WiMAX技術(shù)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析

  WiMAX技術(shù)實(shí)現了數據分組化、接入寬帶化、終端移動(dòng)化這三大發(fā)展方向的統一，因此自成立之初就在其技術(shù)定位上受到了極大的重視。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)WiMAX聯(lián)盟及其成員不懈的推動(dòng)，WiMAX技術(shù)已在上層標準制定、芯片設計及設備研發(fā)的各個(gè)環(huán)節得到了極大的完善。隨著(zhù)去年年底16e標準解凍及WiMAX認證程序的啟動(dòng)，為加速移動(dòng)WiMAX的商用發(fā)展奠定了良好的基礎。目前，韓國運營(yíng)商KT已經(jīng)正式商用移動(dòng)WiBro；美國運營(yíng)商SprintNextel也正式宣布投資30億美元在全美國范圍內部署移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò )。這兩大規模商用網(wǎng)已成為WiMAX發(fā)展史上的里程碑，表明移動(dòng)WiMAX技術(shù)在商用上已開(kāi)始起步，這給了國內發(fā)展WiMAX更多的信心和期待。

    一、WiMAX技術(shù)發(fā)展趨勢

    今年，WiMAX技術(shù)的標準化及商用化進(jìn)程均出現了重大突破，使WiMAX的發(fā)展進(jìn)入了新的階段。

    在標準化發(fā)展上：基于802.16e標準已逐步修改完善并成為主導趨勢，同時(shí)802.16j技術(shù)架構標準（MMR，MobileMulti-hopRelay）的確立又大大增強了移動(dòng)WiMAX的網(wǎng)絡(luò )布署優(yōu)勢。這種基于移動(dòng)WiMAX技術(shù)的基站式無(wú)線(xiàn)中繼標準，其功能實(shí)現與WLAN中的Mesh技術(shù)應用一致。此技術(shù)通過(guò)采用具備無(wú)線(xiàn)中繼功能的基站，并配合核心網(wǎng)絡(luò )支持來(lái)實(shí)現基站無(wú)線(xiàn)回程的傳輸，以減少有線(xiàn)互聯(lián)帶來(lái)的成本壓力。而且，相鄰基站之間對信號的中繼轉發(fā)間接擴大了網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍，同時(shí)基站還可對轉發(fā)的信號進(jìn)行必要的處理，進(jìn)行選擇性放大。

    在商用化進(jìn)程上已初步形成了芯片研發(fā)、設備生產(chǎn)、系統應用的產(chǎn)業(yè)鏈。尤其對于產(chǎn)業(yè)鏈前端的芯片研發(fā)，通過(guò)今年國際風(fēng)險資金的注入已使得以802.16e標準為主導的芯片研究發(fā)展迅速。目前，Intel、意法半導體、Runcom，Beceem等公司已能陸續提供16e芯片組，且大部分終端芯片都支持MIMO/AAS技術(shù)。對于設備制造商來(lái)說(shuō)，全球的大型電信設備廠(chǎng)家也更加傾向于研發(fā)802.16e設備，甚至部分廠(chǎng)家出現了放棄固定WiMAX設備，只研發(fā)移動(dòng)WiMAX設備的趨勢。此外，在系統應用上今年也有了新的進(jìn)展。

    二、頻率對技術(shù)實(shí)現的影響分析

    目前，鑒于WiMAX標準所規定的工作頻率從2GHz～11GHz之間過(guò)于寬泛，加之各國的無(wú)線(xiàn)電管制政策各有傾向，導致了各國之間所預使用的WiMAX頻段差異化較大。這使得WiMAX技術(shù)很難在統一的全球頻率下開(kāi)展技術(shù)應用，已成為WiMAX技術(shù)發(fā)展的最大障礙。據WiMAX論壇統計，全球WiMAX從研發(fā)到應用可供使用的頻段主要為2.3GHz～2.6GHz、3.3GHz～3.6GHz以及5GHz，其中開(kāi)展移動(dòng)業(yè)務(wù)的理想頻段集中在2.3GHz、2.5GHz、3.5GHz上。

