WiMAX與McWiLL技術(shù)的分析與比較
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1、WiMAX技術(shù)
WiMAX全稱(chēng)為全球微波接入互操作性，是基于IEEE 802.16標準的一項無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)，可提供最后一公里的固定和移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入。目前已經(jīng)發(fā)布的802.16系列標準有802.16、 802.16a、802.16c、802.16d和802.16e，其中802.16d標準（發(fā)布名稱(chēng)為IEEE 802.16-2004）是802.16、802.16a和802.16c的整合和修訂版本，主要對工作于2～66GHz頻段的固定無(wú)線(xiàn)接入系統空中接口的物理層（ PHY）和媒質(zhì)接入層（MAC） 進(jìn)行規范[1]，是目前最成熟和最具實(shí)用性的一個(gè)標準；而802.16e標準（發(fā)布名稱(chēng)為IEEE 802.16-2005）則是為了支持移動(dòng)性而制定的標準，它增加了對小于6GHz許可頻段移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入的支持，支持用戶(hù)站以120km/h的車(chē)輛速度移動(dòng)[2]，支持基站或扇區間的高層切換功能。除以上版本外，正在發(fā)展和計劃發(fā)展的802.16系列標準還包括802.16f、802.16g、802.16h、802.16i、802.16k、802.16m等版本，基于這些標準的WiMAX技術(shù)也將逐步被完善。
WiMAX技術(shù)支持ATM和IP兩種數據接口，主要應用于高速傳輸的數據業(yè)務(wù)，但它同時(shí)也支持語(yǔ)音、視頻等多媒體業(yè)務(wù)的傳輸。802.16d系統在采用OFDM調制方式和20MHz信道帶寬下，最大傳輸速率可達75Mbit/s，最大的覆蓋范圍可達50km，典型的覆蓋半徑為5～15km，因此已成為解決接入網(wǎng)“最后一公里”瓶頸的有效手段。而802.16e系統在5MHz的信道帶寬下，也可以實(shí)現15Mbit/s的數據傳輸速率，它的典型覆蓋范圍為幾公里。
2、McWiLL技術(shù)
多載波無(wú)線(xiàn)信息本地環(huán)（McWiLL，Multi_Carrier Wireless Information Local Loop），是我國自主開(kāi)發(fā)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)。McWiLL技術(shù)源于同步碼分多址（SCDMA）技術(shù)，是在SCDMA技術(shù)基礎上的演進(jìn)和革新。早期 R1～R3版本的SCDMA系統屬于窄帶SCDMA技術(shù)體系，主要側重于語(yǔ)音通信，同時(shí)兼顧低速率的數據業(yè)務(wù)，而后從2003年開(kāi)始，McWiLL技術(shù)開(kāi)始研發(fā)，目前開(kāi)發(fā)的McWiLL系統主要包括R4和R5兩個(gè)版本，其中R4版本主要應用于固定無(wú)線(xiàn)接入系統，針對的是高速傳輸的寬帶數據業(yè)務(wù)，并且已經(jīng)獲得了試驗頻段分配。而R5版本的McWiLL則定位于高速移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入系統，支持120km/h的終端移動(dòng)速度和漫游、切換等功能，同時(shí)支持高速數據業(yè)務(wù)和高效語(yǔ)音業(yè)務(wù)，并且針對我國現有的電信業(yè)務(wù)模式，專(zhuān)門(mén)定義了用于語(yǔ)音承載的物理信道和資源控制單元，目前此版本已經(jīng)進(jìn)入到系統測試階段。
McWiLL系統是完全基于IP分組交換的寬帶無(wú)線(xiàn)系統，采用宏蜂窩網(wǎng)絡(luò )結構[3]，覆蓋半徑可達10～50km，典型市內覆蓋半徑1～3km，可以實(shí)現真正意義上的非視距傳輸。傳輸速率上，5MHz的信道帶寬下，R4系統的最大凈荷吞吐量可達8Mbit/s，終端最大峰值數據速率3Mbit/s，而R5系統的基站凈荷吞吐量可達15Mbit/s，終端最大峰值數據速率為5Mbit/s。
3、WiMAX和McWiLL技術(shù)的分析與比較
WiMAX和McWiLL既有很多相似點(diǎn)，又存在差異，表1給出了它們的主要技術(shù)特征。本文主要對兩種接入技術(shù)的物理層和媒質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層進(jìn)行詳細的分析與比較。
表1 McWiLL與WiMAX技術(shù)特征
3.1 物理層技術(shù)比較
