天堑变通途

提起无线网络，我们更多的是想到Wi-Fi。经过几年的市场培养，无线网已经被用户广泛接受，无论是家庭还是企业用户，人们已经充分地意识到无线网络为我们的生活、工作带来的改变。当我们享受无线局域网带来的便利同时，你是否认为这就是网络无处不在的实际意义呢？

与有线通讯技术相比，无线技术最大的优点就是使用方便，不受地点的限制，包括移动电话、无线键盘/鼠标、红外遥控器、蓝牙，这些都可以笼统地归为无线网络。不过在计算机领域，获得大范围应用的还是人所共知的IEEE802.11a/b/g无线局域网标准，这些标准为用户构建了一个基于无线通讯技术的局域网，由此改变了计算机网络的应用形态，同时也开拓出一个庞大的市场。

无线局域网得以流行，基本上应该归功于英特尔的大力推广，籍由捆绑一体化宣传的运作，“迅驰”平台几乎成为笔记本电脑的标准，即便在AMD推出的Turion 64移动计算平台中，无线也是必不可少的组成部分。

对于移动计算平台，无线局域网技术是非常关键的一环。英特尔大力宣扬该技术的优越性，并投入巨资做宣传推广，而各笔记本电脑厂商也都极力支持，消费者迅速认可了迅驰带来的无线技术理念。之后，各种无线设备迅速走俏市场，在短短一年时间内市场高速成长，无线技术也被视作推动IT发展的强劲动力。为了让无线技术真正成为计算机的标准配备而非可选件，该领域主要厂商共同组建了Wi-Fi联盟，统一进行标准制定、实际产品研制以及宣传推广。Wi-Fi的应用领域除了家用、商用无线网络外，也进入酒店、会议中心、机场、休闲咖啡屋之类的公众场所，成为高速上网的一个通道。尽管从迅驰发布到现在只经历短短的两年时间，但无线联网技术已经深入人心，英特尔也将它作为未来技术开发重点。已经推出的迅驰二代平台采用了速度更快的IEEE802.11g标准，最大传输速度从以往802.11b的11Mbps提升到54Mbps。可以说IEEE802.11体系的无线局域网技术，已经是继以太网之后成为PC的联网标准，局域网也就此进入无线时代。

如果走出局域网络，放眼广域网，你会发现目前包括ADSL在内的宽带网络技术均存在着巨大的弊端：有线架构的限制使得它们根本无力覆盖更为广泛的区域，而有线网络无法涉及到的穷乡僻壤就更不用说了。在国内这样的情况非常普遍，一些远离城市的地区ADSL根本就无法覆盖到。对于这样的问题，WiMAX就是答案。

Wi-Fi领域的辉煌胜利让英特尔获利颇丰，作为新技术的领导者，它的目光并没有一直局限在这个领域，而是开始下一波无线技术的推广，这就是作为无线城域网标准的IEEE802.16，英特尔还专门组建了“WiMAX联盟”来推广这项技术。这一事件引起业界的巨大反响，IEEE802.16和WiMAX的字眼也都成为各大IT媒体的头条。不过，人们关注的大多是它们所创造的巨大市场而非技术本身。事实上，IEEE802.16的出现将无线技术从家庭、企业内部拉到了室外，它的有效距离高达50公里，并可提供比Wi-Fi高得多的传输速率。如果说Wi-Fi实现了局域网的无线连接，那么IEEE802.16或WiMAX就将把无线技术扩展到城域网。不难发现，无线技术的应用领域被大大拓展了。

WiMAX与IEEE802.16

与其他任何一项新技术一样，倘若没有得到重量级厂商的支持，要想得到实际应用是一项不可能完成的任务。假如英特尔当初对802.11熟视无睹，那么它要获得今天的成功是一件不可能的事情。但仅有一家主导厂商是非常不够的，一项新技术本身也许还只是纸上的规格，包括控制芯片、驱动软件和最终的终端设备都必须从零开始研发，没有哪一个厂商敢说可以单独掌握整个流程。为此，建立一个由多个厂商合作的组织共同进行推广是非常必要的。无线局域网领域，在英特尔推动下成立了Wi-Fi联盟。