    因此，在不同使用頻段、不同使用帶寬的條件限制下，網(wǎng)絡(luò )為實(shí)現接入的高速率、頻譜的高效率、系統的大容量的目標，WiMAX必須通過(guò)定義其物理層、MAC層的技術(shù)實(shí)現來(lái)達到對動(dòng)態(tài)頻率選擇的靈活適應性和高可靠性的要求。在物理層上，除了采用256個(gè)子載波OFDM方式的通用技術(shù)來(lái)實(shí)現抗多徑干擾、準視距傳輸、提高頻譜效率和增強頻率選擇性衰落能力外，還采用了128/512/1024/2048個(gè)可變子載波的OFDMA方式，使設備信道帶寬可在1.75MHz～20MHz間靈活調配，從而使其具備更強的信道均衡能力和抗快衰落能力，以保證WiMAX終端在移動(dòng)環(huán)境中的正常使用。同時(shí)，WiMAX還增加了信道監聽(tīng)和動(dòng)態(tài)頻率切換能力，可在終端設備通信的同時(shí)監聽(tīng)相關(guān)信道的性能指標，當所通信的信道指標惡化到門(mén)限時(shí)，即切換到其他可用的信道上，并根據新信道所屬頻段已占用頻率資源的情況，調整射頻信道占用頻帶的寬度，以最大限度地提供數據傳輸。在MAC層上，其匯聚子層CS通過(guò)對用戶(hù)數據的匯聚，可以實(shí)現對ATM、IP業(yè)務(wù)的協(xié)議透明數據傳輸。WiMAX還將同意/請求協(xié)議實(shí)現在規范中，通過(guò)具有自適應幀結構和導頻插入的功能來(lái)保證上下行帶寬比例可調，以實(shí)現對帶寬的靈活分配。MAC層還支持對QoS的管理，可通過(guò)輪詢(xún)方式進(jìn)行帶寬連接或帶寬調整來(lái)實(shí)現對實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的低延遲，并通過(guò)集中調度方式來(lái)支持時(shí)延敏感業(yè)務(wù)，確保在為每用戶(hù)單元提供最大傳輸速率的同時(shí)保證射頻鏈路的可靠性。此外，MAC層還針對安全性提供傳輸過(guò)程中的鑒權、加密和保密的管理機制。

    三、核心網(wǎng)技術(shù)對系統性能的分析

    WiMAX之所以成為寬帶綜合無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)絡(luò )，主要是其架構中引入了核心網(wǎng)。這也是WiMAX脫離寬帶無(wú)線(xiàn)接入的范疇，從單系統層面上升到全網(wǎng)絡(luò )層面產(chǎn)生質(zhì)的飛躍的首要因素。因此，WiMAX作為一個(gè)已具備移動(dòng)通信網(wǎng)特征的寬帶綜合無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)絡(luò )，其選擇的核心網(wǎng)技術(shù)對WiMAX的發(fā)展至關(guān)重要?；谌獻P構架下的WiMAX系統是否直接采用IMS體系來(lái)實(shí)現核心網(wǎng)，是決定其網(wǎng)絡(luò )今后如何發(fā)展的關(guān)鍵因素，也將直接影響網(wǎng)絡(luò )所能實(shí)現的技術(shù)能力。IMS作為NGN會(huì )話(huà)和呼叫控制層中的一個(gè)重要組件，將在分組域中提供一個(gè)通用的多媒體業(yè)務(wù)平臺來(lái)承載各種上層業(yè)務(wù)，而且IMS所實(shí)現的采用SIP協(xié)議及與接入無(wú)關(guān)性的特點(diǎn)已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò )的應用關(guān)鍵性能。但在綜合考慮運營(yíng)商自身網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的階段性上，IMS具體技術(shù)實(shí)現還不成熟，仍需要進(jìn)一步發(fā)展與完善。更重要的是WiMAX技術(shù)是在電信網(wǎng)絡(luò )融合的大趨勢下發(fā)展起來(lái)的綜合無(wú)線(xiàn)技術(shù)，其核心網(wǎng)所采用的技術(shù)類(lèi)型應當與既有網(wǎng)絡(luò )的融合和發(fā)展是一致的。因此，目前WiMAX的核心網(wǎng)應重點(diǎn)考慮采用逐步演進(jìn)到IMS體系的方式而不是直接采用IMS體系，這是WiMAX系統發(fā)展的核心問(wèn)題。

