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2024年5月27日发(作者:)

第7卷第4期 石家庄铁路职业技术学院学报 

VOL.7 NO.4 

2008年12月 JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY 

Dec.2008 

浅析WiMAX无线接入技术 

刘 洋” 王晓曼 ’ 李俊杰” 

(石家庄铁路职业技术学院” 河北石家庄050041 

中国网通集团有限公司石家庄市分公司 ’ 河北石家庄050081 

江苏宜兴水务集团有限公司 江苏宜兴214200) 

摘要:WiMAX无线宽带接入技术被认为是一项极具发展潜力的无线接入技术,已经成为通信 

领域的研究热点。WiMAX技术传输距离远、数据传输速率高、服务质量(QoS)机制完善、数据安 

全性更高、应用领域广阔,具有巨大市场发展前景。 

关键词:WiMAX IEEE 802.16 无线接入 

中图分类号:TN99 文献标识码:A 文章编号:1673—1816(2008)04—0060—06 

宽带无线接入技术作为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一,正受到业界越来越多的 

关注。目前,传统宽带固定接入用户已不满足于仅在固定环境内使用宽带业务,迫切希望能够使用 

移动化的宽带接入服务;对移动用户而言,不仅希望得到简单的语音、短信和低速数据业务服务, 

更希望能使用宽带化的数据业务。 

随着无线通信的发展及用户需求的变化,固定宽带接入服务和移动服务在技术和业务上呈现融 

合的趋势,宽带移动化和移动宽带化逐渐成为这两个领域技术发展的趋势。WiMAX已成为802.16 

标准的代名词,是一种面向城域网的宽带无线接入技术,能提供面向互联网的高速无线连接。 

1 WiMAX标准 

WiMAX是“World Interoperability for Microwave Access”的缩写,中文名称为“全球微波接入 

互操作性”,是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术。该标准仅仅制订了物理层 

(PHY)和媒质接入层(MAC)的规范,是针对微波频段提出的一种新的空中接口标准。 

IEEE 802.16标准又称为IEEE Wireless AMN空中接口标准,是适用于2~66 GHz的空中接口规 

范。它所规定的无线接入系统覆盖范围可达50km,因此802.16系统主要应用于城域网,是“最后 

公里”宽带接入解决方案。根据使用频段高低的不同,802.16系统可分为应用于视距和非视距两 

类,其中使用2~1 1GHz频段的系统应用于非视距(NLOS)范围,而使用10---66GHz频段的系统应 

用于视距(LOS)范围。根据是否支持移动特性,IEEE 802.16标准系列又可分为固定宽带无线接入 

空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准,其中的802.16、802.16a、802.16d属于固定无线 

接入空中接口标准,而802.16e以后的属于移动宽带无线接入空中接口标准。  ’

