标準系列中的802.16、16a、16d屬于固定無線接入空中接口标準,而802.16e屬于移動寬帶無線接入空中标準。

2、802.16的标準化現狀

IEEE802.16标準系列到目前為止包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d、802.16e、802.16f和802.16g7個标準,各标準相應的負責技術領域如表所示。

3、802.16系列各标準負責的技術領域

2001年12月頒布的802.16标準,對使用10~66GHz頻段的固定寬帶無線接入系統的空中接口物理層和MAC層進行了規範,由于其使用的頻段較高,因此僅能應用于視距範圍内。

2003年1月頒布的802.16a标準對之前頒布的802.16标準進行了擴展,對使用2~11GHz許可和免許可頻段的固定寬帶無線接入系統的空中接口物理層和MAC層進行了規範,該頻段具有非視距傳輸的特點,覆蓋範圍最遠可達50km,通常小區半徑為6~10km。

另外,802.16a的MAC層提供了QoS保證機制,可支持語音和視頻等實時性業務。這些特點使得802.16a标準與802.16标準相比更具有市場應用價值,真正成為适合應用于城域網的無線接入手段。

2002年正式發布的802.16c标準是對802.16标準的增補文件,是使用10~66GHz頻段802.16系統的兼容性标準,它詳細規定了10~66GHz頻段802.16系統在實現上的一系列特性和功能。

802.16d标準是802.16标準系列的一個修訂版本,是相對比較成熟并且最具有實用性的一個标準版本,在2004年下半年正式發布。802.16d對2~66GHz頻段的空中接口物理層和MAC層進行了詳細規定,定義了支持多種業務類型的固定寬帶無線接入系統的MAC層和相對應的多個物理層。該标準對前幾個802.16标準進行了整合和修訂,但仍屬于固定寬帶無線接入規範。

它保持了802.16、16a等标準中的所有模式和主要特性同時未增加新的模式,增加或修改的内容用來提高系統性能和簡化部署,或者用來更正錯誤、不明确或不完整的描述,其中包括對部分系統信息的增補和修訂。同時,為了能夠後向平滑過渡到支持用戶站以車輛速度移動的802.16e标準,802.16d增加了部分功能以支持用戶的移動性。

802.16e标準是802.16标準的增強版本,目前尚未得到正式發布。該标準規定了可同時支持固定和移動寬帶無線接入的系統,工作在2~6GHz之間适宜于移動性的許可頻段,可支持用戶站以車輛速度移動,同時802.16a規定的固定無線接入用戶能力并不因此受到影響。同時該标準也規定了支持基站或扇區間高層切換的功能。802.16e标準面向更長範圍的無線點到多點城域網系統,該系統可提供核心公共網接入。

制定802.16e标準的目的是希望能夠提出一種既能提供高速數據業務又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案,該技術被業界視為目前唯一能對3G構成競争的下一代寬帶無線技術。但就目前最新發布的草案Draft3.0來看,802.16e标準僅提出了具有移動特性的系統框架結構,其中的很多具體技術細節尚未規定,若想全部完成标準還有很大的工作量。

802.16f标準定義了802.16系統MAC層和物理層的管理信息庫(MIB)以及相關的管理流程。該标準的制定工作剛處于起步階段,計劃在2006年發布。

802.16g标準制定的目的是為了規定标準的802.16系統管理流程和接口,從而能夠實現802.16設備的互操作性和對網絡資源、移動性和頻譜的有效管理。該标準的制定工作剛處于起步階段。

4、下一步工作計劃

IEEE802.16标準目前正在加緊對802.16e标準的研究。根據2005年5月份802.16第37次會議的最新情況,對會議收到的文稿進行了讨論,除編輯性和技術性錯誤外,仍然有部分提案集中在安全和切換這兩個方面尚未達成最後一緻。但是在本次會議上成立了一個特别小組,針對本次會議的遺留問題進行協調。在6月中旬發布D9版本。802.16計劃在2005年7月份的第38次會議之後,發布最終D10版本。由此可以預見,802.16e的标準預計将在2005年下半年完成。

值得一提的是,在IEEE802.16工作組下,目前并沒有任務組開展網絡方面的研究。而網絡方面的研究工作目前正在WiMAX論壇中積極開展。WiMAX論壇自成立網絡工作組(NWG)以來,已經成為WiMAX Forum中最活躍和最受關注的工作組,它的目标是:

建立滿足SPWG和TWG技術要求的網絡參考模型,以及系統需求說明書;

制定端到端的基于IEEE802.16标準的寬帶無線系統規範,滿足便攜和移動應用,支持全移動性和運營商間漫遊;

定義在IEEE802.16标準和核心網範疇以外的WiMAX網絡接口、網絡功能實體和互操作規程;

為WiMAX系統與其它系統的互聯互通打下良好的基礎。

目前WiMAX網絡工作組已經完成了Release1版本第二階段的初稿,正在就初稿中的各個部分進行充分的讨論,同時還成立了10個并行的子工作組,如無線資源管理、ASN内部移動性管理、ASN間移動性管理、安全等,并将根據需求工作組反饋的優先級需求,盡快推出比較完備的第二階段規範。

最初,802.16标準的目标隻局限在固定無線接入的範圍内,WiMAX的成員大部分也是原來的固定無線接入設備廠商和運營商。随着802.16e的提出,WiMAX的概念有了很大的突破,已經涉足到移動的領域,其目标定在了120km/h的速度下實現寬帶無線接入。

IEEE802.16e是移動寬帶無線接入标準,該标準後向兼容IEEE802.16d。IEEE802.16e的物理層實現方式與IEEE802.16d是基本一緻的,主要差别是對OFDMA進行了擴展,可以支持2048點、1024點、512點和128點的快速傅立葉變換,以适應不同載波帶寬的需要。為了支持移動性,802.16e還在MAC層引入了很多新的特性。

按照IEEE802.16e的目标,該系統具有以下基本特征:

高速移動。802.16e可以同時支持固定(16d)和移動(16e)無線接入,其移動速率目标為車速移動(通常認為可以達到120km/h)。

寬帶接入。在不同的載波帶寬和調制方式下可以獲得不同的接入速率。以10MHz載波帶寬為例,若采用OFDM-64QAM調制方式,除去開銷,則單載波帶寬可以提供約30Mbit/s的有效接入速率,由蜂窩或扇區内的所有用戶共享。IEEE802.16标準并未規定載波帶寬,适用的載波帶寬範圍從1.75MHz到20MHz,其最大帶寬70Mbit/s是在特定條件下才能實現的。

城域覆蓋範圍。802.16e覆蓋範圍在幾公裡量級。

主要提供數據業務。802.16e系統将接入基于IP協議的核心網,主要面向個人用戶提供數據接入業務,也可以提供VoIP業務。

随着802.16e技術的發展,業界對802.16e表示出了極大的關注。由于不同利益集團的驅動,對802.16e技術的态度出現了不同的聲音。有的利益團體過分誇大802.16e的能力,希望利用該技術取代3G,用802.16e構建未來的移動通信網絡。因此為了确保整個産業良性發展,首先應對802.16e進行正确的定位。

802.16e是一種移動寬帶無線接入技術,可以實現用戶在車速移動狀态下的寬帶接入。802.16e無線接入網接入IP核心網,主要面向用戶提供寬帶數據業務,也可以提供VoIP業務。802.16e工作在2~6GHz,基站覆蓋範圍一般為幾公裡,可以采用FDD或TDD工作方式,采用的核心技術為OFDM和OFDMA。802.16e定位的用戶群主要為個人用戶。802.16e網絡具備支持車速移動的能力,但是從目前寬帶數據的發展來看,802.16e主要的應用将集中在靜止或低速移動狀态下的寬帶數據接入。