（1）使用頻率和調制技術(shù)方面。WiMAX使用10～66GHz的許可頻段和小于11 GHz的許可與免許可頻段，支持小于6GHz許可頻段的移動(dòng)接入。對于10～66GHz的許可頻段，標準定義了WirelessMAN-SC物理層，采用單載波調制方式，應用于視距傳輸，可選信道帶寬為20MHz、25MHz或28MHz。而對于小于11 GHz的工作頻段，標準定義了WirelessMAN-SCa、WirelessMAN-OFDM、WirelessMAN-OFDMA三種物理層規范，主要用于非視距傳輸，其中：SCa物理層采用增強的單載波調制方式；OFDM物理層采用256個(gè)子載波的OFDM調制；OFDMA物理層則采用2048個(gè)子載波的OFDM調制方式。由于OFDMA具有比OFDM更加靈活的資源分配方式，因此通常認為OFDM物理層應用于固定無(wú)線(xiàn)接入系統，而OFDMA物理層則主要應用于移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入系統。并且為了支持移動(dòng)性，802.16e標準還對OFDMA物理層進(jìn)行了擴展，支持128、256、512、1024、 2048個(gè)子載波的OFDM調制，以適應各地區從1.25～20MHz的不同信道帶寬。
McWiLL目前只使用有許可證的400MHz、1.8GHz、3.3GHz頻段，支持1～20MHz的信道帶寬，在用戶(hù)稀疏的農村地區用 400MHz的McWiLL系統建設低密度大面積覆蓋的“薄網(wǎng)”，而在用戶(hù)稠密的城市地區用1800MHz或3300MHz的McWiLL系統建設高容量的“稠網(wǎng)”，用戶(hù)可以使用多頻終端在城市與農村之間無(wú)縫切換，從而最大限度提高網(wǎng)絡(luò )利用率，降低網(wǎng)絡(luò )建設成本。R4版本McWiLL系統的物理層采用多載波同步碼分多址（MC-SCDMA）技術(shù)，它克服了傳統CDMA系統面對無(wú)線(xiàn)寬帶數據傳輸時(shí)因擴展頻譜而引起的碼間干擾問(wèn)題，是并行傳輸FDM技術(shù) 和 CDMA技術(shù)的有效融合；而R5版本的McWiLL系統則采用先進(jìn)的碼擴正交頻分多址（CS-OFDMA）技術(shù)，它先對調制符號進(jìn)行碼擴處理，即將每個(gè)符號做8倍的擴頻，然后再做OFDMA調制，由于每個(gè)符號在頻域上實(shí)現了擴頻，因此可以有效對抗時(shí)域的瞬時(shí)干擾或時(shí)間選擇性衰落，并且由于碼擴處理將每個(gè)符號的能量分到了整個(gè)信道的頻帶內，因此在接收端還可以實(shí)現頻率分集接收。
（2）雙工方式方面。WiMAX在許可頻段采用TDD、FDD或者HFDD的雙工方式，在免許可頻段則只允許使用TDD模式，且必須支持動(dòng)態(tài)頻率選擇（DFS）技術(shù)。采用TDD雙工模式時(shí)，系統上下行子幀的劃分是動(dòng)態(tài)調整的，可由特定的系統參數來(lái)控制，支持2～20ms的幀長(cháng)設計。而對于 McWiLL系統，則只設計采用TDD雙工模式，幀長(cháng)固定為10ms，且包含8個(gè)時(shí)隙，上下行時(shí)隙個(gè)數的比例可調，支持1:7、2:6、3:5、4:4、 5:3、6:2、7:1模式的上下行比例。
（3）多址接入技術(shù)方面。WiMAX采用TDMA和OFDMA的多址接入方式，而McWiLL則采用CS-OFDMA方式進(jìn)行接入。CS- OFDMA技術(shù)利用了SCDMA和OFDMA各自的優(yōu)點(diǎn)，有機地將OFDMA、TDMA和SCDMA技術(shù)融合在一起，因此更加靈活。
（4）調制與編碼方面。WiMAX支持BPSK、QPSK、16QAM、64QAM的調制方式，而McWiLL則支持QPSK、8PSK、 16QAM、64QAM的調制方式，兩者都支持卷積碼、Turbo碼、LDPC等信道編碼方式，以及都支持自適應調制與編碼（AMC）和混合自動(dòng)重傳請求（HARQ）等鏈路自適應技術(shù)。
（5）空間處理技術(shù)方面。WiMAX和McWiLL的物理層也都支持自適應天線(xiàn)系統（AAS）、多入多出（MIMO）等多天線(xiàn)技術(shù)，但 WiMAX采用動(dòng)態(tài)頻率選擇技術(shù)（DFS）來(lái)減小頻率間干擾，而McWiLL則采用空間零陷和動(dòng)態(tài)信道分配等來(lái)增強智能天線(xiàn)的抗干擾能力，并且這些處理算法可以完全通過(guò)軟件無(wú)線(xiàn)電來(lái)實(shí)現。
3.2 MAC技術(shù)比較
