Wi- Fi与WiMax技术比较及其应用前景分析

摘 要：文章分别介绍了Wi- Fi、WiMax 技术的主要特点， 着重对两种技术的物理层、MAC 层进行分析研究， 并对两者进行了比较， 并对两种技术发展趋势进行了展望。

1. 引言

在移动通信飞速发展的今天， 宽带无线接入技术（WLAN ）作为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一， 正受到业界广泛关注。而Wi- Fi 和WiMax 技术在WLAN 技术中扮演了十分重要的角色。Wi- Fi 技术在欧美的成功商用在第三代通信系统时前景不太乐观的情况下突显它的优势；WiMax 于2007 年10 月19 日被ITU 正式批准成为3G 标准之一， 人们对它的关注再一次掀起热潮。本文将这两种技术从物理层、MAC层等多角度进行了比较， 探讨了它们各自的应用领域及前景。

2. Wi- Fi、WiMax 概述

2. 1Wi- Fi 概念及其主要特点

Wi- Fi 全称为W irelessF idelity, 中文名为无线保真技术，又称IEEE802. n 标准。和蓝牙技术一样， 它也属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。它的最大优点就是传输速度较高。另外， 它的有效距离可达百米， 同时还可以和现在已有的各种IEEE802. n 设备兼容。现在流行的笔记本电脑技术--迅驰技术就是基于该标准的。

Wi- Fi 的主要特点是： 安装便捷； 易扩展， 每个A P 可以支持100 多个用户的接入， 只需要在现有的无线局域网基础之上增加A P, 就可以把几个用户的小型网络扩展成为几百、几千个用户的大型网络； 提供可靠的数据传送； 高移动性， 在无线局域网信号覆盖范围内， 各个节点可以不受地理位置的限制进行任意移动。

2. 2WiMax 概念及其主要特征

WiMax （Wo rld Interoperability fo r M icrow ave A ccess） 全称为全球微波接入互操作性，WiMax 已成为IEEE 802. 16 标准的代名词， 是一种面向城域网的宽带无线接入技术， 能提供面向互联网的高速连接。WiMax 推行的IEEE802. 16 标准在具有高速率数据传输优势的同时， 兼具一定范围内的移动性。W iM ax在部署、配置、安全性、QO S、长距离覆盖等方面优势突出， 尤其适用于解决城域网建设的"最后一公里"接入问题。

WiMax 的主要特征是： 传输距离远、接入速度高； 接入灵活、系统容量大； 提供广泛的多媒体通信服务； 提供安全保证；对移动性具有良好的支持能力； 应用范围广。

3. Wi- Fi 与WiMax 技术标准的结构分析

Wi- Fi、WiMax 覆盖范围的不同以及其他相关性能要求的差异性， 决定它们采用的协议和体系有较大的差别。

3. 1Wi- Fi 标准的协议结构

无线局域网的结构简单， 在单一的局域网内不存在复杂的中转、路由等网络控制， 网络层非常简单， IEEE 802 仅规定数据链路层及物理层。局域网的数据链路层分为逻辑链路层（LLC层） 和媒体访问控制层（MAC 层）。802. 11 协议集对LLC 层和MAC 层的规定是一致的， 但对物理层的规定是不同的。

3. 1. 1 物理层

物理层的任务是定义与实现建立、维持和拆除物理连接信道所需的机械、电气的特性与规则。大多数Wi- Fi 技术产品采用扩频技术， 以保证无线数据传输的可靠性、完整性和在不同频段传输的数据不会相互干扰。扩频技术有直序扩频和跳频扩频， 由于跳频扩频抗干扰性能较好、成本较低， 因此WLAN 常采用该扩频技术。

3. 1. 2MAC 层

MAC 层在LLC 层的支持下为共享介质PHY 提供访问控制功能（如寻址方式、访问协调、帧校验序列生成的检查以及LLCPDU 定界等）。MAC 层在LLC 层的支持下执行寻址方式和帧识别功能。MAC 层采用CSMA -CD （载波监听多路访问？冲突避免） 协议， 该协议只适合数据业务的传输， 不能保证业务的QoS, 如时延要求， 不适合视频、语音业务； 每个Wi- Fi 接入点服务的用户也非常有限。

