WiMAX关键技术及应用浅析

高文付

摘 要 本文主要介绍了WiMAX的一些关键技术，及其应用场景。并对其如何组网应用，进行分析，提出解决方案。

关键词 WiMAX OFDM 应用场景 组网应用

中图分类号：TP3 文献标识码：A

WiMAX是IEEE802.16技术在市场推广方面采用的名称，其物理层和MAC层技术基于在IEEE 802.16工作组中开发的无线城域网（WMAN）技术，WiMAX也是IEEE 802.16d/e技术的别称。本文将对WiMAX的一些关键技术和应用场景进行介绍，并分析如何利用WiMAX组网。

1 WiMAX的关键技术

（1）OFDM 与OFDMA

802.16d OFDM物理层采用256个子载波，OFDMA物理层采用2048个子载波，信号带宽1.25～20MHz可变。802.16e对OFDMA 物理层进行了修改，使其可支持128、512、1024 和2048共4种不同的子载波数量，但子载波间隔不变，信号带宽与子载波数量成正比，称为可扩展的OFDMA。OFDM所有载波的幅值都是相同的，一个时隙某一时刻只能由一个用户使用。OFDMA将载波分成若干个组，每个组里又有多个载波。每个子载波采用独立的编码、调制方式和信号功率，以便基于信道条件优化网络资源。将时隙分成多个子信道，多个用户可以同时使用一个时隙。

（2）调制技术

WiMAX采用QPSK、16QDM 和64QAM三种调制方式，QPSK利用载波的4种不同相位差来表示不同数据，其实际效率较高。而相比之下，QAM在机理上更加复杂，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。802.16d/e 采用了块Turbo码、卷积Turbo码等纠错能力很强但解码延时较大的信道码，同时，也考虑到使用低延时的LDPC码。

（3）高数据速率

由于采用了MIMO天线技术、灵活的子信道方案、先进的编码调制方式，对于10 MHz 信道，移动WiMAX 峰值速率为下行每扇区63Mbit/s，上行每扇区28Mbit/s。下行峰值数据速率达到每扇区46Mbit/s，上行峰值数据速率达到每扇区14Mbit/s。移动通信传输能力是基于带宽的，更宽的带宽支持更高的吞吐量，将满足用户大容量速率传输的要求。

2 WiMAX技术的应用场景

（1）固定应用场景

固定接取业务是802.16运营网络中最基本的业务模型，包括用户因特网接取、传输承载业务及Wi-Fi热点回程等。

（2）游牧应用场景

在游牧式业务场景终端可以从不同的接取点进入到一个运营商的网络中；在每次会话连接中，用户终端只能进行站点式的接取；在两次不同网络的接取中，传输的数据将不被保留。在游牧式及其以后的应用场景中均支持漫游，并应具备终端电源管理功能。

（3）便携应用场景

在这一场景下，用户可以步行连接到网络，除了进行小区切换外，连接不会发生中断。便携式业务在游牧式业务的基础上进行了发展，从这个阶段开始，终端可以在不同的基站之间进行切换。当终端静止不动时，便携式业务的应用模型与固定式业务和游牧式业务相同。当终端进行切换时，用户将经历短时间的业务中断或者感到一些延迟。切换过程结束后，TCP/IP应用对当前IP地址进行刷新，或者重新取得IP地址。

（4）简单移动应用场景

在这一场景下，用户在使用宽带无线接取业务中能够以步行或是慢速移动连接上网络，但当终端移动速度达到60～120km/h时，数据传输速度将有所下降。这是能够在相邻基站之间切换的第一个场景。在切换过程中，数据包的丢失将控制在一定范围，最差的情况下，TCP/IP会谈层不中断，但应用层业务可能有一定的中断。切换完成后，QoS将重建到初始级别。

（5）完全移动应用场景

在这一场景下，用户可以在移动速度为120km/h甚至更高的情况下无中断地使用宽带无线接取业务，当没有网络连接时，用户终端模块将处于低功耗模式。

3 组网应用

（1）接入网络设计

在WiMAX接入网部分的设计中，我们主要采用OFDM和OFDMA技术来对抗较差的无线传播环境。为了解决使用同频率相邻小区之间的同频干扰和频率资源的极度紧缺问题，可行的方法是对频率进行复用和分配。如果采用频率复用因子为1的资源配置方式，需要利用扇区化技术复用频率来控制干扰。采用相同扇区结构时，频率复用因子为4的系统在网络容量和传输速率方面的性能均优于频率复用因子为1的系统。这样，就可以采用这种扇区化的小区结构，并采用频率复用因子大于1的小区规划方式。

（2）骨干网络设计

骨干网络将主要解决用户认证、漫游以及和其他网络之间的接口问题。该骨干网的基础仍然要依靠现有的网络，通过与现有的网络进行不同程度的耦合，来满足需求。在松耦合方式下，直接利用现有网络的认证、授权和计费服务器（AAA），使数据流并不经过现有网络的骨干网。当采用紧耦合方式时，网络的数据流要经过现有网络或3G网络的无线网络控制器（RNC）和骨干网网。这样不仅大幅度地减少了切换时延，而且还保证了网络之间的无缝切换。

（3）基站互联设计

在WiMAX组网时，只有中心基站才能接入Internet，而其他基站通过中心基站采用无线通信方式接入Internet，不能直接相连。各非中心基站的上行数据在中心基站处汇聚并发送到Internet，而Internet将发向此中心基站及相连远端基站的下行业务数据合并发送到中心基站，再由中心基站向各个非中心基站转发。