從覆蓋範圍上看,802.16e為了獲得較高的數據接入帶寬(30Mbit/s),必然要犧牲覆蓋和移動性,因此802.16e在相當長的時間内将主要解決熱點覆蓋,網絡可以提供部分的移動性,并随着用戶需求的變化和網絡的演進,逐步可以支持120km/h的移動速率。因此,802.16e初期的應用會集中在遊牧或低速移動狀态下的數據接入。

預計,802.16e的标準化工作要到2005年完成,芯片要到2006年才能推出,真正的商用2007年才會開始。

WiMAX的成立很快得到了廠商和運營商的關注,并積極加入到其中,很好的促進了802.16标準的推廣和發展。WiMAX論壇的隊伍不斷壯大,發展速度驚人,截止到2005年8月5日已經發展到317個會員,而在2005年年初還隻是200個會員。世界各大知名企業,特别是傳統的移動通信設備制造商和傳統運營商的加入,更是很好的體現了WiMAX技術的吸引力。

2.WiMAX論壇标準化情況

Wimax Forum近年來陸續成立了認證工作組(CWG)、技術工作組(TWG)、頻譜工作組(RWG)、市場工作組(MWG)、需求工作組(SPWG)、網絡工作組(NWG)和應用工作組(AWG)。該組織的目标也逐步擴展,除認證工作外,還緻力于可運營的寬帶無線接入系統的需求分析、應用場景探索、WiMAX網絡架構研究等工作。WiMAX的認證标準由技術工作組制定,而認證工作組具體操作認證測試的管理工作。目前,針對IEEE802.16-2004的Wave1以及Wave2認證測試的聯合文檔均已被批準發布,Wave3測試标準制定工作于2006年10月完成。Wave1認證測試在2005年12月開始,并已經完成,目前正在進行Wave2認證測試。針對IEEE802.16e-2005的Wave1認證測試的systemprofile于2005年底确定,2006年3月确定了PICS,2006年6月确定其RCT,并于2006年6月進行了第一次Plugfest。

WiMAX定義了非漫遊模式以及漫遊模式的網絡參考模型。漫遊模式下的端到端參考模型,與非漫遊模式相比,主要增加了連接服務網絡CSN之間的R5參考點。

接入網絡ASN的功能是管理IEEE802.16空中接口,為WiMAX用戶提供無線接入。它由基站BS和接入網關ASNGW組成,其中BS用于處理IEEE802.16空中接口,ASN GW主要處理到CSN的接口功能和ASN的管理。

CSN是一套網絡功能的組合,為WiMAX用戶提供IP連接。CSN由路由器、AAA代理或服務器、用戶數據庫、互聯網網關設備等組成,CSN可以作為全新的WiMAX系統的一個新建網絡實體,也可以利用部分現有的網絡設備實現CSN功能。

WiMAX端到端參考模型定義了如下網絡接口點:

◆參考點R1,移動用戶台MSS與接入網ASN之間的接口;

◆參考點R2,移動用戶台MSS與連接服務網絡CSN之間的邏輯接口;

◆參考點R3,接入網絡ASN和連接服務網絡CSN之間互操作的接口,包括一系列控制和承載平面的協議;

◆參考點R4,用于處理接入網絡網關ASNGW間移動性相關的一系列控制和承載平面協議;

◆參考點R5,拜訪CSN與歸屬CSN之間互操作的一系列控制和承載平面協議;

◆參考點R6,BS和ASNGW間的互操作接口,屬于ASN内的接口;

◆參考點R7,該接口屬于ASNGW内部接口;

◆參考點R8,BS之間的接口,用于快速無縫切換功能,由一系列控制和承載平面協議組成。

3.國内的标準化進展

近年來,國内各設備廠商、研究機構也積極參與802.16/WiMAX的國際标準化活動,中國通信标準化協會CCSA也與802.16工作組建立聯絡關系。另外,在CCSA内部各成員也在積極開展研究工作。目前,基于802.16d的一系列行業标準正在制定階段,同時基于802.16e的行業标準的制定工作也已開始

以IEEE802.16為代表的新型寬帶無線接入技術,為寬帶無線接入市場注入了新的活力。該技術采用開放的空中接口保證了設備的互通,擴展了技術的應用。802.16技術從固定到便攜再到移動的發展特征,迎合了網絡的發展趨勢和人們的消費習慣,為使用便攜終端的用戶提供了靈活方便、随時随地的接入,在未來寬帶市場将占有一席之地。

中國早已進行了WiMAX可行性測試。2006年,上海貝爾阿爾卡特獲得了廣東網通WiMAX網絡大單,據悉該工程是迄今為止亞太地區最大規模的WiMAX項目。随着時間推移,有業内人士表示,企業為移動WiMAX設計的移動電話也在秘密進行中,WiMAX的手機芯片價格最終将是目前3G芯片的十分之一,所以将來價格很有競争優勢。據了解,WiMAX國家标準送審稿已經準備完畢,正等待國家相關部門批複。

WiMAX問世以來,對外進行的宣傳就是“作為的Wi-Fi無線網絡的加強版”,雖然可以提供移動語音服務,也聲稱是3G服務的一種補充,2007年1月底,國際電信聯盟曾在喀麥隆舉行會談,着重讨論3G标準。消息人士透露,與會者已基本達成共識,同意WiMAX成為3G中的一員,而且審批過程目前已經進入快速通道。

而近日發表的WiMAX論壇白皮書稱,将移動WiMAX加入到3G家族有利于它與EV-DO、HSPA以及其它增強3G技術同場競技,為運營商升級網絡提供了一條新的途徑。移動WiMAX正式成為3G技術之後,服務提供商在部署網絡和推出服務時可以獲得更多選擇和更大靈活度。例如,它們可以在人口稀少的地區提供接入服務,或者在人口密集的地區提供增強接入服務。此外,全球開放标準有助于提升不同設備之間的互通性,降低設備成本,從而使服務提供商從中獲益。

産業發展

被稱為“燒錢産業”的WiMAX,其全球産業鍊已具雛形,雖然面臨3G的嚴峻挑戰,但其成長值得期待。2007年3月6日,美國力推WiMAX商用的Clearwire公司以每股25美元價格發行2400萬股,IPO融資6億美元。分析師認為,對于衆多投資者來說,CLEARWIRE的魅力在于 WiMAX值得期待的發展前景。

近年來,國内WiMAX的整體狀況是概念熱而應用冷。國内電信運營商還在進行相關技術的試驗探索,信息産業部對WiMAX的态度尚不明朗。但WiMAX在經曆了幾年的預熱後,逐漸步入商用階段,這是全球關注的重要趨勢。

1.産業鍊初具規模

在WiMAX産業的上遊,英特爾公司是WiMAX技術的鼎力支持者。2006年7月,英特爾曾與摩托羅拉向Clearwire聯合注資9億美元,以推動WiMAX無線寬帶技術的普及,10月,英特爾發布支持移動網絡的第一代WiMAX芯片—LSIWiMAXConnection2250,并宣布立即進入批量生産階段。

在運營商方面,包括美國、英國、法國、德國、俄羅斯等在内的電信運營商都提出或正在實施WiMAX部署計劃。比如,美國5大移動通信運營商之一的SprintNextel就斥資30億美元,計劃今年年底開始運營WiMAX服務,預計到2008年底,網絡将覆蓋美國100個城市的85%區域,擁有1億個用戶。

PyramidResearch咨詢公司的一項調查顯示:2007年78%的電信運營商會考慮投資WiMAX技術。市場調研機構TeleGeography也指出,超過200家運營商正在着手進行WiMAX的研究、部署工作。

