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    隨著(zhù)近年來(lái)寬帶無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)需求的擴大和技術(shù)水平的提高，標準化組織IEEE在數百名來(lái)自政府、運營(yíng)商、研究機構和設備制造商的技術(shù)專(zhuān)家共同努力下，制定了IEEE 802.16無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)協(xié)議[1]，受到業(yè)界廣泛關(guān)注。為了推進(jìn)設備的一致性、標準化和互操作性，來(lái)自工業(yè)界、制造業(yè)、運營(yíng)商的代表共同組建了WiMAX組織，旨在推動(dòng)基于IEEE 802.16寬帶無(wú)線(xiàn)設備的兼容性測試[2]，保障不同廠(chǎng)商設備之間的互操作性。

    WiMAX技術(shù)可以覆蓋幾十公里，提供近70 Mb/s的單載波速率，并且具備支持漫游、移動(dòng)的潛力，具有廣泛的應用前景。就目前來(lái)看，WiMAX面向的市場(chǎng)應用包括：傳輸承載、數據接入和漫游移動(dòng)。

    傳輸承載接入市場(chǎng)主要業(yè)務(wù)特征是點(diǎn)對點(diǎn)模式下的固定分配方式。對應的有線(xiàn)接入市場(chǎng)就是E1/T1接口點(diǎn)對點(diǎn)光傳輸設備的業(yè)務(wù)市場(chǎng)。

    數據接入市場(chǎng)主要業(yè)務(wù)特征是基于IP平臺的多種寬帶數據接入，特別是以IP數據上網(wǎng)業(yè)務(wù)為主。與該部分市場(chǎng)對應的有線(xiàn)接入市場(chǎng)就是數字用戶(hù)線(xiàn)(DSL)和電纜調制解調器(Cable Modem)業(yè)務(wù)市場(chǎng)。
漫游移動(dòng)數據接入市場(chǎng)主要業(yè)務(wù)特征是支持便攜式終端的數據接入。運營(yíng)商利用寬帶無(wú)線(xiàn)設備開(kāi)展業(yè)務(wù)主要是筆記本電腦、個(gè)人數字助理(PDA)、手機等便攜式電子設備的數據業(yè)務(wù)?；鵚iMAX/IEEE 802.16的系統將獲得廣泛應用，成為寬帶無(wú)線(xiàn)行業(yè)內的主流設備。

    目前，IEEE 802.16標準及相應的WiMAX測試規范主要還是針對無(wú)線(xiàn)空中接口技術(shù)，所明確內容也只是涉及開(kāi)放系統互連(OSI)模型中的物理層、媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)層，并沒(méi)有明確WiMAX網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)技術(shù)和方案。因此，WiMAX未來(lái)如何發(fā)展就有了多種多樣的看法，如有些人認為是與DSL產(chǎn)品競爭，有些人認為是與3G競爭。這實(shí)際就涉及到了WiMAX組網(wǎng)技術(shù)和業(yè)務(wù)應用的問(wèn)題，特別是組網(wǎng)方案中WiMAX與現有設備之間的關(guān)系是革命性替代還是融合演進(jìn)，需要進(jìn)行深入研究。

1 組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)
    參考通用的無(wú)線(xiàn)通信體系結構，WiMAX網(wǎng)絡(luò )參考架構可以分成終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)3個(gè)部分，如圖1所示。圖1中，WiMAX終端包括固定、漫游和移動(dòng)3種類(lèi)型終端；WiMAX接入網(wǎng)主要為無(wú)線(xiàn)基站，支持無(wú)線(xiàn)資源管理等功能；WiMAX核心網(wǎng)主要是解決用戶(hù)認證、漫游等功能及WiMAX網(wǎng)絡(luò )與其他網(wǎng)絡(luò )之間的接口關(guān)系。WiMAX網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括頻率復用方案、認證計費和移動(dòng)性管理。

1.1 頻率復用
    由于頻率資源是一種稀缺資源，因此各國政府對于頻率資源管理都非常重視。WiMAX網(wǎng)絡(luò )可以使用的頻率資源比較有限，因此在考慮運營(yíng)業(yè)務(wù)容量、頻率干擾的前提下，運營(yíng)商需要對WiMAX網(wǎng)絡(luò )頻率資源進(jìn)行全面規劃。WiMAX網(wǎng)絡(luò )頻率規劃遵循通用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃模型，但考慮到不同應用場(chǎng)合，實(shí)際上存在不同的方案。以WiMAX網(wǎng)絡(luò )在固定接入方式應用場(chǎng)合為例，固定接入可以充分利用極化隔離和定向天線(xiàn)，其網(wǎng)絡(luò )頻率規劃原則為：

