WiMAX技术及应用探讨

一、概述

随着通信技术的不断发展，尤其是无线通信和宽带接入技术的迅速发展，使得宽带接入网络向无线化演进。宽带无线接入技术是指以无线传输方式向用户提供接入到宽带网络的接入技术。根据覆盖范围的不同，宽带无线接入技术可划分为无线个域网（WPAN）、无线局域网（WLAN）、无线城域网（WMAN）和无线广域网（WWAN），其中，近年来引起业界最为关注的宽带无线接入技术是支持固定和一定移动性的城域网宽带无线接入技术WiMAX。

WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作性，是一项基于IEEE 802.16标准的新的宽带无线接入城域网技术（Broadband Wireless Access Metropolitan Area Network）。它是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。

WiMAX的基本目标是提供一种在城域网接入多厂商环境下，确保不同厂商的无线设备互连互通；主要用于为家庭、企业以及移动通信网络提供最后一公里的高速宽带接入，以及将来的个人移动通讯业务。

二、WiMAX的关键技术及特点

WiMAX技术采用IEEE 802.16标准，通过接入基于IP协议的核心网向用户提供业务，目前IEEE 802.16标准主要关心的是用户终端和基站系统之间的空中接口，并且仅仅定义了空中接口的物理层和MAC层，目前经常提到的IEEE 802.16标准主要包括以下两个：

IEEE 802.16-2004标准，即802.16d固定宽带无线接入技术；

IEEE 802.16-2005标准，即802.16e固定宽带无线接入技术；

WiMAX的关键技术是OFDM正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），这是属于一种特殊的多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM）技术。

通过采用OFDM技术，提高了频谱利用率、抗频率选择性衰落和抗窄带干扰能力。例如它将所要传输的数据流分解成多个比特流，每个子数据流具有低得多的传输比特速率，并且用这些数据流去并行调制多个载波。显然，在多载波调制的子信道中，数据传输速率降低了，信号波形周期加长了，只要满足一定的条件（时延扩展与码元周期之比小于一定的值），就不会造成信号波形间的干扰。

三、应用场景

针对WiMAX技术的特点，WiMAX的应用有如下特点：

• WiMAX作为宽带无线接入应用，具有逐步投资和弹性部署的特点，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。

• WiMAX网络的规划可以不受地形地貌的限制，布局灵活，同时用户密度较低的地区仍可低成本实现覆盖，减小初期投资的风险。

• WiMAX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够发挥巨大作用。

• WiMAX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。

在国内目前其典型应用的至少有如下场景：

中小型企业Internet接入

针对有综合布线的小区和大楼，在楼顶安装WiMAX客户端的室外单元ODU，并在建筑物或小区内安装用户侧室内单元和以太网交换机，利用现有综合布线接入用户，通过无线空中接口提供宽带上网服务。

由于中小型客户接入的ARPU高，加上WiMAX开通迅速，无须布线，即使今后光纤资源达到后，WiMAX设备还可以拆卸到其他地方继续使用，因此这种方式在争取市场方面具有较好的优势。

农村信息化工程

对于农村和偏远地区的低端用户来讲，通信业务主要集中在廉价的语音电话和小数据流量的数据业务。农村通信服务要求系统覆盖范围大，不依赖线缆的铺设，接入速度快，成本低。WiMAX 16d技术非常适合这一市场，提高了我国农村普遍服务的质量，在更短的时间内缩小与城市之间的“数字鸿沟”。用WiMAX 16d可以给广大农村和郊区的低端用户提供低成本的语音IP电话接入，可以满足大覆盖，低容量的网络需要，并且节省投资成本。

农村信息化工程组网示意图如下：

视频实时监控

传统的视频监控系统大多只能在现场进行模拟监视，传输的监控信息简单，不能清晰的传输大流量的实时图像，无法及时准确的了解现场的实际情况，监控系统效率比较低。

WiMAX网络让大信息量的视频传输成为可能，可以让传统的视频监控在WiMAX技术的无线宽带上得以延伸，通过监控现场的IP Camera捕捉实时视频信号，并将视频信号送到Video Streaming Author进行视频格式转换，通过流媒体服务器在客户端展现出来。无线宽带接入和数字视频技术结合，为远程实时监控提供了完美的解决方案。实时监控的业务应用非常广泛，几乎可以涵盖大部分行业，常见的应用可以为宾馆大厅、银行营业厅、保险公司监控、交通道路的车流量监控，还可以衍生到幼儿园监控、家庭防盗监控、煤矿井下作业面监控等等。

从另外一方面看，WiMAX可以无需铺设管线，避免了耗时耗力的管道线路施工建设，通过无线传输给实时监控的业务提供了方便快捷的接入手段。

WiMAX+WLAN联合组网

WiMAX相比较Wi-Fi有以下优势：传输距离远，最远可到50km；接入速度高，最高可到75Mbps；无最后一公里限制而且能提供广泛的多媒体通信服务。将二者结合起来可以有效实现最后一公里的宽带接入。这种方式特别适合在室外做无线城市等应用。

除了以上应用场景外，实际工作中还有其它应用场景，可以参照上述场景进行。

四、烽火移动全系列WiMAX设备

武汉烽火移动通信有限公司针对上述应用，推出了相应的设备和解决方案，可以根据地域及客户需求的不同，提供各类宏基站、微基站及客户端设备（CPE）。

宏基站是具备电信级高可靠性的WiMAX基站，系统支持平滑扩容，并支持多信道在扇区内复用。主要组成模块有网络处理单元(NPU)和接入单元(AU)，其中网络处理单元是基站的核心，采用1+1冗余备份，支持千兆数据上连，百兆管理端口，完成基于策略的数据交换和转发，QoS管理等功能；接入单元每基站支持7个模块，采用N+1备份机制，单模块可接入超过500个终端，每模块支持双载波，所有模块都采用冗余备份技术，并且支持热插拔。一般用在城市高密度地区，主要用户是居民或企业用户，提供基于IP的数据和语音业务。

微基站是单扇区、紧凑型和经济型的基站，主要用于低密度的郊区和乡村等地区，功能与宏基站完全相同。

五、测试举例

为了测试WiMAX设备及网络的性能，我们进行了相关测试，测试网络组成图如下：

在距离基站3公里的地方，我们进行了指定带宽测试，分别指定基站和用户端站上下行的带宽，然后进行实际测试，测试结果如下：

 此外，我们还进行了下载测试，利用http（迅雷）下载速率可达738.97KB/S，同时进行了最大带宽测试，结果表明下行最大可达10.09M，上行最大可达6.34M，完全可以满足视频监控的需要。下图为下载速率测试举例。

通过对测试结果的分析，我们发现在视距范围内，WiMAX产品具有良好的无线通信性能，接收信号很强，系统能处于最佳调制状态，发射稳定，下载速率可高达10M左右且相对稳定，满足各种用户需求；在非视距环境下，即便是有建筑群和树林等的遮挡，在一定范围内，仍可接收到信号并进行通信。随着距离的进一步增加，系统的通信环境将会进一步被破坏，由于射频信号具有一定的衍射和反射能力，在存在遮挡障碍的情况下，接收信号更弱，发射稳定性降低，这种情况下可以通过增高天线，调整方位角等措施加以改善。

六、总结

通过对WiMAX技术的分析和测试，烽火移动通信有限公司的WiMAX产品能够满足数据业务和视频监控等业务的需要。在实际应用时候，因地制宜，通过选择合适的站址，能较好的发挥出WiMAX技术的的优势，给客户提供满意的网络服务质量。