2.國外WiMAX産業布局

各國政府也加大了對WiMAX的支持力度。美國、英國、法國等國政府積極為WiMAX分配頻段資源。在韓國政府的支持下,韓國電信運營商KT和SK電訊建成的Wibro網,成為全球首個實現商用的移動WiMAX網絡。目前,WiMAX技術日益成熟,産業鍊已經初具規模,全球共有24個WiMAX網絡投入商用,WiMAX的足迹遍及亞洲、美洲、歐洲、非洲和大洋洲。

除韓國之外,亞太區的其他國家也積極部署WiMAX網絡,比如斯裡蘭卡ISPLankaInternet與Redline合作在科倫坡建造WiMAX系統;越南本地運營商與英特爾成立合資公司共同推進WiMAX技術的測試;日本一家運營商Yozan正在采用Airspan的設備構建WiMAX網絡。

在美國,政府積極為WiMAX分配頻段。美國FCC已為WiMAX分配頻段。擁有WiMAX頻譜資源(2.5GHz)最多的是SprintNextel公司,它對美國WiMAX市場能否真正起飛起着舉足輕重的作用。最近,SprintNextel作出重大決定,在過去幾年對各種基于OFDM無線技術試驗和評估的基礎上,決定使用WiMAX建設一個寬帶無線網,與其現有移動網互為補充。以上被評估的技術包括WiMAX、高通的Flash-OFDM、UMTSTDD和TD-SCDMA。

實際上Sprint Nextel已經用cdma2000 EV-DO對其移動網進行了升級,這次部署與EV-DO互補的無線寬帶技術是其轉型戰略的一部分。Sprint Nextel希望移動WiMAX能夠通過提供2Mbit/s~4Mbit/s的傳送速率來滿足其用戶未來更多的數據需求。該公司還将與英特爾、摩托羅拉和三星一起建網,2007年投資10億美元,2008年投資15億~20億美元;預計2007年開通試驗性移動WiMAX業務,2008年覆蓋1億人口。

該計劃的實現将使Sprint Nextel的用戶能夠體驗到一個全國範圍的移動數據網,享受到更高的速率、更低的成本、更大的方便和更好的多媒體業務質量。英特爾主要提供移動 WiMAX的芯片;三星和摩托羅拉目前都支持Sprint Nextel的現有3G網,将為Sprint Nextel研制3G和WiMAX的雙模終端,三星還要提供移動WiMAX的基礎設施。Sprint Nextel的這一舉措對WiMAX技術是一大促進。

英國的固定WiMAX接入業務于2005年開始部署。Telebria公司在肯特郡,CommunityInternet公司在牛津都構建了WiMAX網,為用戶提供服務。英國電信公司在4個農村地區試驗成功的基礎上,發起了一個“BT24小時無線城市”的行動,計劃在12個城市部署WiMAX網絡,2007年2月份投入商用。

另一個與英特爾合資的英國電信運營商Pipex近日宣布,将在寬帶網絡建設一直落後于英國平均水平的MiltonKeynes市建設WiMAX網絡。該市位于倫敦以北95,擁有22萬居民。Pipex還将于2008年前在英國倫敦和曼徹斯特等八個城市建設WiMAX網絡。英國政府為推動WiMAX,分配了2010MHz~2025MHz、2290MHz~2302MHz和2500MHz~2690MHz等頻段。其基本策略是在城市用WiMAX補充固定寬帶網,在固定網不易到達的農村邊遠地區直接用WiMAX提供寬帶接入業務。

德國電信決定采用WiMAX來普及農村地區的寬帶接入,在城市地區則用WiMAX來連接Wi-Fi熱點。德國電信将WiMAX作為DSL和Wi-Fi的補充,在農村和人口稀少的地區利用WiMAX技術提供寬帶接入服務。

法國電信監管局向法國電信、Maxtel等公司以及6個地方政府發放了WiMAX運營牌照,并為WiMAX分配了頻譜。法國政府希望在2008年7月前建設3500個基站并投入使用。

俄羅斯運營商StartTelecom和阿爾卡特合作,合資公司Enforta已經在俄羅斯16個城市完成了WiMAX網絡的建設,另外27個州府城市的寬帶無線網絡建設将在2008年年底完成。另一運營商PrestigeInternet計劃投資超過5000萬美元在俄羅斯的28個城市建設WiMAX網絡,網絡建設預計兩年内完成。

意大利在2006年都靈冬奧會上就使用了韓國版本的WiMAX(即WiBro),意大利電信公司還與韓國三星簽約,2007年在意大利部署WiMAX網絡。

關鍵技術

無線接入互聯網和無線多媒體數據業務的巨大需求推動了無線通信技術的快速發展,通信技術寬帶化、IP化、移動化成為未來的發展趨勢。WiMAX技術是以IEEE802.16系列标準為基礎的寬帶無線接入技術,兩年來發展迅速,逐漸成為城域寬帶無線接入技術的發展熱點。

WiMAX的關鍵技術主要包括以下幾個方面:

OFDM/OFDMA

正交頻分複用OFDM是一種高速傳輸技術,是未來無線寬帶接入系統/下一代蜂窩移動系統的關鍵技術之一,3GPP已将OFDM技術作為其LTE研究的主要候選技術。在WiMAX系統中,OFDM技術為物理層技術,主要應用的方式有兩種:OFDM物理層和OFDMA物理層。

無線城域網OFDM物理層采用OFDM調制方式,OFDM正交載波集由單一用戶産生,為單一用戶并行傳送數據流。支持TDD和FDD雙工方式,上行鍊路采用TDMA多址方式,下行鍊路采用TDM複用方式,可以采用STC發射分集以及AAS自适應天線系統。無線城域網OFDMA物理層采用OFDMA多址接入方式,支持TDD和FDD雙工方式,可以采用STC發射分集以及AAS。

OFDMA系統可以支持長度為2048、1024、512和128的FFT點數,通常向下數據流被分為邏輯數據流。這些數據流可以采用不同的調制及編碼方式以及以不同信号功率接入不同信道特征的用戶端。向上數據流子信道采用多址方式接入,通過下行發送的媒質接入協議(MAP)分配子信道傳輸上行數據流。雖然OFDM技術對相位噪聲非常敏感,但是标準定義了ScalableFFT,可以根據不同的無線環境選擇不同的調制方式,以保證系統能夠以高性能的方式工作。

HARQ

HARQ技術因為提高了頻譜效率,所以可以明顯提高系統吞吐量,同時因為重傳可以帶來合并增益,所以間接擴大系統的覆蓋範圍。在16e的協議中雖然規定了信道編碼方式有卷積碼(CC)、卷積Turbo碼(CTC)和低密度校驗碼(LDPC)編碼,但是對于HARQ方式,根據目前的協議,16e中隻支持CC和CTC的HARQ方式。

具體規定為:在16e協議中,混合自動重傳要求(HARQ)方法在MAC部分是可選的。HARQ功能和相關參數是在網絡接入過程或重新接入過程中用消息SBC被确定和協商的。HARQ是基于每個連接的,它可以通過消息DSA/DSC确定每個服務流是否有HARQ的功能。

AMC

AMC在WiMAX的應用中有其特有的技術要求,由于AMC技術需要根據信道條件來判斷将要采用的編碼方案和調制方案,所以AMC技術必須根據WiMAX的技術特征來實現AMC功能。

與CDMA技術不同的是,由于WiMAX物理層采用的是OFDM技術,所以時延擴展、多普勒頻移、PAPR值、小區的幹擾等對于OFDM解調性能有重要影響的信道因素必須被考慮到AMC算法中,用于調整系統編碼調制方式,達到系統瞬時最優性能。

WiMAX标準定義了多種編碼調制模式,包括卷積編碼、分組Turbo編碼(可選)、卷積Turbo碼(可選)、零咬尾卷積碼(ZeroTailbaitingCC)(可選)和LDPC(可選),并對應不同的碼率,主要有1/2、3/5、5/8、2/3、3/4、4/5、5/6等碼率。