目前,业界关心最多的是IEEE802.16e,它与802.16前几个标准的最大区别在于其对移动性的 

收稿日期:2008—09-28 

作者简介:刘洋(1980一),男,汉,河北石家庄人,学士,讲师,研究方向信息与通信系统和计算机教育。 

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第4期 刘洋,等 浅析WiMAX无线接入技术 

支持。制订802.16e标准的目的,是希望能够提出一种既能提供高速数据业务又使用户具有移动性 

的宽带无线接入解决方案。它在固定的空中接口802.16d的技术基础上,增加了切换支持、可节电 

的睡眠模式、寻呼以及增强的安全能力等一些重要特性,使得终端的漫游和切换成为可能。 

WiMAX逐步成为了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。 

2 WiMAX的技术特点及关键技术分析 

2.1 WiMAX技术特点 

(1)提供广泛的多媒体通信服务:能够实现电信级的多媒体通信服务,支持语音、视频和 

Intemet。 

(2)设备标准化,投资成本低:由于采用同一技术标准,不同厂商设备可在同一系统中工作, 

运营商可以自主选择设备,降低成本;另外,稳定的基于标准的平台将激发各层、网络管理、天线 

等技术的创新,改善运营费用问题。 

(3)传输距离远、数据传输速率高:在信息传播方式上,WiMAX技术借助无线基站进行数据 

传输。当频宽为20 MHz时,数据传输速率最高可以达到75 Mbit/s,是3G所能提供的宽带速度的 

3O倍,目前实际应用时每3.5MHz载波可传输净速率为18 Mbit/s,频率利用系数高。高达50 km的 

覆盖范围,只要建设少数基站就能实现全城覆盖,无线网络的应用范围大大扩展。 

(4)服务质量(QoS)机制完善、数据安全性更高:为改进通讯服务质量,IEEE 802.16对介 

质访问层(MAC)进行了诸多改进,引入了TDMA上行/下行协议,可以对用户接入网络进行智能 

控制,既改善了系统的时延特性,又提高了服务的可靠性,还可以提供优质的语音和图像服务。为 

了让运营商对服务拥有更多的控制权,WiMAX允许对通讯带宽的频率分布进行调整,根据用户需 

求提供速度和服务范围。WiMAX提供了完善的加密机制,它在介质访问层(MAC)中定义了一个 

加密子层,支持128bit、192bit及256bit加密系统,通过使用数字证书的认证方式,确保了无线网络 

内传输的信息得到完善的安全保护。 

(5)系统部署灵活,容量升级方便:根据业务需求区域灵活部署基站设备增加方便、扇区增加 

简易,允许运营商根据用户的发展来逐渐升级扩大网络。信道带宽规划灵活能使容量最大化,并适 

应多种频率分配情况。 

(6)非视距传输,无“最后一公里”瓶颈限制:采用OFDM/OFDMA技术,具备非视距传输 

能力,可方便更多用户接入基站;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DSL等有线接入方式的无线扩展,实现最后一公里的宽带接入。 

2.2WiMAX的关键技术 

(1)OFDM和OFDMA技术 

在WiMAX均引进了正交频分复用(OFDM)和正交频分复用多址(OFDMA)技术,OFDM(正交 

频分复用)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 

性衰落或窄带干扰上具有明显的优势。OFDM作为保证高频谱效率的调制方案已被一些规范及系统 

采用。OFDM将成为新一代无线通信系统中下行链路的最优调制方案之一,也会和传统多址技术结 

合成为新一代无线通信系统多址技术的备选方案。而OFDMA是利用OFDM的概念实现上行多址接 

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石家庄铁路职业技术学院学报 2008年第4期 

入,每个用户占用不同的子载波,通过子载波将用户分开。OFDM/OFDMA技术作为4G移动通信 

系统关键技术之一,已经得到业界普遍共识。 

(2)AMC技术 

AMC(自适应调制编码)的基本思路就是根据信道条件分配传输功率和码率,以提高传输速率 

或系统吞吐量。自适应技术有两个步骤: 

