关于Wimax网络接入技术.doc

关于Wimax网络接入技术 目 录1发展现状12Wimax的技术特点23Wimax的主要优势43.1有效降低网络运营成本43.2突出的应用与业务43.3先进的技术性能53.4移动宽带化53.5频谱利用率高53.6实现与下一代网络无缝融合53.7业务接入能力强63.8升级维护方便64存在问题64.1如何解决成本问题64.2如何解决技术标准和频率问题74.3 如何与现有网络的相互融合问题74.4 如何解决室内覆盖问题85总结与展望88关于Wimax网络接入技术1 发展现状2010年WiMAX收获颇丰，在全球的覆盖网络不断增加，应用规模不断扩大。根据最新统计显示，全球WiMAX网络部署的数量达到587个，分别部署在149个国家和地区，其中非洲117个，拉丁美洲117个，亚太地区109个，东欧地区86个，西欧地区76个，北美地区53个，中东地区29个。预计2011年将成为WiMAX发展极为重要的一年。自该项技术诞生至今，正好是10年时间，在全球使用WiMAX服务的覆盖早在2009年年初就已经达4.3亿人口，据估计，到2011年WiMAX网络将覆盖超过10亿人。而随着全球市场对快速数据网络服务需求的升温，这一数据还将进一步增加，同时受益也在不断扩大。根据Infonetics Research报告，2010年第三季度全球WiMAX设备和终端的合并市场收入为3.55亿美元，环比增长8%，较经济不景气的2009年第三季度增长9%。如日本UQ通信总裁Fumio Watanabe介绍，目前，其部署了10000个WiMAX网络，覆盖了日本80%人口，今年内将达到80万。美国运营商Sprint则计划近期在包括华盛顿、迈阿密、洛杉矶、俄亥俄等地区部署自己的WiMax网络。约旦国内WiMAX网络供应商Umniah近日对外宣布，其所部署的WiMAX网络已覆盖约旦国内80%人口。不仅如此，随着WiMAX技术的不断升级和网络覆盖不断完善，越来越多的行业开始关注和尝试使用这一技术，尤其是一些传统行业的加入无疑是对这一技术联盟的极大鼓舞。2010年5月，美国航空局和欧盟的航空部门共同决定将会在未来的航空服务中采取WiMAX标准，这也意味着在美国有2000个机场和25000架飞机都会使用WiMAX技术。国外WiMAX市场的大热给国内设备商带来了巨大的市场商机。市场研究机构ABI Research分析师Neil Strother表示说：“世界各地的运营商都意识到快速的数据传输速度对他们的发展将是非常重要的。”他同时也指出，到2015年在市场上将会有LTE和WiMAX等不同技术的更迭，“对于移动数据服务的需求不会消失，尤其是对没有有线基础设施的新兴市场来说更加明显。无线技术对于他们来说是一个很大的推动力。”国外运营商在大规模技术升级，尤其是信息市场的网络建设使得国内设备商在这一领域收获喜人。特立尼达和多巴哥电信服务公司日前开通了加勒比海地区最大的WiMAX商用网络，该网络就由华为公司独家部署。华为CDMA&WiMAX&TD产品线副总裁卢鑫刚表示，截至2010年9月份，华为获得全球79个WiMAX商用合同，业界排名第一。近日，日本第二大移动运营商KDDI旗下的UQCommunications正式宣布，中兴通讯将为其在日本全国范围内部署WiMAXPICO网络。首期建设超过1200个基站，预计此项目将为中兴通讯贡献收入约1亿元人民币，后续订单规模将更大。同时中兴通信还将为葡萄牙运营商ZAPP.PT提供WiMAX网络建设提供服务。按照最新的设备发货量计算，中兴通讯已经跻身全球WiMAX供应商前三名。据不完全统计，截至2010年9月，中兴通讯已经在全球43个国家成功部署66个WiMAX网络。