计算机网络前沿技术综述

1、- I -现代网络技术课程期末作业 学号： 计算机网络前沿技术综述学院名称： 专业名称： 姓 名： 教 师： 2012年 3 月摘要随着移动通信技术和宽带技术的发展和3G时代的来临，宽带无线技术已经是日新月异。WiMAX技术作为3G网络的补充，它以能独立部署，速率高、覆盖广、成本低的优势已经成为全球电信运营商和设备制造商的关注热点问题之一。本文将从高速发展的宽带无线接入技术出发,阐述了WIMAX 技术及其应用状况其特点、结构、应用等，最后提出了这种技术业务运营中面临的问题,并对其发展趋势进行了展望。目录摘要II第一章WiMAX简介IV1.1Wifi特点IV1. WiMax优势IV第二章 采用的

2、主要技术VI1 OFDM调制技术VI2 HARQ技术VI3 多天线技术VII4 QoS性能VII第三章 现状及应用VIII3.1市场现状VIII3.2应用VIII3.2.1军事和国防VIII3.2.2突发事件VIII3.2.3公共安全IX3.2.4其它应用IX第四章 与其它的无线技术的比较X4.1 WiMAX和3G技术的比较X4.2 WiMax和Wi-Fi的比较X第五章 与3G的结合XII5.1 WiMax与3G的关系XII5.2 WiMax 对 3G 的影响XII第六章 面临的问题XIV结束语XV参考文献XVI第一章WiMAX简介WiMAX是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线

3、连接方案。因在数据通信领域的高覆盖范围(可以覆盖2530英里的范围),以及对3G可能构成的威胁，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。1.1Wifi特点WiMax之所以能掀起大风大浪，显然是有自身的许多优势。而各厂商也正是看到了WiMax的优势所可能引发的强大市场需求才对其抱有浓厚的兴趣。根据IEEE 802.16e设定的目标，该系统有下面几个基本特征： 高速移动：可同时支持固定（16d） 无线接入和移动（16e） 无线接入， 通常它的移动速率目标为车速移动（一般认为可以达到120km/h）。目前，实际应用时每3.5 MHz 载波可传输的净速率为18 Mbit/s； 宽带接入：在不同的载波频

4、率和调制方式下系统可得到不同的接入速率。以10 MHz载波频率为例，假设采用OFDM-64QAM调制方式，去掉传输开销，其单载波频率能提供大约23 Mbit/s的接入速率2，由蜂窝或扇区内的所有用户共享； 城域覆盖范围：单个基站的覆盖范围可远达48km，特别适用于城域范围； 提供广泛的多媒体业务：802.16e系统主要用于接入基于IP协议的核心网， 面向个人用户提供数据接入业务，并能够实现电信级的多媒体通信服务， 支持语音、 视频和Internet 业务。1. WiMax优势WiMax的主要技术优势有： （1）传输距离远 WiMax 的无线信号传输距离最远可达 50 公里，其网络覆盖面积是3G

5、 基站的10倍，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。理论上信号传输距离可以达到50 kmWiMAX能有效抗衰减抗多径效应，并可以根据信道状态及传输速率选择不同的编码技术，提高覆盖范围和容量，同时，空间复用多用户检测自适应功率控制等技术的支持使WiMAX具有更大的覆盖范围和容量。（2）接入速度高 WiMAX接入速度最高可达到70 Mbit/s，是3G提供的30倍，WiMax采用与无线局域网LAN(Local Area Network)标准802.11a和11g相同的正交频分复用（OFDM9Orthogonal Frequency Division Multip

6、lexing)调制方式，每个频道的带宽为20 MHz，可实现74.81 M的最大传输速度。 （3）无“最后一公里”瓶颈限制 作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi热点连接到互联网，也可作为数字用户线DSL（Digital Subscriber Line）等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入，它不仅支持固定终端 同时支持便携式和移动终端。WiMax 可为50公里线性区域内的用户提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。（4）提供广泛的多媒体通信服务 由于WiMax较之Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。高带宽可以将IP网的缺点大大降低，

