WiMAX技術(shù)介紹及其解決方案

    WiMAX是基于IEEE 802.16和ETSI HiperMAN無線城域網(wǎng)（MAN）標(biāo)準(zhǔn)的無線數(shù)字通信技術(shù)。它可為固定站（例如臺(tái)式電腦）提供高達(dá)50千米的寬帶無線接入（BWA），為移動(dòng)站（例如筆記本電腦、移動(dòng)電話、個(gè)人媒體播放器和PDA）提供5 - 15千米的寬帶無線接入。  

　　與Wi-Fi等無線技術(shù)相比，WiMAX具有更強(qiáng)的抗干擾性，可提供更高的帶寬利用率，并且可在更遠(yuǎn)距離上以更高的速率傳輸數(shù)據(jù)。WiMAX可在授權(quán)和非授權(quán)頻率上進(jìn)行操作，所以可為無線載波提供規(guī)范的環(huán)境和可行的經(jīng)濟(jì)模式。這些優(yōu)勢(shì)加上遍布全球的技術(shù)支持（例如正在全球進(jìn)行的部署、頻譜分配和標(biāo)準(zhǔn)化），使WiMAX成為在全球業(yè)務(wù)未覆蓋地區(qū)快速、經(jīng)濟(jì)高效地開通超快速寬帶無線接入的第一選擇。

　　技術(shù)

　　WiMAX的固定版本（IEEE 802.16-2004）可使用2-11 GHz頻段向固定設(shè)備提供非視距（NLOS）傳輸。較高的頻率要求視距內(nèi)的覆蓋范圍。固定WiMAX可在30英里的距離內(nèi)，以高達(dá)75 Mbps的速度提供高吞吐率寬帶連接。它基于正交頻分多址（OFDM），使用多種導(dǎo)頻音，并支持從BPSK到64 QAM 的調(diào)制范圍。WiMAX系統(tǒng)可以使用授權(quán)或非授權(quán)頻譜中從1至28 MHz、包含256個(gè)子載波（192個(gè)數(shù)據(jù)子載波）的多種帶寬。它可用于“最后一英里”寬帶連接、熱點(diǎn)和蜂窩回程，以及面向企業(yè)的高速企業(yè)連接等各種應(yīng)用。 

　　該標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)版本――IEEE 802.16e-2005是802.16-2004的擴(kuò)展，用于2-6 GHz頻段（參見表格）中的移動(dòng)應(yīng)用。它可以將WiMAX技術(shù)構(gòu)建到筆記本電腦和其他移動(dòng)設(shè)備中。



　　表1. 802.16無線技術(shù)比較

　　WiMAX論壇是業(yè)界領(lǐng)先的組織，幫助加快基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的部署。該論壇創(chuàng)建于2001年，通過驗(yàn)證寬帶無線產(chǎn)品的一致性和互操作性來達(dá)到這個(gè)目的?？稍谌齻€(gè)WiMAX論壇指定的認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室（WFDCL）中的任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，通過經(jīng)WiMAX論壇認(rèn)證的測(cè)試和驗(yàn)證程序進(jìn)行認(rèn)證。這些實(shí)驗(yàn)室包括：西班牙的AT4無線實(shí)驗(yàn)室、韓國(guó)的電信技術(shù)協(xié)會(huì)和中國(guó)的中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院。

　　市場(chǎng)影響

　　WiMAX技術(shù)在全球的應(yīng)用越來越廣泛。Dell’Oro集團(tuán)的分析家預(yù)測(cè)，到2011年，移動(dòng)WiMAX市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將超過50％。全球正在如火如荼進(jìn)行的移動(dòng)WiMAX試運(yùn)營(yíng)和商業(yè)部署證明了這種飛速增長(zhǎng)。歐洲、印度、波多黎各、俄羅斯、韓國(guó)和美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)紛紛開通此類業(yè)務(wù)。此外，許多運(yùn)營(yíng)商正計(jì)劃部署類似的固定系統(tǒng)或努力使移動(dòng)WiMAX設(shè)備通過認(rèn)證。截止到2006年6月，超過200家運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃部署WiMAX或已經(jīng)部署試運(yùn)營(yíng)或商用系統(tǒng)（參見圖1）。




