WiMAX技術(shù)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析

  WiMAX技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分組化、接入寬帶化、終端移動化這三大發(fā)展方向的統(tǒng)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)過幾年來WiMAX聯(lián)盟及其成員不懈的推動，WiMAX技術(shù)已在上層標(biāo)準(zhǔn)制定、芯片設(shè)計及設(shè)備研發(fā)的各個環(huán)節(jié)得到了極大的完善。隨著去年年底16e標(biāo)準(zhǔn)解凍及WiMAX認(rèn)證程序的啟動，為加速移動WiMAX的商用發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。目前，韓國運營商KT已經(jīng)正式商用移動WiBro；美國運營商SprintNextel也正式宣布投資30億美元在全美國范圍內(nèi)部署移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)。這兩大規(guī)模商用網(wǎng)已成為WiMAX發(fā)展史上的里程碑，表明移動WiMAX技術(shù)在商用上已開始起步，這給了國內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)化及商用化進(jìn)程均出現(xiàn)了重大突破，使WiMAX的發(fā)展進(jìn)入了新的階段。

    在標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展上：基于802.16e標(biāo)準(zhǔn)已逐步修改完善并成為主導(dǎo)趨勢，同時802.16j技術(shù)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)（MMR，MobileMulti-hopRelay）的確立又大大增強(qiáng)了移動WiMAX的網(wǎng)絡(luò)布署優(yōu)勢。這種基于移動WiMAX技術(shù)的基站式無線中繼標(biāo)準(zhǔn)，其功能實現(xiàn)與WLAN中的Mesh技術(shù)應(yīng)用一致。此技術(shù)通過采用具備無線中繼功能的基站，并配合核心網(wǎng)絡(luò)支持來實現(xiàn)基站無線回程的傳輸，以減少有線互聯(lián)帶來的成本壓力。而且，相鄰基站之間對信號的中繼轉(zhuǎn)發(fā)間接擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，同時基站還可對轉(zhuǎn)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(shè)備生產(chǎn)、系統(tǒng)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈。尤其對于產(chǎn)業(yè)鏈前端的芯片研發(fā)，通過今年國際風(fēng)險資金的注入已使得以802.16e標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)的芯片研究發(fā)展迅速。目前，Intel、意法半導(dǎo)體、Runcom，Beceem等公司已能陸續(xù)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(shè)備制造商來說，全球的大型電信設(shè)備廠家也更加傾向于研發(fā)802.16e設(shè)備，甚至部分廠家出現(xiàn)了放棄固定WiMAX設(shè)備，只研發(fā)移動WiMAX設(shè)備的趨勢。此外，在系統(tǒng)應(yīng)用上今年也有了新的進(jìn)展。

    二、頻率對技術(shù)實現(xiàn)的影響分析

    目前，鑒于WiMAX標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的工作頻率從2GHz～11GHz之間過于寬泛，加之各國的無線電管制政策各有傾向，導(dǎo)致了各國之間所預(yù)使用的WiMAX頻段差異化較大。這使得WiMAX技術(shù)很難在統(tǒng)一的全球頻率下開展技術(shù)應(yīng)用，已成為WiMAX技術(shù)發(fā)展的最大障礙。據(jù)WiMAX論壇統(tǒng)計，全球WiMAX從研發(fā)到應(yīng)用可供使用的頻段主要為2.3GHz～2.6GHz、3.3GHz～3.6GHz以及5GHz，其中開展移動業(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)為實現(xiàn)接入的高速率、頻譜的高效率、系統(tǒng)的大容量的目標(biāo)，WiMAX必須通過定義其物理層、MAC層的技術(shù)實現(xiàn)來達(dá)到對動態(tài)頻率選擇的靈活適應(yīng)性和高可靠性的要求。在物理層上，除了采用256個子載波OFDM方式的通用技術(shù)來實現(xiàn)抗多徑干擾、準(zhǔn)視距傳輸、提高頻譜效率和增強(qiáng)頻率選擇性衰落能力外，還采用了128/512/1024/2048個可變子載波的OFDMA方式，使設(shè)備信道帶寬可在1.75MHz～20MHz間靈活調(diào)配，從而使其具備更強(qiáng)的信道均衡能力和抗快衰落能力，以保證WiMAX終端在移動環(huán)境中的正常使用。同時，WiMAX還增加了信道監(jiān)聽和動態(tài)頻率切換能力，可在終端設(shè)備通信的同時監(jiān)聽相關(guān)信道的性能指標(biāo)，當(dāng)所通信的信道指標(biāo)惡化到門限時，即切換到其他可用的信道上，并根據(jù)新信道所屬頻段已占用頻率資源的情況，調(diào)整射頻信道占用頻帶的寬度，以最大限度地提供數(shù)據(jù)傳輸。在MAC層上，其匯聚子層CS通過對用戶數(shù)據(jù)的匯聚，可以實現(xiàn)對ATM、IP業(yè)務(wù)的協(xié)議透明數(shù)據(jù)傳輸。WiMAX還將同意/請求協(xié)議實現(xiàn)在規(guī)范中，通過具有自適應(yīng)幀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)頻插入的功能來保證上下行帶寬比例可調(diào)，以實現(xiàn)對帶寬的靈活分配。MAC層還支持對QoS的管理，可通過輪詢方式進(jìn)行帶寬連接或帶寬調(diào)整來實現(xiàn)對實時業(yè)務(wù)的低延遲，并通過集中調(diào)度方式來支持時延敏感業(yè)務(wù)，確保在為每用戶單元提供最大傳輸速率的同時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程中的鑒權(quán)、加密和保密的管理機(jī)制。

