WiMAX性能、業(yè)務和產(chǎn)業(yè)發(fā)展

摘要　WiMAX是當前的技術(shù)熱點之一，已經(jīng)成為IT廠商與傳統(tǒng)移動通信設備廠商競爭的又一焦點。本文從性能、業(yè)務和產(chǎn)業(yè)發(fā)展3個維度對WiMAX發(fā)展中存在的一些問題進行分析與探討。

在2007年6月初國際電信聯(lián)盟（ITU）日本京都會議上，WiMAX技術(shù)順利地通過了工作組級別的討論，如果在下一級別研究組沒有不同意見，WiMAX將正式成為3G標準之一。伴隨WiMAX產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種技術(shù)、市場的爭議一刻也沒有停止。本文將從性能、業(yè)務和產(chǎn)業(yè)發(fā)展3個方面對WiMAX發(fā)展中存在的一些問題進行分析。

根據(jù)Intel的資料顯示，802.16d（802.16-2004）CPE（用戶駐地網(wǎng)設備終端）成本已經(jīng)降到100美元以下，但與ADSL CPE相比價格仍然太高，在寬帶接入市場并不具有競爭優(yōu)勢。伴隨802.16e（802.16-2005）的快速發(fā)展，802.16d的機會窗口越來越小，作者贊同“802.16e將逐步取代802.16d”的觀點，因此本文重點探討移動WiMAX（802.16e）的發(fā)展前景。

1、移動WiMAX覆蓋能力

工作頻率對無線移動通信系統(tǒng)的發(fā)展具有決定性意義，WiMAX論壇建議WiMAX工作在2.3 GHz、2.5 GHz和3.5 GHz 3個頻段[1]，由于3.5 GHz頻率太高、非視距通信能力較差，建網(wǎng)成本過高，所以3.5 GHz并不適合大規(guī)模蜂窩組網(wǎng)。對于頻率分配進展，本文將在§3做重點分析，因此本節(jié)暫不考慮由于頻率問題產(chǎn)生的性能差異。下面以HSDPA（高速下行鏈路分組接入）為參考，通過鏈路預算，重點分析移動WiMAX的覆蓋能力。

鏈路預算是移動WiMAX無線網(wǎng)絡規(guī)劃中必不可少的部分，通過鏈路預算可以初步了解規(guī)劃區(qū)內(nèi)小區(qū)半徑、所需基站數(shù)和站址的分布。由于WiMAX空中接口采用了OFDMA（正交頻分多址接入）技術(shù)，與GSM、CDMA蜂窩系統(tǒng)的鏈路預算有很大的不同，本節(jié)以HSDPA為參考，重點分析移動WiMAX下行最大鏈路損耗。由于篇幅限制，本文重點討論WiMAX引入的新增鏈路參數(shù)項。假設二者均工作在2.1 GHz頻段，系統(tǒng)參數(shù)見表1。

表1　系統(tǒng)參數(shù)

（1）基站發(fā)射功率

WiMAX業(yè)務信道功率分配如表2，數(shù)據(jù)子載波功率29.31 dBm。假設HSDPA最大功率比為30%，則二者發(fā)射功率差值為24.46 dB。

表2　基站發(fā)射功率分配

（2）終端/移動臺接收靈敏度

為了評估小區(qū)最大覆蓋能力，假設二者均采用QPSK 1/2編碼調(diào)制方式，設備參數(shù)、線纜損耗、解調(diào)參數(shù)、穿透損耗均相同。WiMAX采用OFDM（正交頻分復用）技術(shù)，子載波間隔非常小，而HSDPA是采用擴頻調(diào)制技術(shù)的寬帶通信技術(shù)，由于帶寬的差異，導致接收機噪聲功率相差25.45 dB（見表3）。

表3　接收靈敏度對比

（3）增益與余量對比

HSDPA為寬帶擴頻通信系統(tǒng)，擴頻增益為12.04 dB；WiMAX采用OFDMA技術(shù)，沒有擴頻增益，但為了提高覆蓋性能，對于低階調(diào)制方式，802.16-2005規(guī)定可以采用2次、4次、6次重傳，則其重傳增益分別為3 dB、6 dB、7.8 dB。

由于HSDPA為CDMA自干擾系統(tǒng)，干擾余量一般取2.5 dB，同等條件下WiMAX干擾余量為2 dB。

二種系統(tǒng)在下行均為TDD（時分雙工）模式，切換方式為硬切換，所以切換增益均為0，沒有差異。

系統(tǒng)最大允許路徑損耗見公式（1）：

最大允許路徑損耗=系統(tǒng)增益+∑增益-∑損耗　（1）

基于上述分析，移動WiMAX與HSDPA的下行最大允許路徑損耗差值為2.8 dB，其主要原因是HSDPA具有較大的擴頻增益。但是需要說明的是，上述分析WiMAX系統(tǒng)沒有采用MIMO（多輸入多輸出）、AAS（先進天線系統(tǒng)）、STC（空時編碼）等新的無線通信技術(shù)，一般條件下2×2MIMO會帶來3 dB的增益，8天線AAS會帶來約9 dB的賦形增益，STC也會帶來3 dB的編碼增益。因此，WiMAX要成為一種移動通信標準，其覆蓋并不是主要問題，主要是容量受限。