    具體來(lái)看，具備核心網(wǎng)的WiMAX系統要能滿(mǎn)足其自身業(yè)務(wù)和應用的要求，支持用戶(hù)的接入、鑒權及移動(dòng)性管理、滿(mǎn)足計費和賬務(wù)的要求；也要具有QoS保證和安全保障，達到電信級組網(wǎng)可控可管理的要求；同時(shí)對于與其它系統、網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通也必須支持。此外，由于核心網(wǎng)的存在，WiMAX網(wǎng)絡(luò )的控制和管理功能得到大大增強，并可支持多種新技術(shù)來(lái)增進(jìn)網(wǎng)絡(luò )性能。如：1.支持多WiMAX基站之間的負荷分擔方式，使共基站下多用戶(hù)的高速率接入得到保證，同時(shí)也有效地增加了網(wǎng)絡(luò )容量、增強了網(wǎng)絡(luò )可靠性；2.支持正交頻分復用技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò )具備了非視距傳輸的性能、提高了設備抗干擾性及網(wǎng)絡(luò )適應環(huán)境的能力；3.支持自適應天線(xiàn)陣（AAS）、多入多出（MIMO）技術(shù)來(lái)提高覆蓋范圍并增強應對快衰落的能力，使得在不同環(huán)境下能夠獲得最佳的傳播性能；4.支持MMR技術(shù)，使基站回程連接采用無(wú)線(xiàn)中繼方式，增加了基站布署的靈活性，降低了布網(wǎng)難度；5.支持空時(shí)編碼（STC）技術(shù)來(lái)增強系統的抗干擾能力和降低收信的門(mén)限，目前STC技術(shù)可達到20dB左右的儲備增益，這也間接地擴大了覆蓋距離或在相同覆蓋范圍內改善了信道傳輸質(zhì)量，提高了信道的傳輸速率。

    四、展望

    目前，在傳統通信方式面臨產(chǎn)業(yè)升級、通信與信息融合的情況下，對接入方式多樣化、個(gè)性化和智能化的需求勢不可擋。因此在具備了這種大的產(chǎn)業(yè)背景、行業(yè)背景和市場(chǎng)背景的情況下，WiMAX的推進(jìn)與發(fā)展已成為大勢所趨。同時(shí)，隨著(zhù)WiMAX技術(shù)標準不斷完善及系統功能開(kāi)發(fā)的日趨成熟，通過(guò)這一平臺將會(huì )使固話(huà)網(wǎng)絡(luò )有更靈活的應用方式，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )有更佳的數據性能。因此，WiMAX要在全網(wǎng)規劃、頻率分配、基站布署、業(yè)務(wù)推廣上充分考慮各種因素，通過(guò)WiMAX的技術(shù)創(chuàng )新使市場(chǎng)獲得更大的發(fā)展，業(yè)務(wù)獲得更廣泛的應用。

    總而言之，WiMAX技術(shù)所具有的核心競爭力正是電信技術(shù)的發(fā)展趨勢，與第三代移動(dòng)通信技術(shù)比較來(lái)看，WiMAX是提供差異化服務(wù)的最好方式和有效手段。隨著(zhù)技術(shù)標準的逐步完善，WiMAX在第四代移動(dòng)通信中的技術(shù)應用將有著(zhù)更廣闊的前景。