    (1)除非距離達到5到7個(gè)倍程，或者兩者之間有較好的阻擋物，相鄰站點(diǎn)不允許出現相同方向的同頻復用。如果要復用，可以采用不同的極化方向以獲得20 dB的額外隔離度。

    (2)同一站點(diǎn)，同一扇區，盡可能不使用鄰頻進(jìn)行組網(wǎng)，盡可能地使其錯開(kāi)一個(gè)角度，以保證服務(wù)扇區內的注冊頻點(diǎn)為最佳。

    (3)同一站點(diǎn)，同一扇區，不可以使用同頻。

    (4)同一站點(diǎn)，相鄰扇區，不可以使用同頻。在高性能天線(xiàn)的情況下，如果終端(SU)的位置不在相鄰兩個(gè)扇區交疊邊緣的前提下，可以使用同頻交叉極化的方式。

    (5)同一站點(diǎn)，相背扇區，在基站天線(xiàn)前后隔離度滿(mǎn)足30 dB的要求時(shí)，可以使用相同極化的同頻。
針對免許可證頻段，IEEE 802.16協(xié)議還規定了動(dòng)態(tài)頻率選擇方案，同時(shí)，WiMAX系統可以支持多輸入多輸出(MIMO)、智能天線(xiàn)、正交頻分多址(OFDMA)等技術(shù)，以降低頻率干擾、增加網(wǎng)絡(luò )容量。

1.2 認證計費
    認證計費系統是WiMAX網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分，即認證、授權和計帳(AAA)是網(wǎng)絡(luò )安全策略的一個(gè)組成部分。典型的寬帶用戶(hù)AAA接入控制的實(shí)現過(guò)程如下：用戶(hù)端設備→AAA客戶(hù)機→AAA服務(wù)器→計費系統。WiMAX網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)認證過(guò)程也采取類(lèi)似的方案。AAA客戶(hù)機到AAA服務(wù)器之間通常采用遠程撥號用戶(hù)認證(RADIUS)協(xié)議；AAA服務(wù)器和計費系統一般集中建設，以支持用戶(hù)漫游和減少建設成本；用戶(hù)端設備和AAA客戶(hù)機(如寬帶接入服務(wù)器)之間多采用PPPoE、802.1X、Web認證。

    目前，WiMAX網(wǎng)絡(luò )組建可以采用單獨建網(wǎng)、數據城域網(wǎng)疊加、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)疊加等幾種方案，因此WiMAX網(wǎng)絡(luò )的AAA客戶(hù)機、AAA服務(wù)器和計費系統可以借用現有網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現技術(shù)或直接采用現有網(wǎng)絡(luò )對應設備，以實(shí)現資源共享，降低網(wǎng)絡(luò )設備投資。

1.3  移動(dòng)性管理
    WiMAX網(wǎng)絡(luò )具備支持漫游、移動(dòng)業(yè)務(wù)的能力，其移動(dòng)性管理方式對于網(wǎng)絡(luò )結構影響也是比較大的。移動(dòng)管理主要功能就是在整個(gè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò )內有效地支持終端站的漫游和移動(dòng)，涉及位置管理和切換管理兩部分。其中，位置管理主要是確認合法終端所處網(wǎng)絡(luò )位置，以便在業(yè)務(wù)啟動(dòng)時(shí)，迅速建立業(yè)務(wù)路由；切換管理則是在終端移動(dòng)狀態(tài)下，保障激活業(yè)務(wù)的服務(wù)和質(zhì)量。

    WiMAX終端在漫游、移動(dòng)情況下實(shí)現移動(dòng)性管理可以采用簡(jiǎn)單IP(Simple IP)或移動(dòng)IP(Mobile IP)協(xié)議。在Simple IP網(wǎng)絡(luò )結構下，終端分配的IP地址是動(dòng)態(tài)可變的，但在跨域切換時(shí)業(yè)務(wù)要中斷，必須通過(guò)應用層的專(zhuān)用協(xié)議實(shí)現再次連接，只適用于WWW、E-mail等對時(shí)間不敏感的業(yè)務(wù)，不適于大范圍移動(dòng)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如IP語(yǔ)音等；在Mobile IP協(xié)議下，終端具備永久IP地址，可支持所有類(lèi)型的IP業(yè)務(wù)。然而，Mobile IP也存在IPv4地址不足，切換過(guò)程中的時(shí)延和丟包率難以保障等問(wèn)題，需要采用地址轉換、IPv6、多層切換等方案來(lái)解決。

