WiMAX宽带无线接入的特点及其应用模式(1)

一、引言
近几年IEEE802.16系列宽带无线接入技术标准受到业界的广泛关注，Intel等世界大型电信设备制造商成立了WiMAX论坛旨在协调网络设备的互操作性以及推动WiMAX的发展和普及。作为定位于户外应用的宽带无线接入技术WiMAX，无论从技术角度上还是从应用角度上看都有着一系列显著的特点。因此，无论对于用户还是对于电信运营商都有着极大的吸引力。
然而，IEEE 802.16系列标准只定义了空中无线接口，这也就为上层应用提供了灵活性。同时，作为解决“最后一公里”问题的无线城域网技术，如何在未来城域网接入应用中与目前广为使用的线缆方式竞争，充分发挥无线方式的特长，这也是一个值得研究的问题。因此，就这个意义而言，确定其具有竞争力的应用模式具有重要价值。在此，首先对WiMAX宽带无线接入的技术以及应用特点进行分析，并以此为依据对其应用模式进行初步的探讨。
二、WiMAX宽带无线接入的特点分析
作为一种户外应用的无线接入方式，WiMAX除了具有一般无线接入所具有的特点外，特别在技术方面还具有一些其他特色。
1.应用特点
首先，作为宽带无线接入应用的WiMAX具有逐步投资和弹性部署的特点，网络运营商可以根据用户容量增长的需要，逐步增加投入，逐步扩容到位，实现基本平坦的成本曲线。其次，网络的规划可以不受地形地貌的限制，部局灵活，同时用户密度较低的地区仍可以较低的成本实现覆盖，减小初期投资的风险。再次，网络部署快速，安装和扩容方便，不需要复杂的网络规划，网络结构灵活，尤其在临时性和突发性应急通信中能发挥巨大作用。最后，作为一种小区半径可达50km，接入速率可达70Mbit/s的宽带无线接入技术，既可作为城域网有线方式的无线延伸，亦可作为线缆方式的替代方案。特别地，对于用户密度或业务量不高且分布分散的地区比线缆方式更具竞争力。
2.物理层特点
WiMAX工作频段可从2-66GHz(对于IEEE802.16标准:2-11GHz;对于IEEE802.16a标准:10-66GHz)，信道带宽可在1.5-20MHz范围内灵活调整，有利于在所分配的信道带宽内充分利用频谱资源。
WiMAX采用宏小区方式，最大覆盖范围达50km，当在20MHz信道带宽时，支持高达70Mbit/s的共享数据传输速率(此时，最大覆盖范围为3-5km)。可采用多扇区技术来提高系统容量，一个扇区可同时支持60多个采用E1/T1的企业用户或数百个家庭用户。
WiMAX采用了OFDM、收/发分集、自适应调制等多种先进技术实现非视距NLOS和阻挡视距ONLOS传输，有效提高了城市内无线传输的效能。
物理层支持TDD/DMTA和FDD/TDMA两种无线双工多址方式，以适应不同国家或地区电信体制要求。支持单载波(SC)、OFDM(256点)、OFDMA(2048点)三种调制方式，可根据需要灵活选择。物理层可以根据传输信道性能变化，动态调整调制方式和物理层参数(例如:调制参数、FEC参数、功率电平、极化方式等)，以保证较好的传输质量。
3.MAC层特点
支持QoS管理，满足对不同业务质量的要求。MAC层根据业务QoS要求和业务参数，以轮询方式请求连接带宽或进行带宽调整，以保证语音和视频等实时业务的低延迟要求。同时，针对无线信道环境下，较高的误码率和丢包率，定义了基于每个应用流的ARQ，保证MAC层业务数据单元MSDU的自动重发，确保端到端包的传输质量。
MAC层具有ATM业务和分组业务汇聚子层CS，能方便地实现与ATM业务或IP业务为特征的网络应用。同时，MAC层具有安全子层，支持MAC层安全机制，实现鉴权、加密等安全管理。
4.业务能力
WiMAX采用面向连接的方式，可以向用户提供具有QoS性能的数据、视频和语音(VoIP)业务。在IEEE802.16标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制，还定义了四种不同的业务，分别为:非请求的带宽分配业务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业务(nrtPS)、尽力而为业务(BE)，分别可以用来向用户提供高质量的视频和语音业务、普通质量的视频和语音业务，以及质量无保证的诸如Internet等业务。可以根据业务的实际需要来动态分配带宽，具有较大的灵活性。因此，WiMAX可为不同业务提供不同的服务质量QoS。
5.网络结构特点
支持的点到多点(PMP，PointtoMultipoint)体系结构，可构建以WiMAX基站为中心的星形接入网结构。最新颁布的IEEE802.16a同时也支持网状网Mesh体系结构，该结构中允许多个WiMAX节点采用无线互连方式构建网状网。这意味着可以灵活地拓展接入网的结构，在骨干网覆盖不到的地方，采用WiMAX网状网覆盖，实现城域网的弹性延伸。
三、WiMAX宽带无线接入应用模式
WiMAX的技术特性和应用特点决定了其能适应各种的应用环境，具有不同的应用模式，下面对WiMAX宽带无线接入的应用模式进行初步的分析和探讨。
1.PMP应用模式
如图1所示，PMP应用模式以基站（BS）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（BS）扮演业务接入点（SAP，ServiceAccessPoint）的角色，通过动态带宽分配技术，基站（BS）可以根据覆盖区用户的情况，灵活选用定向天线、全向天线以及多扇区技术满足大量的用户站（SS，SubscriberStation）设备接入核心网的需求。必要时，可以通过中继站（RS，RepeatStation）扩大无线覆盖范围。还可以根据用户群数量的变化，灵活划分信道带宽，对网络扩容，实现效益与成本的协调。

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，是一种线缆替代的理想选用方案。
2.Mesh应用模式
如图2所示，Mesh应用模式采用多个基站（BS）以网状网方式扩大无线覆盖区。其中，有一个基站作为业务接入点（SAP）与核心网相连，其余基站（BS）以无线链路与该SAP相连。因此，作为SAP的基站既是业务的接入点又是接入的汇聚点，而其余基站并非简单的中继站（RS）功能，而是业务的接入点。

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。对于市郊等远离骨干网，有线不易覆盖的地区，可以采用该模式扩大覆盖范围，其规摸取决于基站半径、覆盖区大小等因素。