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WiMAX寬帶無線接入特點及應用模式 |
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[ 通信界 / 中國新通信 / m.6611o.com / 2006/10/2 10:17:25 ] |
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一、引言
近幾年IEEE802.16系列寬帶無線接入技術標準受到業界的廣泛關注，Intel等世界大型電信設備制造商成立了WiMAX論壇旨在協調網絡設備的互操作性以及推動WiMAX的發展和普及。 作為定位于戶外應用的寬帶無線接入技術WiMAX，無論從技術角度上還是從應用角度上看都有著一系列顯著的特點。因此，無論對于用戶還是對于電信運營商都有著極大的吸引力。
然而，IEEE 802.16系列標準只定義了空中無線接口，這也就為上層應用提供了靈活性。同時，作為解決“最后一公里”問題的無線城域網技術，如何在未來城域網接入應用中與目前廣為使用的線纜方式競爭，充分發揮無線方式的特長，這也是一個值得研究的問題。因此，就這個意義而言，確定其具有競爭力的應用模式具有重要價值。在此，首先對WiMAX寬帶無線接入的技術以及應用特點進行分析，并以此為依據對其應用模式進行初步的探討。
二、WiMAX寬帶無線接入的特點分析
作為一種戶外應用的無線接入方式，WiMAX除了具有一般無線接入所具有的特點外，特別在技術方面還具有一些其他特色。
1.應用特點
首先，作為寬帶無線接入應用的WiMAX具有逐步投資和彈性部署的特點，網絡運營商可以根據用戶容量增長的需要，逐步增加投入，逐步擴容到位，實現基本平坦的成本曲線。其次，網絡的規劃可以不受地形地貌的限制，部局靈活，同時用戶密度較低的地區仍可以較低的成本實現覆蓋，減小初期投資的風險。再次，網絡部署快速，安裝和擴容方便，不需要復雜的網絡規劃，網絡結構靈活，尤其在臨時性和突發性應急通信中能發揮巨大作用。最后，作為一種小區半徑可達50km，接入速率可達70Mbit/s的寬帶無線接入技術，既可作為城域網有線方式的無線延伸，亦可作為線纜方式的替代方案。特別地，對于用戶密度或業務量不高且分布分散的地區比線纜方式更具競爭力。
2.物理層特點
WiMAX工作頻段可從2-66GHz(對于IEEE802.16標準:2-11GHz;對于IEEE802.16a標準:10-66GHz)，信道帶寬可在1.5-20MHz范圍內靈活調整，有利于在所分配的信道帶寬內充分利用頻譜資源。
WiMAX采用宏小區方式，最大覆蓋范圍達50km，當在20MHz信道帶寬時，支持高達70Mbit/s的共享數據傳輸速率(此時，最大覆蓋范圍為3-5km)。可采用多扇區技術來提高系統容量，一個扇區可同時支持60多個采用E1/T1的企業用戶或數百個家庭用戶。
WiMAX采用了OFDM、收/發分集、自適應調制等多種先進技術實現非視距NLOS和阻擋視距ONLOS傳輸，有效提高了城市內無線傳輸的效能。
物理層支持TDD/DMTA和FDD/TDMA兩種無線雙工多址方式，以適應不同國家或地區電信體制要求。支持單載波(SC)、OFDM(256點)、OFDMA(2048點)三種調制方式，可根據需要靈活選擇。物理層可以根據傳輸信道性能變化，動態調整調制方式和物理層參數(例如:調制參數、FEC參數、功率電平、極化方式等)，以保證較好的傳輸質量。
3.MAC層特點