2 WiMAX組網(wǎng)方案

2.1 固定組網(wǎng)模式
    在固定應用模式下，WiMAX網(wǎng)絡(luò )可以疊加在寬帶城域網(wǎng)上，核心網(wǎng)功能可以直接映射到現有IP網(wǎng)絡(luò )的相關(guān)設備中，如寬帶接入服務(wù)器等。網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)方案涉及兩方面：頻率規劃方案和終端計費認證方案。

    由于運營(yíng)商頻率資源有限，因此同樣頻率資源可以按照波道寬度不同劃分出數量不同的獨立載波。頻率規劃方案直接影響系統用戶(hù)峰值速率、規劃地區網(wǎng)絡(luò )容量，因此需要慎重考慮。以3.5 GHz頻段為例，典型載波帶寬劃分方式是1.75 MHz、3.5 MHz和7 MHz?？紤]到多種因素，建議采用3.5 MHz為主來(lái)進(jìn)行頻率規劃[3]。典型3頻點(diǎn)多基站的固定組網(wǎng)方式如圖2所示，其中H、V分別表示水平極化和垂直極化。

    目前，業(yè)內主流認證計費組網(wǎng)方案有3種：PPPoE認證、Web認證和802.1X認證。

    (1)基于以太網(wǎng)的點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議(PPPoE)，即國際標準RFC2516，是從基于A(yíng)TM的窄帶網(wǎng)引入到寬帶以太網(wǎng)，可以應用在xDSL和局域網(wǎng)(LAN)環(huán)境中。PPPoE優(yōu)點(diǎn)是易管理、支持多種服務(wù)、易于流量控制，缺點(diǎn)是效率低、以太網(wǎng)環(huán)境下隔離成本高。

    (2)Web認證方式需要與動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)服務(wù)器和門(mén)戶(hù)(Portal)服務(wù)器配合使用，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需安裝軟件、支持門(mén)戶(hù)服務(wù)器增值業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò )成本低，缺點(diǎn)是安全性差。

    (3)IEEE 802.1x是基于端口的網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)控制的標準，如果認證過(guò)程失敗，端口接入將被阻止。IEEE 802.1x的優(yōu)點(diǎn)是安全、簡(jiǎn)潔、易于運營(yíng)。WiMAX網(wǎng)絡(luò )在認證計費組網(wǎng)方案上可以?xún)?yōu)先采用IEEE 802.1x協(xié)議。

2.2 移動(dòng)組網(wǎng)模式
    在移動(dòng)應用模式下，WiMAX網(wǎng)絡(luò )可以采用疊加于寬帶城域網(wǎng)或移動(dòng)蜂窩網(wǎng)兩種方式。網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)方案需要重點(diǎn)考慮：頻率規劃方案、終端計費認證方案和移動(dòng)性管理方案。其中，典型3頻點(diǎn)多基站的移動(dòng)組網(wǎng)方式如圖3所示。f1、f2、f3分別表示3個(gè)頻點(diǎn)。為了實(shí)現蜂窩組網(wǎng)，單扇區需要支持MIMO和OFDMA技術(shù)。

    由于WiMAX網(wǎng)絡(luò )疊加在寬帶城域網(wǎng)實(shí)現移動(dòng)應用可以作為WiMAX網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)組網(wǎng)方案的一種特例，因此下面重點(diǎn)討論WiMAX網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)組網(wǎng)方案的網(wǎng)絡(luò )架構。依據與移動(dòng)蜂窩系統結合的緊密程度，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )和WiMAX網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)方案可以分成松耦合和緊耦合兩大類(lèi)?？紤]耦合程度從淺到深，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )和WiMAX網(wǎng)絡(luò )可以有6個(gè)工作模式：

    (1)統一計費和用戶(hù)管理模式。
    (2)基于移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )的WiMAX網(wǎng)絡(luò )認證和計費模式。
    (3)WiMAX網(wǎng)絡(luò )接入移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )的標準分組域業(yè)務(wù)模式。
    (4)業(yè)務(wù)一致性和連續性的模式。
    (5)無(wú)縫的分組域業(yè)務(wù)切換模式。
    (6)WiMAX接入到移動(dòng)蜂窩標準電路域模式。

