WiMAX无线上网的工作原理

引言

一想现在访问互联网的方式。基本上有3种不同选择：

• 宽带接入－－在家里，您有DSL或电缆调制解调器。在办公室，您的公司可能使用T1或T3线路。
• 无线上网接入－－在家里，您可能安装了无线上网路由器，它可以让您悠闲地用笔记本电脑在网上冲浪。在旅途中，您可以在餐厅、旅馆、咖啡馆和图书馆里找到无线上网热点。
• 拨号接入－－如果您仍然在使用拨号上网方式，很可能是因为没有宽带，或者是因为您认为宽带上网太昂贵。

宽带接入的主要问题是它相当昂贵，并且不能覆盖所有地区。无线上网接入的主要问题是热点小，所以覆盖范围分散。

如果有一种新技术能解决所有这些问题该多好！这种新技术将提供：

• 宽带服务的高速
• 无线上网，而不是有线接入，因此将比电缆或DSL便宜得多，且更容易扩展到郊区或农村地区
• 像手机网络一样宽广的覆盖范围，而不是小的无线上网热点

实际上这种系统刚刚问世，称为WiMAX。WiMAX是全球微波互联接入（Worldwide Interoperability for Microwave Access）的缩写，另外它还有一个IEEE名称802.16。

WiMAX对宽带网络接入的影响有可能像手机对电话造成的影响一样。和很多人放弃“陆地线路”而改用手机一样，WiMAX有可能取代电缆和DSL服务，不管您走到那里，它都能提供通用的互联网接入。WiMAX也将像无线上网一样方便－－打开计算机后将可以自动连接到离您最近的WiMAX天线。

在本文中，我们将弄清WiMAX是怎么回事、工程师们为了完善WiMAX而进行的努力以及它对无线网络的未来所具有的意义。

WiMAX工作原理

WiMAX发射塔

从实用角度看，WiMAX的操作与无线上网相似，但是速度更快，传播距离更远，并且可供更多的用户使用。由于电话和电缆公司还没有把必要的电缆铺设到边远地区，因此那里目前仍没有宽带网络接入，WiMAX有潜力消除这些无信号区。

WiMAX系统由两部分组成：

• WiMAX发射塔－－在概念上与手机发射塔相似。单台WiMAX发射塔可以覆盖非常大的面积－－约8,000平方公里。
  
• WiMAX接收机－－接收机和天线可以是一个小盒子或一张PCMCIA卡，也可以像如今的无线上网接入方式一样内置到膝上型电脑中。

WiMAX发射塔站可以使用高带宽的有线连接（例如T3线路）直接连接到互联网。它也可以使用视线微波链接与另一个WiMAX发射塔连接。这种与第二个发射塔的连接（经常称为回程），以及单塔所具有的约8,000平方公里的覆盖能力，使得WiMAX能够覆盖边远的农村地区。

从上图可以看出，WiMAX实际上可以提供两种形式的无线服务：

• 一种是非视线无线上网型服务，计算机上的小天线可与发射塔连接。在这种模式下，WiMAX使用较低的频率范围－－2GHz到11GHz（与无线上网相似）。较低波长传输不容易被物理障碍物干扰，传输可以很好地衍射、弯曲或绕过障碍物。
  
• 另一种是视线型服务，安装在屋顶或电杆上的固定截抛物面天线直指WiMAX发射塔。视线型连接功率更强大、更稳定，因此可以在错误更少的情况下发送大量数据。视线型传送使用较高的频率，其范围可以达到66GHz。频率越高，干扰越少，同时又有高得多的带宽。

无线上网型接入方式局限于半径为大约6到10公里的范围（相当于65平方公里的覆盖范围，与手机的覆盖范围差不多）。通过使用更强大的视线型天线，WiMAX发射站可以将数据发送到以该发射站为中心，半径为大约48公里范围（9,300 平方公里的覆盖范围）内设置的已启用WiMAX的计算机或路由器上。这就是WiMAX能够达到其最大传送范围的原因。

WiMAX的功能

WiMAX的基本操作原理与无线上网相同－－通过无线电信号将数据从一台计算机发送到另一台计算机。配备了WiMAX的计算机（台式计算机或膝上型电脑）将接收来自WiMAX发射站的数据，期间也许会使用加密数据密钥以防止未经授权的用户盗用数据。

在最佳状态下，无线网络连接每秒钟能最多能传输54MB的数据。WiMAX每秒钟应该能处理最多70MB的数据。即使该70MB的数据分别属于几十个企业或几百个家庭用户，它也能为每个用户提供与电缆调制解调器相当的传输速率。

最大的差别不是速度，而是距离。WiMAX的传输距离以公里来计算，远远超出了无线网络。无线上网的传输范围大约为30米。WiMAX的无线接入覆盖范围将达到半径为50公里的范围。范围的扩大应归因于所使用的频率和发射器的功率。当然，在那样的距离上，在某些情况下，受地形、天气和高大的建筑物的影响将会缩小最大覆盖范围，但覆盖广大地域的潜力是不言而喻的。