MIMO

對于未來移動通信系統而言,如何能夠在非視距和惡劣信道下保證高的QoS是一個關鍵問題,也是移動通信領域的研究重點。對于SISO系統,如果要滿足上述要求就需要較多的頻譜資源和複雜的編碼調制技術,而頻譜資源的有限和移動終端的特性都制約着SISO系統的發展,所以MIMO是未來移動通信的關鍵技術。

MIMO技術主要有兩種表現形式,即空間複用和空時編碼。這兩種形式在WiMAX協議中都得到了應用。協議還給出了同時使用空間複用和空時編碼的形式。

目前MIMO技術正在被開發應用到各種高速無線通信系統中,但是目前很少有成熟的産品出現,估計在MIMO技術的研發和實現上,還需要一段時間才能夠取得突破。支持MIMO是協議中的一種可選方案,協議對MIMO的定義已經比較完備了,MIMO技術能顯著地提高系統的容量和頻譜利用率,可以大大提高系統的性能,未來将被多數設備制造商所支持。

QoS機制

在WiMAX标準中,MAC層定義了較為完整的QoS機制。MAC層針對每個連接可以分别設置不同的QoS參數,包括速率、延時等指标。WiMAX系統所定義的4種調度類型隻針對上行的業務流。

對于下行的業務流,根據業務流的應用類型隻有QoS參數的限制(即不同的應用類型有不同的QoS參數限制)而沒有調度類型的約束,因為下行的帶寬分配是由BS中的Buffer中的數據觸發的。這裡定義的QoS參數都是針對空中接口的,而且是這4種業務的必要參數。

睡眠模式

16e協議為了适應移動通信系統的特點,增加了終端睡眠模式:Sleep模式和Idle模式。

Sleep模式的目的在于減少MS的能量消耗并降低對ServingBS空中資源的使用。Sleep模式是MS在預先協商的指定周期内暫時中止ServingBS服務的一種狀态。從ServingBS的角度觀察,處于這種狀态下的MS處于不可用(unavailability)狀态。Idle模式為MS提供了一種比Sleep模式更為省電的工作模式,在進入Idle模式後,MS隻是在離散的間隔,周期性地接收下行廣播數據(包括尋呼消息和MBS業務),并且在穿越多個BS的移動過程中,不需要進行切換和網絡重新進入的過程。

Idle模式與Sleep模式的區别在于:Idle模式下MS沒有任何連接,包括管理連接,而Sleep模式下MS有管理連接,也可能存在業務連接;Idle模式下MS跨越BS時不需要進行切換,Sleep模式下MS跨越BS需要進行切換,所以Idle模式下MS和基站的開銷都比Sleep小;Idle模式下MS定期向系統登記位置,Sleep模式下MS始終和基站保持聯系,不用登記。

切換技術

16e标準規定了一種必選的切換模式,在協議中簡稱為HO(handover),實際上就是我們通常所說的硬切換。除此以外還提供了兩種可選的切換模式:MDHO(宏分集切換)和FBSS(快速BS切換)。

WiMAX16e中規定必須支持的是硬切換,協議中稱為HO。移動台可以通過當前的服務BS廣播的消息獲得相鄰小區的信息,或者通過請求分配掃描間隔或者是睡眠間隔來對鄰近的基站進行掃描和測距的方式獲得相鄰小區信息,對其評估,尋找潛在的目标小區。切換既可以由MS決策發起也可以由bs決策發起。

在進行快速基站切換(FBSS)時,MS隻與AnchorBS進行通信;所謂快速是指不用執行HO過程中的步驟就可以完成從一個AnchorBS到另一個AnchorBS的切換。支持FBSS對于MS和BS來說是可選的。進行宏分集切換(MDHO)時,MS可以同時在多個BS之間發送和接收數據,這樣可以獲得分集合并增益以改善信号質量。支持MDHO對于MS和BS來說是可選的。

目前IEEE機構正式發布的WiMAX技術标準版本是WiMAX802.16-2004。這個版本是16d的正式發布版,主要是用于固定寬帶無線接入,還不具有移動功能,所以應用模式上可以用作中小企業綜合接入、電信業務承載、一些行業用戶以及話吧等。

相比LMDS系統而言,WiMAX具有相當多的技術優點,IEEE802.16系列标準針對城域網環境的應用,系統的吞吐量根據波道帶寬、調制方式和編碼方式的不同而不同,單載波最高可以提供134Mbps的數據吞吐量,這取決于所采用的波道帶寬、調制方式和編碼方式,其覆蓋半徑依據功率、天線、頻率、環境不同有所變化。

根據不同的環境特點,基于IEEE802.16系統的覆蓋半徑可以是3km至15km乃至更大,可以在一個較大的範圍内提供給用戶高速的數據接入服務;同時WiMAX支持非視距化傳輸、非室外天線式的用戶終端模式使得網絡直接接入到用戶“桌面”,擴大了應用場景。

系統工作頻率可以從2GHz直到38GHz,如果WiMAX頻段最終劃分在較低頻段,系統性能受雨衰的影響也将大大減小,但在頻譜資源日趨緊張的情況下,WiMAX頻段的确定目前尚是WiMAX需要面對的一個問題;而802.16e可以提供低速移動接入業務,這也是傳統固定無線接入技術所不具備的特點。

根據業務開展的特點、市場拓展需求與應用場景的不同,如何充分發揮WiMAX的技術特點與優勢,并結合無線網絡的現狀,為用戶提供更加便捷和優質的服務,創造新的業務增長點對于運營商來說具有特别重要的意義。

技術優勢

802.16系列的新銳WiMAX具備了3.5G固定無線接入技術所欠缺的衆多優勢。

1.突出的應用與業務

基于802.16d标準,WiMAX主要是鍊路中繼、BACKHAUL應用、最後一公裡接入、銅線的替代以及與WLAN的混合組網應用。從具體的應用模式來看,主要有溝通類、娛樂類、移動商務類、監控類、網絡類業務,同時可以分别針對商務人士、大型企業用戶、集團用戶提供業務。支持點到多點的固定無線接入,例如企業局域網的接入、熱點(WLAN)的饋接、無線DSL接入等業務。802.16e标準可以支持低速移動的數據接入。考慮到支持移動數據接入業務的IEEE802.16e标準正在制訂過程中,其應用前期主要為點對多點的無線接入解決方案,将主要為運營商提供最後一公裡無線IP接入服務。WiMAX系統的低成本接入、廣泛的業務應用和用戶群、靈活的接入方式等,都可為運營商提供廣闊的盈利空間。

2.先進的技術性能

WiMAX采用mesh、beam-forming、MIMO等先進的技術改善了非視距性能,出衆的系統增益可提供更強的遠距離穿透阻擋物能力。其基站覆蓋範圍最大為50km,每扇區吞吐量最高可達75Mbit/s,根據實際需求信道帶寬可以進行調整,從而更有利于抵抗幹擾、節省頻譜資源和進行頻譜規劃。

3.移動寬帶化

按照商用計劃,到2006年802.16即可集成到筆記本電腦,實現在城域網範圍内的可移動的寬帶無線數據服務。在城域網的範圍内,用戶無須購置新終端,僅用集成802.16功能的筆記本電腦,就可達到60km/h以上的移動速度,不間斷地享用高于3G十倍以上的速率構成的寬帶精彩内容服務。