①传输信道参数的测量。 

②在优化预先指定的代价函数的基础上,选择一种或多种传输参数。 

由于AMC技术需要根据信道条件来判断将要采用的编码方案和调制方案,所以AMC技术必须 

根据WiMAX的技术特征来实现AMC功能。时延扩展、多普勒频移、PAPR值、小区的干扰等对于 

OFDM解调性能有重要影响的信道因素必须被考虑到AMC算法中,用于调整系统编码调制方式, 

达到系统瞬时最优性能。 

(3)MIMO技术 

MIMO(多进多出)是未来移动通信的关键技术。未来的通信系统中,终端会走向多样化,部 

分终端可以拥有多根天线,这样通信链路的上下行均可实现多输入多输出(MIMO)。空时编码是 

MIMO的主要应用形式之一,正交的空时分组编码可以获得满分集增益,空时网格编码不仅能够获 

得部分的分集增益,同时也能够获得编码增益。MIMO的另一种主要的应用形式是空间复用。空间 

复用技术使得信道容量成倍地增长变为可能。使用空间复用技术必须满足:N r≥N t,使用迫零和干 

扰对消进行逐符号检测,发端无需知道信道信息,无需通道校正,当信道容量下降时,复用系数应 

该自适应改变。 

(4)QoS机制 

WiMAX采用时分多址方式,可以是TDD模式或FDD模式。其MAC层提供面向连接的业务。 

这种方式将数据包分成业务流,业务流通过逻辑链路传送。为了更好地控制上行数据的带宽分配, 

WiMAX系统还定义四种不同的上行带宽调度模式,分别为非请求的带宽分配业务 

(UGS.UnsolicitedGrantService)、实时轮询业务(rtPS.RealTime Polling Service)、非实时轮询业务 

(nrtPS.Non Real Time Polling Service)、尽力而为业务(BE.Best effort),这种差异化服务可以很好 

提供Oos服务。 

(5)HARQ技术 

HARQ是一种新的将自动重传(ARQ)和前向差错编码结合的物理层技术,主要分为3类。I 

型HARQ,只是把FEC和ARQ简单地结合起来,虽然在一定程度上解决了FEC和ARQ本身的缺 

陷,但是由于每次只是简单地把出错数据分组丢弃,要求发端重传该数据组,没有充分利用出错的 

数据分组当中的有用信息,导致整体数据传输效率不高。II型HARQ,在I型的基础上,以码合并 

产生解码增益的思想充分利用了每次发送的数据分组当中包含的有用信息,但是在II型HARQ当中 

重发的数据分组包含新增的冗余信息(将有用信息合并在一起产生的新的数据分组),而并不包含原始 

数据信息,因此不具备自解码能力,如果原始数据分组被破坏严重或丢失,那么无论重传多少次也 

无法正确解码,这是II型一个很大的缺点。III型HARQ,为了克服II型HARQ的缺点,III型HARQ 

无论是原始数据包还是重传数据包都包含原始数据信息,仅通过对重发数据包进行解码就能够恢复 

出原始数据信息。灵活采用III型HARQ中单冗余版本,可以更好地提升系统的性能。 

3 WiMAX技术应用 

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第4期 刘洋,等 浅析WiMAX无线接入技术 

(1)Internet接入 

针对有综合布线的小区和大楼,在楼顶安装WiMAX客户端的室外单元ODU,并在建筑物或小 

区内安装用户侧室内单元和以太网交换机,利用现有综合布线接入用户,通过无线空中接口提供宽 

带上网服务。WiMAX真正实现了宽带无线化,使互联网摆脱了线的束缚,与此同时,WiMAX又能 

根据用户需求提供高带宽,使终端用户真正体验到高科技所带来的极速体验。 

(2)话吧、网Ⅱ巴 

话吧主要采用了软交换VolP(vOICEOVERIP),是新一代网络通信技术进行电话超市的商业 

运营。目前VolP通信技术已经广泛运用于语音运营业务,尤其是在电话超市业务中的运用中,收益 

最显著,而且语音质量己可以与传统电路相媲美。而网吧主要需要高速率的Intemet接入,经营 

Internet上网、在线网络游戏、语音聊天(QQ,MSN等)、在线视频点播播放电影等业务。 

(3)村村通工程 

对于农村和偏远地区的低端用户来讲,通信业务主要集中在廉价的语音电话和小数据流量的数 

据业务。农村通信服务要求系统覆盖范围大,不依赖线缆的铺设,接入速度快,成本低。WiMAX 

技术非常适合这一市场,提高了我国农村普遍服务的质量,在更短的时间内缩小与城市之间的“数 

字鸿沟”。 

(4)视频实时监控 

传统的视频监控系统大多只能在现场进行模拟监视,传输的监控信息简单,不能清晰地传输大 

流量的实时图像,无法及时准确地了解现场的实际情况,监控系统效率比较低。WiMAX网络让大 

信息量的视频传输成为可能,可以让传统的视频监控在WiMAX技术的无线宽带上得以延伸,实时 

监控的业务应用非常广泛,几乎可以涵盖大部分行业,常见的应用可以为宾馆大厅、银行营业厅、 

保险公司监控、交通道路的车流量监控,还可以延伸到幼儿园监控、家庭防盗监控、煤矿井下作业 

面监控等等。另外,WiMAX可以无需铺设管线,避免了耗时耗力的管道线路施工建设,通过无线 

传输给实时监控的业务提供了方便快捷的接入手段。 

(5)LAN局域网互连 

对于大型企业,如果在地域内有多个企业分部,利用WiMAX宽带固定无线接入系统,可以方 

便地实现总部和各个分部的局域网连接。 ’ 

(6)窄带业务或基站互连 

通过WiMAX宽带固定无线接入系统提供E1接口,可以满足GSM移动基站的接入,并在将来 

支持3G网络基站互连。 

(7)IPTV应用 

根据国外运营商IPTV规模的成功经验分析,随着用户规模的扩大,IPTV等多业务的承载网络 

将走向多边缘。据分析,每个IPTV视频流用户的网络带宽需求大概在2Mbit/s左右,WiMAX技术 

能够提供足够的带宽,为IPTV提供相应的宽带接入方式。 

4 WiMAX技术的应用前景 

3G逐步走向商用化阶段,WCDMA、cdma2000和TD—SCDMA是目前3G技术体系当中的3个 

主要标准,它们都能满足高速率多媒体业务数据传输,另外3G系统支持高速移动特性下的全网覆 

盖。然而,由于3G系统所使用的频率为2GHz频段,这是一非常珍贵和短缺的频率资源,运营商为 

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石家庄铁路职业技术学院学报 2008年第4期 

了获得3G牌照需要花很多资金购买,同时,3G网络建设所需要的巨额资金、标准变化快、吸引用 

户的3G商用业务相应匮乏,从全球来看3G发展不如预计乐观。而从目前业务角度来看,传输速率 

最高为2MbiVs显然无法满足用户对高速传输速率的需求。 

在移动通信技术向3G演进的同时,固定无线接入技术也向着增加移动性、宽带化的方向快速 

发展,这些技术殊途同归,很有可能最终融合成为4G。除了WiMAX技术之外,常用的无线接入技 

术主要有FLASH.OFDM、网状网、UMTSTDD等。常见不同无线接入技术如表1所示: 