为了推广IEEE802.16标准，同时保证接入设备的兼容性及互用性，一些主要的通信部件及设备制造商联合组成一个工业贸易联盟组织，它就是大名鼎鼎的“WiMAX论坛（WiMAX是World Interoperability for Micro-wave Access的缩写，意思是全球微波接入互操作性）”。WiMAX论坛成立于2002年4月份，首批成员包括诺基亚、Harris Corp、Ensemble Communication和Crosspan网络公司，不过这些厂商的影响力只是在后台的通信设备领域，对前端的应用层面并不在行，而没有应用的直接驱动，802.16要想普及是完全不可能的。不过，这种情况现在已经成为历史，前段时间WiMAX论坛大规模扩张，不仅吸收了Alvarion、Aperto和AirSpan等无线宽带接入厂商，而且将英特尔、Proxim和Fujitsu等鼎立支持IEEE802.11厂商也纳入其中，同时OFDM论坛也加入到WiMAX论坛，一时之间WiMAX实力大增。由于IEEE802.16标准拗口难记，业界干脆就把它称为WiMAX技术，一如Wi-Fi之于IEEE802.11。

在WiMAX论坛的诸多厂商中，真正起主导地位，可决定WiMAX命运的还是英特尔公司。英特尔在IT业内的巨大影响力毋庸置疑，许多PC相关的工业标准都是在它的推动之下方能让消费者熟知并认可，下游企业也接受它的号召协同一致。然而，IEEE802.16谈不上是一套针对最终消费用户的终端技术，确切地说，它是一项介于消费者与电信企业之间的无线通信技术，该技术能否被接受不仅仅取决于消费者的态度和开发商的努力，很大程度上还取决于通信厂商是否愿意将这项技术付诸实用。英特尔加入WiMAX论坛，大力推广IEEE802.16产品化的真实意图在于，它打算进入这个利润无比丰厚的新领域。对此，英特尔公司通信事业部执行副总Sean Maloney在采访中表示：“籍由IEEE802.16无线技术进入通信行业，所带来的巨大收益几乎无法估计。”也许，这将是英特尔公司在开发Itanium处理器，进入高端服务器市场之后的又一次突破。

与其他所有无线通讯技术一样，IEEE802.16使用的同样是载波通讯方式：待传输的二进制数据使用预先指定的调制技术调制在无线电载波上，经由载波传输至目标端，然后再由接收终端解调，将数据还原。不同的无线传输技术之所以会在数据传输速率、传输距离等方面存在差异，根本原因在于它们赖以工作的机制互不相同，这方面的要素包括工作频带、调制技术以及多址方式等等。

目前，WiMAX共包含IEEE802.16和IEEE802.16a两项子标准，二者的工作频带并不相同：前者工作在10至66GHz通信频带，每通道频带宽度可以为20MHz、25MHz或28MHz，在28MHz下它的每个通道数据传输率可以达到32至134Mbps级别；后者的通信频带则小于11GHz，采用可选通道方式，每个通道频宽在1.25MHz至20MHz之间，当频宽为20MHz之时，IEEE802.16a的最高速率可达到75Mbps。IEEE802.16e通信频带小于6GHz，上行链路的子通道频宽与802.16a相同，当频宽为5MHz时，它可以提供15Mbps的连接速率。由于IEEE802.16e针对移动性而设计，要求以一定的速度运动时也可以连上网络，适用对象为单体的笔记本电脑，因此并不需要太高的速率，15Mbps已经是一个非常宽裕的数字了，远超过时下流行的各种类似宽带技术。

信号调制的作用是将二进制数据加载到无线电载波上，数据传输才成为可能。简单点说，“调制”要解决的就是用什么方法让连续的正弦无线电波来表达二进制数据的问题。在无线电波采用同样频宽的条件下，采用不同的调制技术往往会得到不同的数据传输率，因此，调制技术直接关系到无线传输可得到的实际性能。IEEE802.16采用QPSK（Quaternary Phase Shift Keying，四相移相键控调制）、16-QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）和64-QAM三项调制技术。其中，QPSK四相移相键控调制技术是在二相移相键控（QPSP）基础上发展而来的调制技术，二相移相键控的原理非常简单，它利用载波的0、π相位来表示二进制数1和0。由于跨度过大，二相移相键控的频带利用率较低，获得的实际数据传输速度太慢，为此业界发展出四相移相键控技术来代替它。四相移相键控利用载波的四种不同相位差（0°、90°、180°和270°）来表达不同的数据，实际性能可比二相移相键控提高一倍。