2010年10月中兴通讯发布了全球第一款WiMAX/LTE双模RRU。全球大量国家和地区，特别是发展中国家，开始谋求获得更加快速、更低成本、更加灵活的无线数据服务，也开始更多地使用WiMax技术。其拥有的五大优势逐渐为市场所认同：一能实现更远的传输距离；二能提供更高速的宽带接入；三能提供优良的最后一公里网络接入服务；四能提供多媒体通信服务；五是产业链完善能带来后继发展力量。目前，WiMax技术已进入行业应用新兴市场，其对高速数据业务的有效宽带无线接入正不断在移动互联网接入、专网应用、智能电网应用、铁路通信、高速公路通信、农村信息化建设和无线城市等领域获得新的发展生机。随着这些领域应用规模的不断扩大，设备商的市场空间将急速膨胀。2 Wimax的技术特点80216标准是为在各种传播环境（包括视距、近视距和非视距）中获得最优性能而设计的。即使在链路状况最差的情况下，也能提供可靠的服务。OFDM波形在2km40km的通信距离上支持高频谱效率，在一个射频内速率可高达75Mbits，可以采用先进的网络拓扑（网状网）和天线技术（波束成形、STC、天线分集）进一步加强覆盖。这些先进技术也可用来提高频谱效率、容量、复用以及每射频信道的平均与峰值吞吐量。此外，不是所有的OFDM都是相同的。为BWA设计的OFDM具有支持较长距离传输和处理多径或反射的能力。TCP、IP协议的特点之一是对信道的传输质量有较高的要求。无线宽带接入技术面对日益发展的IP数据业务，必须满足TCP、IP协议对信道传输质量的要求。在WiMAX技术的应用条件下（室外远距离），无线信道的衰落现象非常明显，在质量不稳定的无线信道上运用TCP、IP协议，其效率十分低。WiMAX技术在链路层加入了ARQ机制，减少到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。同时WiMAX协议提供实现自适应天线阵（AAS）、MIMO和空时编码（STC）增强型天线技术的途径，以应对NLOS造成的深衰落。这些措施都提高了WiMAX的无线数据传输性能。80216x标准支持灵活的射频信道带宽和信道复用（频率复用），当网络扩展时，可以作为增加小区容量的一种手段。此标准还支持自动发送功率控制和信道质量测试，可以作为物理层的附加工具，支持小区规划、部署以及频谱的有效使用。当用户数增加时，运营商可通过扇形化和小区分裂重新分配频谱。还有，此标准对多信道带宽的支持使设备制造商能够提供一种手段，以适应各国政府对频谱使用和分配的独特管制要求，这是世界各地的运营商都面临的一个问题。IEEE80216x标准规定的信道宽度为175MHz20MHz，在这中间还有许多选择。80216x标准的MAC层支持不佳的用户环境，能够应用于在每个信道上可能有成百上千个用户的环境。它具有ATM汇聚子层和分组汇聚子层，通过将多个高层数据单元经过汇聚子层处理后封装成一个MACPDU发送，可以实现对ATM、IP和以太网业务的协议透明性。80216MAC具有带宽分配和QoS机制。80216的MAC层是靠同意、请求协议接入媒体的，它支持不同档次的服务（如专用于企业的T1、E1和用于住宅的尽力而为的服务）。此协议在下行链路采用TDM数据流，在上行链路采用TDMA，通过集中调度支持对时延敏感的业务，如话音和视频等。由于确保了无碰撞数据接入，MAC层提高了系统总吞吐量和带宽效率，并确保数据时延受到控制，不致太大。TDM、TDMA接入技术还使支持多播和广播业务变得更容易。WiMAX可以向用户提供具有QoS性能的数据、视频、话音（VoIP）业务。WiMAX可以提供三种等级的服务：CBR（ConstantBitRate）、CIR（CommittedRate）、BE（BestEffort）。