WiMax系統(tǒng)階段性發(fā)展思考

摘要　WiMax在技術(shù)上的優(yōu)勢已經(jīng)被業(yè)界認可，其商用進程也逐漸展開。但是任何新技術(shù)的引入都會帶來各種問題，技術(shù)和市場定位相互協(xié)調(diào)才能推動WiMax的發(fā)展，本文對WiMax的定位以及發(fā)展中面臨的問題進行了深入探討。

1、引言

作為新的寬帶無線接入系統(tǒng)，WiMax具有比以往無線接入系統(tǒng)更為強大的能力，比如對移動性的支持，對QoS的支持，基于IP的架構(gòu)等，諸多特性使人們對它充滿了期待，但這些特性是否是WiMax制勝之寶還不能最后確認。為WiMax找到正確的市場定位，制定合理的階段性發(fā)展策略是當(dāng)前WiMax發(fā)展應(yīng)該思考的問題。

早期的寬帶無線接入系統(tǒng)以LMDS（本地多點分配系統(tǒng)）、MMDS（多信道多點分配系統(tǒng)）和WLAN（無線局域網(wǎng)）為代表。LMDS和MMDS提供寬帶數(shù)據(jù)、語音、多媒體等綜合業(yè)務(wù)的無線承載，但這兩種系統(tǒng)都要求視距傳輸環(huán)境，特別是LMDS系統(tǒng)，由于工作于毫米波頻段，受天氣影響較大，同時，2種系統(tǒng)都不存在統(tǒng)一的電信標(biāo)準(zhǔn)，沒有形成完整牢固的產(chǎn)業(yè)鏈。

WLAN與上面兩者最大的不同不僅在于其采用了OFDM（正交頻分多路復(fù)用）傳輸技術(shù)，更在于嚴密完整的標(biāo)準(zhǔn)化工作和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的推動，特別是Intel將其內(nèi)嵌于筆記本中，使其規(guī)模應(yīng)用明確定位于無線互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用。同時WLAN架構(gòu)簡單，建設(shè)方便，產(chǎn)品和業(yè)務(wù)價格便宜，吸引了移動電信運營商的注意力，嘗試將WLAN與蜂窩網(wǎng)結(jié)合。蜂窩網(wǎng)實現(xiàn)廣域覆蓋，以提供語音業(yè)務(wù)為主，WLAN實現(xiàn)熱區(qū)覆蓋，以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。

在相同的IEEE802委員會管理之下，WiMax在技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化工作、產(chǎn)業(yè)論壇推動等方面都與WLAN有一定相似性。2006年WiMax系統(tǒng)從研究進入到商用，面對市場的檢驗，技術(shù)的優(yōu)越性如何體現(xiàn)在于其正確的定位以及技術(shù)與定位之間的相互協(xié)調(diào)發(fā)展。

2、IEEE802.16工作組和WiMax論壇的目前工作狀態(tài)

IEEE802.16工作組已經(jīng)發(fā)布了IEEE802.16-2004和IEEE802.16e-2005 2個空中接口標(biāo)準(zhǔn)，分別定義了固定和移動場景下的空口PHY（物理層協(xié)議）和MAC（媒體接入控制）標(biāo)準(zhǔn)，其主體工作已經(jīng)完成，目前在針對移動MIB（管理信息庫）、一致性測試規(guī)范、管理平面流程等做最后修訂，預(yù)計全部工作將在近期結(jié)束。

WiMax論壇中網(wǎng)絡(luò)工作組（NWG）的第一階段工作將在2006年9月結(jié)束，這一階段工作主要是研究WiMax系統(tǒng)獨立組網(wǎng)的必要元素，如網(wǎng)絡(luò)功能劃分、網(wǎng)元確定、QoS框架和協(xié)議、安全框架和隧道協(xié)議、移動性管理協(xié)議等。

認證工作組（CWG）已經(jīng)開放了2個認證試驗室，至今已經(jīng)有11個廠商的23個產(chǎn)品經(jīng)過認證。下一步將陸續(xù)開始室內(nèi)型產(chǎn)品的認證，并將于2006年底開放IEEE802.16e-2005試驗室，2007年上半年開始正式認證流程。