相比之下，QAM正交振幅调制技术在机理上更为复杂。待发送的数据在专门的比特/符号编码器内分成速率各为原来1/2的两路信号，并分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流，均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回原始的二进制信号。与其他调制技术相比，QAM调制技术具有充分利用带宽、抗噪声强等特点，广泛使用于各种信号传输技术之中。而16-QAM与64-QAM的区别只在于二者的数据位宽不同，后者可以提供比前者高出50%的数据传输率。

无线通信采用的是一种广播的方式而非点对点传输，网内一个用户发射的信号其他所有用户均可接收，所以网内用户如何从播发的信号中判别出它是否是发送给本用户的就成为一个关键的问题，这正是多址接入方式要解决的问题。

多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。我们知道，无线电信号可以表达为时间、频率和码型的函数，这样，时间、频率和码型就可以作为多址接入的判别依据。如果以传输信号的载波频率的不同划分来建立多址接入，就称为“频分多址”（FDMA），它的重点是频率资源的重用；若以传输信号存在的时间不同划分来建立多址接入，则称为“时分多址”（TDMA），其重点是时隙资源的重用；而以传输信号的码型不同划分来建立多址接入，就被称为“码分多址”（CDMA），为码型资源的重用。左图给出了FDMA、TDMA和CDMA的示意图。

FDMA频分多址的原理并不复杂。将可使用的总频段划分为若干个占用较小带宽的频道，这些频道在频域上互不重叠，每个频道就是一个通信信道，对应一个终端用户。而FDMA接收设备的带通滤波器允许指定频道里的信号通过，其他频率的信号则被过滤，这样就限制了临近信道之间的相互干扰。不过，每个终端在通信时并非都占用频道，它通常是在通信建立阶段由系统临时分配，通信结束后终端就应将其释放，再由系统分配给别的用户使用。FDMA频分多址的优点是技术成熟，易于与模拟系统兼容，且对信号功率没有严格的要求。但它的缺陷在于系统设计时需要周密的频率规划，基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，要求较多的硬件设备且容易产生信道间的互调干扰。

TDMA时分多址则是根据时隙作为多址接入的依据。单位时间被分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，每一个时隙对应一个通信信道，指派给一个用户。然后根据一定的时隙分配原则，使各个用户终端在每帧内只能在自己指定的时隙内向基站发射信号，由于帧或时隙都是互不重叠的，基站在各时隙中接收到来自各个用户终端的信号就不会相互干扰。与之对应，基站向各个用户终端发送的信号也都按顺序安排在预定的时隙中，用户终端在自己指定的时隙内接收信号。只有目标终端的接收时隙与基站的发送时隙同步，这样它就可以接收到所要的信号，而其他终端则不会受到任何干扰。

与频分多址系统比较，时分多址系统可以容纳更多的用户同时接入，它不存在频率分配问题，而对时隙的管理与分配也较为容易且经济，便于动态分配信道。再者，它只需要一部发射机，可避免像频分多址系统那样因多部不同频率的发射机同时工作而产生的互调干扰。不过，时分多址系统的缺点在于必须有精确的定时和同步，以保证各用户终端发送或接收的信号不会在基站发生重叠或混淆，因此如何保证精确的定时/同步是时分多址系统要克服的技术难题。

CDMA码分多址最为特殊，它既不是使用频率也不是使用时间作为多址接入的依据，而是使用不同的码型。所谓码型，指的是二进制的编码序列，每个终端用户都使用不同的码型，这样只有目标终端可以将来自发送方的信号正确解调。由于码型的唯一性，CDMA系统就可以在同一个时间、同一个频率上进行通信，换言之可拥有巨大的通信容量，允许多达数万个用户同时使用，而且抗干扰性强、保密性好，目前主要用于语音相关的移动通信领域。