而且WiMAX還能作為WiFi的備份,使用戶可快速、容易地訪問、漫遊WiFi熱點,而筆記本電腦、PDA、手機也可以通過在WiFi和WiMAX間自由切換訪問互聯網,實現無縫的無線連接。WiMAX與包括3G、WLAN、UWB等各種無線技術互為補充,它增加了移動通信方面的服務,使服務供應商和電信運營商可以把WiMAX作為最後一公裡接入的技術手段使用,還成為運營商們搭建語音和數據骨幹網絡的主流技術。

4.頻譜利用率高

由于WiMAX采用了OFDM、OFDMA空中接口物理層技術,使頻譜利用率大大提高。同時可支持非視距通信和無縫覆蓋,可以建設大規模的網絡。

5.業務接入能力強

WiMAX作為一種點對多點的寬帶無線接入系統,可以與現有網絡實現互聯互通,同時具有IP業務、互聯網接入、局域網互聯、IP話音、熱點地區回程等業務接入能力,它提供了一個可靠、靈活并且經濟的平台。

6.升級維護方便

WiMAX靈活的信道帶寬規劃适應于多種頻率分配情況,新增扇區簡易,靈活的信道規劃使容量達到最大化,允許運營商根據用戶的發展随時擴容網絡,MAC層協議可以保持高效的分配機制。

部署方案

WiMAX将分三個階段進行部署。第一階段是通過室内天線來部署采用IEEE802.16d規範的WiMAX技術,目标用戶是固定地點的已知訂戶。第二階段會大量部署室内天線,将WiMAX技術的吸引力拓寬到尋求簡化用戶點安裝的運營商身上。第三階段将推出IEEE802.16e規範,在此規範中WiMAX認證硬件将應用于便攜式解決方案,面向那些希望在服務區内漫遊的用戶,支持類似于當今Wi-Fi能力,但更加持久穩固的連接性。

WiMAX面臨的首要挑戰依然是其建設成本和設備價格。目前MMDS多點多信道分布式系統,包括WiMAX天線部署在内的每個用戶成本高達3000美元左右,這不僅使運營商難以獲得足夠的投資回報,也會使用戶望而生畏、退避三舍,更何況對中國3.5GHz頻段這一資源很有限的MMDS寬帶無線接入系統,經過幾輪方案更新及技術創新後,各類設備已具備相當優良的性價比,WiMAX如果按上述類似的價位參與競争将面臨嚴峻的挑戰。

WiMAX是一種基于标準的技術,可以替代現有的有線和DSL連接方式,來提供最後一英裡的無線寬帶接入。WiMAX将提供固定、移動、便攜形式的無線寬帶連接,并最終能夠在不需要直接視距基站的情況下提供移動無線寬帶連接。

在典型的3到10英裡半徑單元部署中,獲得WiMAX論壇認證的系統有望為固定和便攜接入應用提供高達每信道40Mbps的容量,可以為同時支持數百使用T-1連接速度的商業用戶或數千使用DSL連接速度的家庭用戶的需求,并提供足夠的帶寬。移動網絡部署将能夠在典型的(最高)3公裡半徑單元部署中提供高達15Mbps的容量。WiMAX技術預期将于2006年用于筆記本電腦和PDA,從而使城區以及城市之間形成“城域地帶(MetroZones)”,為用戶提供便攜的室外寬帶無線接入

2007年10月19日,在國際電信聯盟在日内瓦舉行的無線通信全體會議上,經過多數國家投票通過,WiMAX正式被批準成為繼WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之後的第四個全球3G标準。

技術應用

WiMAX技術有四個發展階段:固定接入業務階段、遊牧式業務階段、便攜式業務階段和全移動業務階段。WiMAX網絡有兩種組網方式:WiMAX網絡單獨組網或者與現有網絡融合組網。目前比較有前景的是第二種方式。

2005年4月19日,華為與英特爾在上海簽約合作為全球客戶建設電信級無線寬帶網絡。固網運營商利用傳統有線網絡提供話音和數據接入的同時,移動運營商也通過2G/3G提供話音和移動數據接入;同時,借助WiMAX為企業和商業用戶提供寬帶和專線數據接入業務。可以預見,WiMAX網絡與現有網絡的有效融合将會展現1+1大于2的效果。

按照終端的移動性,WiMAX網絡有固定終端接入模式和移動終端接入模式。固定終端接入模式主要解決政府、寫字樓、賓館飯店、居民小區等建築的集團網絡接入問題,還可以應用于實時監控等特殊應用場景。移動終端接入模式主要解決車載用戶、室外用戶等移動條件下的用戶通信要求。由于移動接入模式的靈活性,這種方式還可以廣泛應用于無線數字多媒體網絡、數字奧運配套通信系統、應急通信系統、搶險指揮系統、城市智能通信系統等綜合通信系統。

1.WiMAX系統在無線數字多媒體網絡中的應用

目前,這類應用在國外已經進行了試驗檢測。為各類車輛内的乘客提供高速移動狀态下的多媒體服務、定位服務。如在城鐵、地鐵、公交車、火車上為乘客提供高速網絡互動、到站提示、車輛定位、實時影視、廣告等各類服務。同時,由于WiMAX網絡可以兼容Wi-Fi的網絡設備,因此Wi-Fi終端用戶也可享受移動寬帶服務,如圖所示。

在國内,北京市石景山區政府、北京艾維通信公司和北京郵電大學WTI研究所合作,從2005年1月開始建設國内第一個基于WiMAX技術的網絡—“石景山區Wi-Plus示範網絡”,目的是針對未來“數字奧運”的遠景規劃和石景山區數碼娛樂産業基地的建設目标,建設一個安全、靈活、實時性強,支持多種複雜應用的無線數字網絡。無論是市民的簡單通信還是各種娛樂媒體業務的實時體驗以及未來北京奧運應急呼叫指揮中心的運作,都可以無障礙地在這個無線網絡中得到實現。

類似的城市無線寬帶網的建設,不僅可以為政府所用,很多企業也可以直接使用。各個行業都可以利用這些基礎架構進行應用的開發,比如物流企業完全可以利用這個網絡系統對車隊進行有效的管理。目前,這種技術在銀行、保險業已經開始應用,它的投資回報率非常誘人。

2.WiMAX系統在應急指揮系統中的應用

建設基于WiMAX技術的城域網,可以大大提升政府對于緊急事件的響應能力,提升城市的整體安全水平。在公共安全和緊急救助行業中,大多數工作人員都處于移動狀态,因此在通信方面必須依賴于無線網絡解決方案。WiMAX技術可以滿足其對數據調度、移動視頻監控、車輛/人員定位、移動指揮車應急通信等業務需求。應急指揮車輛或工作人員隻要有一台筆記本電腦或者手持終端就可以通過無線城域網實時與總部保持視頻、數據和語音通信。

3.WiMAX系統在構建城市智能通信系統中的應用

通過WiMAX系統在各領域的監控指揮中心與全市的智能通信指揮中心之間建立無線連接,可以構建城市智能通信系統,從而可以保證各部門步調一緻、協調作戰,處理城市中出現的各種突發事件,如圖所示。

建設規劃

WiMAX網絡應根據不同區域的重要程度采用分步實施的規劃和建設方式,網絡規劃遵從先覆蓋後容量、先重點後連續、網絡容量及質量先重點地區後一般地區的原則分期規劃和建設。WiMAX無線網絡規劃包括網絡發展規劃、網絡調研、網絡規模估算、預仿真、站址勘查和網絡詳細規劃6個階段。

1.網絡發展規劃

運營商的戰略定位及其發展規劃決定了網絡需要達到的性能指标,這些性能以一定的信号覆蓋、系統容量和業務質量等指标表現出來,它是WiMAX網絡規劃的具體指标要求。

2.網絡調研

網絡調研是無線網絡規劃的基礎,通過調研可以制定适當的網絡規劃原則和長期發展策略。調研手段是通過與運營商、設備商的溝通,對已有網絡運行狀況的調查來确定目标規劃區域、用戶群和預期網絡質量。對于WiMAX網絡而言,首先要通過調研确定覆蓋熱點,包括密集住宅小區、大型公司企業、賓館飯店、文物保護單位、體育場館以及已部署和即将部署的802.11熱點等;然後,根據不同的規劃區域确定網絡可以提供的業務組合,各種業務的覆蓋概率、阻塞概率,各種業務可以接收的時延等。