3、WiMax設(shè)備的商用化進程

一些廠商已經(jīng)推出了基于IEEE802.16-2004的商用WiMax基站和用戶端設(shè)備，但是其中的大多數(shù)用戶端設(shè)備還是室外型。有些廠商雖然有室內(nèi)型設(shè)備，但采用將射頻單元外拉至窗戶上的形式來增大鏈路預(yù)算，彌補無線傳輸路徑上的衰耗。這種形式的用戶端設(shè)備不能提供真正的桌面應(yīng)用，需要采用室內(nèi)布線系統(tǒng)到達用戶桌面。因此WiMax雖然與早期的LMDS、MMDS相比可以在非視距環(huán)境中應(yīng)用，但將面臨相似的室外天線安裝問題，需要室外單元與室內(nèi)布線系統(tǒng)相結(jié)合，更適合企業(yè)用戶。在實際應(yīng)用中具有一定局限性。

基于IEEE802.16e-2005支持移動場景的設(shè)備將于2006年底陸續(xù)問世，WiMax論壇對移動設(shè)備的認證將于2007年上半年開始，因此預(yù)計到2007年中期WiMax接入網(wǎng)的無線設(shè)備將逐漸成熟。從技術(shù)上看。核心網(wǎng)更多采用已經(jīng)成熟的協(xié)議體系，因此依賴于廠商已有的IP設(shè)備開發(fā)經(jīng)驗。

在GSM/CDMA終端市場上占有相當(dāng)大份額的一些移動設(shè)備廠商則另辟蹊徑，憑借多年在無線移動技術(shù)方面的積累，直接將產(chǎn)品定位于IEEE802.16e-2005，預(yù)計支持移動WiMax的手持多模終端將在2007年問世。

在WiMax產(chǎn)業(yè)鏈中，芯片的開發(fā)將是影響設(shè)備商用進度的最大因素之一。Intel、Fujitsu、Wavesat等幾個WiMax芯片廠商已經(jīng)有了各自的生產(chǎn)路標(biāo)。根據(jù)計劃，芯片廠商中最具影響力的Intel公司計劃在2006年底推出IEEE802.16e-2005的芯片，并計劃于2008年將其內(nèi)嵌于筆記本電腦的CPU和其他手持設(shè)備中，屆時WiMax有望解決部分應(yīng)用場景下的終端問題。

4、WiMax系統(tǒng)定位

對WiMax系統(tǒng)而言，其系統(tǒng)能力在理論上已經(jīng)得到證明，基于IEEE802.16-2004的部分設(shè)備也經(jīng)過了外場測試的實際驗證。雖然現(xiàn)階段的設(shè)備和測試都還有很大的局限性，但從已有的測試可以看出，這一技術(shù)的能力基本符合設(shè)計目標(biāo)。如果系統(tǒng)能力可以保證，那么對系統(tǒng)的定位將決定著這一技術(shù)是否能夠最終被市場所承認。

據(jù)統(tǒng)計，70%的業(yè)務(wù)發(fā)生在固定狀態(tài)下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在固定狀態(tài)下的比例更大，而WiMax系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力遠大于對于語音業(yè)務(wù)的支持能力，因此可以預(yù)見。WiMax在相當(dāng)長的期間內(nèi)將定位于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是固定的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

WiMax論壇定義了5個應(yīng)用場景：固定、游牧、便攜、簡單移動和全移動，其中固定和游牧接入都發(fā)生在固定狀態(tài)中，后者需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加漫游地用戶認證和計費以支持用戶的漫游，體現(xiàn)在空中接口上可以完全一致。這兩種場景是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最常發(fā)生的場景，作為城域網(wǎng)的無線延伸，固定接入應(yīng)該是WiMax具有生命力的一種應(yīng)用。