IEEE802.16使用的是时分多址技术，相对于802.11，它具有接入容量大的优点。一个802.11接入点通常只能同时接入数十个用户，而一个802.16基站可以同时接入数千个远端用户站。当然，在这方面它还无法与CDMA系统相提并论，但802.16的另一个优势是兼顾了高数据传输性能，并且可满足多路、多类传输业务的需求，诸如数据、视频、语音（VoIP）等等，这是其他技术所无法比拟的。

刚刚提到，802.16必须兼顾IP数据、视频/语音两类业务，而这两类业务对无线传输的稳定性和差异化都要求不一，802.16如何面对这个困难？

对于IP数据业务，我们不妨以802.11为例来阐述。IP数据业务遵循TCP/IP协议，而该协议对信道的稳定性有较高要求，这与无线通信信道先天不稳定性是矛盾的。如果在不稳定的信道上运用TCP/IP协议，不可避免导致数据传输效率低下。对802.11来说，这个问题还不算严重，因为802.11只是用于室内短距离通信，在室内环境下，无线传播的信号衰减和多径效应影响并不明显，所提供的传输质量勉强可以满足TCP/IP协议的要求。但是802.16将用于室外远距离通信，信号衰减和多径效应对信道稳定性影响极为显著，为了解决这个问题，802.16采取多种手段，如让物理层的调制解调器参数、FEC（前向纠错）编码参数、ARQ参数、功率电平、天线极化方式等多个技术参数都可自适应调整，另外在链路层也加入ARQ（自动重发请求）机制，减少到达网络层的信息差错率，整体上提升了系统的通信质量。在这些措施努力下，802.16信道不稳定的问题得到基本解决。

但对视频/语音相关业务来说，信道稳定并非重点，关键在于802.16网络必须可提供QoS（Quality of Service，服务质量）技术。QoS是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一项技术，如果没有QoS，视频/音频应用就无法正常进行，因网络延迟造成的停顿是不可接受的。802.11体系不支持QoS，因此就无法提供实时视频传输和语音业务，而只能作为基于TCP/IP的数据局域网，但802.16在QoS的辅助下可以保证视频/语音业务的正常进行，这也是它的一大亮点。

802.16可提供固定带宽（CBR）、承诺带宽（CIR）、尽力带宽（BE）三种服务等级，其中CBR拥有最高的优先级，在任何情况下用户都可以获得可靠、稳定的带宽；CIR优先级次之，它在承诺一个基本的固定带宽基础上，可以根据设备带宽资源情况向用户适当提供更多的传输带宽；BE的优先级最低，只有在系统满足其他用户较高优先级业务之后，才会将余力用于向该用户提供传输带宽。

IEEE802.16最大的优点是高速度和远距离。在速度方面前面已有提到，802.16协议最高速率为134Mbps，802.16a也可达到70Mbps，对此我们不再多作论述。更远距离、更好的适用性和更低的成本是IEEE802.16技术最主要的优点，而这也奠定了它在未来城域无线网络市场的主导性地位。

与802.11相比，802.16最大的优点是其超远的覆盖范围。802.11的有效范围一般不超过100米，但IEEE802.16协议可达到2公里，而IEEE802.16a协议更是可以覆盖方圆50公里的范围。这样，电信企业完全可以利用这项技术来代替Cable线缆、DSL、光纤接入等有线通信技术，构建一个广大覆盖范围的WiMAX无线网络。

我们不妨看看WiMAX网络的实际应用，电信中心的WiMAX设备让整个WiMAX网络与互联网连接起来。接下来，各个WiMAX基站将信号传输到远方，如果使用802.16协议，基站间的距离必须小于2公里，此时可以保证134Mbps的高速度。但在进入连接区域内，如果要更广的覆盖面，便可以改用IEEE802.16a协议，此时只要一个基站就可以覆盖方圆50公里的区域。理论上说，一个城市只要一个这样的基站就完全可以胜任，虽然此时它的速度会慢一些，但对于互联网接入而言，70Mbps的接入速度已相当可观，即便在许多单位共享的情况下速度也足够使用。再说，一旦感觉速度不够快的时候，电信企业完全可以通过增加WiMAX接入设备和基站的数量来解决问题，相当于构建一个多路的无线网络系统。