支持QoS管理，滿足對不同業務質量的要求。MAC層根據業務QoS要求和業務參數，以輪詢方式請求連接帶寬或進行帶寬調整，以保證語音和視頻等實時業務的低延遲要求。同時，針對無線信道環境下，較高的誤碼率和丟包率，定義了基于每個應用流的ARQ，保證MAC層業務數據單元MSDU的自動重發，確保端到端包的傳輸質量。
MAC層具有ATM業務和分組業務匯聚子層CS，能方便地實現與ATM業務或IP業務為特征的網絡應用。同時，MAC層具有安全子層，支持MAC層安全機制，實現鑒權、加密等安全管理。
4.業務能力
WiMAX采用面向連接的方式，可以向用戶提供具有QoS性能的數據、視頻和語音(VoIP)業務。在IEEE802.16標準中，MAC層定義了較為完整的QoS機制，還定義了四種不同的業務，分別為:非請求的帶寬分配業務(UGS)、實時輪詢業務(rtPS)、非實時輪詢業務(nrtPS)、盡力而為業務(BE)，分別可以用來向用戶提供高質量的視頻和語音業務、普通質量的視頻和語音業務，以及質量無保證的諸如Internet等業務。可以根據業務的實際需要來動態分配帶寬，具有較大的靈活性。因此，WiMAX可為不同業務提供不同的服務質量QoS。
5.網絡結構特點
支持的點到多點(PMP，PointtoMultipoint)體系結構，可構建以WiMAX基站為中心的星形接入網結構。最新頒布的IEEE802.16a同時也支持網狀網Mesh體系結構，該結構中允許多個WiMAX節點采用無線互連方式構建網狀網。這意味著可以靈活地拓展接入網的結構，在骨干網覆蓋不到的地方，采用WiMAX網狀網覆蓋，實現城域網的彈性延伸。
三、WiMAX寬帶無線接入應用模式
WiMAX的技術特性和應用特點決定了其能適應各種的應用環境，具有不同的應用模式，下面對WiMAX寬帶無線接入的應用模式進行初步的分析和探討。
1.PMP應用模式
如圖1所示，PMP應用模式以基站（BS）為核心，采用點到多點的連接方式，構建星形結構的WiMAX接入網絡�；荆˙S）扮演業務接入點（SAP，ServiceAccessPoint）的角色，通過動態帶寬分配技術，基站（BS）可以根據覆蓋區用戶的情況，靈活選用定向天線、全向天線以及多扇區技術滿足大量的用戶站（SS，SubscriberStation）設備接入核心網的需求。必要時，可以通過中繼站（RS，RepeatStation）擴大無線覆蓋范圍。還可以根據用戶群數量的變化，靈活劃分信道帶寬，對網絡擴容，實現效益與成本的協調。
PMP應用模式是一種常用的接入網應用形式，其特點在于網絡結構簡潔，應用模式與xDSL等線纜接入形式相似，因此，是一種線纜替代的理想選用方案。
2.Mesh應用模式
如圖2所示，Mesh應用模式采用多個基站（BS）以網狀網方式擴大無線覆蓋區。其中，有一個基站作為業務接入點（SAP）與核心網相連，其余基站（BS）以無線鏈路與該SAP相連。因此，作為SAP的基站既是業務的接入點又是接入的匯聚點，而其余基站并非簡單的中繼站（RS）功能，而是業務的接入點。
Mesh應用模式的特點在于網狀網結構，可以根據實際情況靈活部署，實現網絡的彈性延伸。對于市郊等遠離骨干網，有線不易覆蓋的地區，可以采用該模式擴大覆蓋范圍，其規摸取決于基站半徑、覆蓋區大小等因素。
3.熱點回傳模式
如圖3所示，熱點回傳（backhaul）模式采用WiMAX無線接入網絡把遠端WiFi熱點Hotspot業務回送到核心網，WiMAX基站（BS）的作用仍為業務接入點（SAP），而WiMAX用戶站（SS）是熱點側的無線接入設備，提供標準接口與熱點相連，作為WLAN接入點（AP，AccessPoint）的熱點設備再通過IEEE802.11a/b/g無線鏈路與無線終端連接。