圖1. 本表格由TeleGeography公司提供，突出顯示了近期的部署，其中大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃在亞太地區(qū)部署或試運(yùn)營(yíng)。截止到2006年6月，全球網(wǎng)絡(luò)總數(shù)超過117個(gè)，其中14個(gè)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃在北美部署。

　　WiMAX能夠?yàn)椤白詈笠挥⒗铩睂拵Щヂ?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供價(jià)格更低、更靈活的高性能解決方案，因此在全球得到廣泛部署。以典型的20-MHz通道帶寬部署情況為例。WiMAX產(chǎn)品在近距離可支持65 Mbps的下行鏈路數(shù)據(jù)速率，在9-10千米的距離上可支持16 Mbps的下行鏈路數(shù)據(jù)速率。充足的帶寬和傳輸范圍能夠支持幾百家企業(yè)用戶或數(shù)千個(gè)家庭用戶同時(shí)高速訪問三重播放應(yīng)用（例如提供話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的應(yīng)用）。

　　一些分析家認(rèn)為固定WiMAX注定將像數(shù)字用戶線（DSL）和電纜調(diào)制互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)一樣得到廣泛使用，而另一些分析家則認(rèn)為其真正的發(fā)展?jié)摿υ谟谝苿?dòng)通信。移動(dòng)WiMAX™為當(dāng)前的蜂窩運(yùn)營(yíng)商提供了另一種選擇，運(yùn)營(yíng)商可以使用它來補(bǔ)充城域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)，以提供具有完整特性的多媒體移動(dòng)應(yīng)用（包括音頻、數(shù)據(jù)和視頻）。新的運(yùn)營(yíng)商可以部署該技術(shù)，與蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較。 

　當(dāng)前的挑戰(zhàn)

　　盡管其得到市場(chǎng)越來越多的認(rèn)可，但是許多不利因素仍使WiMAX系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)，包括當(dāng)前需要更大覆蓋范圍、更快數(shù)據(jù)速率和更低價(jià)格的用戶。802.16標(biāo)準(zhǔn)本身也存在問題，使得工程師在系統(tǒng)射頻要求和架構(gòu)方面需要考慮許多不同的因素。WiMAX系統(tǒng)是按時(shí)分雙工（TDD）、頻分雙工（FDD）還是按半雙工FDD部署的？WiMAX系統(tǒng)是基于超外差式還是基于直接轉(zhuǎn)換式射頻架構(gòu)？如果不能有效解決這些挑戰(zhàn)中的任何一個(gè)，都會(huì)妨礙WiMAX的應(yīng)用，并直接關(guān)系到WiMAX產(chǎn)品的成功?，F(xiàn)在面臨的其他部分工程問題還包括： 

　　挑戰(zhàn)：嚴(yán)格的EVM要求

　　802.16標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基于1%的包誤碼率，誤差矢量振幅（EVM）最高為-31 dB。雖然此誤碼率和嚴(yán)格的接收機(jī)噪聲系數(shù)（7 dB最大值）有助于WiMAX實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋范圍，但必須滿足EVM目標(biāo)也有許多問題。例如，這意味著所有的系統(tǒng)模塊都必須具有更好的線性特征，且相位噪聲必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于802.11中的設(shè)計(jì)。相應(yīng)地，苛刻的相位噪聲要求對(duì)合成器有影響，可能需要更長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。 

　　苛刻的EVM要求還對(duì)功率放大器（PA）有影響。在WiMAX系統(tǒng)中，PA必須提供更高的功率、具有更好的線性、能夠處理高峰均功率比（PAPR）――大約10 dB。但因此它們也會(huì)消耗更多的功率，而且效率更低。結(jié)果，我們必須付出相當(dāng)大的努力來開發(fā)更高效、線性度更好的PA，特別是在功耗至關(guān)重要的移動(dòng)應(yīng)用中。 