WiMax系統(tǒng)的定位將決定終端設(shè)備的形態(tài)。目前已經(jīng)面世的終端都是類似ADSL調(diào)制解調(diào)器的形式，按照Intel計劃，最終將實現(xiàn)內(nèi)嵌于CPU的目標(biāo)，可以預(yù)見，這種形式的終端更多是面向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。

如果將WiMax作為多模手機中的一種工作模式，則更多面向移動應(yīng)用。在移動通信領(lǐng)域，3G在技術(shù)、覆蓋、用戶資源、市場占有率等方面更具有優(yōu)勢，而且在3G的演進計劃目標(biāo)中，其對分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力已經(jīng)超過WiMax，那么WiMax不僅需要考慮獨立組網(wǎng)，更多需要考慮與蜂窩網(wǎng)絡(luò)在一定層次上的互操作性。

這兩種不同定位之間的差異對應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。面向數(shù)據(jù)應(yīng)用時，WiMax系統(tǒng)作為互聯(lián)網(wǎng)的無線延伸將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)推向用戶，切合了“寬帶無線化”。而作為多模終端的一種模式時，WiMax在一定程度上彌補蜂窩網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上的缺憾，切合了“無線寬帶化”。兩種趨勢是否會走到一起，目前還很難下結(jié)論，比較一致的看法是，由于終端的制約，語音業(yè)務(wù)的特性及核心網(wǎng)的機制，這兩種趨勢在一定階段內(nèi)還很難完全重合。

5、WiMax目前面臨的問題

WiMax論壇NWG組在2006年9月結(jié)束Release1的工作，意味著WiMax基本具有獨立組網(wǎng)能力，目前的產(chǎn)品也全部都是面向數(shù)據(jù)應(yīng)用。對于與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的互操作，廠商有各自的解決方案，雖然這些方案基本上遵循WLAN與3G互操作模型，但還停留在架構(gòu)層面。而由于WiMax在認證、QoS、移動性管理等方面的特殊性，對互操作將采用的協(xié)議、流程、消息等細節(jié)都沒有定義，更沒有標(biāo)準(zhǔn)化，與“寬帶無線化”的進程相比，WiMax在“無線寬帶化”方面的進度顯然要慢了許多。

雖然從技術(shù)上WiMax系統(tǒng)準(zhǔn)備好了獨立組網(wǎng)，但在實踐中仍然面臨著一些矛盾：

●兩種技術(shù)的設(shè)備來源于不同類型的制造企業(yè)：現(xiàn)階段進入WiMax市場的設(shè)備都是基于IEEE802.16-2004，大多數(shù)是由以前做固定無線寬帶接入設(shè)備的廠商提供的，這些廠商在電信產(chǎn)品的制造方面還需要積累更多經(jīng)驗。很多電信設(shè)備制造商將產(chǎn)品定位于IEEE802.16e-2005，IEEE802.16e-2005在應(yīng)用場景上具有向后兼容性，這樣可能會令I(lǐng)EEE802.16-2004成為過渡性技術(shù)，而且從現(xiàn)在開始到下一階段更多大電信設(shè)備制造商參與之前，產(chǎn)品相對單一，從而影響運營商的決策。

●兩種技術(shù)之間沒有兼容性：由于技術(shù)上的差別，基于IEEE802.16-2004和IEEE802.16e-2005的設(shè)備不具有兼容性，意味著運營商將面臨技術(shù)和定位的選擇。如果選擇定位于移動性，將需要等待新設(shè)備的問世；而選擇定位于固定和游牧接入，可以選擇IEEE802.16-2004，那么可能面臨未來產(chǎn)品匱乏的尷尬，也可以選擇IEEE802.16e-2005則需要一段時間的等待，可能面臨市場的丟失。

