WiMAX在IPTV接入網(wǎng)的應用

王月華 2008/10/21

圖1　WiMAX的協(xié)議體系結構

　　2.物理層

　　WiMAX系統(tǒng)為滿足各種不同應用場合制定了兩個使用頻段：10～66 GHz與2～11 GHz。WiMAX在10 GHz～66 GHz頻帶內(nèi)，定義了一個單載波調(diào)制模式的空中接口;在2～11 GHz頻段范圍內(nèi)，定義了三個空中接口規(guī)范。

　　3.媒質(zhì)接入控制(MAC)層

　　WiMAX系統(tǒng)(包括802.16e和802.16-2004)的MAC層最顯著的特點是面向連接，即所有業(yè)務(包括本身是無連接的業(yè)務)在802.16系統(tǒng)中都將映射到連接上，每條連接都有一個16bit的連接標志(CID)作為唯一標志。WiMAX的MAC層定義了較為完善的QoS機制，MAC層針對每個連接設置不同的QoS參數(shù)，包括速率、時延等指標。為了更好地控制上行數(shù)據(jù)的帶寬分配，標準還定義了不同的上行帶寬調(diào)度模式，針對實時和非實時業(yè)務，固定比特率和可變比特率業(yè)務的特點采用不同的調(diào)度機制，實現(xiàn)帶寬的靈活分配。其MAC層的設計既支持點對多點(PMP)結構，又支持網(wǎng)絡(Mesh)結構，同時支持連續(xù)型業(yè)務和突發(fā)型業(yè)務，包括話音、數(shù)據(jù)、IP連接、VoIP等。為了解決無線傳輸環(huán)境的不穩(wěn)定性，MAC層采用了無線鏈路自適應技術、ARQ和H-ARQ技術等來保證信息傳輸?shù)目煽啃院陀行浴?/p>

　　IEEE802.16e-2005在IEEE 802.16-2004的基礎上在MAC層引入了很多新的特性。主要包括三個方面：切換技術、節(jié)電功能、安全能力。

四、基于WiMAX接入的IPTV系統(tǒng)模型

　　基于WiMAX的IPTV接入網(wǎng)的功能框圖如圖2所示，包括視頻服務器(Video Server)、視頻路由/交換器(Video Router/switcher)、用戶基站(SS)、基站(BS)、終端。

圖2　基于WiMAX的IPTV接入網(wǎng)系統(tǒng)模型

　　視頻服務器(Video Server)：存儲語音視頻內(nèi)容，內(nèi)容是從預先錄制好的節(jié)目壓縮編碼得到，再向用戶提供服務。視頻服務器可以集中或分散分布在核心網(wǎng)絡中。

　　視頻路由/交換器(Video Router/Switcher)：提供視頻服務器到IP網(wǎng)絡的路由接入。

　　用戶基站(SS)：基站的一種，提供基站和用戶終端的中繼連接，通常采用固定天線安裝在小區(qū)的屋頂上。基站與用戶基站之間采用動態(tài)適應性信號調(diào)制模式。

　　基站(BS)：基站提供用戶基站與IP網(wǎng)絡間的連接，通常采用扇形/定向或全向天線，可提供靈活的子信道部署與配置功能，并根據(jù)用戶群體狀況不斷升級擴展網(wǎng)絡。

　　終端：WiMAX系統(tǒng)定義用戶終端設備與用戶基站間的連接接口，提供用戶終端設備的接入。

　　圖3是IPTV的傳播協(xié)議棧。語音視頻內(nèi)容首先經(jīng)過壓縮編碼(大多采用MPEG-2)，然后使用實時傳輸協(xié)議(RTP)封裝，得到的載荷使用UDP或者TCP封裝成IP層的有效載荷，最后經(jīng)過IP協(xié)議和以太網(wǎng)802.3協(xié)議封裝后在核心網(wǎng)絡中傳播。核心網(wǎng)邊緣的WiMAX基站在收到802.3協(xié)議包后，基站的MAC層解封裝該包，去除以太網(wǎng)協(xié)議頭，再封裝成802.16協(xié)議的MAC層分組數(shù)據(jù)單元和PHY層數(shù)據(jù)單元。物理層采用前向糾錯編碼(FEC)、符號映射和OFDM調(diào)制等技術為數(shù)據(jù)單元準備無線空中連接。無線電收發(fā)器通過天線再把信號發(fā)送給SS或BS。當SS和BS接收到信號后，通過上面過程的逆過程，把信號還原為用戶需要的語音視頻內(nèi)容。