　　挑戰(zhàn)：接收機(jī)性能

　　802.16標(biāo)準(zhǔn)支持 使用子信道，這意味著基站（BS）可以只通過部分?jǐn)?shù)據(jù)子載波向指定用戶傳送信號(hào)，而不必使用全部192個(gè)數(shù)據(jù)子載波來進(jìn)行傳送。在較少載波上使用相同大小的功率可以擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋范圍，但是由于子載波的間距更小，因此對(duì)相位噪聲和計(jì)時(shí)抖動(dòng)的要求就更高。同樣，必須使用高性能合成器。

　　在移動(dòng)WiMAX接收機(jī)設(shè)計(jì)中增添MIMO功能可能使設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。在移動(dòng)站（MS）中尋找足夠隔離兩個(gè)接收天線的空間非常困難，但對(duì)確保信號(hào)恢復(fù)至關(guān)重要。區(qū)分多個(gè)數(shù)據(jù)流與接受信號(hào)的需求對(duì)處理器提出了更高要求。

　　WiMAX系統(tǒng)依賴多路徑提供非視距（NLOS）覆蓋。系統(tǒng)中使用的接收機(jī)特別容易受到相位噪聲、計(jì)時(shí)抖動(dòng)和頻率失配/同步的影響。鑒于標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于相位噪聲和抖動(dòng)的要求非常嚴(yán)格，這可能對(duì)系統(tǒng)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。通過擴(kuò)大覆蓋范圍和數(shù)據(jù)速率來提高接收機(jī)的性能，將會(huì)有效地解決這一問題。如果接收機(jī)的性能不足，那么WiMAX系統(tǒng)的覆蓋范圍和數(shù)據(jù)速率以及價(jià)格都將會(huì)受到影響。

　　解決方案

　　安捷倫科技公司現(xiàn)在已是WiMAX論壇®主要成員，在2004年11月，安捷倫向市場(chǎng)推出了首款基于WiMAX的解決方案。憑借其創(chuàng)新的技術(shù)、無與倫比的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和杰出的客戶支持能力，安捷倫迅速確立了自己在WiMAX領(lǐng)域中的領(lǐng)先地位。安捷倫擁有很高的市場(chǎng)認(rèn)同度，并且對(duì)WiMAX領(lǐng)域中客戶所遇到的工程難題有很深入的了解。安捷倫將繼續(xù)為市場(chǎng)提供廣泛的解決方案。 

　　安捷倫針對(duì)測(cè)試固定WiMAX和移動(dòng)WiMAX的測(cè)量解決方案可涵蓋產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，從研發(fā)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和預(yù)先一致性到一致性測(cè)試和制造。這些最新的綜合解決方案為工程師們提供部署WiMAX設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)所需的可靠、可重復(fù)和一致的結(jié)果。

　　• 研發(fā)

　　無線連通性技術(shù)將繼續(xù)面對(duì)一系列正在發(fā)展中的標(biāo)準(zhǔn)。然而，產(chǎn)品開發(fā)不能總是等到標(biāo)準(zhǔn)確定下來后才著手開展。為了在這個(gè)過程中給予幫助，安捷倫提供一種完整的綜合研發(fā)設(shè)計(jì)和測(cè)試環(huán)境，包括仿真、表征和測(cè)量工具。例如，用于固定WiMAX和移動(dòng)WiMAX的安捷倫高級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ADS）無線設(shè)計(jì)程序庫(kù)、89601A系列矢量信號(hào)分析（VSA）軟件、PSA系列高性能頻譜分析儀和E6651A移動(dòng)WiMAX測(cè)試儀等，可對(duì)元件和系統(tǒng)性能進(jìn)行分析，因而使WiMAX設(shè)計(jì)成為流線型設(shè)計(jì)（參見圖2）。  