Wi- Fi 技术的MAC 层具有3 个主要功能： 无线介质访问、网络连接、提供数据验证和保密。IEEE 802. 11 标准提供两种认证服务（开放系统认证、共享密钥认证） 和加密来增强网络安全性。

3. 1. 3 LLC 层

LLC 层的任务是完成两通信实体间逻辑链路上的数据帧传输与控制， 是模型的最高层， 具有与数据链路控制协议相似的功能。此外，LLC 层为其上层提供数据报与虚链路服务。

3. 2WiMax 标准的协议结构

WiMax 的高性能与其严密、完善的体系结构密切相关，WiMax 标准结构由MAC 层和PHY 层构成。

3. 2. 1 MAC 层

MAC 层包括汇聚子层（CS 层）、公共子层（CPS 层） 和加密子层（SS 层）。

（1） 汇聚子层： 它主要完成外部数据包的转换和映射。它从CSSA P 接收外部？高层数据， 然后通过MAC SA P 由CPS 子层接收， 并映射进MAC SDU s.

（2） 公共子层： 它是MAC 层性能实现的核心层， 系统的接入、带宽的支配、连接的建立与维护等功能均需要它的支持。CP负荷传输到该子层， 该子层并不需要理解CP 负荷的格式或者解析CP 负荷的意义。该子层通过MAC SA P 接收数据， 然后分类进入特定的MAC 连接。

（3） 加密子层： 该子层主要完成认证、密钥的交换和加密等功能。SS 子层（Security Sublayer） 主要包括两个协议， 即数据包加密封装协议和密钥管理协议（PKM ） , 前者对通过BWA 网络的数据包进行加密， 后者实现SS 和BS 之间密钥的安全分配，BS 可以通过PKM 协议提供有条件的网络接入服务。

此外，MAC 层还支持网状网结构和ARQ 机制。PM P 模式与M ESH 模式最大的不同在于： PMP 模式中数据流仅在BS 和SS 之间传输； 而在M ESH 模式中， 数据流可以在SS 之间传输，即一个SS 可以通过其他SS 路由。

3. 2. 2 物理层

WiMax 物理层PHY 包括传输汇聚子层（T ransm issionCS） 和物理媒体独立子层（PMD） , 用于为通过SA P 链接的BS与SS 的MAC 实体提供服务， 具体包括动态自适应调制信道编码以及双工和多址操作。

4Wi- Fi 与WiMax 技术特点比较

Wi- Fi 与WiMax 技术主要特点比较如表1 所示：

5 两者发展现状及应用展望

从目前世界上绝大部分Wi- Fi 商业运营网络的运行状况来看，Wi- Fi 面临的主要受技术本身限制，QoS、安全性、有效漫游等问题是其今后拓展应用的技术障碍， 另外由于它设备简单业务比较单一， 目前绝大部分Wi- Fi 网络运营商还没有实现大幅度赢利， 但是分析家认为， 它作为无线宽带接入的主要技术之一， 它仍然有广阔的应用前景。

而WiMax 技术发展的前景如何， 从目前来看不是技术问题， 主要的问题是发展的时间和频率资源问题。特别是频段问题， 国际上至今并没有给支持移动应用的WiMax 分配统一的工作频率， 这严重制约了WiMax 技术的发展。随着WiMax 加入IM T- 2000 成功， 对WiMax 技术无疑是个巨大的机遇， 同时也是挑战。同为TDD 系统，WiMax 面临与TD- SCDMA 在市场资源、频率资源的激烈争夺。

6 结语。

无论是WiMax 还是Wi- Fi, 都存在一些发展的局限条件，考虑两种技术的相似性和包容度， 可以预言， 在今后相当长的时间内两者将互补共存、和谐发展， 在重叠区有一定程度的相互竞争。