用户终端使用WiMAX网络可以有两种方式：一是通过专门的WiMAX接入设备来连接。该设备的功能类似ADSL MODEM或Cable MODEM，只不过它是以无线的方式接入到互联网中。如果要接入互联网的是有线以太网，那么对应的HUB、交换机就必须通过专用的线缆与WiMAX接入设备连接在一起。这样，整个局域网内的计算机都可以连上网络。同样，如果接入互联网的是802.11无线网络，那么只需借助专用线缆将802.11访问点与WiMAX接入设备连接起来即可，整个无线局域网内的计算机便可完全通过无线的方式接入互联网中；第二种方式就是用户终端直接连入WiMAX网络，这同样需要借助专门的WiMAX接入设备来实现。对台式机来说，这个设备可能是WiMAX MODEM，而对于笔记本电脑来说，可能只是一块支持802.16协议的PC卡而已。如此一来，用户要接入互联网就非常简单。这种接入方式完全可以让现在的Wi-Fi热点失去活力，众所周知英特尔为了推广Wi-Fi，花费巨资推动相关应用，在全球许多地方都建设了Wi-Fi热点，涉及到的热门地区包括机场、星级酒店、高档咖啡厅等场合，用户可以借助笔记本电脑内置的Wi-Fi功能实现无线上网。但和WiMAX相比，所谓的Wi-Fi热点立马黯然失色，打个形象的比喻：Wi-Fi是用户拿着笔记本到处找热点（接入点），而WiMAX就好像是它开着探照灯寻找我们，只要用户一开机，它就主动提供服务。显然，在这个应用领域WiMAX的优势是Wi-Fi无法匹敌的。

WiMAX网络拥有的良好适用性充分体现在以下几个方面：一是网络部署时间短；二是具有完全覆盖能力；三是可根据应用需要灵活调整。

网络部署时间短的优势很大程度上得益于WiMAX的大覆盖范围，对于IEEE802.16标准，每隔2公里需要建设基站，但对于更流行的IEEE802.16a来说，只要每隔50公里建设基站即可，而一个基站可以连接数千个WiMAX访问终端。不难看出，一个城市里并不需要大量的基站，只需要花几天时间，便可以从零开始将一个完整的WiMAX网络建设完成。而由于基站数量少、建设时间短，所需的建设成本也变得相当低廉，比传统的DSL接入、Cable接入或以太网接入要经济得多。

WiMAX网络具有完整的覆盖能力，只要在信号有效距离内，任何计算机终端都可以借助设备连上WiMAX网络，极好地填补了Cable和DSL接入的覆盖空白。虽然目前Cable和DSL可以覆盖大多数地方，但还是有不少地方因为各种原因无法采用这两项技术，导致宽带接入互联网难以实现，估计全球这样的用户多达数百万。显然，WiMAX技术为他们创造了家庭连接、公司连接、公共热点连接、信息港连接的最佳方式，随时随地接入互联网成为可能。另外，在欠发达的农村地区和人口密度较低的边远地区，根本不可能通过有线技术接入互联网，此时WiMAX技术又可以派上用场。在这个领域，目前还没有哪项技术能像WiMAX一样做到这一点。

由于802.16采用TDMA时分多址技术，可按用户的需要灵活分配上下行传输带宽，在多用户、多业务情况下频谱和设备的利用率便能够获得提高。例如，视频点播应用要求高下行带宽，而对上行带宽则没有严格要求，802.16可以提供相应的配置，将用户的上行带宽相应压缩。再者，802.16可支持动态的信道频宽，其中802.16a协议的信道频宽可调节为1.75MHz、3.5MHz、7MHz、14MHz或3MHz、6MHz、10MHz和20MHz，不仅有利于抗干扰，还节省了频谱资源，更多用户接入成为可能。另外，802.16网络间的漫游切换也相当平滑，用户可以将笔记本电脑之类的移动设备从一个基站切换到另一个基站、从一类802网络切换到另一类802网络（如从802.11b到802.16），甚至可以从有线网络切换到802.16连接。在目前，无线上网的唯一选择是802.11，用户只能在一幢建筑物或一个热点周围移动才能保持连接，倘若离开建筑物到别处，连接就会立马断开。如果换用802.16技术，用户就可以保持“最佳连接状态”——在局域网内使用802.11连接，离开覆盖区之后则可以马上连接到WiMAX网络。目前，英特尔正积极从事这方面的工作，它的目标是实现切换流程的标准化，让设备在不同类型的网络间漫游时可实现平滑的切换。