3.網絡規模估算

網絡規模估算是基于網絡調研的結果,對目标規劃區域進行覆蓋和容量兩方面的分析,最終獲得網絡的建設規模。網絡規模估算應在進行鍊路預算的基礎上,确定小區半徑和單小區有效覆蓋面積,然後檢驗熱點密集小區是否滿足容量需求,通過覆蓋和容量的叠代驗證,最終确定建設規模。

4.預仿真

預仿真是通過仿真軟件根據網絡性能指标和預期網絡規模完成基站的初始布局方案。

5.站址勘查

站址勘查是基于網絡規模估算和預仿真的結果對候選的站址做站址實勘,選擇無線環境和地理環境具佳的站址。

6.網絡詳細規劃

網絡詳細規劃是基于預仿真結果和站址實勘結果設置WiMAX基站站址、工程參數和系統參數、分配頻率資源和信道資源,最後通過網絡仿真和優化分析來判斷規劃結果是否符合網絡指标要求,如果不符合則要從預仿真步驟開始叠代設計,直至滿足網絡規劃指标,達到覆蓋、容量、成本和質量的統一。

無線網絡的特點是規劃的基礎。不同的無線網絡特點決定了網絡規劃中的重點和難點。對于WiMAX網絡來說,頻率規劃和系統仿真是無線網絡規劃中的兩個重點和難點。

(1)頻率規劃

為了獲得更大的數據吞吐量,很多的WiMAX設備選用了OFDM或OFDMA的物理層技術,因此頻率規劃也成為大多數WiMAX網絡面臨的棘手問題。頻率規劃方案要在已有頻率資源的基礎上,充分考慮天線配置的靈活性和熱點分布特點,在滿足覆蓋和容量的前提下高效地使用頻率資源。

要确保同一基站的相鄰扇區以及相鄰基站的相鄰扇區采用不同的頻率,也可以采取相鄰扇區使用相同頻段的不同子載波的頻率資源分配方案。網絡建設初期,在容量允許的條件下,應盡可能減小頻率複用度,為後期網絡擴容和優化預留資源。

(2)系統級仿真

系統實際運行效果與地形、基站位置、設備參數配置、實際用戶的分布及用戶行為關系等諸多因素密切相關,因此在完成無線網絡規劃後,還應模拟實際網絡的運行情況,對規劃結果進行系統級仿真。系統級仿真分為靜态仿真和動态仿真兩種。

由于在WiMAX無線網絡規劃中的仿真區域面積較大,仿真精度要求相對不高,所以采用靜态仿真的方法比較合适。一次完整的靜态仿真包括對系統的多次獨立采樣,每次采樣成為一次快照,每次快照都獨立産生用戶分布,産生用戶和基站間的衰落環境,然後計算用戶和基站間的傳播損耗,叠代計算出基站和用戶的發射和接收功率,從而統計出各項系統性能指标,包括導頻覆蓋分析、不同業務對應的C/I覆蓋、最佳服務小區覆蓋、不同業務的時延和用戶接入成功率等關鍵指标。

存在問題

作為一種新興的寬帶無線接入技術,WiMAX相對于傳統的最後一公裡接入手段,如DSL、FTTP、HFC、sWi-Fi、非标準的寬帶無線系統、CDMA 1X,以及CDMA2000、WCDMA、HSPDA等接入手段,雖然有着獨到的優勢和市場空間,但是要利用WiMAX實現最後一公裡的接入仍然需要解決以下問題。

1.成本問題

WiMAX産品利用其标準化,相對于非标準的寬帶無線産品其成本有了一個大幅的下降,但是預計WiMAX産品終端(固定)價格仍大緻為400~500美元,這比DSL(終端價格為50~60美元)、以太網交換機(每個端口為10美元左右)高出很多,尤其是在有線非常發達的中國,采用WiMAX産品介入寬帶數據市場,成本的壓力相對較高。

歐美由于其資費相對較高,壓力相對較小一些。随着WiMAX技術的進一步發展,核心芯片廠家(如英特爾、Fujitsu)的進一步推動,以及技術方案的高度集成和優化,成本可能會有一個大幅度的下降,這時WiMAX産品才會在競争中處于更為有利的位置。

目前情況正如市場調研機構Yankee集團分析師Lindsay Schroth指出的,提供無線寬帶接入服務的MMDS(Multipoint Multichannel Distribution System)多點多通道分布式系統供應商包括WiMAX天線架設在内的平均部署成本約為每用戶3000美元左右,這種高昂的部署成本不僅很難使服務供應商獲得足夠的投資回報,也會讓多數用戶退避三舍。雖然Wavesat、英特爾都看好WiMAX未來的商用前景,但短時間内,由于應用難以廣泛普及,WiMAX的成本将是制約其發展的最大瓶頸。

2.技術标準和頻率問題

在技術标準上,WiMAX尚未完成統一大業,國際電聯如何确定其标準還不得而知。

對于無線系統來說,最為關鍵的是頻率問題。頻率資源的多少、分配的方式将直接決定無線系統的容量和規模。WiMAX論壇主席Ron Resnick也公開表示,頻譜問題非常複雜,由于論壇主席Ron Resnick也公開表示,頻譜問題非常複雜,由于每個國家的情況不同,所以解決起來非常困難。

他稱,“對于WiMAX來說,最重要的頻段是2.3GHz到2.5GHz。”而系統所能達到的容量和規模将直接決定運營商的投資力度和經營方向。目前在國際上為寬帶無線規劃的執照頻率主要為2.5GHz(美國)和3.5GHz(全球除美國),非執照頻率為5.8GHz,潛在的頻率還包括3.3GHz。

按照各國目前的頻率分配方式,每個運營商所獲得的頻點都與大規模的蜂窩組網要求有較大的距離,一般情況下,需要6~8個左右的頻點才能實現大規模的組網,而目前的分配方式最多為4個左右頻點,因此,WiMAX産品要成為主流的最後一公裡接入方式,還需要在頻率資源分配方式上尋求突破。

而在我國802.16a的工作頻段是2GHz~11GHz,需指配的頻段在兩年前頒布的新的無線電頻率劃分規定中己分配完畢,未給WiMAX留下空白頻段。同時,3G技術的成熟和規模商用,也将較大程度的影響運營商對于WiMAX的投資建設。

因此,華為WiMAX産品部部長王占強認為,WiMAX的頻譜是當前最應該優先解決的問題。目前,WiMAX論壇比較傾向于頻譜統一在2.5GHz或3.5GHz兩個頻段上,但現在各方大都各自為政,分散在多個頻段上開發産品。

而且有一些頻段的應用是需要政府批準的,在有的國家還需要收取執照費。在這一點上,英特爾表示正在與中國政府及運營商溝通,但政府的态度目前尚不明朗。

3.如何與現有網絡的相互融合問題

WiMAX産品作為一種新的接入手段,還需要解決的一個重要的問題就是如何與現有的網絡融合。目前WiMAX産品主要還是一種接入和傳輸手段,802.16-2004也隻是規定了空中的接口問題,對于業務、用戶的認證、計費等在标準上還沒有一個統一的考慮。在這種情況下,如何利用現有的核心網絡完成用戶認證管理、計費平台的統一,是WiMAX産品作為一種新的最後一公裡解決方案的一個關鍵問題。