WiMAX接入網絡可根據實際情況靈活采用PMP或Mesh結構形式。對于移動運營商也可以采用該應用模式，把各小區移動基站業務回傳到移動交換中心。
WiMAX熱點回傳模式的主要特點在于作為業務回傳應用，采用無線傳輸方式，與傳統有線回傳模式相比，其特點顯而易見，可作為傳統回傳模式的補充或替代方案。
4.終端接入模式
如圖4所示，在終端接入模式下，用戶終端設備（TE，Terminal Equipment）直接通過作為SAP的WiMAX基站（BS）接入核心網。而用戶終端設備（TE）若要直接接入WiMAX網絡，則必須配置符合WiMAX標準的用戶單元（SU，Subscriber Unit），用戶單元（SU）一般是WiMAX無線網卡或無線模塊形式。
由于WiMAX接入速率很高，而且支持城域內終端設備的移動性（對于即將頒布的IEEE 802.16e），因此特別適合于接入速率要求高并且有移動性要求的終端應用。
該模式的特點在于允許用戶終端直接高速接入網絡，并支持便攜式終端在城域范圍內的移動和漫游。從技術和業務的角度看，只要再增加支持VoIP語音業務功能，就可成為名副其實的下一代移動通信網絡。
5.駐地網接入模式
如圖5所示，駐地網接入模式主要針對集團用戶，其目標是把諸如企業、校園和SOHO（Smalloffice Home Office）等用戶駐地網通過WiMAX接入城域網。與其他應用模式相同，基站（BS）還是作為SAP與核心網相連提供無線接入服務。在用戶側，用戶無線接入設備SS，其一側通過無線接口上聯基站（BS），另一側通過標準接口（例如以太網接口、E1等）與用戶駐地網CPN設備相連。一般用戶站（SS）采用定向天線，以及各種自適應技術，靈活調整工作方式，保證用戶的正常接入。
用戶側駐地網CPN設備可以是用戶路由器、交換機、集線器等網絡設備，甚至可以是另一種無線接入點（例如WiFi熱點），用于組成用戶專用局域網，其典型實例是目前廣泛存在的校園網、企業網、政府網或SOHO等形式。
駐地網接入模式特別適合于線纜接入不方便，對接入帶寬要求不高的駐地間接入應用。與線纜接入方式相比，部署快捷是該模式的競爭優勢。
6.無線橋接模式
如圖6所示，無線橋接模式是一種點到點無線鏈接方式，與遠程網橋的作用相似，其目的是把地理位置分離的兩個子網絡通過WiMAX無線鏈路連接在一起。由于無線橋接采用點對點方式，兩端WiMAX無線網橋設備天線的方向可以彼此對準固定，因此傳輸性能相對穩定，部署也相對簡單。
顯然，采用WiMAX無線橋接方式，可以避免困難的專線鋪設或繳納昂貴的線纜租金，并能迅速開通使用，連接距離遠，連接帶寬完全能滿足一般應用需要。在用戶專網建設方面，比有線橋接方式更具競爭力。
四、結論
從網絡結構和應用角度看，WiMAX無線接入技術具有無線技術帶來的所有優勢，同時從技術上看，高效調制技術提高了頻譜利用率；QoS機制提高了業務能力；宏小區覆蓋方式，特別適合戶外應用；并且其以較高的接入速率，克服了無線技術的帶寬瓶頸，成為今后線纜傳輸方式的補充或替代方式。可以預見，隨著WiMAX技術的普及，設備成本的下降，其完全可能成為解決信息高速公路“最后一公里”極具競爭力的手段。本文討論的WiMAX應用模式把網絡應用環境與WiMAX特點相結合，既可以滿足網絡應用需求，又可以充分發揮WiMAX的性能優勢，因此，WiMAX應用模式的確定對今后其應用和發展具有現實意義。
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作者：中國新通信 合作媒體：中國新通信 編輯：顧北 |
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