7、从而大幅度提高Vo IP的QoS（服务质量）。（5） 组网灵活 成本低在固网资源薄，弱以及布缆困难的地区WIMAX宽带接入技术可以弥补传统的基于有线宽带技术的盲区，并更加经济简便。第二章 采用的主要技术1 OFDM调制技术由于高速率环境下的单载波技术的均衡器太过复杂，所以iMA X技术的物理层采用多载波的O F D M（正交频分复用）技术。O F D M是一种多载波数字调制技术，它具有较高的频谱利用率，且在抵抗多径效应，频率选择衰落或者窄带干扰上具有明显的优势。其主要特点是采用并行正交窄带信道来有效抵抗频率选择性衰落，并且采用正交的子载波来解决以往的多载波系统中频谱利用率不高的问题，此外，窄带

8、子载波能够带来相对较低的码间干扰。实现方式上来说，主要通过F F T（快速傅里叶变换）来实现，一定程度上简化了整个系统的结构。实现的难度主要在于控制各子载波频率精准性。2 HARQ技术HARQ：Hybrid Automatic Repeat reQuest（混合自动重传请求）， 是ARQ （Automatic Repeat reQuest）和FEC（ForwardErrorCorrection）相结合的纠错方法。信道编码（尤其是FEC）有检错和纠错两种功能。如果把前面两者结合起来就形成了HARQ，它是先对接收到的误码进行纠错，如果能把错误纠正就不需要重新发送，无法纠正错误的要求发送端重新发送，

9、并对已经接收到的错码有不同的处理方法。ARQ只在接收端进行检测，检测到误码就丢弃或者要求对方重发， 传输的可靠性较高，但系统吞吐量较低。HARQ的优点是：提高了数据的传输可靠性和系统吞吐量；鉴于信道条件能提供准确的编码速率调节，自适应瞬时信道的变化，对误差和延迟都不敏感；结合自适应调制编码的使用，可以弥补因错误操作（因反馈延迟和反馈译码错误等引起）而导致的性能损失等。3 多天线技术多天线技术中典型的两种技术是：MIMO和AAS。MIMO：（Multiple Input Multiple Output，多进多出）技术是一种多天线技术，它将无线通信中的多径原理作为有利因素加以利用。当发射机接受天线

10、间的通道相应独立，即可创造出多个并行的空间信道，和以往的单天线系统比较，成倍的增加了系统的容量，当接受天线数量大于发射天线数时，MI M O系统的容量将随着发射天线数量的增长呈线性增长。M I MO的核心技术是空间复用和空时编码，这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。AAS：Adaptive/Advanced Antenna System（自适应天线系统），是根据干扰、 噪声和多径传播的影响，动态地改变天线方向图的一个天线阵列，可用于改善接收信号的性能、用户的跟踪，也可用于发射时波束形成。4 QoS性能WiMax可以向用 户提供具有QoS性能的数据、视频、话音（VoIP） 业务。WiMax

11、可以提供三种等级的服务：CBR（Con-stant Bit Rate，固定带宽）、CIR（Com-mitted Rate，承诺带宽、BE（Best Effort，尽力而为）。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来提供，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多的传输带宽。BE 则具有更低的优先级，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。 第三

12、章 现状及应用3.1市场现状从2007设备供应商、运营商对的WiMAX支持力度越来越大。除了韩国运营商，其他如日本、美国、新加坡等国家的运营商和ISP也纷纷明确要采用移动 WiMAX技术，其中比较有影响力的是KDDI、Sprint Nextel和Clearwire，此外，BT、Bell South、NTT DoCoMo也已经宣布将对移动WiMAX进行测试。其中，Sprint Nextel已经选择了Intel、三星、摩托罗拉等作为自己的设备供应商，并与诺基亚共同研发移动WiMAX便携终端的软件平台。诺基亚、英特尔和摩托罗拉等诸多国际巨头纷纷推出相应产品，例如基站、手机、解决方案。中围的无线城市建

13、设正驶入快车道。3.2应用3.2.1军事和国防 现代战争中，通信实力直接左右着战争的胜负和军事威胁的走向。军队的网络要求提供非常安全、非常先进的通信技术和工具。WiMAX移动性架构，较理想地符合了这种新型的复杂战术防御操作模型的要求。WiMAX提供一个简易、方便和总在线的战地解决方案，使各种便携和手持终端设备用户有能力维护网络连接以及在其军事行动区域接入紧急事件的多媒体数据。借助车载移动天线，士兵可以迅速建立起Adhoc宽带无线网络，通过手持终端获悉实时勘测侦察情况、地图坐标、军事指令等等。区域性的无缝覆盖，满足了士兵之间的无缝统一连接，保证了与指挥部的通信。3.2.2突发事件 很多突发事件，

