WiMAX在IPTV（網(wǎng)絡(luò )電視）接入網(wǎng)中的應用

王月華 2008/07/02

• 對于數字用戶(hù)環(huán)路方案來(lái)說(shuō)，由于其采用了星型的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，使得采用這種方式接入網(wǎng)絡(luò )電視的用戶(hù)能夠獲得比較好的安全性，同時(shí)數字用戶(hù)環(huán)路是目前用戶(hù)普及率最高的接入手段，但是卻也受到傳輸距離、干擾以及單點(diǎn)失效等多個(gè)方面的約束。



• 對于光纖同軸電纜混合接入方案來(lái)說(shuō)，雖然接入網(wǎng)絡(luò )電視系統需要對用戶(hù)線(xiàn)路的改造投資非常小、抗干擾能力強，同時(shí)理論上、下行接入速率比較高，但是由于光纖同軸電纜方案采用了共享結構，當用戶(hù)數量上升之后，接入的速率會(huì )隨之下降。



• 對光纖傳輸+局域網(wǎng)接入方案來(lái)說(shuō)，其在數據傳輸速率以及安全性等多個(gè)方面都滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )電視的要求，但是需要用戶(hù)所在的小區預先敷設以太網(wǎng)，這樣就限制了接入用戶(hù)地域。



• WiMAX作為無(wú)線(xiàn)接入方式的典型代表其特點(diǎn)非常明顯，相比于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，無(wú)線(xiàn)接入的靈活性更高，并且在WiMAX協(xié)議中，多播以及服務(wù)質(zhì)量等相關(guān)的性能也都得到了明顯的改善，使得這種終端能夠滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )電視接入的要求。

圖1　WiMAX的協(xié)議體系結構

　　3.2　物理層

　　WiMAX系統為滿(mǎn)足各種不同應用場(chǎng)合制定了兩個(gè)使用頻段：10～66 GHz與2～11 GHz。WiMAX在10 GHz～66 GHz頻帶內，定義了一個(gè)單載波調制模式的空中接口；在2～11 GHz頻段范圍內，定義了三個(gè)空中接口規范。

　　3.3　媒質(zhì)接入控制（MAC）層

　　WiMAX系統（包括802.16e和802.16-2004）的MAC層最顯著(zhù)的特點(diǎn)是面向連接，即所有業(yè)務(wù)（包括本身是無(wú)連接的業(yè)務(wù)）在802.16系統中都將映射到連接上，每條連接都有一個(gè)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(gè)連接設置不同的QoS參數，包括速率、時(shí)延等指標。為了更好地控制上行數據的帶寬分配，標準還定義了不同的上行帶寬調度模式，針對實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，固定比特率和可變比特率業(yè)務(wù)的特點(diǎn)采用不同的調度機制，實(shí)現帶寬的靈活分配。其MAC層的設計既支持點(diǎn)對多點(diǎn)（PMP）結構，又支持網(wǎng)絡(luò )（Mesh）結構，同時(shí)支持連續型業(yè)務(wù)和突發(fā)型業(yè)務(wù)，包括話(huà)音、數據、IP連接、VoIP等。為了解決無(wú)線(xiàn)傳輸環(huán)境的不穩定性，MAC層采用了無(wú)線(xiàn)鏈路自適應技術(shù)、ARQ和H-ARQ技術(shù)等來(lái)保證信息傳輸的可靠性和有效性。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(gè)方面：切換技術(shù)、節電功能、安全能力。

4、基于WiMAX接入的IPTV系統模型

　　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(wù)器（Video Server）、視頻路由/交換器（Video Router/switcher）、用戶(hù)基站（SS）、基站（BS）、終端。

圖2　基于WiMAX的IPTV接入網(wǎng)系統模型

　　視頻服務(wù)器（Video Server）：存儲語(yǔ)音視頻內容，內容是從預先錄制好的節目壓縮編碼得到，再向用戶(hù)提供服務(wù)。視頻服務(wù)器可以集中或分散分布在核心網(wǎng)絡(luò )中。

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

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

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

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

　　圖3是IPTV的傳播協(xié)議棧。語(yǔ)音視頻內容首先經(jīng)過(guò)壓縮編碼（大多采用MPEG-2），然后使用實(shí)時(shí)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(guò)IP協(xié)議和以太網(wǎng)802.3協(xié)議封裝后在核心網(wǎng)絡(luò )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層分組數據單元和PHY層數據單元。物理層采用前向糾錯編碼（FEC）、符號映射和OFDM調制等技術(shù)為數據單元準備無(wú)線(xiàn)空中連接。無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器通過(guò)天線(xiàn)再把信號發(fā)送給SS或BS。當SS和BS接收到信號后，通過(guò)上面過(guò)程的逆過(guò)程，把信號還原為用戶(hù)需要的語(yǔ)音視頻內容。