                        
圖2. Agilent 89601A VSA軟件可為固定WiMAX信號(hào)和移動(dòng)WiMAX信號(hào)的評(píng)測(cè)和故障診斷提供全面的WiMAX調(diào)制分析。它能夠在從基帶至11 GHz乃至更高頻率上，以1.25至28 MHz的帶寬測(cè)量WiMAX設(shè)備的各種性能，并支持先進(jìn)的WiMAX特性，例如子信道化。


　　• 設(shè)計(jì)驗(yàn)證與預(yù)先一致性測(cè)試

　　在研發(fā)期間，工程師們必須確認(rèn)他們的設(shè)計(jì)是否符合WiMAX標(biāo)準(zhǔn)。并且，為了保證基站和用戶服務(wù)站符合不同國(guó)家所制定的各種條例，必須對(duì)WiMAX接收機(jī)和發(fā)射機(jī)都進(jìn)行測(cè)試。此時(shí)，WiMAX信號(hào)的生成、檢測(cè)、解調(diào)和故障診斷能力至關(guān)重要。用于802.16 WiMAX軟件的Agilent Signal Studio，支持工程師快速、輕松地配置在元器件和接收機(jī)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和測(cè)試中符合固定和移動(dòng)WiMAX的波形。Agilent ESG矢量信號(hào)發(fā)生器通過提供已校準(zhǔn)的WiMAX測(cè)試信號(hào)來幫助簡(jiǎn)化上述過程（參見圖3）。當(dāng)用于ADS和VSA連接解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)者有一個(gè)虛擬的原型解決方案。安捷倫PSA系列高性能頻譜分析儀也在這個(gè)過程中給予幫助，對(duì)復(fù)雜WiMAX信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)視。此外，E6651A移動(dòng)WiMAX測(cè)試儀、MXA頻譜分析儀和WiMAX設(shè)計(jì)檢驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)也可幫助工程師驗(yàn)證WiMAX設(shè)計(jì)。同時(shí)，這些工具還為設(shè)計(jì)和測(cè)試WiMAX部件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的解決方案。  



圖3. Agilent ESG矢量信號(hào)發(fā)生器具有多種功能，可對(duì)幾乎所有現(xiàn)行和正在評(píng)審的空中接口標(biāo)準(zhǔn)（例如WiMAX）進(jìn)行性能評(píng)測(cè)。與Signal Studio軟件連用，它還能提供預(yù)配置和用戶配置的WiMAX波形，開發(fā)商可在6 GHz頻率時(shí)激勵(lì)WiMAX元件。

　　• 一致性測(cè)試

　　一致性測(cè)試可保證與其他WiMAX設(shè)備的互操作性，并使當(dāng)前用戶享受可靠的最終用戶體驗(yàn)。安捷倫的WiMAX測(cè)試產(chǎn)品結(jié)合了最新的業(yè)界所需的測(cè)量，并構(gòu)建到AT4無線MINT RCT系統(tǒng)中。MINT T2110包括根據(jù)WiMAX CS 103 001測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的基站和用戶站發(fā)射機(jī)和接收機(jī)測(cè)試案例。

　　安捷倫現(xiàn)在還可提供基于Agilent E6651A移動(dòng)WiMAX測(cè)試儀的IEEE 802.16e 2005協(xié)議一致性測(cè)試（PCT）解決方案。利用具有PCT能力的Agilent E6651A移動(dòng) WiMAX測(cè)試儀，設(shè)備開發(fā)商和測(cè)試部門能夠運(yùn)行有效的協(xié)議測(cè)試方案，來驗(yàn)證他們的實(shí)施是否符合WiMAX標(biāo)準(zhǔn)。 