(1)FLASH.OFDM—IEEE802.20标准定位于宽带高速移动数据业务,支持大约为250km/h 

的移动性,可提供互联网接入、VolP话音、移动广播等业务。在1.25MHz带宽的时候,802.20的单 

用户下行传输速率为1Mb/s,单用户上行传输速率为300kb/s。而FLASH—OFDM正是802.20的主要 

候选技术。Flash—OFDM技术已经在韩国、美国、日本、澳大利亚相关公司开始启动,并取得了初步 

的商用成功。 

(2)网状网主要还是在内部或者热点使用。人们正试着把它扩大到MAN的范围,但需要上万 

个热点才能覆盖一个蜂窝塔覆盖的区域。现在,WLAN正在通过提供网状网技术向大范围联网靠拢, 

WLAN网络上的AP之间可以进行通信,而且客户端还可以组建AdHoc网络、利用多跳(Multihop) 

技术实现相互间的通信,并且具有一定的移动性。多跳传输就是在多个终端之间建立网络、像传递 

接力棒一样传输数据,某些用户端可以作为中继转发其他用户的数据。 

表l 不同接入技术的发展特点及其发展可能性 

由于Wi.Fi目前已经得到广泛的商用。有关3G与Wi.Fi的融合在3GPP和3GPP2正进行中。另 

外,作为4G技术的IEEE802.20标准刚刚启动,有关4G标准还有很长一段时间才能确定。所以作 

为标准已经成熟的WiMAX的网络构架,特别是其网络定位,目前已经成为一个研究热点。WiMAX 

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第4期 刘洋,等 浅析WiMAX无线接入技术 

组网技术直接影响未来无线通信领域的发展。在未来无线通信领域,很难有哪种技术或标准能够一 

统天下,而将是各种无线接入技术并存,各种移动通信系统互相兼容和合作的格局。 

WiMAX作为一种新兴的宽带城域网接入标准,采用了很多先进和成熟的技术,能提供高的传 

输速率和强的QoS保证,并且随着标准的完善能够支持用户的移动性,从而实现全网无缝覆盖。鉴 

于目前已存的各种蜂窝系统和发展强劲的 一Fi,WiMAX组网和使用首先应定位于对现有网络高速 

数据支持的补充,随着技术和网络配置不断完善,充分发挥其技术优势和组网的灵活性,最后通过 

独立组网达到全网覆盖,既能提供高速的数据传输和保证QoS,并且能够全网无缝漫游。 

5结语 

WiMAX有着其独特的技术特点,技术标准正在不断成熟,产业化进程正在逐步加快,WiMAX 

的推进与发展已成为大势所趋。WiMAX系统网络架构逐渐完善,使WiMAX对移动业务的支持成 

为可能。但是,在发展的同时,还有许多问题亟待解决或改善,如技术标准的进一步完善、频谱资 

源的分配、与WiFi、3G等技术的互联互通等。因此,在利用WiMAX技术发展成果促进技术进步 

的同时,不断加强WiMAX的商用化进程,结合市场推广,找到合理的应用,从而促进整个无线通 

信产业的发展。总之,WiMAX在第四代移动通信中的技术应用将有着更加广阔的前景。 

(责任编辑张宇平) 

参考文献: 

【1】张勇,李晋.WiMAX网络管理发展现状【J】.移动通信,2008(08) 

【2】张合权,张奎.wi.Fi与WiMax技术比较及其应用前景分析【J】.科技信息(学术研究)2008(09) 

[3]Theodore S,Rappaport.无线通信原理与应用(第二版)【M】.电子工业出版社,2006 

【4]Steve Rackley.无线网络技术原理与应用【M】.电子工业出版社,2008 

【5】宋俊德.多种无线技术并存融合时期的WiMAX发展【J】.中国科技投资,2007(10) 

Analysis of WiMAX Wireless Access Technology 

Liu Yang ) Wang Xiaoman Li Junjie ) 

(Shijiazhuang Institute ofRailway TechnologyIJ Shijiazhuang Hebei 050041 

Shijiazhuang Branch ofChina Netcom(Group)CO.,LTD_2J Shijiazhuang Hebei 050081 

Jinag Su Yi Xing Water Group CO.,LTD YiXing JiangSu 2 1 4200 China) 

Abstract:WiMAX broadband wireless access technology is considered to be one ofthe greatest potential 

technologies and become a hot area in communication research.It can realize transmission of long distance; 

the data transmission speed is high;the service quality system is perfect;the data security is higher and the 

application ifeld is more broad,SO the technology has a bright marketing prospect. 

Key words:WiMAX IEEE 802.1 6 wireless access 

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本文标签: 技术接入无线系统