无线WiMAX技术的特点与应用研究

段静波

（广东工商职业学院，广东 肇庆 526000）

0 引 言

WiMAX技术指全球互通微波访问技术，是基于微波与毫米波频段的空中接口标准的无线城域网技术。WiMAX技术通过802.16标准的无线接入热点与互联网实现有效连接，也能与企业、单位的骨干线路进行连接，为无线网络提供高质、高效的数据服务与音视频服务。因此，加强对无线WiMAX技术特点与应用的分析和研究，有助于进一步推进该技术的发展和进步。

1 无线WiMAX技术的特点

1.1 无线WiMAX技术的接入层特点

第一，无线WiMAX技术的QoS服务。如果信道上下行容量不一致，并且无科学的资源分配机制，那么无线WiMAX提供的数据服务与应用具有QoS保障，可按照需求状况为用户端提供合理的QoS服务。

第二，管理机制方面。电池寿命及越区切换对移动通信有非常重要的影响。首先，WiMAX拥有高效的功率管理功能，不仅能够支持睡眠模式，而且能有效支持空闲模式，从而为通信设备节约一定电量。如果移动台无法有效联系基站方面，通信设备就可打开睡眠模式，在此模式下，移动台自身功率会降到最低，同时最小化使用基站空中接口资源。移动台穿越多个基站交互覆盖范围的过程中，空闲模式开启，能够定时接收广播信道的消息，不用通过基站进行注册，有效降低移动台越区切换频率，减少基站的空中接口资源与越区切换通信量[1]。其次，IEEE802.16e涵盖了硬切换模式、快速基站切换模式以及宏分集切换模式等。硬切换模式是切换过程中必须采用的方式，其他两种切换模式是可以自主选择的切换方式。移动台能够充分发挥现有服务基站广播消息的作用，获取相邻小区的数据信息。移动台还能在请求分配扫描间隔的基础上，扫描邻近基站，从而获取相邻小区的数据信息。

第三，安全性方面。首先，IEEE802.16e以码字管理协议版本2作为加密基础，也是其他加密策略的基本保障。其次，通信量加密编码能够定期更新码字，系统在持续转换码字的保护下，进一步增强安全性；同时，在无线WiMAX的MAC层接口处，应用计数器模式，能够全面保护用户数据。再次，无线WiMAX可利用以移动衰减码控制为基础的高级加密标准，严格控制数据。最后，无线WiMAX可为三种握手算法提供支持，优化重新验证机制，从而为快速切换提供保障。

1.2 无线WiMAX技术的物理层特点

第一，使用频段方面。了解和分析无线电频谱的具体占用情况后，为了充分满足移动船舶的需求和非视距传播的实际需求，IEEE802.16d主张使用2～11 GHz的频段；同时，为了确保移动性，IEEE802.16e主张使用不超过6 GHz的频率范围。从国内2～6 GHz频率的具体使用情况来看，3.3 GHz与3.5 GHz是无线WiMAX最可能采用的频率。

第二，无线WiMAX系统中的OFDM/OFDMA技术。OFDM的中文名称为正交频分复用技术，其能够在无线环境中高速传输网络数据，能在频域范围内促使频率衰落信道有效转变为平坦信道，从而大大降低多径衰落对传输过程的影响。OFDM归属于WiMAX系统的物理层，又可分成OFDM方式与OFDMA方式。OFDM物理层通过OFDM调制为TDD与FDD双工方式提供有效支持，其上、下行链路分别采用TDMA多址、TDM复用等方式，不仅能使用时空编码发射分集，而且能使用自适应天线系统。应用OFDM的过程中，其正交载波集都来自于单一用户，并将数据流并行传送给单一用户。应用OFDMA物理层的过程中，常常采用OFDMA多址接入方式，为TDD和FDD双工方式提供有效支持，不仅能使用时空编码发射分集，而且能使用自适应天线系统。通常情况下，其下行数据流会被转变为逻辑数据流，并在多种调制与编码后，利用不同功率的信号实现与相应信道用户端连接的目的。

2 无线WiMAX技术的应用场景

2.1 无线WiMAX技术的便携应用场景

无线WiMAX技术的便携应用场景中，用户可在自行移动过程中实现网络连接的目的，并且这种连接只进行小区切换，不会产生连接中断现象。此外，便携式业务终端还能在诸多基站之间实现快速切换。在终端静止的情况下，便携式业务与固定式业务应用模型相同。终端切换过程中，业务会出现短时中断延迟的现象。完成切换后，TCP/IP应用会刷新现有IP地址或重新获取IP地址。

