1、概述

隨著通信技術和新業務的部署，市場與技術的相互作用，未來通信領域一些新的特點逐漸顯現出來。 一方面，傳統寬帶固定接入用戶已經不滿足于僅僅在家庭和辦公室等固定環境內使用寬帶業務，希望使用寬帶接入移動服務；另一方面，傳統的移動用戶也不滿足于簡單的語音、短信和低速數據業務，希望能使用更高數據速率的業務。用戶需求的變化使固定寬帶接入服務和移動服務在技術和業務上呈現融合的趨勢，寬帶移動化和移動寬帶化逐漸成為兩個領域技術發展的趨勢，并互為補充、互相促進。在移動寬帶化方面，3GPP/3GPP2已經制定了1xEV-DO、HSDPA/HSUPA等技術標準，在移動環境下實現寬帶數據傳輸。在寬帶移動化方面，IEEE 802工作組先后制定了WLAN和WiMAX等技術規范，意圖能沿著固定、游牧/便攜、移動這樣的演進路線逐步實現寬帶移動化，其中IEEE 802.16 WiMAX是寬帶移動的重要里程碑，促進了移動寬帶的演進和發展。

WiMAX是IEEE802.16技術在市場推廣方面采用的名稱，其物理層和MAC層技術基于在IEEE 802.16工作組中開發的無線城域網(WMAN)技術，WiMAX也是IEEE 802.16d/e技術的別稱。本文將對WiMAX技術產生的背景和應用場景、空中接口的主要技術特征以及網絡側標準的進展情況進行簡單的介紹。

2、WiMAX的產生背景

20世紀90年代寬帶無線接入技術發展迅速，以本地多點分配系統(LMDS)和多信道多點分配為代表的無線技術的市場定位為小型辦公室(SOHO)、中/小企業、城市商業中心等用戶。但是這一產業并沒有像人們預期的那樣進一步繁榮壯大，一個重要的原因就是沒有統一的全球性寬帶無線接入標準。

1999年，IEEE成立了802.16工作組來專門研究寬帶無線接入技術規范，目標是要建立一個全球統一的寬帶無線接入標準。目前IEEE802.16主要提及兩個標準：802.16-2004即802.16d固定寬帶無線接入標準和802.16e支持移動特性的寬帶無線接入標準。IEEE 802.16d標準于2004年10月1日發布，它規范了固定接入下用戶終端同基站系統之間的空中接口，主要定義空中接口的物理層和MAC層。802.16e標準的最大特點在于對移動性的支持。該標準規定了可同時支持固定和移動寬帶無線接入系統，工作在＜6GHz適宜于移動性的許可頻段，可支持用戶終端以車輛速度移動，同時802.16d規定的固定無線接入用戶能力并不因此受到影響。

IEEE 802.16工作組主要針對Wireless MAN的物理層和MAC層制定規范和標準。為了形成一個可運營的網絡，IEEE 802.16技術必然需要其他部分的支撐，所以WiMAX論壇應運而生。WiMAX論壇成立于2001年4月，最初該組織旨在對基于IEEE 802.16標準和ETSI HiperMAN標準的寬帶無線接入產品進行一致性和互操作性認證，通過WiMAX認證的產品會擁有“WiMAX(r) CERTIFIED”標識。隨著802.16e技術和規范的進展，該組織的目標也逐步擴展，不僅要建立一整套基于IEEE 802.16標準和ETSI HiperMAN標準的認證體系，同時還致力于可運營的寬帶無線接入系統的研究、需求的分析、應用模式的探索、市場的拓展等一系列大力促進寬帶無線接入市場發展的工作。通常認為，IEEE 802.16工作組是IEEE802.16 WiMAX空中接口規范的制定者，而WiMAX論壇是技術和產業鏈的推動者。目前WiMAX幾乎成為了IEEE802.16 WiMAX技術的代名詞，其空中接口規范涵蓋了IEEE 802.16d/e標準。

3、WiMAX技術應用場景

WiMAX論壇給出WiMAX技術的5種應用場景定義，即固定、游牧、便攜、簡單移動和全移動。

(1)固定應用場景：固定接入業務是802.16運營網絡中最基本的業務模型，包括用戶因特網接入、傳輸承載業務及Wi-Fi熱點回程等。

(2)游牧應用場景：游牧式業務是固定接入方式發展的下一個階段。終端可以從不同的接入點接入到一個運營商的網絡中；在每次會話連接中，用戶終端只能進行站點式的接入；在兩次不同網絡的接入中，傳輸的數據將不被保留。在游牧式及其以后的應用場景中均支持漫游，并應具備終端電源治理功能。

(3)便攜應用場景：在這一場景下，用戶可以步行連接到網絡，除了進行小區切換外，連接不會發生中斷。便攜式業務在游牧式業務的基礎上進行了發展，從這個階段開始，終端可以在不同的基站之間進行切換。當終端靜止不動時，便攜式業務的應用模型與固定式業務和游牧式業務相同。當終端進行切換時，用戶將經歷短時間(最長為2s)的業務中斷或者感到一些延遲。切換過程結束后，TCP/IP應用對當前IP地址進行刷新，或者重建IP地址。

(4)簡單移動應用場景：在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接入業務中能夠步行、駕駛或者乘坐公共汽車等，但當終端移動速度達到60～120km/h時，數據傳輸速度將有所下降。這是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數據包的丟失將控制在一定范圍，最差的情況下，TCP/IP會話不中斷，但應用層業務可能有一定的中斷。切換完成后，QoS將重建到初始級別。簡單移動和全移動網絡需要支持休眠模式、空閑模式和尋呼模式。移動數據業務是移動場景(包括簡單移動和全移動)的主要應用，包括目前被業界廣泛看好的移動E-mail、流媒體、可視電話、移動游戲、移動VoIP(MVoIP)等業務，同時它們也是占用無線資源較多的業務。

(5)全移動應用場景：在這一場景下，用戶可以在移動速度為120km/h甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接入業務，當沒有網絡連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。

4、空中接口技術特征

目前，IEEE 802.16標準主要包括IEEE 802.16d和IEEE 802.16e。802.16d的初衷是統一固定無線接入的空中接口。該標準可以應用于2～11CHz非視距(NLOS)傳輸和10～66GHz視距(LOS)傳輸。而IEEE 802.16e的目標是能夠向下兼容IEEE802.16d，為了支持移動特性，在IEEE802.16d的基礎上加入了切換、QoS、安全等新的特性。802.16e標準于2005年10月通過IEEE 802.16工作組投票，并提交IEEE 802 SA審批。

相對于上面描述的幾種典型應用場景，IEEE802.16d用于固定和游牧應用場景。IEEE802.16e用于便攜和移動場景，同時支持固定場景。

表1包括了802.16d/e的主要技術特征。802.16d/e的物理層可選用單載波、OFDM和OFDMA共3種技術。單載波這個選項主要是為了兼容10～66GHz頻段的視距傳輸(OFDM和OFDMA只用于＜11GHz頻段)。雖然在802.16d/e協議中，單載波物理層也可以用于2～11GHz頻段，但通常認為802.16d的典型物理層技術是OFDM，802.16e的典型物理層技術是0FDMA。

表1　802.16d/e主要技術特征