4.如何解決室内覆蓋問題

作為一個無線系統,不能隻實現室外覆蓋,否則會産生極高的安裝成本,這些成本包括直接的材料和安裝費用成本,還包括其它的成本,如物業、安裝位置的租賃費用等,這些成本可能會占到設備成本的20%~50%。在北美等地區,由于土地和房屋為私人擁有,常常會導緻室外型的終端無法安裝。另外,室外型的安裝方式也大大地限制了潛在用戶的範圍,限制了運營商客戶的發展。

而要實現室内覆蓋,需要有足夠的鍊路餘量,具體到WiMAX産品,就需要AAS、STC、子載波等技術能夠快速地集成到WiMAX産品當中。

其他技術

WiMAX之于3G

3G是支持高速無線通信的ITU規範。這一遍布全球的無線連接與GSM、TDMA和CDMA相兼容。下一代3G蜂窩服務能夠為語音和數據提供一個遠程無線接入範圍。全球的運營商目前都在為城鎮、郊區和交通流量較大的鄉村地區部署3G網絡基礎設施。下一代3G蜂窩服務能夠跨多種地域創建廣泛的數據接入範圍,從而為語音通信和互聯網連接提供最理想的移動計算能力。

IEEE802.16e自提出以來一直都比較引人關注,特别是有Intel這樣的業界巨頭和WiMAX組織的推動,業界對802.16e展開了熱烈的讨論,尤其是802.16e與3G的關系,存在多種不同的觀點:有的觀點認為802.16e會取代3G,有的則認為802.16e不可能取代3G,隻是3G的互補技術。為了分析802.16e與3G的關系,下面對這兩種技術進行全方位對比。

對于802.16e技術和3G技術,首先由于定位的不同,二者存在很大差異。

從标準化程度上看,802.16e僅定義了空中接口的物理層和MAC層。在MAC層之上采用的協議以及核心網部分不在802.16e所包含的範圍之内。802.16e的空中接口标準化工作預計近期完成。3G技術作為一個完整的網絡,空中接口規範、核心網系列規範以及業務規範等都已經完成了标準化工作,涉及無線傳輸、移動性管理、業務應用、用戶号碼管理等内容。

從業務能力上看,802.16e提供的主要是具有一定移動特性的寬帶數據業務,面向的用戶主要是筆記本終端和802.16e終端持有者。802.16e接入IP核心網,也可以提供VoIP業務。3G從設計最初就是為話音業務和數據業務共同設計的,對于話音業務,核心網絡仍采用電路交換方式實現,QoS有較高的保障。

802.16e犧牲了移動性換取了數據傳輸能力的提高,它的數據帶寬優于3G系統。但是3G的數據能力也在不斷提高,3G增強型如HSDPA,已經可以實現10Mbit/s的接入速率。按照ITU的定義,3G增強型最終目标可以達到30Mbit/s。

盡管WiMAX傳輸速率可達到3G的10倍甚至更高,其覆蓋範圍用低階調制時可與3G匹敵甚至更遠,但這不是3G标準的以無線廣域網WWAN為基本模式、以公衆語音及多媒體數據為内容、在全球範圍内漫遊的個人手機終端的基本市場定位,本質上WiMAX是作為3G及3G演進的一種無線城域網、多點基站互聯的重要支持手段而已,兩者潛在的市場尺寸亦有巨大差異,從而根本談不上WiMAX會成為3G的終結者。

從覆蓋範圍上看,802.16e為了獲得較高的數據接入帶寬(30Mbit/s),必然要犧牲覆蓋和移動性,因此802.16e在相當長的時間内将主要解決熱點覆蓋,網絡可以提供部分的移動性,主要應用會集中在遊牧或低速移動狀态下的數據接入。3G則是無處不在的網絡,覆蓋是連續的,用戶可以實現不間斷的通信。

從無線頻譜資源上看,3G擁有全球統一的頻譜資源,而802.16e則正在試圖尋找2~6GHZ之間的頻率資源,各個國家目前可用的頻率都不一緻。因此,802.16e最終獲得足夠的全球統一頻率存在一定難度。

從以上各個角度的分析可以看出,雖然802.16e在數據能力上要優于3G,但是從标準化、全球統一頻譜、技術特性等多角度考慮,802.16e距離真正商用還有很長的路要走,而且在相當長的時間内主要解決熱點覆蓋,解決部分移動性。它的應用将在3G之後。802.16e的出現不會影響我國3G的産業發展。

WiMAX之于Wi-Fi

Wi-Fi是無線保真(Wireless fidelity)的縮寫,Wi-Fi技術包括已經批準的IEEE802.11a、b和g規範以及等待批準的802.11n規範。Wi-Fi是第一項得到廣泛部署的高速無線技術,在全球的熱點中尤其引人注目——包括家庭和辦公室以及越來越多的咖啡屋、酒店和機場、Wi-Fi熱點幾乎是立即風靡全球,并因為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能夠支持的範圍非常有限:用戶隻有保持在距離無線接入點設備(AP)300英尺的範圍内才能實現高速連接。Wi-Fi是最早期的高速無線數據技術之一,現在因為擁有大量支持産品和技術而收益良多。一些最新的平台甚至能夠支持多個Wi-Fi标準(如802.11a、b、g),從而支持數個無線網絡之間的兼容性。

Wi-Fi近年來在市場上掀起了一股強勁的熱潮。2002年,全球總共銷售出了1800萬個Wi-Fi“熱點”,各國電信運營商也争先恐後地加入到了Wi-Fi陣營。據預測,到2007年美國将安裝53萬個熱點,歐洲安裝70萬個,而在亞洲也将有100多萬個熱點。為什麼Wi-Fi會發展如此迅速呢?

Wi-Fi有着“無線版本以太網”的美稱。由于目前的以太網标準(IEEE 802.3标準)幾乎已經成為局域網的代名詞,世界上至少有80%以上的局域網采用以太網技術。而WLAN同樣為IEEE制訂的标準,所以其幾乎可以視為以太網标準在無線領域的延伸。這使WLAN在應用上具備無痕過度和順利安裝的特點。

WLAN的安裝及設置相當簡單——當需要在某個區域建立網絡連接時,隻需要在一定範圍内設立相應的接入點就可以了,規劃、布線、測試等傳統工序可以被忽略。而且當用戶需要增加、拆卸和遷移時的操作也非常簡單。如果布置一個網吧局域網,在HUB、線纜的布置等方面會花費大量時間,而在家裡引入Wi-Fi後,整個接入工序不到10分鐘。

WLAN的綜合成本非常低。有消息指通過實施無線局域網解決方案,用戶規模平均在400點的企業可以節省下來的聯網成本高到490萬美元,由于接入方便、成本低廉且無須申請牌照,使WLAN在公共接入服務領域成為矚目的明星。

802.11b的帶寬可以達到11Mbit/s,而802.11a及802.11g更可達54Mbit/s,如此高的帶寬幾乎趕上了線纜的連接,大大超過同類型的無線網絡技術。同時除了網絡以外,WLAN的應用将被拓展到更為廣泛的領域,除了集成在筆記本電腦、PDA、手機等設備中外,還将被集成進諸如打印機、DVD機、遊戲機、MP3等産品中,其功能也将進一步增強。

雖然Wi-Fi擁有很多優點,但是它存在的安全隐患卻是一個緻命的缺點。Wi-Fi采用的是射頻(RF)技術,通過空氣發送和接收數據。由于無線網絡使用無線電波傳輸數據信号,所以非常容易受到來自外界的攻擊,無線電波能穿透牆壁和隔闆,黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋範圍内盜取數據甚至進入未受保護的公司内部局域網。

