WiMAX關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用淺析

高文付

摘 要 本文主要介紹了WiMAX的一些關(guān)鍵技術(shù)，及其應(yīng)用場景。并對其如何組網(wǎng)應(yīng)用，進(jìn)行分析，提出解決方案。

關(guān)鍵詞 WiMAX OFDM 應(yīng)用場景 組網(wǎng)應(yīng)用

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

WiMAX是IEEE802.16技術(shù)在市場推廣方面采用的名稱，其物理層和MAC層技術(shù)基于在IEEE 802.16工作組中開發(fā)的無線城域網(wǎng)（WMAN）技術(shù)，WiMAX也是IEEE 802.16d/e技術(shù)的別稱。本文將對WiMAX的一些關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用場景進(jìn)行介紹，并分析如何利用WiMAX組網(wǎng)。

1 WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)

（1）OFDM 與OFDMA

802.16d OFDM物理層采用256個子載波，OFDMA物理層采用2048個子載波，信號帶寬1.25～20MHz可變。802.16e對OFDMA 物理層進(jìn)行了修改，使其可支持128、512、1024 和2048共4種不同的子載波數(shù)量，但子載波間隔不變，信號帶寬與子載波數(shù)量成正比，稱為可擴(kuò)展的OFDMA。OFDM所有載波的幅值都是相同的，一個時隙某一時刻只能由一個用戶使用。OFDMA將載波分成若干個組，每個組里又有多個載波。每個子載波采用獨(dú)立的編碼、調(diào)制方式和信號功率，以便基于信道條件優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源。將時隙分成多個子信道，多個用戶可以同時使用一個時隙。

（2）調(diào)制技術(shù)

WiMAX采用QPSK、16QDM 和64QAM三種調(diào)制方式，QPSK利用載波的4種不同相位差來表示不同數(shù)據(jù)，其實(shí)際效率較高。而相比之下，QAM在機(jī)理上更加復(fù)雜，與其他調(diào)制技術(shù)相比，QAM調(diào)制技術(shù)具有充分利用帶寬、抗噪聲強(qiáng)等特點(diǎn)。802.16d/e 采用了塊Turbo碼、卷積Turbo碼等糾錯能力很強(qiáng)但解碼延時較大的信道碼，同時，也考慮到使用低延時的LDPC碼。

（3）高數(shù)據(jù)速率

由于采用了MIMO天線技術(shù)、靈活的子信道方案、先進(jìn)的編碼調(diào)制方式，對于10 MHz 信道，移動WiMAX 峰值速率為下行每扇區(qū)63Mbit/s，上行每扇區(qū)28Mbit/s。下行峰值數(shù)據(jù)速率達(dá)到每扇區(qū)46Mbit/s，上行峰值數(shù)據(jù)速率達(dá)到每扇區(qū)14Mbit/s。移動通信傳輸能力是基于帶寬的，更寬的帶寬支持更高的吞吐量，將滿足用戶大容量速率傳輸?shù)囊蟆?/p>

2 WiMAX技術(shù)的應(yīng)用場景

（1）固定應(yīng)用場景

固定接取業(yè)務(wù)是802.16運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中最基本的業(yè)務(wù)模型，包括用戶因特網(wǎng)接取、傳輸承載業(yè)務(wù)及Wi-Fi熱點(diǎn)回程等。

（2）游牧應(yīng)用場景

在游牧式業(yè)務(wù)場景終端可以從不同的接取點(diǎn)進(jìn)入到一個運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中；在每次會話連接中，用戶終端只能進(jìn)行站點(diǎn)式的接??；在兩次不同網(wǎng)絡(luò)的接取中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不被保留。在游牧式及其以后的應(yīng)用場景中均支持漫游，并應(yīng)具備終端電源管理功能。

（3）便攜應(yīng)用場景

在這一場景下，用戶可以步行連接到網(wǎng)絡(luò)，除了進(jìn)行小區(qū)切換外，連接不會發(fā)生中斷。便攜式業(yè)務(wù)在游牧式業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了發(fā)展，從這個階段開始，終端可以在不同的基站之間進(jìn)行切換。當(dāng)終端靜止不動時，便攜式業(yè)務(wù)的應(yīng)用模型與固定式業(yè)務(wù)和游牧式業(yè)務(wù)相同。當(dāng)終端進(jìn)行切換時，用戶將經(jīng)歷短時間的業(yè)務(wù)中斷或者感到一些延遲。切換過程結(jié)束后，TCP/IP應(yīng)用對當(dāng)前IP地址進(jìn)行刷新，或者重新取得IP地址。

（4）簡單移動應(yīng)用場景

在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接取業(yè)務(wù)中能夠以步行或是慢速移動連接上網(wǎng)絡(luò)，但當(dāng)終端移動速度達(dá)到60～120km/h時，數(shù)據(jù)傳輸速度將有所下降。這是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數(shù)據(jù)包的丟失將控制在一定范圍，最差的情況下，TCP/IP會談層不中斷，但應(yīng)用層業(yè)務(wù)可能有一定的中斷。切換完成后，QoS將重建到初始級別。

（5）完全移動應(yīng)用場景

在這一場景下，用戶可以在移動速度為120km/h甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接取業(yè)務(wù)，當(dāng)沒有網(wǎng)絡(luò)連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。

3 組網(wǎng)應(yīng)用

（1）接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

在WiMAX接入網(wǎng)部分的設(shè)計中，我們主要采用OFDM和OFDMA技術(shù)來對抗較差的無線傳播環(huán)境。為了解決使用同頻率相鄰小區(qū)之間的同頻干擾和頻率資源的極度緊缺問題，可行的方法是對頻率進(jìn)行復(fù)用和分配。如果采用頻率復(fù)用因子為1的資源配置方式，需要利用扇區(qū)化技術(shù)復(fù)用頻率來控制干擾。采用相同扇區(qū)結(jié)構(gòu)時，頻率復(fù)用因子為4的系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸速率方面的性能均優(yōu)于頻率復(fù)用因子為1的系統(tǒng)。這樣，就可以采用這種扇區(qū)化的小區(qū)結(jié)構(gòu)，并采用頻率復(fù)用因子大于1的小區(qū)規(guī)劃方式。

（2）骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

骨干網(wǎng)絡(luò)將主要解決用戶認(rèn)證、漫游以及和其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口問題。該骨干網(wǎng)的基礎(chǔ)仍然要依靠現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，通過與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不同程度的耦合，來滿足需求。在松耦合方式下，直接利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證、授權(quán)和計費(fèi)服務(wù)器（AAA），使數(shù)據(jù)流并不經(jīng)過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)。當(dāng)采用緊耦合方式時，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流要經(jīng)過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）和骨干網(wǎng)網(wǎng)。這樣不僅大幅度地減少了切換時延，而且還保證了網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換。

（3）基站互聯(lián)設(shè)計

在WiMAX組網(wǎng)時，只有中心基站才能接入Internet，而其他基站通過中心基站采用無線通信方式接入Internet，不能直接相連。各非中心基站的上行數(shù)據(jù)在中心基站處匯聚并發(fā)送到Internet，而Internet將發(fā)向此中心基站及相連遠(yuǎn)端基站的下行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)合并發(fā)送到中心基站，再由中心基站向各個非中心基站轉(zhuǎn)發(fā)。