2、WiMAX的語音業(yè)務能力

WiMAX由一種寬帶無線接入技術(shù)演變而來，具有較高的數(shù)據(jù)速率吞吐量，其數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務能力已經(jīng)在韓國等地得到驗證，WiMAX作為3G數(shù)據(jù)業(yè)務的補充能力基本得到業(yè)界認可，下面重點分析802.16e支持的VoIP業(yè)務能力。WiMAX可以提供具有QoS質(zhì)量保證的VoIP業(yè)務，這已經(jīng)在802.16d商用產(chǎn)品中得到驗證。根據(jù)802.16d試驗測試情況。在3.5 GHz頻段3.5 MHz FDD模式、視距條件下系統(tǒng)最大可以支持50路G.711（64 kbit/s）編碼語音。但移動通信系統(tǒng)要比PMP（點到多點）復雜得多，時延、切換、業(yè)務的連續(xù)性等問題均需要得到有效解決，而WiMAX在這些方面仍然很不成熟。移動WiMAX的高頻譜效率與數(shù)據(jù)吞吐量為提升VoIP用戶數(shù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但在設備的具體實現(xiàn)上仍存在許多問題，其主要影響因素包括：

●信令開銷，WiMAX的信令開銷隨用戶數(shù)的發(fā)展線性增加；

●信源編碼效率；

●功率、符號等資源；

●調(diào)度算法的影響，語音是高時延敏感業(yè)務，也許系統(tǒng)資源足夠，但由于系統(tǒng)調(diào)度算法的影響，而不能充分使用全部資源。

目前關(guān)于WiMAX的研究非常多，參考文獻[2]為IMT-2000中國仿真工作組的仿真，仿真條件為10 MHz帶寬TDD（時分雙工）模式、1×3×1頻率復用、AMR語音編碼、上下行比例1:1，仿真結(jié)果為：下行VoIP容量為80用戶/扇區(qū)；上行VoIP容量為100用戶/扇區(qū)。此時下行受限，最大用戶數(shù)為80用戶/扇區(qū)。由于移動通信系統(tǒng)主要是上行受限，上述仿真結(jié)果仍可以進一步優(yōu)化，通過調(diào)整上下行符號的分配比可以進一步提升系統(tǒng)容量。而在參考文獻[3]中，在相似條件下，Intel的仿真結(jié)果為每扇區(qū)最大用戶數(shù)高達175個，二者的差異非常大。為了解決VoIP效率問題，業(yè)界提出了許多改進方法，如包頭壓縮技術(shù)、新的編碼技術(shù)、新的資源調(diào)度算法等。相對于802.16d，802.16e在標準方面也進行了改進，新增了ERTPS QoS機制，其支持變速率編碼和靜默壓縮。可以節(jié)省上行資源。與UGS、RTPS相比，VoIP容量可以提升21%以上。截至目前，業(yè)界對移動WiMAX的VoIP容量仍然沒有達成共識。移動WiMAX能支持的最大用戶數(shù)需要在組網(wǎng)條件下進行測試和驗證，目前尚缺乏可信的試驗數(shù)據(jù)。韓國版WiMAX-WiBRO在2006年4月正式商用，市場拓展不理想，主要是業(yè)務模式與市場策略問題，但是業(yè)務提供與技術(shù)能力是二個不同的概念，作者認為移動WiMAX的高頻譜效率為高語音容量提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但網(wǎng)絡實際性能取決于標準和設備實現(xiàn)，而標準的完善、設備的成熟需要時間。

3、產(chǎn)業(yè)問題探討

（1）WiMAX屬于3G還是4G

要明確WiMAX屬于3G還是4G，首先必須明確劃分標準，是以速率、業(yè)務、出現(xiàn)時間，還是以核心技術(shù)為劃分標準，不同的維度會有不同的結(jié)論。在ITU中3G被稱為IMT-2000，定義為基于CDMA或TDMA技術(shù)的空中接口，而WiMAX空中接口采用的是OFDMA，從這個角度分析WiMAX不屬于3G。2007年6月在京都會議上ITU工作組已經(jīng)同意WiMAX加入IMT-2000，在2007年底的WRC07大會后將會給出一個明確答案。因此，目前的答案是“WiMAX是IMT-2000候選技術(shù)之一”。對WiMAX與3G的關(guān)系，WiMAX論壇的態(tài)度也在發(fā)生微妙的變化，初期定位于無線互聯(lián)網(wǎng)，做3G的互補，現(xiàn)在宣稱融合。對4G，ITU目前還沒有定義，僅是一種市場宣傳。