CBR的优先级最高，任何情况下网络操作者与服务提供商以高优先级、高速率及低延时为用户提供服务，保证用户订购的带宽。CIR的优先级次之，网络操作者以约定的速率提供，但速率超过规定的峰值时，优先级会降低，还可以根据设备带宽资源情况向用户提供更大的传输带宽。BE的优先级更低，这种服务类似于传统IP网络的尽力而为的服务，网络不提供优先级与速率的保证。在系统满足其他用户较高优先级业务的条件下，尽力为用户提供传输带宽。另外，在安全性上，MAC层中有一个专用子层提供认证、保密和加密功能。3 Wimax的主要优势3.1有效降低网络运营成本WiMAX论坛是目前唯一在无线宽带接入领域倡导兼容性和互操作性的组织。由于WiMAX中心基站和远端用户设备具有互用性特点，因此使运营商能从多个设备制造商处购买WiMAXCertified设备，稳定的基于标准的平台将激发各层网络管理以及天线等技术的创新，从而有效降低了网络运营费用，减少了投资成本。由于厂商的支持，WiMAX的终端应用模式比较成熟，芯片成本比较低，从而使WiMAX网络的总体部署成本大幅度降低。3.2突出的应用与业务基于80216d标准，WiMAX主要是链路中继、BACKHAUL应用、最后一公里接入、铜线的替代以及与WLAN的混合组网应用。从具体的应用模式来看，主要有沟通类、娱乐类、移动商务类、监控类、网络类业务，同时可以分别针对商务人士、大型企业用户、集团用户提供业务。支持点到多点的固定无线接入，例如企业局域网的接入、热点（WLAN）的馈接、无线DSL接入等业务。80216e标准可以支持低速移动的数据接入。考虑到支持移动数据接入业务的IEEE80216e标准正在制订过程中，其应用前期主要为点对多点的无线接入解决方案，将主要为运营商提供最后一公里无线IP接入服务。WiMAX系统的低成本接入、广泛的业务应用和用户群、灵活的接入方式等，都可为运营商提供广阔的盈利空间。3.3先进的技术性能WiMAX采用mesh、beamforming、MIMO等先进的技术改善了非视距性能，出众的系统增益可提供更强的远距离穿透阻挡物能力。其基站覆盖范围最大为50km，每扇区吞吐量最高可达75Mbit/s,根据实际需求信道带宽可以进行调整，从而更有利于抵抗干扰、节省频谱资源和进行频谱规划。3.4移动宽带化按照商用计划，到2006年802.16即可集成到笔记本电脑，实现在城域网范围内的可移动的宽带无线数据服务。在城域网的范围内，用户无须购置新终端，仅用集成802.16功能的笔记本电脑，就可达到60km/h以上的移动速度，不间断地享用高于3G十倍以上的速率构成的宽带精彩内容服务。而且WiMAX还能作为WiFi的备份，使用户可快速、容易地访问、漫游WiFi热点，而笔记本电脑、PDA、手机也可以通过在WiFi和WiMAX间自由切换访问互联网，实现无缝的无线连接。WiMAX与包括3G、WLAN、UWB等各种无线技术互为补充,它增加了移动通信方面的服务，使服务供应商和电信运营商可以把WiMAX作为最后一公里接入的技术手段使用，还成为运营商们搭建语音和数据骨干网络的主流技术。3.5频谱利用率高由于WiMAX采用了OFDM、OFDMA空中接口物理层技术，使频谱利用率大大提高。同时可支持非视距通信和无缝覆盖，可以建设大规模的网络。3.6实现与下一代网络无缝融合由于工业化统一标准降低了设备的制造成本和系统造价，而且对于运营商来说，标准化的空中接口和技术规范，使不同设备制造商的产品可以进行互通，降低了运营商对单一厂商设备的依赖性，减少投资成本和风险。由于WiMAX同样基于IP技术，可与下一代网络进行无缝融合。3.7业务接入能力强WiMAX作为一种点对多点的宽带无线接入系统，可以与现有网络实现互联互通，同时具有IP业务、互联网接入、局域网互联、IP话音、热点地区回程等业务接入能力，它提供了一个可靠、灵活并且经济的平台。