圖3　IPTV傳播協(xié)議棧

五、WiMAX作為IPTV接入的優(yōu)勢

　　與現(xiàn)行的寬帶接入方式相比，作為IPTV的接入方案，WiMAX具有以下優(yōu)勢：

　　建網(wǎng)方便靈活。首先，作為寬帶無線接入應用的WiMAX具有逐步投資和彈性部署的特點，網(wǎng)絡運營商可以根據(jù)用戶容量增長的需要，逐步增加投入，逐步擴容到位，實現(xiàn)基本平坦的成本曲線。其次，網(wǎng)絡的規(guī)劃可以不受地形地貌的限制，部局靈活，同時用戶密度較低的地區(qū)仍可以較低的成本實現(xiàn)覆蓋，減小初期投資的風險。再次，網(wǎng)絡部署快速，安裝和擴容方便。

　　帶寬高、容量大、傳輸距離遠。WiMAX工作頻段可從2～66 GHz，信道帶寬可在1.5～20 MHz范圍內(nèi)靈活調(diào)整，有利于在所分配的信道帶寬內(nèi)充分利用頻譜資源。WiMAX采用宏小區(qū)方式，最大覆蓋范圍達50 km;當在20 MHz信道帶寬時，支持高達70Mbit/s的共享數(shù)據(jù)傳輸速率(此時，最大覆蓋半徑為3～5km)。可采用多扇區(qū)技術來提高系統(tǒng)容量，一個扇區(qū)可同時支持60多個采用E1/T1接口的企業(yè)用戶或數(shù)百個家庭用戶。WiMAX采用了OFDM、收/發(fā)分集、自適應調(diào)制等多種先進技術實現(xiàn)非視距NLOS和阻擋視距ONLOS傳輸，有效地提高了傳輸效能。

　　支持移動接入。IEEE 802.16e-2005版本增加了對移動性的支持。該標準可同時支持固定和移動寬帶無線接入系統(tǒng)，工作在小于6GHz適宜于移動性的許可頻段，可支持用戶終端以車輛速度移動(一般低于120km/h)。

　　具有高的QoS和安全保證。MAC層根據(jù)業(yè)務QoS要求和業(yè)務參數(shù)，以輪詢方式請求連接帶寬或進行帶寬調(diào)整，以保證語音和視頻等實時業(yè)務的低延遲要求。同時，針對無線信道環(huán)境下較高的誤碼率和丟包率，定義了基于每個應用流的ARQ，保證MAC層業(yè)務數(shù)據(jù)單元MSDU的自動重發(fā)，確保端到端包的傳輸質(zhì)量。MAC層具有ATM業(yè)務和分組業(yè)務匯聚子層CS，能方便地實現(xiàn)與ATM業(yè)務或IP業(yè)務為特征的網(wǎng)絡應用。同時，MAC層具有安全子層，支持MAC層安全機制，實現(xiàn)鑒權、加密等安全管理。

　　具有豐富的多媒體通信服務能力。WiMAX采用面向連接的方式，可以向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻和語音(VoIP)業(yè)務。在IEEE 802.16標準中，MAC層定義了較為完整的QoS機制，還定義了4種不同的業(yè)務：非請求的帶寬分配業(yè)務(UGS);實時輪詢業(yè)務(rtPS);非實時輪詢業(yè)務(nrtPS);盡力而為業(yè)務(BE)。分別可以用來向用戶提供高質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務、普通質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務，以及質(zhì)量無保證的諸如Internet等業(yè)務�？梢愿鶕�(jù)業(yè)務的實際需要來動態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。

六、結束語

　　IPTV是利用寬帶網(wǎng)，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式數(shù)字多媒體服務的新技術。IPTV想要取得真正意義上的突破，不僅要解決好內(nèi)容問題，還要解決最后一公里的瓶頸問題。WiMAX是一種高速率的城域網(wǎng)接入技術，具有很高的安全性和頻譜利用率，其建設周期短，可以承載多種業(yè)務，運營成本低，傳輸速率高，組網(wǎng)靈活容量大，支持移動性，完全能滿足IPTV業(yè)務的接入要求，特別適合當前中國的小區(qū)式住宅模式。因此，雖然IPTV的寬帶接入方式是多樣化的，會因不同的需求而共存，但是，移動WiMAX技術將是最好的選擇，將是IPTV接入的大趨勢。

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