2.2 固定应用场景

802.16 运营网络中最基本的业务种类是固定接取业务，其业务内容主要包括无线热点回程、用户因特网接取和传输承载业务等。

2.3 简单移动应用场景

简单移动应用场景中，用户利用宽带无线接取业务时，可通过步行或慢速移动实现网络连接。如果终端移动速度超过60 km/h，将会出现数据传输速度下降的情况。简单移动应用场景是可以在相邻基站之间进行切换的首个场景。当切换时，能够有效控制数据包的丢失范围，至少不会出现TCP/IP会谈层中断现象，但应用层业务可能会发生中断。切换结束后，QoS将进行重建，从而恢复到初始级别。

2.4 完全移动应用场景

完全移动应用场景下，用户能够在高达120 km/h的移动速度环境中顺利实现无线接取业务且不会发生中断。无网络连接的情况下，用户终端模块始终保持在低功耗状态。

3 无线WiMAX技术的组网应用策略

3.1 接入网络设计

WiMAX接入网设计过程中，设计人员可有效利用OFDM与OFDMA技术应对不良的无线传播环境。如果相邻小区采用同一频率，将会造成频率资源紧张和同频干扰问题，针对这种情况，设计人员可合理进行频率复用与分配。若频率复用因子为1，则应通过扇区化技术进行频率复用，以有效控制干扰问题。使用相同扇区结构的过程中，如果系统的频率复用因子为4，那么其网络容量与传输速率等性能都非常良好，比频率复用因子为1的系统更加优质。因此，可利用扇区化小区结构，同时采用频率复用因子大于1的小区规划方式。

3.2 骨干网络设计

骨干网络的设计目的是解决漫游、用户认证以及其他网络接口等方面的问题。这种骨干网仍以当前网络为基础，与当前网络有效耦合的前提下，满足具体设计需求。如果采用松耦合方式，设计人员可直接通过当前网络认证与网络授权等方式，促使数据流避开当前网络的骨干网。如果采用紧耦合方式，网络数据流需要经过当前网络与骨干网，从而大大减少切换时延，确保网络之间实现无缝切换。

3.3 基站互联设计

WiMAX组网过程中，中心基站是最核心的单元，只有通过它才能接入到因特网，其他基站则附属于中心基站，利用无线通信方式实现因特网连接，无法直接进行接入。非中心基站的上行数据会汇聚到中心基站，并通过中心基站发送到因特网。因特网发往所有基站的下行数据会先发送至中心基站，然后从中心基站转发到各个非中心基站。

4 无线WiMAX技术的主要应用领域

4.1 因特网接入

对需要综合布线的小区而言，可将WiMAX用户端的室外单元装置到小区楼顶，并在室内装置室内单元、以太网交换机等设备，通过综合布线与用户相连，利用无线空中接口为终端用户提供宽带服务[2]。WiMAX使互联网数据不再局限于网线传输，能够实现无线传输，且WiMAX可以按照用户实际需要提供相应的带宽，为终端用户营造极速上网体验。

4.2 农村通信工程

对广大农村地区和相对偏远山区的通信服务来讲，要求系统必须具有较大的覆盖面积，不需要架设线缆，具有较快的接入速度和较低的成本。WiMAX技术十分适用于这类工程，不仅能提升农村通信服务质量，而且能迅速缩小这些地区与城市的通信水平差距。

4.3 视频实时监控

以往的视频监控系统通常采用现场模拟监视的方式，传输的监控信息较为简单，无法实时传输大流量的高清图像，监控质量相对较差。基于WiMAX的网络系统能够实现大信息量视频的传输，通过基于WiMAX的无线宽带进一步延伸视频监控。该系统拥有十分广泛的实时监控业务范围，可适用于绝大多数行业[3]。

4.4 LAN局域网互联

对于在同一区域内有较多部门的企业或单位，可通过WiMAX宽带固定无线接入系统，为企业单位与各部门实现局域网连接提供有效支持。

5 结 论

无线WiMAX技术的不断发展和创新，不仅有利于提高该技术的服务水平，而且对进一步满足广大用户对高速、高质网络的具体需求等方面，具有十分重要的现实意义。因此，技术人员必须充分把握无线WiMAX技术的特点，全面了解无线WiMAX技术的应用场景，合理开展无线WiMAX的组网工作，并根据实际应用领域采用适当的应用策略，从而为无线网络用户提供更为优质的服务。