3.8升级维护方便WiMAX灵活的信道带宽规划适应于多种频率分配情况，新增扇区简易，灵活的信道规划使容量达到最大化，允许运营商根据用户的发展随时扩容网络，MAC层协议可以保持高效的分配机制。4 存在问题作为一种新兴的宽带无线接入技术，WiMAX相对于传统的最后一公里接入手段，如DSL、FTTP、HFC、Wi-Fi、非标准的宽带无线系统、CDMA1X，以及CDMA 2000、WCDMA、HSPDA等接入手段虽然有着独到的优势和市场空间，但是如果要利用WiMAX实现最后一公里的接入仍然需要解决以下问题。4.1如何解决成本问题WiMAX产品利用其标准化，相对于非标的宽带无线产品其成本有了一个大幅的下降，但是预计WiMAX产品终端(固定)价格仍大致为400500美元，这比DSL(终端价格为5060美元)、以太网交换机(每个端口为10美元左右)高出很多，尤其是在有线非常发达的中国，对于采用WiMAX产品介入宽带数据市场，成本的压力相对较高。这些情况在欧美由于其资费相对较高，压力相对较小一些。随着WiMAX技术的进一步发展，核心芯片厂家(如Intel、Fujitsu)的进一步推动，技术方案的高度集成和优化，成本可能会有一个大幅度的下降，这时WiMAX产品才会在竞争中处于更为有利的位置。 目前情况正如市场调研机构Yankee集团分析师LindsaySchroth指出的，提供无线宽带接入服务的MMDS（MultipointMultichannelDistributionSystem ）多点多通道分布式系统供应商包括WiMax 天线架设在内的平均部署成本约在每用户3000美元左右，这种高昂的部署成本不仅很难使服务供应商获得足够的投资回报，也会让多数用户退避三舍。虽然Wavesat 、英特尔都看好WiMax 未来的商用前景，但短时间内，由于应用难以广泛普及，WiMax 的成本将是制约其发展的最大瓶颈。4.2如何解决技术标准和频率问题 在技术标准上，WiMAX尚未完成统一大业，国际电联如何确定其标准还不得而知。同时对于无线系统，最为关键的是频率问题，频率资源的多少，分配的方式将直接决定无线系统的容量和规模。而系统所能达到的容量和规模将直接决定运营商的投资力度和经营方向。目前在国际上为宽带无线规划的执照频率主要为2.5G(美国)和3.5G(全球除美国)，非执照频率为5.8G，潜在的频率还包括3.3G。按照目前各国的频率分配方式，每个运营商所获得的频点都距大规模的蜂窝组网要求有较大的距离，一般情况下，需要68个左右的频点才能实现大规模的组网，而目前的分配方式最多为4个左右频点，因此，WiMAX产品要成为主流的最后一公里接入方式，还需要在频率资源分配的方式上寻求突破。而在我国802.16a的工作频段是2-11GHz的需指配的频段在两年前颁布的新的无线电频率划分规定中己分配完毕，未给Wimax留下空白频段。同时，3G技术的成熟和规模商用，也将较大程度的影响运营商对于WiMax 的投资建设。因此华为WiMAX产品部部长王占强认为，WiMAX的频谱是当前最应该优先解决的问题。目前，WiMAX论坛比较倾向于统一在2.5G或3.5G两个频段上，但现在各方大都各自为政，分散在多个频段上开发产品。而且有一些频段的应用是需要政府批准的，在有的国家还需要收取执照费。在这一点上，英特尔表示正在与中国政府及运营商沟通，但政府的态度目前尚不明朗。4.3 如何与现有网络的相互融合问题WiMAX产品作为一种新的接入手段，还需要解决的一个重要的问题就是如何与现有的网络融合。目前WiMAX产品主要还是一种接入和传输手段，802.16-2004也只是规定空中的接口问题，对于业务、用户的认证