14、都是局部发生的，因而政府经常需要调集力量以对事发区域实施援助。政府筹备必须包括一个针对事件管理、资源管理、规范指挥和管理结构的统一步骤。在公共安全和紧急救助行业中，大多数工作人员都处于移动状态，因此在通信方面必须依赖于无线网络解决方案。WiMAX技术可以满足其对数据调度、移动视频监控、车辆人员定位、移动指挥车应急通信等业务需求。应急指挥车辆或工作人员只要有一台笔记本电脑或者手持终端就可以通过无线城域 网实时与总部保持视频、数据和语音通信。3.2.3公共安全 随着无线通信技术的进步，人们已从IEEE80211标准的应用中享受到无线网络的灵活和便捷，进一步刺激了对无线通信产品的需求。可以说WiFi

15、是80211标准的代表技术，而WiMAX则体现了80216标准的先进性。由于WiFi技术优异的性价比，现有绝大多数IP无线监控系统均采纳了IEEE80211作为无线传输标准。然而，80211的传输距离有限，仅100m，限制其在室内应用。3.2.4其它应用除上述应用外，WiMAX在交通噪声监测、风力发电故障诊断、及三网融合、终端接入、小区回程、企业互联网、无线网桥等几方面都得到了充分的应用。第四章 与其它的无线技术的比较4.1 WiMAX和3G技术的比较WiMAX和3G技术，作为近年来发展较为迅速的无线宽带技术，有很多相似的地方，但其由于定位不同，也有一定的差别。首先，802.16标准仅仅定义了

16、空中接口协议的物理层和M A C（媒体接入控制）层，M A C层之上的协议层及核心网部分没有定义；而3G技术作为一个完整的网络，空中接口协议，核心网，以及业务规范都有比较详细的定义。其次，从设计思路方面分析，3G网络是为提供一种高质量的话音和数据合二为一的无线通信网络，话音业务方面，核心网络仍采用具有较高的Q o S保障的电路网交换技术，和传统的电信网类似，数据业务方面，3G网络物理层多采用CD M A技术和自适应调制编码（以国际上比较通用的WCDMA/UMTS为例）；WiMA X网络则主要提供具有一定移动特性的基于I P的宽带数据业务，物理层采用OFDM技术，面向的主要是数据终端，数据带宽要

17、优于3G网络，话音业务主要是以V o I P的方式来实现，网络较为繁忙的情况下，Q o S要劣于3G网络。最后，从覆盖范围上来看，WiMAX为了获得较高的数据接入带宽，必然牺牲覆盖和移动性，而3G网络则是无处不在的，覆盖也是连续的，能够满足各种移动环境的需要，移动性和覆盖性要明显优于WiMAX网络。4.2 WiMax和Wi-Fi的比较Wi-Fi 和 WiMax 的技术各有优劣也各有侧重。从发展的成熟度来Wi-Fi 无疑已经占尽了先机，虽然也就只是早发展了两年，但是我们生活中从笔记本电脑到手机几乎各种移动终端都可以通过Wi-Fi与互联网对接，不过由于WiMax在某些方面还是有很大的优势，所以未来

18、两者的情况还是存在较大的变数。就工作频段来说 Wi-Fi 是2.4GHz和5GHz双频段共同工作而WiMax 则在是1.75MHz 到 20MHz工作，所以WiMAx相对Wi-Fi的工作要更加的稳定、可靠。就传输速率来看虽然，理论上Wi-Fi比WiMAx有更高的速率，但实际中，考虑到实际情况，WiMAx实际速率往往比Wi-Fi还要高。所以，WiMax相对Wi-Fi来说是毫不逊色的。第五章 与3G的结合5.1 WiMax与3G的关系 Wi-Fi 是一种无线局域网（WLAN）接入技术，负责几百米内的“热点”区域；WiMax是一种无线城域网（MAN）接入技术，其信号传输半径可以达到 50 公里，基本