（2）WiMAX的定位

這也是一個比較模糊的概念，需要明確是技術(shù)定位還是市場定位�；�本結(jié)論是“WiMAX是IMT-2000候選技術(shù)之一”。目前業(yè)界爭議比較多的是市場定位，WiMAX是3G補充還是3G的替代者，從業(yè)務角度分析，其實質(zhì)就是WiMAX是否提供語音業(yè)務。作者認為仍然需要從技術(shù)和市場2個角度分析。從技術(shù)分析，WiMAX可以提供具有QoS保證的語音，并已經(jīng)得到驗證，因此，這一問題就歸結(jié)為一個市場發(fā)展問題，其實質(zhì)是運營商是否采用WiMAX做語音解決方案問題。運營企業(yè)選擇技術(shù)的關(guān)鍵是要在保證服務質(zhì)量的前提下降低運營成本，網(wǎng)絡融合可以降低網(wǎng)絡建設與運維成本。要降低網(wǎng)絡建設成本，仍需要從技術(shù)和市場二個維度分析。WiMAX采用OFDMA技術(shù)，有效提高了頻譜效率，在同等技術(shù)條件下每比特成本更低，即OFDMA技術(shù)為WiMAX降低運營成本提供了可能性。但是，技術(shù)優(yōu)勢并不等于設備價格優(yōu)勢。影響設備成本的關(guān)鍵因素是市場規(guī)模，設備成本與市場規(guī)模成反比。以中國市場為例，中國移動通過集中采購，大大降低了GSM設備價格，目前GSM每線成本僅相當于CDMA每線成本的三分之一。因此，WiMAX的技術(shù)定位是清晰的，技術(shù)的演進趨勢也是明晰的，但市場仍處于發(fā)展階段，在移動通信發(fā)達的國家，移動WiMAX將成為現(xiàn)有網(wǎng)絡（GSM/CDMA）的補充，在一些發(fā)展中國家，移動WiMAX為新興運營商提供了機會。如果WiMAX成為3G標準之一，WiMAX與CDMA技術(shù)的關(guān)系將進一步明確，WiMAX與3C互補的討論也將成為假命題。

（3）WiMAX的頻率問題

頻率對移動通信技術(shù)的發(fā)展具有決定性影響，頻率的分配往往代表了政府的態(tài)度與看法，也是不同利益集團博弈的結(jié)果。由于WiMAX得到了美國、英國、澳大利亞等多數(shù)國家的支持，作者對WiMAX成為“IMT-2000”一員持樂觀態(tài)度，認為其頻率問題將會得到有效解決，2007年底形勢將會趨于明朗。由于眾所周知的原因，中國目前持保留態(tài)度，但這個問題仍有解決的辦法。由于WiMAX同時支持FDD（頻分雙工）模式，因此，在中國FDD WiMAX也許是一個潛在的選項。

4、結(jié)語

移動WiMAX的發(fā)展不僅僅是技術(shù)問題，市場的因素更為重要。作者認為目前影響WiMAX發(fā)展的關(guān)鍵因素是市場與業(yè)務模式，這也是困擾3G發(fā)展的共性問題。3G的CDMA陣營以多媒體通信為賣點，但根據(jù)和記黃埔的市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)在歐洲3G市場吸引用戶的主要原因是便宜的語音。現(xiàn)階段WiMAX的發(fā)展類似于20世紀90年代中期的IS-95，作者認為WiMAX就是一種3G技術(shù)，在具有技術(shù)的先進性同時產(chǎn)業(yè)化進程又相對滯后。市場定位取決于市場啟動時間點。以中國市場為例，20世紀90年代初期市場選擇GSM，2000年運營商希望選擇cdma2000，2005年運營商希望選擇WCDMA，2010年市場又會選擇誰?CDMA產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾次兼并重組，CDMA廠家已經(jīng)屈指可數(shù)，與GSM時代的繁榮形成鮮明對比。由于CDMA產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不健壯，沒有使價值鏈上的各廠家實現(xiàn)共贏，因此，作者認為CDMA的機會窗口越來越小。同時，作者認為移動通信技術(shù)已經(jīng)進入一個新的發(fā)展階段，其標志就是OFDM和MIMO，它們代表了當前無線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。從全球的視野分析，采用積極的產(chǎn)業(yè)政策，順勢而為，方能真正維護中國通信產(chǎn)業(yè)的整體利益。

參考文獻

1　WiMAX Forum. Mobile system profile release 1.0 approved specification（revision 1.2.2），2006-11-17

2　Chinese evaluation group（CHEG）evaluation report on proposed six terrestrial radio interface for IMT-2000，www.itu.int

3　Mobile WiMAX VoIP capacity system level simulations，www.wimaxforum.org

4　IEEE P802.16e/D6.Standard for local and metropolitan area networks part 16：air interface for fixed and mobile broadband wireless access systems，amendment for physical and medium access control layer for combined fixed and mobile operation in licensed bands，F(xiàn)ebruary 2005