圖3　IPTV傳播協(xié)議棧

5、WiMAX作為IPTV接入的優(yōu)勢

　　與現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(wú)線(xiàn)接入應用的WiMAX具有逐步投資和彈性部署的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商可以根據用戶(hù)容量增長(cháng)的需要，逐步增加投入，逐步擴容到位，實(shí)現基本平坦的成本曲線(xiàn)。其次，網(wǎng)絡(luò )的規劃可以不受地形地貌的限制，部局靈活，同時(shí)用戶(hù)密度較低的地區仍可以較低的成本實(shí)現覆蓋，減小初期投資的風(fēng)險。再次，網(wǎng)絡(luò )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范圍內靈活調整，有利于在所分配的信道帶寬內充分利用頻譜資源。WiMAX采用宏小區方式，最大覆蓋范圍達50 km；當在20 MHz信道帶寬時(shí)，支持高達70Mbit/s的共享數據傳輸速率（此時(shí)，最大覆蓋半徑為3～5km）。可采用多扇區技術(shù)來(lái)提高系統容量，一個(gè)扇區可同時(shí)支持60多個(gè)采用E1/T1接口的企業(yè)用戶(hù)或數百個(gè)家庭用戶(hù)。WiMAX采用了OFDM、收/發(fā)分集、自適應調制等多種先進(jìn)技術(shù)實(shí)現非視距NLOS和阻擋視距ONLOS傳輸，有效地提高了傳輸效能。

　　支持移動(dòng)接入。IEEE 802.16e-2005版本增加了對移動(dòng)性的支持。該標準可同時(shí)支持固定和移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統，工作在小于6GHz適宜于移動(dòng)性的許可頻段，可支持用戶(hù)終端以車(chē)輛速度移動(dòng)（一般低于120km/h）。

　　具有高的QoS和安全保證。MAC層根據業(yè)務(wù)QoS要求和業(yè)務(wù)參數，以輪詢(xún)方式請求連接帶寬或進(jìn)行帶寬調整，以保證語(yǔ)音和視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的低延遲要求。同時(shí)，針對無(wú)線(xiàn)信道環(huán)境下較高的誤碼率和丟包率，定義了基于每個(gè)應用流的ARQ，保證MAC層業(yè)務(wù)數據單元MSDU的自動(dòng)重發(fā)，確保端到端包的傳輸質(zhì)量。MAC層具有ATM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)匯聚子層CS，能方便地實(shí)現與ATM業(yè)務(wù)或IP業(yè)務(wù)為特征的網(wǎng)絡(luò )應用。同時(shí)，MAC層具有安全子層，支持MAC層安全機制，實(shí)現鑒權、加密等安全管理。

　　具有豐富的多媒體通信服務(wù)能力。WiMAX采用面向連接的方式，可以向用戶(hù)提供具有QoS性能的數據、視頻和語(yǔ)音（VoIP）業(yè)務(wù)。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(wù)：非請求的帶寬分配業(yè)務(wù)（UGS）；實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)（rtPS）；非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)（nrtPS）；盡力而為業(yè)務(wù)（BE）。分別可以用來(lái)向用戶(hù)提供高質(zhì)量的視頻和語(yǔ)音業(yè)務(wù)、普通質(zhì)量的視頻和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，以及質(zhì)量無(wú)保證的諸如Internet等業(yè)務(wù)。可以根據業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來(lái)動(dòng)態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。

6、結束語(yǔ)

　　IPTV是利用寬帶網(wǎng)，向家庭用戶(hù)提供包括數字電視在內的多種交互式數字多媒體服務(wù)的新技術(shù)。IPTV想要取得真正意義上的突破，不僅要解決好內容問(wèn)題，還要解決最后一公里的瓶頸問(wèn)題。WiMAX是一種高速率的城域網(wǎng)接入技術(shù)，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(wù)，運營(yíng)成本低，傳輸速率高，組網(wǎng)靈活容量大，支持移動(dòng)性，完全能滿(mǎn)足IPTV業(yè)務(wù)的接入要求，特別適合當前中國的小區式住宅模式。因此，雖然IPTV的寬帶接入方式是多樣化的，會(huì )因不同的需求而共存，但是，移動(dòng)WiMAX技術(shù)將是最好的選擇，將是IPTV接入的大趨勢。

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