　　• 制造

　　開發(fā)WiMAX接收機(jī)和部件的工程師們需要信號(hào)生成和分析工具，以檢驗(yàn)是否與尚在發(fā)展的WiMAX一致性測(cè)試要求相符合。帶有Signal Studio for WiMAX軟件的Agilent MXG矢量信號(hào)發(fā)生器能提供評(píng)測(cè)所需的基于標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，而Agilent MXA信號(hào)分析儀則能使工程師對(duì)WiMAX信號(hào)進(jìn)行分析。另一些產(chǎn)品如E6651A移動(dòng)WiMAX測(cè)試儀和MXZ-1000 WiMAX制造測(cè)試系統(tǒng)也在這個(gè)過程中給予幫助。同時(shí)，這些解決方案為目前的工程師們提供用于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)境的完整而快速的WiMAX測(cè)試系統(tǒng)。

　　其他的一些安捷倫領(lǐng)先產(chǎn)品包括：

　　• MIMO/第2波測(cè)試支持

　　安捷倫測(cè)量解決方案中對(duì)WiMAX論壇第2波系統(tǒng)提供支持，能夠精確而又經(jīng)濟(jì)高效地測(cè)試移動(dòng)WiMAX產(chǎn)品中的多路輸入多路輸出（MIMO）和其他第2波功能。安捷倫測(cè)量解決方案中特定的第2波增強(qiáng)功能包括：
• 矢量信號(hào)分析（VSA）軟件和Signal Studio軟件――用于下行鏈路、上行鏈路協(xié)作式MIMO的矩陣A和矩陣B信號(hào)，以及創(chuàng)建HARQ猝發(fā)和上行鏈路測(cè)探區(qū)。請(qǐng)注意Signal Studio軟件還可提供對(duì)STC/MIMO的支持，并具有支持波束賦形的上行鏈路探測(cè)和在波形中嵌入MIMO衰減的特性。 
• 移動(dòng)WiMAX測(cè)試儀――新型交互通道標(biāo)準(zhǔn)和MIMO通道測(cè)量，可支持工程師直接通過Tx天線或在衰減之后表征發(fā)射信號(hào)。 

　　• EXA信號(hào)分析儀

　　Agilent EXA可為那些不想影響速度、精度、應(yīng)用范圍或先進(jìn)連通性而又對(duì)預(yù)算較為敏感的工程師提供靈活、可擴(kuò)展的信號(hào)分析。作為業(yè)內(nèi)最快的經(jīng)濟(jì)型信號(hào)分析儀，它能夠使開發(fā)工程師和制造工程師經(jīng)濟(jì)高效地對(duì)新設(shè)計(jì)進(jìn)行故障診斷，增加制造吞吐量，或分析9 kHz至3.6、7.0、13.6和26.5 GHz頻率范圍內(nèi)復(fù)雜的、隨時(shí)間變化的信號(hào)。 


　　結(jié)論

　　WiMAX正試圖使點(diǎn)到多點(diǎn)的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入得以廣泛應(yīng)用，并且該網(wǎng)絡(luò)沒有和配線選件相關(guān)的開銷和距離限制。對(duì)于這種新興技術(shù)和WiMAX應(yīng)用的全面成功來說，物理層信號(hào)的生成、檢測(cè)、解調(diào)和故障診斷能力至關(guān)重要。作為WiMAX測(cè)試和測(cè)量的領(lǐng)先廠商，安捷倫科技將一如繼往地提供各種解決方案，來解決固定和移動(dòng)WiMAX標(biāo)準(zhǔn)所帶來的獨(dú)特挑戰(zhàn)。安捷倫科技曾經(jīng)向市場(chǎng)推出首款基于研發(fā)的WiMAX解決方案，現(xiàn)在安捷倫是WiMAX論壇的主要成員。其測(cè)量解決方案目前已用于WiMAX認(rèn)證測(cè)試中。

　　安捷倫的創(chuàng)新解決方案在幫助WiMAX市場(chǎng)的壯大方面起著關(guān)鍵作用，同時(shí)，其豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)使它能夠預(yù)見到任何可能產(chǎn)生的設(shè)計(jì)難題。隨著市場(chǎng)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，安捷倫將繼續(xù)對(duì)WiMAX提供支持，不斷開發(fā)和推出新的解決方案。