IEEE802.16规范

• 覆盖范围－－以基站为圆心，半径50公里的范围
• 速度－－每秒70MB
• 用户和基站之间不需要视线型连接
• 频带－－2到11GHz和10到66GHz（获得许可和未获得许可的频段）
• 定义MAC和PHY层，并允许多重PHY层规范（请参阅开放系统互连（OSI）标准简介）

Intel勇为铺路人

Intel将在今后两三年内开始制造配备WiMAX的Centrino膝上型电脑处理器。这将对WiMAX的成功大有帮助。如果每个人的膝上型电脑都配备了这种处理器（预计到2008年能实现)，那么公司设立WiMAX基站的风险将会大大降低。

Intel还宣布它将要与一家名为 Clearwire的公司合作以便进一步推动WiMAX的发展。Clearwire 计划将数据从WiMAX基站发送到小型无线调制解调器上。请参阅 Intel, Clearwire to Accelerate Deployment of WiMAX Networks Worldwide (Oct. 25, 2004)（Intel，Clearwire打算加速发展 WiMAX全球网络（2004年10月 25日））。

WiMAX的经济问题

用无线网络接入来覆盖整个城市听起来很不错，但是公司可不会仅仅出于善心就到处设置WiMAX基站。谁来为WiMAX付费？

这要看它如何使用。实现WiMAX有两种方式：一种是开设一个无线连接区，当单一的用户希望在膝上型电脑上与互联网连接时，就到该区去（实现非视线型”超级无线上网”）；另一种是开设一个视线型集线器，为众多用户提供稳定的、始终开启的、高速无线网络连接。

如果采用“超级无线上网”计划，城市可以付费在企业和商业的关键地区设置WiMAX基站，然后供人们免费使用。对于无线上网人们已经这样做了，但是对于WiMAX，就不必设置一大批只能覆盖几百平方米的无线上网热点，城市可以付费安装一个WiMAX基站来覆盖整个商业区。如果城市领导人希望为那个地区招商，这可以提供强大的吸引力。

某些公司可能设置WiMAX发射器，然后让需要用它连接互联网的人付费使用。这与用于无线上网的策略相似，但是覆盖面要大得多。启用了WiMAX的用户不必从一个热点转移到另一个热点，只要他们处于距WiMAX基站约50公里以内的任何地方，都能连接互联网。这些公司可以提供包月不限时的收费服务，或者提供按分钟或小时计费的服务。

高速无线集线器计划有希望带来革命性的变革。如果您现在有高速网络接入，它的工作方式也许如下面所述：电缆（或电话）公司铺设一条通往您家的线路。那条线路与电缆调制解调器连接，另一条线路从该调制解调器连接到计算机。如果您有家庭网络，则那条线路首先与路由器连接，然后连接网络上的其他计算机。您按月向电缆公司付费，其中有部分包括向该居民区的各家各户铺设电缆线路的费用。

怎样获得WiMAX?

面讲述获得WiMAX将需要哪些步骤。一家互联网服务提供商在离您家十几公里的地方设置了一个WiMAX基站。您要购买一台启用了WiMAX的计算机（这样的计算机2005年曾在商店有售），或升级您的旧计算机添加WiMAX功能。您会获得一个用来访问基站的专用密码。基站会从互联网向你的计算机发送数据（速度有可能比电缆调制解调器要高），您要为此按月向提供商付费。这种服务的费用可能要比目前的高速网络订阅费低得多，因为提供商永远不必铺设电缆。

网络规模规模最小的网络是个人局域网（PAN）。PAN允许网络上的设备跨越短距离互相通信。蓝牙就是PAN的最佳示例。 下一个档次就是局域网（LAN）。LAN允许网络上的设备共享信息，但是局限于相当小的中心区域，例如公司总部、咖啡馆或您的家。许多LAN使用无线上网实现网络的无线连接。 WiMAX则是在规模上再提高一个档次的无线解决方案，即都市局域网（MAN）。MAN允许像城市那么大的区域实现联网。

如果您有家庭网络，情况与此差不多。WiMAX基站将数据发送到启用WiMAX的路由器，之后，该路由器将数据发送到您网络上的不同计算机。您甚至可以让路由器通过无线网络将数据发送到计算机，从而将无线网络和WiMAX结合起来。

WiMAX不仅仅会对DSL提供商和电缆调制解调器服务构成威胁。WiMAX协议设计成可以适应多种不同的数据传输方法，其中之一是IP电话（VoIP）。VoIP允许人们在完全绕过电话公司的情况下通过宽带网络连接来拨打本地电话、长途电话，甚至是国际电话。如果WiMAX兼容的计算机变得很普及，VoIP的使用量会大大增加。几乎每个有膝上型电脑的人都可能拨打VoIP电话。