WiMAX無線上網的工作原理

引言

一想現在訪問互聯網的方式。基本上有3種不同選擇：

• 寬帶接入－－在家里，您有DSL或電纜調制解調器。在辦公室，您的公司可能使用T1或T3線路。
• 無線上網接入－－在家里，您可能安裝了無線上網路由器，它可以讓您悠閑地用筆記本電腦在網上沖浪。在旅途中，您可以在餐廳、旅館、咖啡館和圖書館里找到無線上網熱點。
• 撥號接入－－如果您仍然在使用撥號上網方式，很可能是因為沒有寬帶，或者是因為您認為寬帶上網太昂貴。

寬帶接入的主要問題是它相當昂貴，并且不能覆蓋所有地區。無線上網接入的主要問題是熱點小，所以覆蓋范圍分散。

如果有一種新技術能解決所有這些問題該多好！這種新技術將提供：

• 寬帶服務的高速
• 無線上網，而不是有線接入，因此將比電纜或DSL便宜得多，且更容易擴展到郊區或農村地區
• 像手機網絡一樣寬廣的覆蓋范圍，而不是小的無線上網熱點

實際上這種系統剛剛問世，稱為WiMAX。WiMAX是全球微波互聯接入（Worldwide Interoperability for Microwave Access）的縮寫，另外它還有一個IEEE名稱802.16。

WiMAX對寬帶網絡接入的影響有可能像手機對電話造成的影響一樣。和很多人放棄“陸地線路”而改用手機一樣，WiMAX有可能取代電纜和DSL服務，不管您走到那里，它都能提供通用的互聯網接入。WiMAX也將像無線上網一樣方便－－打開計算機后將可以自動連接到離您最近的WiMAX天線。

在本文中，我們將弄清WiMAX是怎么回事、工程師們為了完善WiMAX而進行的努力以及它對無線網絡的未來所具有的意義。

WiMAX工作原理

從實用角度看，WiMAX的操作與無線上網相似，但是速度更快，傳播距離更遠，并且可供更多的用戶使用。由于電話和電纜公司還沒有把必要的電纜鋪設到邊遠地區，因此那里目前仍沒有寬帶網絡接入，WiMAX有潛力消除這些無信號區。

WiMAX系統由兩部分組成：

• WiMAX發射塔－－在概念上與手機發射塔相似。單臺WiMAX發射塔可以覆蓋非常大的面積－－約8,000平方公里。
  
• WiMAX接收機－－接收機和天線可以是一個小盒子或一張PCMCIA卡，也可以像如今的無線上網接入方式一樣內置到膝上型電腦中。

WiMAX發射塔站可以使用高帶寬的有線連接（例如T3線路）直接連接到互聯網。它也可以使用視線微波鏈接與另一個WiMAX發射塔連接。這種與第二個發射塔的連接（經常稱為回程），以及單塔所具有的約8,000平方公里的覆蓋能力，使得WiMAX能夠覆蓋邊遠的農村地區。

從上圖可以看出，WiMAX實際上可以提供兩種形式的無線服務：

• 一種是非視線無線上網型服務，計算機上的小天線可與發射塔連接。在這種模式下，WiMAX使用較低的頻率范圍－－2GHz到11GHz（與無線上網相似）。較低波長傳輸不容易被物理障礙物干擾，傳輸可以很好地衍射、彎曲或繞過障礙物。
  
• 另一種是視線型服務，安裝在屋頂或電桿上的固定截拋物面天線直指WiMAX發射塔。視線型連接功率更強大、更穩定，因此可以在錯誤更少的情況下發送大量數據。視線型傳送使用較高的頻率，其范圍可以達到66GHz。頻率越高，干擾越少，同時又有高得多的帶寬。

無線上網型接入方式局限于半徑為大約6到10公里的范圍（相當于65平方公里的覆蓋范圍，與手機的覆蓋范圍差不多）。通過使用更強大的視線型天線，WiMAX發射站可以將數據發送到以該發射站為中心，半徑為大約48公里范圍（9,300 平方公里的覆蓋范圍）內設置的已啟用WiMAX的計算機或路由器上。這就是WiMAX能夠達到其最大傳送范圍的原因。

WiMAX的功能

WiMAX的基本操作原理與無線上網相同－－通過無線電信號將數據從一臺計算機發送到另一臺計算機。配備了WiMAX的計算機（臺式計算機或膝上型電腦）將接收來自WiMAX發射站的數據，期間也許會使用加密數據密鑰以防止未經授權的用戶盜用數據。

在最佳狀態下，無線網絡連接每秒鐘能最多能傳輸54MB的數據。WiMAX每秒鐘應該能處理最多70MB的數據。即使該70MB的數據分別屬于幾十個企業或幾百個家庭用戶，它也能為每個用戶提供與電纜調制解調器相當的傳輸速率。

