WiMAX技術(shù)透視

WiMAX以其傳輸速率高、建網(wǎng)速度快、建設(shè)成本低、覆蓋面積廣、頻譜利用率高等特點(diǎn)受到全球眾多廠商的追捧，今年10月底入圍3G標(biāo)準(zhǔn)更是給WiMAX的商用鋪平了道路。本期專題圍繞WiMAX技術(shù)演進(jìn)、商用關(guān)鍵問題、國內(nèi)運(yùn)營商組網(wǎng)模式、設(shè)備認(rèn)證測試動(dòng)態(tài)等幾大熱點(diǎn)話題，解析WiMAX進(jìn)入3G標(biāo)準(zhǔn)行列之后具體的技術(shù)演進(jìn)和現(xiàn)實(shí)問題，并推薦優(yōu)秀的WiMAX解決方案供業(yè)界參考。

背景介紹

一般在文獻(xiàn)中，名詞WiMAX與IEEE802.16可通用。但實(shí)際上WiMAX與IEEE802.16存在一定區(qū)別。WiMAX基于IEEE802.16協(xié)議族，包含多個(gè)協(xié)議，如圖1所示。其中主流的標(biāo)準(zhǔn)有: IEEE 802.16-2004, 它由IEEE于2004年通過，采用2~66GHz頻段，支持多種QoS優(yōu)先級(jí)。802.16d涵蓋了802.16-2001至802.16a標(biāo)準(zhǔn)，是相對(duì)成熟的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。為了更好地支持移動(dòng)性，提供移動(dòng)寬帶接入，IEEE于2005年底通過、并在2006年2月發(fā)布了802.16e（IEEE 802.16-2005）規(guī)范。協(xié)議對(duì)802.16d協(xié)議OFDMA（正交頻分復(fù)用接入） PHY進(jìn)行了擴(kuò)展和改進(jìn)，同時(shí)在MAC層增加了切換流程和信令支持，通常認(rèn)為802.16d使用OFDM-PHY規(guī)范，802.16e使用OFDMA-PHY規(guī)范。IEEE 802.16j，是移動(dòng)多跳中繼（MMR）系統(tǒng)規(guī)范，用于擴(kuò)大覆蓋范圍，提高系統(tǒng)容量，負(fù)載均衡等用途，預(yù)計(jì)于2008年發(fā)布。IEEE 802.16m是以ITU-R所提的4G規(guī)格做為目標(biāo)來制定的，目前已初步完成技術(shù)需求文件。

圖1 802.16協(xié)議族

物理層關(guān)鍵技術(shù)

WiMAX所采用的MIMO-OFDM/OFDMA是公認(rèn)的下一代無線通信的基石。OFDM也稱正交頻分復(fù)用，其基本原理是將高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行的低速數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)流交織編碼調(diào)制到正交的子信道上進(jìn)行傳輸，因此頻譜利用率高。OFDMA又稱正交頻分復(fù)用多址，它能夠通過下行鏈路復(fù)用傳輸?shù)蕉鄠�(gè)用戶，上行鏈路多址接入多個(gè)子信道，從而進(jìn)一步提高頻譜利用率。此外，OFDMA可以靈活地適應(yīng)帶寬要求，并通過固定子載波頻率間隔和符號(hào)時(shí)間，減少對(duì)上層的影響。

在3G標(biāo)準(zhǔn)中，WCDMA和cdma2000只支持FDD，TD-SCDMA只支持TDD，而WiMAX可以支持TDD和FDD。但移動(dòng)WiMAX的最初標(biāo)準(zhǔn)將只支持TDD，隨后會(huì)考慮用FDD來適應(yīng)不同國家電信體制要求。雖然TDD要求系統(tǒng)同步，但TDD能夠有效支持非對(duì)稱業(yè)務(wù)，利用上下行信道的信息對(duì)稱性更好地支持鏈路自適應(yīng)、MIMO和其他閉式環(huán)路技術(shù)。

此外，WiMAX還采用了自適應(yīng)調(diào)制和編碼（AMC）、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）及快速信道反饋（CQICH）等技術(shù)，可以得到有效的信道干擾噪聲比，計(jì)算出MIMO天線選擇和資源分配，使信道信息的計(jì)算可以更加準(zhǔn)確，并提高系統(tǒng)容量、擴(kuò)大覆蓋范圍。

MAC層關(guān)鍵技術(shù)

802.16標(biāo)準(zhǔn)建立的初衷是為了傳播寬帶語音、數(shù)據(jù)、視頻流業(yè)務(wù)。因此在同一信道上，MAC層不但要支持高峰值速率要求的突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)還要支持視頻流以及時(shí)延敏感的語音業(yè)務(wù)。MAC調(diào)度業(yè)務(wù)是為了能夠有效利用資源，把寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在時(shí)變寬帶無線信道上傳輸。其中快速數(shù)據(jù)調(diào)度、上下行調(diào)度、動(dòng)態(tài)資源分配、面向QoS和頻率選擇性調(diào)度等特性保證了WiMAX能夠服務(wù)于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

WiMAX可以滿足不同業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求。在WiMAX的MAC層中，QoS參數(shù)定義了該業(yè)務(wù)流的傳輸順序和調(diào)度優(yōu)先級(jí)，從而保證了空口的精確控制。業(yè)務(wù)流參數(shù)可以通過MAC層消息動(dòng)態(tài)請(qǐng)求分配資源。

技術(shù)亮點(diǎn)

智能天線技術(shù)一般涉及到在多個(gè)天線上復(fù)向量或矩陣的計(jì)算，而復(fù)向量均衡器不能夠抵抗頻率選擇性衰落，因此OFDMA可以很好地支持智能天線。可支持的智能天線技術(shù)包括波束賦形（Beamforming）、空時(shí)碼（STC）、空間復(fù)用。

WiMAX可支持頻率復(fù)用因子為1的頻率復(fù)用。但是這樣會(huì)引起小區(qū)邊緣用戶的高信道間干擾（CCI），從而降低其服務(wù)質(zhì)量。部分頻率復(fù)用（FFR）可以使小區(qū)邊緣的用戶只占據(jù)部分頻譜，從而避免了CCI，提高小區(qū)邊緣性能。

多播廣播業(yè)務(wù)（MBS）聯(lián)合了DVB-H，MediaFLO和3GPPE-UTRA的最佳特性，能夠使用單頻率網(wǎng)（SFN）實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率和覆蓋、靈活分配資源、節(jié)能、支持音頻視頻等數(shù)據(jù)廣播以及低的信道切換時(shí)間。

技術(shù)難點(diǎn)

OFDM系統(tǒng)具有較高的PAR，從而對(duì)PAR抑制技術(shù)提出了較高的要求，對(duì)功放、動(dòng)態(tài)范圍、AD/DA的設(shè)計(jì)都提出了更高的要求。WiMAX對(duì)基帶和中射頻設(shè)計(jì)也都提出了較高的需求，使得終端復(fù)雜度提高。

MIMO技術(shù)在蜂窩無線通信系統(tǒng)中的性能，需要在外場測試和現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行過程中進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化完善。此外，單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)需要通過外場測試和現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行來進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，部分頻率復(fù)用實(shí)現(xiàn)機(jī)制也需要驗(yàn)證和優(yōu)化。

WiMAX的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、空口技術(shù)規(guī)范已經(jīng)較完備，但網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面的協(xié)議規(guī)范還在制訂中。