19、上能覆盖到城郊，但不提供广域覆盖；3G 是一种广域网（WAN）技术，实现所有地区（城区与野外）的无缝覆盖。 WiMax与3G技术相比，在许多方面WiMax都显示出巨大的优势。在网络覆盖区域上，WiMax 的无线信号传输距离最远可达50公里，其网络覆盖面积是3G基站的10倍，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用。的范围大大扩展。在接入速度上，WiMax 所能提供的最高接入速度是70M， 这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对于固定电话运营商来说，他们可以首先建立一个基于WiMax技术的低成本网络， 并通过他们的固定电话网络把无线网络与互联网相连，从而可以逐步从移动运营商

20、手中夺回部分市场份额。3G 网络的核心功能是提供移动电话服务，也可以用来传输数据；WiMax的标准则是高速数据传输，语音质量并不是关键要求。因此这两种技术各自的任务和目标都不相同。WiMax的着眼点是实现宽带无线化，而3G 则更多地倾向于实现无线宽带化。总之，在众多大厂商的共同推动下，我们有理由相信WiMax将成为未来一项具有革命性应用的技术。 但我们在抱有这样的信心的时候，还需要保留对 WiMax 与其他无线网络技术的关系更客观的认识。5.2 WiMax 对 3G 的影响 有分析认为WiMax将是3G的终结者。 但实际情况不会如此严重。 首先，WiMax与Wi-Fi、3G 的确具有很多重叠的

21、甚至是超越的功能，具有和Wi-Fi、3G竞争的关系，但它们更多的是一个互补关系。这是因为Wi-Fi、WiMax、3G分别针对的是无线局域网WLAN、城域网MAN、广域网WAN，具有不同的市场定位。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。电信监管部门也不会让已有的投资付诸东流。因此，未来 WiMax 与其它无线网络技术很可能是共存于市场，就如同移动通信的 GSM和CDMA制式共存一样。其次，WiMax虽然现在风头很劲，但其本身还有待完善，诸如标准统一、 互联互通、降低成本等问题。 因此，在WiMax

22、还处于完善、推广时期就断言它能取代已经在许多国家运营的3G技术未免为时过早。 再次，WiMax 目前的优势之一：免费的频谱。在将来终将不会是免费的午餐。在 WiMax 投入大规模应用之时，管理机构必将要求各运营商为现在免费的频谱付出同样高昂的租用费。这些费用最终将体现在其服务成本中，会对WiMax的吸引力产生削弱作用。 最后，由于WiMax 使用了免费的频谱，因此相对于 3G网络来说，WiMax 信号受其它信号干扰的可能性更大。另外，由于WiMax 所使用的频率范围（2G11GHz）远高于GSM和3G，因此信号穿透能力将更差，在城区复杂的地形地貌情况下，实现无缝覆盖必将会使整个网络变的异常复杂

23、。有分析指出，WiMax 将不是取代3G，而是创造一个在无线局域网和广域网之间的结合点。移动运营商可以利用WiMax无法匹敌的全球覆盖率。 电信运营商可以开发包含局域网、广域网和城域网的无线策略。第六章 面临的问题移动WiMAX 的设备还未成熟，市场应用还未大规模开展，在我国的发展前景如何，将受到政策、产业、市场需求等多种因素的影响。 1、政策因素：从某种程度上来说，移动 WiMAX 是否能够在中国成功发展， 政策因素起着决定性的作用。 移动 WiMAX的设备和市场主要以TDD模式为主，因此我国必须在频率与市场方面考虑其与TD-SCDMA的关系。另外，WiMAX TDD成功申请成为3G标准，在

24、管制方面应该按照3G技术对待，未来会对国内发展 WiMAX产生什么影响值得关注。 2、产业因素：笔记本电脑加便携式的终端将是很有发展前景的应用，为运营商降低甚至消除了终端门槛。以Intel为代表的WiAMX 芯片企业是802.16e能否成功的关键。2007年底，WiMAX论坛开放了针对移动 WiMAX 设备的认证，近几年，将是WiMAX设备走向成熟的关键。 3、频率限制：频率是决定 802.16e 发展的关键因素，如果中国政府为了保护 3G 的发展或由于某种原因在频率方面制约WiMax的发展，对移动 WiMAX的发展将是致命的。 4、市场需求：市场是否需要802.16e和LTE宣称的数据承载能力，目前是未知因素，这一需求来到的时间，对于成熟阶段不同的技术而言，也起到关键作用。结束语WiMAX作为新一代宽带无线接入系统,