    三、核心網(wǎng)技術(shù)對系統(tǒng)性能的分析

    WiMAX之所以成為寬帶綜合無線城域網(wǎng)絡(luò)，主要是其架構(gòu)中引入了核心網(wǎng)。這也是WiMAX脫離寬帶無線接入的范疇，從單系統(tǒng)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作為一個已具備移動通信網(wǎng)特征的寬帶綜合無線城域網(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(xiàn)P構(gòu)架下的WiMAX系統(tǒng)是否直接采用IMS體系來實現(xiàn)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)所能實現(xiàn)的技術(shù)能力。IMS作為NGN會話和呼叫控制層中的一個重要組件，將在分組域中提供一個通用的多媒體業(yè)務(wù)平臺來承載各種上層業(yè)務(wù)，而且IMS所實現(xiàn)的采用SIP協(xié)議及與接入無關(guān)性的特點已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用關(guān)鍵性能。但在綜合考慮運營商自身網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段性上，IMS具體技術(shù)實現(xiàn)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)展起來的綜合無線技術(shù)，其核心網(wǎng)所采用的技術(shù)類型應(yīng)當(dāng)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(yīng)重點考慮采用逐步演進(jìn)到IMS體系的方式而不是直接采用IMS體系，這是WiMAX系統(tǒng)發(fā)展的核心問題。

    具體來看，具備核心網(wǎng)的WiMAX系統(tǒng)要能滿足其自身業(yè)務(wù)和應(yīng)用的要求，支持用戶的接入、鑒權(quán)及移動性管理、滿足計費和賬務(wù)的要求；也要具有QoS保證和安全保障，達(dá)到電信級組網(wǎng)可控可管理的要求；同時對于與其它系統(tǒng)、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(qiáng)，并可支持多種新技術(shù)來增進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能。如：1.支持多WiMAX基站之間的負(fù)荷分擔(dān)方式，使共基站下多用戶的高速率接入得到保證，同時也有效地增加了網(wǎng)絡(luò)容量、增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)可靠性；2.支持正交頻分復(fù)用技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)具備了非視距傳輸?shù)男阅?、提高了設(shè)備抗干擾性及網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)環(huán)境的能力；3.支持自適應(yīng)天線陣（AAS）、多入多出（MIMO）技術(shù)來提高覆蓋范圍并增強(qiáng)應(yīng)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線中繼方式，增加了基站布署的靈活性，降低了布網(wǎng)難度；5.支持空時編碼（STC）技術(shù)來增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力和降低收信的門限，目前STC技術(shù)可達(dá)到20dB左右的儲備增益，這也間接地擴(kuò)大了覆蓋距離或在相同覆蓋范圍內(nèi)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(tǒng)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)背景和市場背景的情況下，WiMAX的推進(jìn)與發(fā)展已成為大勢所趨。同時，隨著WiMAX技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善及系統(tǒng)功能開發(fā)的日趨成熟，通過這一平臺將會使固話網(wǎng)絡(luò)有更靈活的應(yīng)用方式，移動網(wǎng)絡(luò)有更佳的數(shù)據(jù)性能。因此，WiMAX要在全網(wǎng)規(guī)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WiMAX的技術(shù)創(chuàng)新使市場獲得更大的發(fā)展，業(yè)務(wù)獲得更廣泛的應(yīng)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，與第三代移動通信技術(shù)比較來看，WiMAX是提供差異化服務(wù)的最好方式和有效手段。隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，WiMAX在第四代移動通信中的技術(shù)應(yīng)用將有著更廣闊的前景。