WiMAX 的工作原理

A woman displays a small silver fourth-generation WiMAX device
模特展示第四代 WiMAX 设备。 SAM YEH / 法新社 via Getty Images

想想你今天如何访问互联网。基本上有三种不同的选择

  • 宽带接入 — 在家中,您可以使用 DSL有线调制解调器。在办公室,您的公司可能正在使用 T1 或 T3 线路。
  • Wi-Fi 接入 — 在家中,您可能已经设置了一个 Wi-Fi 路由器,让您在休闲时使用 笔记本电脑 上网。在路上,您可以在 Wi-Fi 热点 餐厅、酒店、咖啡馆和图书馆找到。
  • 拨号上网 — 如果您仍然使用拨号上网,很可能是因为宽带接入不可用,或者您认为宽带接入太贵。

宽带接入的主要问题是它相当昂贵,并且无法覆盖所有地区。Wi-Fi 接入的主要问题是热点非常小,因此覆盖范围稀疏。

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如果有一种新的技术能解决所有这些问题呢?这种新技术将提供

  • 宽带服务所具有的高速
  • 无线而非有线接入,因此它比有线电视或 DSL 便宜得多,也更容易扩展到郊区和农村地区
  • 手机网络一样广阔的覆盖范围,而不是小范围的 Wi-Fi 热点

这个系统现在正在实现,它被称为 WiMAX。WiMAX 是 Worldwide Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)的缩写,它也以 IEEE 名称 802.16 而闻名。­

WiMAX 有潜力对宽带互联网接入产生手机对电话接入那样的影响。就像许多人放弃了“固定电话”转而使用手机一样,WiMAX 可能会取代有线电视和 DSL 服务,提供几乎随处可用的通用互联网接入。WiMAX 也会像 Wi-Fi 一样方便——打开电脑就会自动连接到最近可用的 WiMAX 天线。

在本文中,我们将了解 WiMAX 的工作原理,工程师们正在如何改进它,以及它对无线互联网的未来意味着什么。

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WiMAX 无线网络

WiMAX 发射塔
图片由英特尔提供

实际上,WiMAX 的运作方式与 Wi-Fi 类似,但速度更快、距离更远,并能服务更多用户。WiMAX 有望消除目前没有宽带互联网接入的郊区和农村盲区,因为电话有线电视公司尚未将必要的线路铺设到那些偏远地区。

­ WiMAX 系统由两部分组成

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  • 一个 WiMAX 塔,概念上类似于手机信号塔 — 单个 WiMAX 塔可以覆盖非常大的区域——可达 3,000 平方英里(约 8,000 平方公里)。
  • 一个 WiMAX 接收器 — 接收器和天线可以是一个小盒子或 PCMCIA 卡,也可以像今天的 Wi-Fi 接入一样内置于笔记本电脑中。

一个 WiMAX 塔站可以通过高带宽有线连接(例如 T3 线路)直接连接到互联网。它也可以使用视距微波链路连接到另一个 WiMAX 塔。这种与第二个塔的连接(通常称为回传),加上单个塔可以覆盖多达 3,000 平方英里的能力,正是 WiMAX 能够为偏远农村地区提供覆盖的原因。

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这表明 WiMAX 实际上可以提供两种形式的无线服务

  • 有一种非视距的 Wi-Fi 类似服务,您的计算机上的小天线连接到基站。在这种模式下,WiMAX 使用较低的频率范围——2 GHz 到 11 GHz(类似于 Wi-Fi)。较长波长的传输不易受到物理障碍物的干扰——它们能够更好地绕过障碍物或弯曲。
  • 还有视距服务,固定碟形天线从屋顶或杆子直接指向 WiMAX 塔。视距连接更强更稳定,因此能够以更少的错误发送大量数据。视距传输使用更高的频率,范围可能达到 66 GHz。在更高的频率下,干扰更少,带宽也多得多。

Wi-Fi 风格的接入将限制在 4 到 6 英里的半径内(可能覆盖 25 平方英里或 65 平方公里,这与手机区域的范围类似)。通过更强的视距天线,WiMAX 发射站将数据发送到发射器 30 英里半径范围内(2,800 平方英里或 9,300 平方公里覆盖范围)设置的 WiMAX 电脑或路由器。这就是 WiMAX 能够达到最大范围的原因。

区域网络规模的最后一步是全球区域网络 (GAN)。GAN 的提案是 IEEE 802.20。一个真正的 GAN 将像今天的手机网络一样工作,用户能够全国漫游并始终保持对网络的访问。这个网络将有足够的带宽提供可与有线调制解调器服务媲美的互联网接入,并且移动、始终连接的设备(如笔记本电脑或下一代手机)也能访问它。

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WiMAX 覆盖范围和速度

WiMAX 的操作原理与 Wi-Fi 相同——它通过无线电信号从一台计算机向另一台计算机发送数据。配备 WiMAX 的计算机(无论是台式机还是笔记本电脑)将从 WiMAX 发射站接收数据,可能会使用加密数据密钥以防止未经授权的用户窃取访问权限。

