WiMAX技术及其应用策略研究

        中国电信股份有限公司北京研究院 朱雪田 孙震强

1 引言

        2004年8月，中国移动用户数已经超过3亿，Internet宽带用户数也超过了2000万。此外，在长途电话业务中，使用IP业务的比例已经超过半数，用户对数据业务的需求在不断增加。由此可见，随着Internet业务、多媒体业务的迅速发展，以及移动电话用户的迅猛增长，人们确信，在未来通信中"宽带"和"无线"将扮演重要角色，通信市场正在呈现出话音业务移动化、数据业务宽带化的发展趋势。

      作为宽带无线通信的推动者，美国电气和电子工程师协会（IEEE）于1999年设立802.16工作组，工作内容主要是开发固定宽带无线接入系统标准，包括空中接口及其相关功能，标准涵盖2～66 GHz 的许可频段和免许可频段，解决最后一公里的宽带无线城域网的接入问题。随着研究的深入，相继推出了802.16、802.16a、802.16d等一系列标准，并计划于2005年发布802.16e标准，该系列标准引起业界广泛关注，被认为是宽带无线城域网（WMAN）的理想解决方案。

      为了推广遵循IEEE802.16和ETSI HIPERMAN的宽带无线接入设备，并确保其兼容性及互用性，由一些主要的通信部件及设备制造商结成了一个工业贸易联盟组织，即WiMAX，而IEEE802.16标准又被称之为"WiMAX技术"。

      对于正在蓬勃发展的中国信息产业而言，WIMAX技术的出现与发展是机遇与挑战并存，如何充分发挥WIMAX的特点，并结合中国由于无线网络的现状，更好地发挥自身的优势，为用户提供更加便捷和优质的服务，创造新的业务增长点，同时如何尽量减少WIMAX技术对中国现有和将来的无线网络及相应电信业务的冲击，其意义格外重要。

2 WiMAX技术发展及其优势

        IEEE 802.16标准最初于2001年制定，使用的频率范围为10-66GHz，支持执照许可和非执照许可的频段。 由于频率较高，需要系统在视距范围内进行通信。2003年1月，IEEE对802.16进行了修改，修改后的协议为802.16a，使用的频率范围为2-11GHz。频率的降低以及一些新技术的采用使得其可以在非视线范围内工作，802.16a标准支持1.5~20MHz多种信道带宽划分方式，20MHz带宽时单信道最高容量可达70Mb/s。标准不支持用户终端的移动性，支持的常用接入距离为7~10km，最大可达50km，从而使802.16a成为适合"最后一公里"接入的解决方案。2004年6月推出的IEEE 802.16d是对802.16a标准的进一步补充和完善，重点是增强设备的互操作性。

  IEEE组织在完成IEEE 802.16d标准制定后，除继续与WiMAX组织合作制定802.16d的互操作性规范之外，其工作重点转向802.16e。IEEE 802.16e标准计划作为已通过的IEEE 802.16/16a标准的扩展和延伸，802.16e的目的是在终端固定情况下增加终端有限的移动能力。IEEE 802.16e并不打算与3G等具备真正移动性能的系统相竞争。这项扩展预计将在2004年底完成。

WiMAX技术具有诸多优势：

•开销及投资风险较小

设备的互用性使运营商能从多个设备制造商处购买WiMAX Certified设备，稳定的基于标准的平台将激发各层，网络管理，天线等技术的创新，从而改善运营费用的问题。

•长距离下的高容量

WiMAX中采用mesh、beam-forming、 MIMO等先进的技术改善非视距性能，出众的系统增益提供更强的远距离穿透阻挡物能力。WiMAX基站可以提供最高每扇区75Mbps的吞吐量，可以同时为超过60个T1级别的商业用户和上百个DSL数据速率的家庭用户提供接入服务。每个基站的覆盖范围最大可达50公里，典型的基站覆盖范围为6－10公里。WiMAX支持自适应调制和可变纠错码技术，基站可以根据信号的强弱在吞吐量和覆盖范围之间进行权衡。WiMAX信道带宽可以根据实际的需求进行调整，从而更有利于抵抗干扰、节省频谱资源和频谱规划。

•系统容量的可升级性

新增扇区简易，灵活的信道规划使容量达到最大化，并且允许运营商根据用户的发展来逐渐升级扩大网络。灵活的信道带宽规划适应于多种频率分配情况。从单个用户到数以百计的用户，MAC层协议可以保持高效的分配机制。

•有效的服务质量控制

WiMAX中动态TDMA多址方式及(Grant/Request) MAC支持数据、话音（VoIP）以及视频等对时延敏感的业务。根据业务的分级不同，带宽进行按需分配（on-demand bandwidth allocation）。

•提供无线形式的最后一公里宽带接入，同时保持了对Wi-Fi技术的补足功能

业务提供商可用802.16设备，提供T1/E1速率的网络连接至Wi-Fi的接入点，在今天，如果业务无法延伸到用户端，业务提供商则需要花三个月或更长的时间来提供一条T1/E1线路给商业用户。但有了宽带无线接入技术，业务提供商可以只花费前一种方案需动用的部分资金，在以天计的短时间内提供相同的网络接入服务。另外，业务提供商还可以为突发事件，如展览会，提供按需使用的宽带接入，或为诸如公共场所等漫游型的零星宽带接入需求提供服务。