毫无疑问，WiMAX是一项令人激动的新技术，它的出现让无处不在的互联网真正成为可能——不管你是在城市中心、稍远的城郊，还是在偏僻的山区、人口稀少的西部，WiMAX技术都可以让你连接上互联网。这个时候，谈及“随时随地接入”或许更名副其实。WiMAX的出现可以说是互联网的技术革命，它将创造出一个更庞大、无处不在的信息网络，有力促进信息经济的发展。同时，WiMAX本身就是一个潜力无限的市场，未来十年内，全球各地对WiMAX设备的需求量极其惊人，正是受到这个庞大市场的吸引，包括英特尔、诺基亚、AT&T在内的业界巨头都对WiMAX技术大力支持，尤其值得称道的是英特尔，它对WiMAX的态度最终让业界将注意力放在WiMAX身上，并驱使更多的企业进入这个领域。

目前WiMAX基站和接入设备已经逐步上市，开始为家庭和企业推出WiMAX固定宽带无线接入服务。2007年Intel将会推出针对移动应用WiMAX网卡，届时用户即使在出租车等交通工具上亦可实现无线上网。不过，对WiMAX的前途有着决定性影响的还是电信企业。对于WiMAX，各国的电信企业都表现出相当的兴趣，走在最前面的当数英国电信。最近，英国电信宣布加入WiMAX论坛，希望借此促进其无线宽带技术。英国电信已着手在苏格兰、威尔士、英格兰和北爱尔兰地区进行WiMAX相关的技术测试，它希望能借助WiMAX技术为远离ADSL和有线电视广播网的农村提供高品质的宽带连接。紧随英国电信之后加入WiMAX论坛的还有法国电信、Qwest、 Reliance and XO公司等，WiMAX的前景显得极为乐观。

对于英特尔公司来说，WiMAX带来的是一个全新的机遇，籍由这项技术进军利润丰厚的电信业完全可行。在若干年前，英特尔受高端服务器市场丰厚利润的蛊惑决定开发Itanium，可惜直到今日仍未有回报，原因在于这些领域的传统势力根深蒂固。借助WiMAX进入电信业将不会重蹈Itanium的覆辙，毕竟WiMAX是一项全新的技术，要将一项新技术推行成为标准没有富有号召力的业界巨头的领导绝对不行，何况WiMAX本身与计算机有着密切的相连，在这个领域，找不到哪一家厂商比英特尔更适合作为领导者，所以尽管加入WiMAX论坛没多长时间，英特尔俨然已经成为标准的事实领导者，而为了争取电信运营商的支持，英特尔目前把WiMAX定位为“针对新兴和偏远市场的最佳解决方案”，以充分发挥它超视距、不怕障碍物的优点，打一场农村包围城市的战役。英特尔表示，它将凭借WiMAX技术来“重塑电信行业”。

我们完全可以预见WiMAX在未来五年内的风行，随时随地接入互联网从梦想变成的现实，这又反过来促进IT产业的发展，届时会有越来越多的便携设备提出联网的要求，一个庞大的市场由此打开。在过去几年间，业界普遍认为Wi-Fi将成为IT的第一驱动力，但在流行之后，Wi-Fi的疲态尽现，难以承担第一驱动之职。把接力棒交给WiMAX或许更为合适，而WiMAX的的确确可以承担这样的职责。完全可以说，WiMAX是继以太网之后，网络技术发展的又一里程碑，无论设备厂商、电信企业还是消费者，都会从WiMAX中感受到一场疾风骤雨般的联网革命。