最大的差別不是速度，而是距離。WiMAX的傳輸距離以公里來計算，遠遠超出了無線網絡。無線上網的傳輸范圍大約為30米。WiMAX的無線接入覆蓋范圍將達到半徑為50公里的范圍。范圍的擴大應歸因于所使用的頻率和發射器的功率。當然，在那樣的距離上，在某些情況下，受地形、天氣和高大的建筑物的影響將會縮小最大覆蓋范圍，但覆蓋廣大地域的潛力是不言而喻的。

IEEE802.16規范

• 覆蓋范圍－－以基站為圓心，半徑50公里的范圍
• 速度－－每秒70MB
• 用戶和基站之間不需要視線型連接
• 頻帶－－2到11GHz和10到66GHz（獲得許可和未獲得許可的頻段）
• 定義MAC和PHY層，并允許多重PHY層規范（請參閱開放系統互連（OSI）標準簡介）

Intel勇為鋪路人

Intel將在今后兩三年內開始制造配備WiMAX的Centrino膝上型電腦處理器。這將對WiMAX的成功大有幫助。如果每個人的膝上型電腦都配備了這種處理器（預計到2008年能實現)，那么公司設立WiMAX基站的風險將會大大降低。

Intel還宣布它將要與一家名為 Clearwire的公司合作以便進一步推動WiMAX的發展。Clearwire 計劃將數據從WiMAX基站發送到小型無線調制解調器上。請參閱 Intel, Clearwire to Accelerate Deployment of WiMAX Networks Worldwide (Oct. 25, 2004)（Intel，Clearwire打算加速發展 WiMAX全球網絡（2004年10月 25日））。

WiMAX的經濟問題

用無線網絡接入來覆蓋整個城市聽起來很不錯，但是公司可不會僅僅出于善心就到處設置WiMAX基站。誰來為WiMAX付費？

這要看它如何使用。實現WiMAX有兩種方式：一種是開設一個無線連接區，當單一的用戶希望在膝上型電腦上與互聯網連接時，就到該區去（實現非視線型”超級無線上網”）；另一種是開設一個視線型集線器，為眾多用戶提供穩定的、始終開啟的、高速無線網絡連接。

如果采用“超級無線上網”計劃，城市可以付費在企業和商業的關鍵地區設置WiMAX基站，然后供人們免費使用。對于無線上網人們已經這樣做了，但是對于WiMAX，就不必設置一大批只能覆蓋幾百平方米的無線上網熱點，城市可以付費安裝一個WiMAX基站來覆蓋整個商業區。如果城市領導人希望為那個地區招商，這可以提供強大的吸引力。

某些公司可能設置WiMAX發射器，然后讓需要用它連接互聯網的人付費使用。這與用于無線上網的策略相似，但是覆蓋面要大得多。啟用了WiMAX的用戶不必從一個熱點轉移到另一個熱點，只要他們處于距WiMAX基站約50公里以內的任何地方，都能連接互聯網。這些公司可以提供包月不限時的收費服務，或者提供按分鐘或小時計費的服務。

高速無線集線器計劃有希望帶來革命性的變革。如果您現在有高速網絡接入，它的工作方式也許如下面所述：電纜（或電話）公司鋪設一條通往您家的線路。那條線路與電纜調制解調器連接，另一條線路從該調制解調器連接到計算機。如果您有家庭網絡，則那條線路首先與路由器連接，然后連接網絡上的其他計算機。您按月向電纜公司付費，其中有部分包括向該居民區的各家各戶鋪設電纜線路的費用。

怎樣獲得WiMAX?

面講述獲得WiMAX將需要哪些步驟。一家互聯網服務提供商在離您家十幾公里的地方設置了一個WiMAX基站。您要購買一臺啟用了WiMAX的計算機（這樣的計算機2005年曾在商店有售），或升級您的舊計算機添加WiMAX功能。您會獲得一個用來訪問基站的專用密碼。基站會從互聯網向你的計算機發送數據（速度有可能比電纜調制解調器要高），您要為此按月向提供商付費。這種服務的費用可能要比目前的高速網絡訂閱費低得多，因為提供商永遠不必鋪設電纜。

如果您有家庭網絡，情況與此差不多。WiMAX基站將數據發送到啟用WiMAX的路由器，之后，該路由器將數據發送到您網絡上的不同計算機。您甚至可以讓路由器通過無線網絡將數據發送到計算機，從而將無線網絡和WiMAX結合起來。

WiMAX不僅僅會對DSL提供商和電纜調制解調器服務構成威脅。WiMAX協議設計成可以適應多種不同的數據傳輸方法，其中之一是IP電話（VoIP）。VoIP允許人們在完全繞過電話公司的情況下通過寬帶網絡連接來撥打本地電話、長途電話，甚至是國際電話。如果WiMAX兼容的計算機變得很普及，VoIP的使用量會大大增加。幾乎每個有膝上型電腦的人都可能撥打VoIP電話。