不過,Wi-Fi崛起雖然迅速,但是面對WiMAX咄咄逼人的發展态勢,有輿論認為WiMAX将取代Wi-Fi,但也有人認為WiMAX不會取代Wi-Fi,雙方将在無線接入中互補。WiMAX與Wi-Fi最明顯的區别是覆蓋範圍存在巨大差别,Wi-Fi最高隻能達到300英尺的覆蓋範圍,而隻能在無線局域網環境中使用,而WiMAX 802.16e通常可以達到1~3英裡,主要定位在移動無線城域網環境中使用。

WiMAX之于DSL

xDSL技術按上行和下行的速率是否相同可分為速率對稱型和速率非對稱型兩種。速率對稱型的xDSL有IDSL、HDSL、SDSL(Single line DSL)、HDSL2等多種形式,非對稱型的xDSL有ADSL(Asymmetric DSL)、G.lite ADSL和VDSL(Very high bit rate DSL)等。目前使用最廣泛的是ADSL技術。

ADSL是一種新的在一對雙絞線上同時傳輸電話業務與數據信号的技術,它屬于速率非對稱型銅線接入網技術,并且可以在一對用戶線上進行上行達640Kbit/s,下行達1.5~8Mbit/s速率的傳輸。另外,ADSL采用了先進的數字信号處理技術來減少線路損傷對傳輸性能的影響。

雖然ADSL采用先進的數字信号處理技術、編碼調制技術和糾錯技術,但是在推廣ADSL業務時,用戶線路的許多特性,包括線路上的背景噪聲、脈沖噪聲、線路的插入損耗、線路間的串擾、線徑的變化、線路的橋接抽頭、線路接頭和線路絕緣等因素都将影響高速率傳輸業務的性能。

HDSL是目前衆多DSL技術中較為成熟的一種,它的特點是利用兩對雙絞線實現數據傳輸,支持N×64Kbit/s各種速率,最高可達雙向2Mbit/s速率。HDSL無需借助中繼放大器即可實現3.6公裡以内的正常數據傳輸。與傳統T1/E1技術相比,HDSL最突出的優勢是成本低廉、安裝簡便,是數字中繼接口T1/E1較為理想的替代技術之一。

SHDSL是HDSL(高比特率DSL)單線版本的升級技術,也就是說可以節省一對雙絞線,傳輸速率更快,傳輸距離更遠,因此安裝更為方便。SHDSL能提供上下行同為2.3Mbit/s的帶寬,滿足商務用戶的特殊需求。更具市場價值的是,SHDSL設備與ADSL設備的兼容性可以使得不同的設備在同一平台提供不同的服務,減少了運營商在現有ADSL系統上增加的設備投資和安裝成本。電信運營商采用SHDSL技術可以為用戶提供廉價方便的專線服務,提高利用DSL技術在寬帶接入市場的競争力。

VDSL技術将雙絞線的傳輸速率推進到極高層次,VDSL要求在相對短的距離上實現極高的數據傳輸速率,最高可以實現58Mbit/s的傳輸速率。從技術角度而言,VDSL實際上可視作ADSL的下一代技術,其平均傳輸速率可比ADSL高出5至10倍。VDSL可采用對稱式與非對稱式的傳輸方式,并支持ATM和STM的傳輸,提供語音和視頻會議及數字影像。

對于電信業者而言,VDSL是進入視頻服務的最佳解決方案。作為DSL技術的終極技術,VDSL在接入速率上确實存在着無與倫比的優勢,特别的是利用現已鋪設好的電話線作為傳輸媒介。

對比WiMAX技術與DSL技術,顯然各有自己的優勢所在。從使用環境上講,WiMAX技術用于無線接入,而DSL技術用于有線接入,WiMAX技術比DSL技術在組網應用中具有更強的靈活性是必然的。從傳輸速率上講,WiMAX技術的最高速率可以達到30Mbit/s,DSL技術的理論最高速率可以達到58Mbit/s,但是DSL較易受到用戶線路特性的影響,實際上的速率可能會有所下降。

從覆蓋範圍方面比較,WiMAX最遠可以達到6英裡,而DSL最遠隻能覆蓋3.6公裡(2.2356英裡)。盡管DSL技術與WiMAX技術相比存在明顯的弱勢,但是DSL技術是基于現有的銅線基礎之上的,成本上明顯低于WiMAX,不過随着時間的推移,一旦WiMAX技術的發展使成本大幅度下降,DSL技術将面臨被WiMAX技術淘汰的威脅。

WiMAX之于Cable

Cable Modem技術從傳輸方式上可分為雙向對稱式傳輸和非對稱式傳輸。對稱式傳輸速率為2Mbit/s~4Mbit/s、最高能達到10Mbit/s。非對稱式傳輸下行速率為51Mbit/s,上行速率為500Kbit/s~31Mbit/s。Cable Modem本身不單純是調制解調器,它集Modem、調諧器、加/解密設備、橋接器、網絡接口卡、虛拟專網代理和以太網集線器的功能于一身。

它無須撥号上網,不占用電話線,可提供随時在線的永久連接。服務商的設備同用戶的Modem之間建立了一個虛拟專網連接,Cable Modem提供一個标準的10BaseT或10/100BaseT以太網接口同用戶的PC設備或以太網集線器相聯。 Cable Modem的技術實現一般是從42MHz~750MHz電視頻道中分離出一條6MHz的信道用于下行傳送數據。通常下行數據采用64QAM(正交調幅)調制方式,最高速率可達27Mbit/s,如果采用256QAM,最高速率可達51Mbit/s。

在Cable Modem系統中,采用了雙向非對稱技術,在下行方向有6MHz的模拟帶寬供系統中的用戶共享。但這種共享技術不會降低傳輸速率。Cable Modem不同于線路交換的電話網定向呼叫連接,用戶在連接時并不占用一個固定帶寬,而是與其他活動用戶共享,僅在發送、接收數據的瞬間使用網絡資源。在毫秒級甚至微秒級的時間内,抓住一切利用帶寬的機會下載數據包。如果在網絡使用的高峰期中有擁塞,可以通過靈活的分配附加帶寬來解決。

隻需簡單分配一個6MHz頻段,就能倍增下行速度。另一種方法是在用戶段從新劃分物理網絡,按照訪問頻度給用戶合理分配帶寬,速度可與專線媲美。

利用Cable Modem和HFC進行組網在穩定性、可靠性、供電以及運行維護體制上都存在一些問題。盡管Cable的理論速率達到了51Mbit/s,由于Cable線路帶寬是共享的,在用戶達到一定規模後實際上無法提供寬帶數據業務,用戶分享到的帶寬是非常有限的。WiMAX技術相對而言,帶寬優勢更加明顯。

由于Cable Modem所有用戶的信号都是在同一根同軸電纜上進行傳送的,因此有被搭線竊聽的危險。而CATV的樹狀網絡特點也導緻極容易造成單點故障,如電纜的損壞、放大器故障、傳送器故障都會造成整個節點上的用戶服務的中斷。

雖然Cable Modem的前期用戶一定可以享受到非常優質的服務,因為在用戶數量很少的情況下線路的帶寬以及頻帶都是非常充裕的。但是,每一個Cable Modem用戶的加入都會增加噪聲、占用頻道、減少可靠性以及影響線路上已有的用戶服務質量。而WiMAX技術卻沒有以上這些顧慮,安全性、穩定性都具有很好的保障。

另外,從組網成本上考慮,Cable Modem需要對HFC改造完成後才能夠應用。目前我國大部分HFC隻能滿足450MHz的頻帶要求,而利用HFC提供雙向業務至少需要750MHz的帶寬。這顯然需要更換所有不符合要求的同軸電纜。同時,要實現雙向的HFC需要更換目前有線電視網上使用的單向放大器,高昂的改造費用也使Cable技術難以與WiMAX技術抗衡。 

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