WiMax

定义

WiMax 指以 IEEE 802.16 系列空中接口标准为基础、由 WiMAX 论坛推动互操作性认证的宽带无线接入技术体系^[1]。IEEE 802.16 工作组成立于 1999 年，负责制定固定与移动宽带无线接入的规范；WiMAX 论坛则承担推广与一致性测试的职能，两者分工不同^[4]。因为面向城域范围的点对多点接入，该技术常被称为 IEEE WirelessMAN，与面向局域网的 IEEE 802.11 分属不同标准族^[5]。

在标准体系中，WiMax 并不是单一文件，而是一组版本与选项的组合；论坛的作用是在这些版本中作出选择，使不同厂商的设备能够互通^[1]。在物理层方案上，WiMax 选择了 802.16-2004 版本中的 256 载波 OFDM，以便用较宽频带换取更远传输距离^[1]。

原理

系统采用点对多点结构：基站连接公共网络，用户站通常服务于一座建筑，为用户提供到公共网络的接入通道^[6]。与无线局域网以竞争方式共享信道不同，802.16 的媒体接入控制层具备带宽分配与服务质量机制，可以承载语音、视频等实时业务^[4]。标准还引入了自动重传请求机制，降低抵达网络层时的差错，从而提高系统吞吐量^[4]。

物理层使用正交频分复用，并辅以网状网拓扑、波束成形、天线分集和多扇区等技术来扩大覆盖，同时针对视距、准视距与非视距等传播环境分别优化^[4]。MAC 层设有专用子层承担认证、保密与加密功能^[4]。

在给定带宽下，信道容量受信噪比约束；采用更宽的频带与更高阶调制可以提升速率，但会缩短可靠传输距离，这一权衡决定了覆盖与容量之间的取舍^[4]。

graph LR

A[公共网络] --> B[WiMax 基站]

B --> C[用户站: 建筑/企业]

B --> D[用户站: 家庭]

B --> E[Wi-Fi 热点回程]

发展历程

1999 年，IEEE 设立 802.16 工作组，目标是建立统一的宽带固定无线接入规范；为配合标准推广，诺基亚、Harris(Intersil) 与 Ensemble 等发起成立了 WiMAX 论坛^[4]。2001 年底，工作组发布第一套标准 IEEE 802.16，工作在 10 至 66 GHz 毫米波频段，主要用于视距条件下的高容量链路^[4][7]。2003 年，802.16a 获批，频段下移到 2 至 11 GHz，支持非视距连接，降低了部署成本^[7]。

此后 802.16d 将前两版整合修订，成为较成熟、实用性较强的固定接入版本；802.16e 则把移动性引入标准，工作在 2 至 6 GHz，支持基站与扇区之间的切换，并向下兼容 802.16d^[4]。产业层面，2004 年 6 月 WiMax 项目在中国启动，英特尔与大连、成都两市达成合作，用于部署宽带无线接入网络^[8]。2006 年中，北美运营商 Sprint Nextel 宣布将在数年内投入约 30 亿美元用于 WiMax 网络建设^[1]。

2005 年 7 月，诺基亚与英特尔宣布合作推进 IEEE 802.16e 的采用与开发^[1]。作为后续演进，WirelessMAN-Advanced（IEEE 802.16m）曾被列为 4G 候选标准之一^[1]。

应用

主要用途是以无线方式替代铜缆或同轴电缆，为家庭与企业提供“最后一英里”宽带接入，尤其适合铺设实体线路成本过高的地区^[3]。它也可用于把 Wi-Fi 热点接入互联网，或为企业园区、电信基础设施提供回程链路^[2]。

在组网方式上，可采取点对多点、点对点以及蜂窝状组网，按场景灵活部署^[3]。用户端设备分室内型与室外型：室内机组体积接近电缆调制解调器，安装方便但距基站须更近；室外机组体积约同一本教科书，安装方式类似卫星天线，可支持更远距离^[1]。移动版本则面向便携终端，支持用户在服务区内漫游与切换^[2]。

局限

建设成本与设备价格是主要制约。以包含 WiMax 天线部署的多点多信道分布式系统为例，每个用户的成本一度高达约 3000 美元，使运营商的投资回报难以保证^[2]。覆盖能力也受频段与地形影响：早期毫米波版本依赖视距传输，建筑物与地理障碍影响明显，这才促使标准向 2 至 11 GHz 下移^[4]。

室内自行安装虽然便利，却要求用户与基站距离更小，因而需要更密集的基站与更高基建投入，并带来站址租赁、线路与维护等运营开销^[1]。此外，WiMax 与 Wi-Fi、3G 在相当长时间内互补共存，在重叠区域也存在竞争，系统间互联互通与标准统一、降低成本等问题同样待解^[2][7]。速率与距离的标称值随版本和配置变化很大，不同来源给出的覆盖半径与每扇区速率并不一致，实际性能须结合具体部署条件判断^[7][5]。

参见

• IEEE 802.16 —— WiMax 所依据的空中接口标准族，由 IEEE 802.16 工作组制定。

• WiMAX论坛 —— 负责推广该标准并组织一致性与互操作性认证的产业联盟。

• OFDM —— WiMax 物理层采用的多载波调制技术。

• 无线城域网 —— WiMax 所属的网络层级，覆盖范围介于局域网与广域网之间。

• Wi-Fi —— 基于 IEEE 802.11 的无线局域网技术，常与 WiMax 配合用于热点回程。

• 4G —— 移动通信代际，IEEE 802.16m 曾作为其候选标准之一。