WiMAX與McWiLL技術的分析與比較

隨著互聯(lián)網和多媒體業(yè)務的迅猛發(fā)展，人們對帶寬的需求越來越大，并且迫切要求終端設備能夠實現(xiàn)自由移動。但傳統(tǒng)的接入技術難以同時滿足寬帶和移動兩方面的技術要求，為此業(yè)界開發(fā)了寬帶無線接入技術。這種技術以其低廉的成本、高的傳輸速率和方便、快捷、靈活的接入方式，受到人們的越來越多的關注。在我國， WiMAX和McWiLL是最具代表性和最具發(fā)展?jié)摿Φ膬煞N無線接入技術，可為用戶提供高速上網、視頻點播、 VoIP、在線游戲以及移動辦公等多種業(yè)務，滿足人們隨時隨地的業(yè)務需求，因此有著廣闊的應用前景。

1、WiMAX技術

WiMAX全稱為全球微波接入互操作性，是基于IEEE 802.16標準的一項無線城域網技術，可提供最后一公里的固定和移動寬帶無線接入。目前已經發(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頻段的固定無線接入系統(tǒng)空中接口的物理層（ PHY）和媒質接入層（MAC） 進行規(guī)范[1]，是目前最成熟和最具實用性的一個標準；而802.16e標準（發(fā)布名稱為IEEE 802.16-2005）則是為了支持移動性而制定的標準，它增加了對小于6GHz許可頻段移動無線接入的支持，支持用戶站以120km/h的車輛速度移動[2]，支持基站或扇區(qū)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技術也將逐步被完善。

WiMAX技術支持ATM和IP兩種數(shù)據(jù)接口，主要應用于高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務，但它同時也支持語音、視頻等多媒體業(yè)務的傳輸。802.16d系統(tǒng)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“最后一公里”瓶頸的有效手段。而802.16e系統(tǒng)在5MHz的信道帶寬下，也可以實現(xiàn)15Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，它的典型覆蓋范圍為幾公里。

2、McWiLL技術

多載波無線信息本地環(huán)（McWiLL，Multi_Carrier Wireless Information Local Loop），是我國自主開發(fā)的寬帶無線接入技術。McWiLL技術源于同步碼分多址（SCDMA）技術，是在SCDMA技術基礎上的演進和革新。早期 R1～R3版本的SCDMA系統(tǒng)屬于窄帶SCDMA技術體系，主要側重于語音通信，同時兼顧低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務，而后從2003年開始，McWiLL技術開始研發(fā)，目前開發(fā)的McWiLL系統(tǒng)主要包括R4和R5兩個版本，其中R4版本主要應用于固定無線接入系統(tǒng)，針對的是高速傳輸?shù)膶拵?shù)據(jù)業(yè)務，并且已經獲得了試驗頻段分配。而R5版本的McWiLL則定位于高速移動無線接入系統(tǒng)，支持120km/h的終端移動速度和漫游、切換等功能，同時支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務和高效語音業(yè)務，并且針對我國現(xiàn)有的電信業(yè)務模式，專門定義了用于語音承載的物理信道和資源控制單元，目前此版本已經進入到系統(tǒng)測試階段。

McWiLL系統(tǒng)是完全基于IP分組交換的寬帶無線系統(tǒng)，采用宏蜂窩網絡結構[3]，覆蓋半徑可達10～50km，典型市內覆蓋半徑1～3km，可以實現(xiàn)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(tǒng)的最大凈荷吞吐量可達8Mbit/s，終端最大峰值數(shù)據(jù)速率3Mbit/s，而R5系統(tǒng)的基站凈荷吞吐量可達15Mbit/s，終端最大峰值數(shù)據(jù)速率為5Mbit/s。

3、WiMAX和McWiLL技術的分析與比較

WiMAX和McWiLL既有很多相似點，又存在差異，表1給出了它們的主要技術特征。本文主要對兩種接入技術的物理層和媒質訪問層進行詳細的分析與比較。

表1　McWiLL與WiMAX技術特征



3.1　物理層技術比較

（1）使用頻率和調制技術方面。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(guī)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個子載波的OFDM調制；OFDMA物理層則采用2048個子載波的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線接入系統(tǒng)，而OFDMA物理層則主要應用于移動無線接入系統(tǒng)。并且為了支持移動性，802.16e標準還對OFDMA物理層進行了擴展，支持128、256、512、1024、 2048個子載波的OFDM調制，以適應各地區(qū)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，在用戶稀疏的農村地區(qū)用 400MHz的McWiLL系統(tǒng)建設低密度大面積覆蓋的“薄網”，而在用戶稠密的城市地區(qū)用1800MHz或3300MHz的McWiLL系統(tǒng)建設高容量的“稠網”，用戶可以使用多頻終端在城市與農村之間無縫切換，從而最大限度提高網絡利用率，降低網絡建設成本。R4版本McWiLL系統(tǒng)的物理層采用多載波同步碼分多址（MC-SCDMA）技術，它克服了傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)面對無線寬帶數(shù)據(jù)傳輸時因擴展頻譜而引起的碼間干擾問題，是并行傳輸FDM技術 和 CDMA技術的有效融合；而R5版本的McWiLL系統(tǒng)則采用先進的碼擴正交頻分多址（CS-OFDMA）技術，它先對調制符號進行碼擴處理，即將每個符號做8倍的擴頻，然后再做OFDMA調制，由于每個符號在頻域上實現(xiàn)了擴頻，因此可以有效對抗時域的瞬時干擾或時間選擇性衰落，并且由于碼擴處理將每個符號的能量分到了整個信道的頻帶內，因此在接收端還可以實現(xiàn)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，且必須支持動態(tài)頻率選擇（DFS）技術。采用TDD雙工模式時，系統(tǒng)上下行子幀的劃分是動態(tài)調整的，可由特定的系統(tǒng)參數(shù)來控制，支持2～20ms的幀長設計。而對于 McWiLL系統(tǒng)，則只設計采用TDD雙工模式，幀長固定為10ms，且包含8個時隙，上下行時隙個數(shù)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方式進行接入。CS- OFDMA技術利用了SCDMA和OFDMA各自的優(yōu)點，有機地將OFDMA、TDMA和SCDMA技術融合在一起，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）和混合自動重傳請求（HARQ）等鏈路自適應技術。

