WiMAX技術(shù)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析

WiMAX技術(shù)實(shí)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(jì)及設(shè)備研發(fā)的各個(gè)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(yùn)營商KT已經(jīng)正式商用移動WiBro；美國運(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(xiǎn)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(shí)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(jì)，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(shí)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(shí)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(gè)子載波OFDM方式的通用技術(shù)來實(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的低延遲，并通過集中調(diào)度方式來支持時(shí)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(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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)的技術(shù)能力。IMS作為NGN會話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)平臺來承載各種上層業(yè)務(wù)，而且IMS所實(shí)現(xiàn)的采用SIP協(xié)議及與接入無關(guān)性的特點(diǎn)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(yùn)營商自身網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段性上，IMS具體技術(shù)實(shí)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(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(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(jì)費(fèi)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(shí)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(shí)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(shí)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?cái)U(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(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。