在最佳条件下,最快的 Wi-Fi 连接每秒可传输高达 54 兆比特。WiMAX 应该能够处理高达每秒 70 兆比特。即使这 70 兆比特分配给几十家企业或几百个家庭用户,它也将为每个用户提供至少相当于有线调制解调器传输速率的带宽。

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最大的区别不是速度;而是距离。WiMAX 在距离上超越 Wi-Fi 数英里。Wi-Fi 的范围约为 100 英尺(30 米)。WiMAX 将以无线接入覆盖30 英里(50 公里)的半径。范围的增加归因于所使用的频率和发射器的功率。当然,在那个距离下,地形、天气和大型建筑物在某些情况下会限制最大范围,但它覆盖大片土地的潜力是存在的。

IEEE 802.16 规范

  • 范围 — 距离基站 30 英里(50 公里)半径
  • 速度 — 每秒 70 兆比特
  • 用户和基站之间无需视距
  • 频段 — 2 到 11 GHz 和 10 到 66 GHz(许可和非许可频段)
  • 定义了 MAC 和 PHY 层,并允许多个 PHY 层规范(参见OSI 的工作原理

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WiMAX 成本

标识由英特尔提供

­ 城市范围内的无线互联网全面覆盖听起来很棒,但公司不会仅仅出于好意而到处设置 WiMAX 基站。谁来为 WiMAX 买单呢?

这取决于它的使用方式。WiMAX 可以通过两种方式实现——作为单个用户在笔记本电脑上连接互联网时的无线连接区域(非视距的“超级 Wi-Fi”实现),或者作为视距集线器,用于将数百名客户连接到稳定、始终在线的高速无线互联网连接。

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根据“超级 Wi-Fi”计划,城市可能会出资在商业和商务的关键区域设置 WiMAX 基站,然后允许人们免费使用。他们已经通过 Wi-Fi 这样做,但与设置一堆覆盖几百平方码的Wi-Fi 热点不同,一个城市可以为一个 WiMAX 基站付费,覆盖整个金融区。当城市领导人试图吸引企业到其所在地区时,这可能会提供强大的吸引力。

一些公司可能会设置 WiMAX 发射器,然后让人们付费使用。同样,这类似于 Wi-Fi 的策略,但覆盖范围会大得多。WiMAX 用户不必从一个热点跳到另一个热点,而可以在 WiMAX 基站 30 英里范围内的任何地方访问互联网。这些公司可能会提供每月包月无限访问,或按分钟或按小时收费的“即用即付”计划。

高速无线集线器计划具有更大的革命性潜力。如果您现在有高速互联网接入,它可能像这样工作:有线电视(或电话)公司有一条线路连接到您的家中。该线路连接到有线调制解调器,另一条线路从调制解调器连接到您的计算机。如果您有家庭网络,它首先连接到路由器,然后再连接到网络上的其他计算机。您每月向有线电视公司支付费用,其中部分反映了向社区中每个家庭铺设电缆线的费用。

在下一页,我们将讨论 WiMAX 如何为您服务。

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家用 WiMAX 技术

如果您获得 WiMAX,将会发生以下情况。互联网服务提供商会在您家 10 英里外设置一个 WiMAX 基站。您将购买一台支持 WiMAX 的计算机,或升级旧计算机以添加 WiMAX 功能。您将收到一个特殊的加密代码,让您能够访问该基站。基站将数据从互联网传输到您的计算机(速度可能高于当今的有线调制解调器),您为此向提供商支付月费。这项服务的成本可能远低于当前的高速互联网订阅费用,因为提供商无需铺设电缆。

­如果您有家庭网络,情况不会有太大变化。WiMAX 基站会将数据发送到支持 WiMAX 的路由器,然后路由器再将数据发送到您网络上的不同计算机。您甚至可以将 Wi-Fi 与 WiMAX 结合使用,让路由器通过 Wi-Fi 将数据发送到计算机。

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WiMAX 不仅仅对 DSL 和有线调制解调器服务提供商构成威胁。WiMAX 协议旨在适应多种不同的数据传输方法,其中之一就是网络电话 (VoIP)。VoIP 允许人们通过宽带互联网连接拨打本地、长途甚至国际电话,完全绕过电话公司。如果 WiMAX 兼容计算机变得非常普遍,VoIP 的使用可能会大幅增加。几乎任何拥有笔记本电脑的人都可以拨打 VoIP 电话。

有关 WiMAX、无线网络和相关主题的更多信息,请查看下一页的链接。

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常见问题

什么是 WiMAX 及其工作原理?
WiMAX 是一种无线通信标准,可实现远距离高速数据传输。它的工作原理是使用基站向接收器发送信号,接收器再放大并重新传输该信号。

更多信息

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更多精彩链接

  • IEEE 802.16 背景资料,2002 年 5 月 24 日 http://ieee802.org/16/pub/backgrounder.html
  • NetworkDictionary.com:IEEE 802.16:宽带无线 MAN 标准 (WiMAX) http://www.networkdictionary.com/protocols/80216.php
  • TechTarget:用无线取代您的 T1 http://searchmobilecomputing.techtarget.com/qna/0,289202,sid40_ gci896772,00.html

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