 3 WiMAX技术的应用策略

        WiMAX技术论坛作为推动802.16标准设备在全球应用的组织，正积极推动组织内各大系统厂商之间设备的互通性测试工作。目前，WiWAX组织成员，包括Intel、SIMENTS、英国电信以及中国的中兴、华为等，已超过100家。根据WiMAX组织的主要成员英特尔的制定计划，其将在 2004年下半年推出成熟的芯片，2005年上半年实现室外安装，下半年实现室内安装，2006年将WiMAX芯片植入笔记本，实现便携性。标准的逐渐成熟，众多实力公司的支持，将有利于实现WiMAX技术的规模化和低成本，WiMAX很快将成为推动无线宽带市场发展的重要力量。因此，制定相应的WiMAX技术的应用策略，对于各个运营商以及中国电信产业的发展而言，迫在眉睫。

      WiMAX技术的应用策略，必须构建国内现有和即将建设的无线网络基础之上。由于WiMAX技术具备传输距离远、数据速率高、数据和语音等多种高质量业务、受地理环境等客观条件限制少等优势，尤其是在电话双绞线和同轴电缆难以覆盖的区域和临时通信需要的领域，具有较大得优势。更重要的是，WiMAX技术兼具了基于线缆的传统宽带接入的带宽优势，以及无线接入的灵活性与移动性，并能够提供可满足语音和视频服务应用的QoS服务质量支持，使得WiMAX技术大有替代3G和Wi-Fi之势。

      表一给出了3G中的WCDMA技术与WiMAX技术比较，由表一可以看出，WiMAX与3G技术的确存在诸多重叠的功能，具有一定的竞争关系，但它们分别是着眼于城域网（MAN）与广域网（WAN）两个层次分明的领域内的技术，具有不同的市场定位，可以在总体网络框架中优势互补。从WiMAX的定位与当前的方展情况来看，WiMAX在现阶段还不会与3G发生正面的竞争。因为目前的WiMAX中的802.16a标准还不支持移动性，虽然802.16e标准将支持终端的有限的移动能力，但其只是为了在各个无线接入系统和基站间进行漫游，并不是与3G等具备真正移动性能的系统进行竞争。未来两年中引入802.16e是不现实的，在3G网络建成后可以用802.16e技术来进行补充。但具体效果要看802.16e的产业化情况，尤其是3G已经取得了实质性的进展，运营商、设备制造商都进行了大量投入，不可能期望已经在3G进行大量投资的运营商会放弃3G技术，而且届时HSDPA也会成熟起来，对它也会有一定的制约。

      同样与Wi-Fi技术相比较，WiMAX技术优势似乎更加明显，如表二所示。但WiFi和WiMAX技术分别解决"最后100米"和"最后1公里"问题，因而具有不同的定位和用途。相反，Wi-Fi可以通过室外天线，利用WiMAX技术直接与骨干网相联，而可以不采用当前Wi-Fi网络需要将无线接入点通过有线网络与骨干网相连的方式，从而大大减少铺设有线网络的成本。因此，针对WiMAX和 Wi-Fi技术的不同定位和优势，两者可以互为补充，共同发展。

      此外，中国幅员辽阔，无线传播环境和业务需求多种多样，针对WiMAX具有数据速率高和覆盖范围广的特点，有机地将WiMAX技术融合到现有和即将建设的WiFi、3G、有线接入网中，根据优势互补的原则，全面考虑。例如：

a） WiFi网络可以与WiMAX网络同步建设，减少有线线路的投入；在没有WiFi网络的地区，用户可以直接接入WiMAX网络开展数据业务。

b） 对电话双绞线和同轴电缆难以覆盖的地区，利用WiMAX技术建设无线网络，针对不同的运营商的网络基础，骨干网薄弱的地区，可以利用WiMAX快速开展宽带接入业务或成为有线宽带接入的补充；

c） 当WiMAX技术中的802.16e标准成熟之后，WiMAX技术可以保证用户在低速移动的前提下，进行高速数据接入，从而与3G网络相融和，成为其有力的补充。

d） 临时通信需要以及较大范围的无线接入场合，如展会等，WiMAX可以作为一种有力的保障方式；

总之，建立一个3G/WiFi/WiMAX/有线宽带接入等多种技术的融和，多层次，全方位无缝覆盖，协同工作的网络，最大程度的满足客户的需要，保障中国信息产业的高速发展。

4 结束语

在目前WiMAX技术发展还不完全成熟的情况下，其发展前景还存在一些不确定的因素，例如：WiMAX要适应各个国家的频谱划分就是一件很不容易的事。但可以肯定的说，WiMAX技术将为中国信息产业带来机遇和挑战，对它的深入研究将为这一行业的发展奠定坚实的基础，为高速网络用户和提供商都开创广泛的发展前景。

表一

表二