    前兩種模式屬于松耦合，后4種模式屬于緊耦合(WiMAX和3G融合組網(wǎng)圖如圖4所示)。

在模式(1)中，在兩個(gè)系統間外掛一個(gè)附加的網(wǎng)絡(luò )，AAA在附加網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現，完成鑒權和計費的功能；在模式(2)中，WiMAX作為移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )互補網(wǎng)絡(luò )，其認證和計費需要用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )的歸屬位置寄存器(HLR)和AAA等，WiMAX流量出口直接連接到城域網(wǎng)；在模式(3)中，WiMAX認證和計費與模式(2)類(lèi)似，其業(yè)務(wù)流量出口將由移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )的分組域網(wǎng)關(guān)負責；在模式(4)中，WiMAX網(wǎng)絡(luò )可以直接訪(fǎng)問(wèn)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )所有業(yè)務(wù)；在模式(5)中，WiMAX網(wǎng)絡(luò )切換要受移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )的控制，其VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)可以切換到移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )中；在模式(6)中，WiMAX網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)資源和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )中無(wú)線(xiàn)資源將被統一調度。

    從上述情況看，WiMAX組網(wǎng)可以先期考慮采用模式(1)，再通過(guò)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )升級，逐步演進(jìn)到模式(4)、模式(5)，模式(6)是終極發(fā)展目標。WiMAX終端認證計費功能都在移動(dòng)蜂窩系統中相應的設備中實(shí)現。在松耦合場(chǎng)景下，WiMAX移動(dòng)性管理由WiMAX專(zhuān)有設備實(shí)現，而在緊耦合場(chǎng)景下，移動(dòng)蜂窩中的設備也要參與WiMAX終端的移動(dòng)性管理。

3 WiMAX無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方式的演進(jìn)
    WiMAX技術(shù)處于發(fā)展過(guò)程中，其無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方式預計將經(jīng)過(guò)4個(gè)階段：室外接入、室內接入、有縫漫游、無(wú)縫移動(dòng)。

    (1)室外接入
    由于基于統一空中標準的解決方案推出時(shí)間不長(cháng)，利用室外接入設備來(lái)覆蓋大范圍的商業(yè)用戶(hù)是一種比較好的運營(yíng)模式。此時(shí)，室外接入系統典型特征是采用15～23 dBi定向天線(xiàn)技術(shù)；基站覆蓋范圍3～10 km。系統第一階段的終端接口是10BaseT/RJ11，第二階段的終端接口是V.35、E1/T1和RS530。

    (2)室內接入
    在標準設備推出一段時(shí)間后，室內接入設備將逐漸開(kāi)拓居民固定數據接入市場(chǎng)。此時(shí)，室內接入系統典型特征是采用5～15 dBi全向或定向天線(xiàn)技術(shù)，基站覆蓋范圍1～3 km，終端接口采用10/100BaseT、USB等接口。

    (3)有縫漫游
    基于標準協(xié)議的基站采用更新的無(wú)線(xiàn)技術(shù)提高無(wú)線(xiàn)覆蓋能力。有縫移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統典型特征是：終端采用3～7 dBi全向天線(xiàn)；網(wǎng)絡(luò )存在集中鑒權認證中心；終端服務(wù)對象以便攜式計算機為主，業(yè)務(wù)則支持Internet數據接入和少量視訊業(yè)務(wù)。

    (4)無(wú)縫移動(dòng)
    無(wú)縫移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統典型特征是采用基站+基站控制器的方式實(shí)現支持無(wú)線(xiàn)資源集中管理，另一種組網(wǎng)模式是采用微蜂窩狀態(tài)下動(dòng)態(tài)頻率選擇(DFS)機制，充分利用頻譜資源。

4 結束語(yǔ)
    WiMAX技術(shù)是在電信網(wǎng)絡(luò )IP化的大趨勢下發(fā)展起來(lái)的城域網(wǎng)無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，具備與全IP網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫融合的能力。從組網(wǎng)角度來(lái)看，WiMAX網(wǎng)絡(luò )發(fā)展將借鑒IP網(wǎng)絡(luò )、NGN和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)技術(shù)，與IP網(wǎng)絡(luò )、NGN和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行充分的融合。WiMAX組織的網(wǎng)絡(luò )工作組(NWG)正在從事相關(guān)的規范研究。隨著(zhù)組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和完善，WiMAX網(wǎng)絡(luò )憑借高帶寬、低成本優(yōu)勢，必然在未來(lái)的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )中承當重要角色。

5 參考文獻
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收稿日期：2005-01-27