（5）空間處理技術方面。WiMAX和McWiLL的物理層也都支持自適應天線系統(tǒng)（AAS）、多入多出（MIMO）等多天線技術，但 WiMAX采用動態(tài)頻率選擇技術（DFS）來減小頻率間干擾，而McWiLL則采用空間零陷和動態(tài)信道分配等來增強智能天線的抗干擾能力，并且這些處理算法可以完全通過軟件無線電來實現(xiàn)。

3.2　MAC技術比較

（1）業(yè)務的QoS方面。WiMAX系統(tǒng)MAC的最大特點是面向連接，所有SS的數(shù)據(jù)傳輸以及與此相關聯(lián)的QoS要求，都是基于連接來實現(xiàn)的。高層到達的數(shù)據(jù)包依據(jù)一定規(guī)則將被映射到某一連接上，并由一個16bit的連接標識符（CID）唯一標識，針對此連接，系統(tǒng)可以設置不同的QoS參數(shù)，包括速率、時延、時延抖動等指標。為了更好地控制上行帶寬的分配，WiMAX系統(tǒng)定義了4種不同的調度模式，分別為主動帶寬授予（UGS），周期性地分配固定長度的帶寬以支持恒比特率傳輸，如E1/T1，VoIP等業(yè)務；實時輪詢業(yè)務（rtPS），周期性地分配可變長度的上行帶寬，如MPEG視頻業(yè)務等；非實時輪詢業(yè)務（nrtPS），不定期地分配可變長度的上行帶寬，如數(shù)據(jù)下載等；盡力而為業(yè)務（BE），盡可能地利用空中資源來傳送數(shù)據(jù)，如網頁瀏覽等。此外，為了提高帶寬使用效率，802.16e增加定義了擴展的實時輪詢業(yè)務（ErtPS）類型，BS將像UGS一樣主動為其提供單播授權，分配可變長度的上行帶寬，如帶有靜默壓縮的VoIP業(yè)務等。McWiLL系統(tǒng)同樣也具備較完整的QoS機制，定義了實時、高級、盡力的3種業(yè)務調度類型，可以提供基于業(yè)務的等級服務。根據(jù)包頭的指示字段，McWiLL將所有業(yè)務劃分為8個不同的優(yōu)先級，基站根據(jù)優(yōu)先級來決定數(shù)據(jù)的發(fā)送順序。為了實現(xiàn)不同業(yè)務的不同QoS， McWiLL系統(tǒng)還提供了64種服務腳本，這些腳本規(guī)定了最小、最大用戶上下行速率、最大和平均隊列大小、擁 塞控制等參數(shù)。

（2）對語音業(yè)務的支持方面。與WiMAX相比，McWiLL系統(tǒng)MAC層的最大特點是實現(xiàn)了語音與數(shù)據(jù)業(yè)務的融合設計，在承載寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務的同時，充分考慮了對窄帶語音的支持。WiMAX系統(tǒng)中，語音業(yè)務是以VoIP方式傳輸?shù)模瑓f(xié)議棧采用包頭加語音凈荷的結構，包頭開銷很大，傳輸效率很低。對此，McWiLL單獨設計了專用于語音業(yè)務的物理承載信道，該信道的帶寬分配顆粒度為8kbit/s，一個信道最小可以承載單路G.729編碼的語音媒體流。系統(tǒng)目前支持G.729編碼（8kbit/s）和G.711編碼（64kbit/s）兩種編碼速率，并通過專門設計的語音接入控制模塊（VAC）對 G.729編碼和G.711編碼的語音業(yè)務進行分配，這加快了信令的交互過程，因此提高了效率。McWiLL也支持標準的VoIP方式語音接入。

（3）例如在切換機制方面。McWiLL技術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）組網方式方面。McWiLL系統(tǒng)采用宏蜂窩組網方式，而WiMAX除了可以采用蜂窩方式組網以外，也支持Mesh組網方式。

4、結論

目前，加入WiMAX論壇的世界知名廠商已超過了400家，而加入SCDMA聯(lián)盟的廠商卻只有少數(shù)的幾個國內企業(yè)，并且WiMAX技術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，技術成熟進程加快，目前基于802.16d標準的固定WiMAX系統(tǒng)已在世界許多國家得到了成功應用，基于802.16e標準的移動WiMAX也正得到大力發(fā)展，現(xiàn)已有多款移動WiMAX基帶芯片推出。但McWiLL也不是沒有商機可用，首先，SCDMA技術的開發(fā)歷程較長，窄帶SCDMA系統(tǒng)已有多年的成功商用經驗，而定位于移動接入的McWiLL系統(tǒng)從開始起就以高目標進行設計，如今它已得到長足發(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，已成為信息產業(yè)科技發(fā)展“十一五”規(guī)劃的重要扶植對象，因此只要抓住機遇，創(chuàng)新發(fā)展，擴大產業(yè)規(guī)模，McWiLL完全有能力成為中國繼TD-SCDMA之后的又一個具有自主知識產權的無線通信技術標準。