第三种宽带WiMAX

编者按：用户对宽带无线接入业务、尤其是对于宽带无线化以及移动化的需求日益增加，使无线宽带接入技术WiMAX（即全球微波接入互操作性技术）应运而生、迅猛发展，成为这两年业界关注的最大焦点。美国运营商SPRINT前不久宣布正式部署基于WiMAX的4G网络，更引起全球电信业对WiMAX技术和产业化进展情况以及实际组网、运营能力的高度关注。本期“聚焦WiMAX”专题通过一组深入的专家文章，对WiMAX进行一次全面的梳理，内容包括WiMAX技术介绍、发展历程、标准演进、运营定位、产业化进程、组网策略以及国外运营商实际部署情况分析，希望能够帮助读者全面了解WiMAX。

继有线电缆和DSL之后，被人们认做是宽带接入“第三管道”、用来提供“最后一公里”无线宽带接入的WiMAX，究竟具有哪些技术特点？它的主要优势是什么？WiMAX标准的演进经历了一个怎样的过程？

WiMAX(World Interoperability for Microwave Access)是全球微波接入互操作性技术的简称，旨在为基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入技术和产品提供一套测试认证的规范和认证体系，对其进行一致性和互操作性的认证。WiMAX的基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，可有效进行互操作的宽带无线接入手段。WiMAX也曾被认为是人们期待已久的、继有线电缆Cable和DSL之后的宽带接入“第三管道”，为人们提供“最后一公里”的无线宽带接入。

最初，WiMAX是一些公司从市场营销的角度，借鉴Wi-Fi联盟提升802.11使用率的成功经验，为符合IEEE 802.16标准的某些无线技术起的一个名称。这些有实力的公司组成了WiMAX论坛，IEEE和ETSI是WiMAX标准的制订者，而WiMAX论坛则成为了标准的推动者，它涵盖了产业链条上下游的芯片厂商、设备制造商、网络运营商、服务商甚至内容提供商，目前已经超过400家成员，人们熟悉的Intel、摩托罗拉、思科、华为、中兴通讯等公司都位列其中，另外还包括很多人们不太熟知但是技术力量雄厚的公司，这里就不一一列举了。如今，WiMAX已经成为了IEEE 802.16系列标准的别称。

WiMAX论坛的主要工作就是致力于制定一套互操作性的测试规范和认证体系，用这套规范对不同厂家的产品进行测试和认证，并对那些通过认证的产品发放认证标志WiMAX CERTIFIED，借此推动无线宽带接入产业（BWA）的发展。

WiMAX的标准发展

到目前为止，IEEE 802.16标准系列包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d、802.16e、802.16f、802.16g、802.16h、802.16i、802.16k共10个标准。 其中具有代表性的标准包括802.16d固定无线接入和802.16e移动无线接入标准。

根据是否支持移动特性，基于IEEE 802.16标准的WiMAX可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准。其中802.16、802.16a、802.16c属于固定无线接入空中接口标准；802.16d基本上对以上标准进行了修订，于2004年以802.16-2004标准编号；802.16e属于移动宽带无线接入空中标准，后向兼容802.16d。因此，可以认为目前802.16主要包括两个主流空中接口标准：802.16d和802.16e，分别为固定和移动而设计。

802.16d标准于2004年，该标准冻结版本称为802.16-2004，详细规范了2G～66GHz系统的空中接口物理层和MAC层，整合前期规范，引入非视距传输，引入OFDM技术。同时，为了能够后向平滑过渡到支持用户终端以车辆速度移动的802.16e标准，802.16d增加了部分功能以支持用户的移动性。按照目前的技术发展情况，802.16d主要定位于企业用户，提供长距离传输的手段。

802.16e标准于2006年初，该标准冻结版本称为802.16-2005，暂时还没有正式产品面市。该标准规定的系统工作在2G～6GHz之间适宜于移动性的许可频段，引入OFDMA技术，在5MHz的信道范围内提供15Mbit/s的速率。在提供高速数据业务的基础上，引入用户端以车辆速度的可移动性，提出支持小区和信道间高层切换能力。802.16e的用户群则定位于个人用户，支持用户在移动状态下宽带接入网络。

WiMAX关键技术特征

作为802.16d和802.16e标准代名词的WiMAX，具有一些主要技术特征（见表3）。

802.16d/e的物理层可选用单载波、OFDM和OFDMA共3种技术。因为OFDM和OFDMA只用于小于11GHz频段的信道条件传输，为了兼容10G～66GHz频段的视距传输，这里802.16d/e采用了单载波这个选项。虽然在802.16d/e协议中，单载波物理层也可以用于2G～11GHz频段，但通常认为802.16d典型的物理层技术是OFDM，802.16e的典型物理层技术是OFDMA。802.16d OFDM物理层采用256个子载波，OFDMA物理层采用2048个子载波，信号带宽从1.25M～20MHz可变。802.16e对OFDMA物理层进行了修改，使其可以支持128、512、1024和2048共四种不同的子载波数量，但子载波间隔不变，信号带宽与子载波数量成正比，种种技术称为可扩展的OFDMA。采用这种技术，系统可以在移动环境中灵活适应信道带宽的变化。

在多址方面，802.16d/e在上行采用了TDMA，下行采用了TDM支持多用户传输。另一种多址方式是OFDMA，以2048个子载波的情况为例，系统将所有可用的子载波分为32个子信道，每个子信道包含若干个子载波。多用户多址采用和跳频类似的方式实现，只是跳频的频域单位为一个子信道，时域单位为2或3个符号周期。

在调制技术方面，802.16d/e支持的最高阶调制方式为64QAM，相对于蜂窝移动通信系统（3GPP HSDPA最高支持16QAM），802.16d/e更强调在信道条件较好时实现极高的峰值速率。为适应高质量数据通信的要求，802.16d/e选用了块Turbo码、卷积Turbo码等纠错能力很强但解码延时较大的信道码，同时也考虑使用低复杂度、低时延的LDPC码。

在双工方面，802.16d/e支持FDD或者TDD两种方式，其物理层技术基本相同。相对而言，3G技术中FDD和TDD模式采用的物理层有较大的不同。802.16d/e在5MHz频带上可以实现约15Mbit/s的速率，频谱效率为3bit/s/Hz，与HSDPA类似。但是802.16d/e在固定或低速环境下可以使用更大带宽（20MHz），实现高达75Mbit/s的峰值速率，这是现有蜂窝移动通信系统难以达到的。这充分体现出OFDM技术在使用更宽频带方面的优势。

802.16d/e标准支持全IP网络层协议，802.16d/e设备可以作为一个路由器接入现有的IP网络。但现有IP核心网缺乏有效的移动性管理能力。WiMAX论坛已经开始开发网络层协议，802.16 NetMAN工作组也已开展这方面的工作。同时，802.16协议也可以通过一个ATM汇聚子层将ATM信元映射到802.16d/e MAC层，具备支持3G核心网的潜力。也就是说，WiMAX支持和3G系统的互通和融合。

802.16d/e的MAC层支持多种QoS等级以适应VoIP、可视电话、流媒体、在线游戏、浏览、下载等不同的业务类型，包括主动分配带宽、实时轮询、非实时轮询和尽力而为，其中最后一种为竞争接入的调度机制。

802.16e增加了节点模式，以支持移动终端。除正常工作状态外，还支持空闲状态和睡眠状态。