（1）業(yè)務(wù)的QoS方面。WiMAX系統MAC的最大特點(diǎn)是面向連接，所有SS的數據傳輸以及與此相關(guān)聯(lián)的QoS要求，都是基于連接來(lái)實(shí)現的。高層到達的數據包依據一定規則將被映射到某一連接上，并由一個(gè)16bit的連接標識符（CID）唯一標識，針對此連接，系統可以設置不同的QoS參數，包括速率、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)等指標。為了更好地控制上行帶寬的分配，WiMAX系統定義了4種不同的調度模式，分別為主動(dòng)帶寬授予（UGS），周期性地分配固定長(cháng)度的帶寬以支持恒比特率傳輸，如E1/T1，VoIP等業(yè)務(wù)；實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)（rtPS），周期性地分配可變長(cháng)度的上行帶寬，如MPEG視頻業(yè)務(wù)等；非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)（nrtPS），不定期地分配可變長(cháng)度的上行帶寬，如數據下載等；盡力而為業(yè)務(wù)（BE），盡可能地利用空中資源來(lái)傳送數據，如網(wǎng)頁(yè)瀏覽等。此外，為了提高帶寬使用效率，802.16e增加定義了擴展的實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)（ErtPS）類(lèi)型，BS將像UGS一樣主動(dòng)為其提供單播授權，分配可變長(cháng)度的上行帶寬，如帶有靜默壓縮的VoIP業(yè)務(wù)等。McWiLL系統同樣也具備較完整的QoS機制，定義了實(shí)時(shí)、高級、盡力的3種業(yè)務(wù)調度類(lèi)型，可以提供基于業(yè)務(wù)的等級服務(wù)。根據包頭的指示字段，McWiLL將所有業(yè)務(wù)劃分為8個(gè)不同的優(yōu)先級，基站根據優(yōu)先級來(lái)決定數據的發(fā)送順序。為了實(shí)現不同業(yè)務(wù)的不同QoS， McWiLL系統還提供了64種服務(wù)腳本，這些腳本規定了最小、最大用戶(hù)上下行速率、最大和平均隊列大小、擁 塞控制等參數。
（2）對語(yǔ)音業(yè)務(wù)的支持方面。與WiMAX相比，McWiLL系統MAC層的最大特點(diǎn)是實(shí)現了語(yǔ)音與數據業(yè)務(wù)的融合設計，在承載寬帶數據業(yè)務(wù)的同時(shí)，充分考慮了對窄帶語(yǔ)音的支持。WiMAX系統中，語(yǔ)音業(yè)務(wù)是以VoIP方式傳輸的，協(xié)議棧采用包頭加語(yǔ)音凈荷的結構，包頭開(kāi)銷(xiāo)很大，傳輸效率很低。對此，McWiLL單獨設計了專(zhuān)用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)的物理承載信道，該信道的帶寬分配顆粒度為8kbit/s，一個(gè)信道最小可以承載單路G.729編碼的語(yǔ)音媒體流。系統目前支持G.729編碼（8kbit/s）和G.711編碼（64kbit/s）兩種編碼速率，并通過(guò)專(zhuān)門(mén)設計的語(yǔ)音接入控制模塊（VAC）對 G.729編碼和G.711編碼的語(yǔ)音業(yè)務(wù)進(jìn)行分配，這加快了信令的交互過(guò)程，因此提高了效率。McWiLL也支持標準的VoIP方式語(yǔ)音接入。
（3）例如在切換機制方面。McWiLL技術(shù)采用先建后切的快速基站切換機制，而WiMAX除了可采用這種切換機制外，還支持硬切換以及宏分集切換等切換策略。
（4）組網(wǎng)方式方面。McWiLL系統采用宏蜂窩組網(wǎng)方式，而WiMAX除了可以采用蜂窩方式組網(wǎng)以外，也支持Mesh組網(wǎng)方式。
4、結論
目前，加入WiMAX論壇的世界知名廠(chǎng)商已超過(guò)了400家，而加入SCDMA聯(lián)盟的廠(chǎng)商卻只有少數的幾個(gè)國內企業(yè)，并且WiMAX技術(shù)的推廣力度和標準化程度要遠遠高于McWiLL。高度的標準化必然導致供貨商增多，技術(shù)成熟進(jìn)程加快，目前基于802.16d標準的固定WiMAX系統已在世界許多國家得到了成功應用，基于802.16e標準的移動(dòng)WiMAX也正得到大力發(fā)展，現已有多款移動(dòng)WiMAX基帶芯片推出。但McWiLL也不是沒(méi)有商機可用，首先，SCDMA技術(shù)的開(kāi)發(fā)歷程較長(cháng)，窄帶SCDMA系統已有多年的成功商用經(jīng)驗，而定位于移動(dòng)接入的McWiLL系統從開(kāi)始起就以高目標進(jìn)行設計，如今它已得到長(cháng)足發(fā)展，正在試商用階段。另外，特別值得一提的是，目前SCDMA和McWiLL已得到了科技部、發(fā)改委的大力支持，已成為信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十一五”規劃的重要扶植對象，因此只要抓住機遇，創(chuàng )新發(fā)展，擴大產(chǎn)業(yè)規模，McWiLL完全有能力成為中國繼TD-SCDMA之后的又一個(gè)具有自主知識產(chǎn)權的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標準。
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