●3G及演進技術(shù)E3G的壓力：雖然現(xiàn)階段3G在支持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面還不能與WiMax相比，但3GPP/3GPP2都有著各自的演進計劃。在3GPP的長期演進（LTE）計劃和3GPP2的無線接口演進（AIE）計劃中，都將實現(xiàn)20 MHz帶寬上超過100 Mbit/s的峰值速率，兩個項目都計劃于2007年完成規(guī)范的制訂。按照這兩個標(biāo)準(zhǔn)化組織的影響力和參與廠商在移動設(shè)備制造的經(jīng)驗看，2010年就會迎來E3G時期。在E3G到來前，如果WiMax系統(tǒng)還沒有形成規(guī)模應(yīng)用被市場接受，將必然面臨E3G的競爭。

●由誰來運營WiMax：傳統(tǒng)固網(wǎng)運營商擁有相當(dāng)大的固定網(wǎng)絡(luò)資源，WiMax系統(tǒng)可能是他們實現(xiàn)無線通信的一個機會，但是由于xDSL、FTTH等接入方式相當(dāng)普及，他們可能會更寄希望于支持移動的IEEE802.16e-2005。蜂窩網(wǎng)絡(luò)運營商則可能希望WiMax來彌補其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但對WiMax與蜂窩網(wǎng)絡(luò)互操作的研究還沒有展開，缺少技術(shù)基礎(chǔ)。因此對傳統(tǒng)的固網(wǎng)和移動運營商來說，現(xiàn)階段都不是最好的時機。對新興的運營商而言，WiMax意味著機會，但運營模式對新興運營商而言是一個挑戰(zhàn)。

總之，目前的這個階段運營商面臨著多個選擇，而IEEE802.16也可能由于市場觀望態(tài)度延遲進入市場，IEEE802.16-2004作為IEEE802.16的第一個階段甚至可能被跨越，從而失去最早的機會。

6、WiMax的階段性發(fā)展

按照空中接口發(fā)布的時間，WiMax系統(tǒng)可以從時間上分為2個階段（見圖1）。第一個階段為固定WiMax階段，第二個階段為移動WiMax階段。但從應(yīng)用場景看。固定、游牧場景的接入應(yīng)用并不會隨著第二個階段的到來而消失，只不過在第二個階段到來時，可能會發(fā)生技術(shù)的變化，即用IEEE802.16e-2005來支持固定應(yīng)用，特別是室內(nèi)應(yīng)用。

圖1　WiMax系統(tǒng)發(fā)展的2個階段及場景

目前屬于WiMax的第一個階段，原則上可以采用基于IEEE802.16-2004的產(chǎn)品，如果考慮到室內(nèi)應(yīng)用的衰耗，可以通過天線技術(shù)、ARQ機制等方式增加鏈路預(yù)算、分集增益和吞吐量。而且，這一標(biāo)準(zhǔn)中也含有OFDMA子集，可以靈活配置子信道，提高頻譜效率。但是IEEE802.16e-2005中更為靈活地擴展了OFDMA和天線技術(shù)，吸引了更多廠商的注意力，把IEEE802.16-2004逼向?qū)擂蔚奶幘�。許多大電信設(shè)備制造商沒有用IEEE802.16-2004支持室內(nèi)終端的計劃。他們認為移動WiMax的系統(tǒng)能力遠高于固定WiMax，且可以在應(yīng)用上向后兼容固定WiMax，因此，IEEE802.16-2004生命期可能非常短。盡管目前全球已有超過150個WiMax的試驗點，但大多局限于試驗。很多運營商對WiMax采取緊密跟蹤、保持觀望的態(tài)度。

按照制造商的計劃，移動WiMax設(shè)備的研發(fā)將于2006年底初步完成，WiMax的第二個階段也將從2007年開始，真正的規(guī)模應(yīng)用將于2008年展開。那時的WiMax系統(tǒng)已經(jīng)可以支持移動性，并且終端可以有卡式、內(nèi)嵌于筆記本、手機等各種形態(tài)，形成規(guī)模后價格會大幅度降低。

但是到那個時期，3G的演進項目也會完成，其商用也可以預(yù)期。那時的3G已經(jīng)實現(xiàn)全IP化，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力超過WiMax系統(tǒng)，在覆蓋、網(wǎng)絡(luò)管理、用戶資源等方面更是占有優(yōu)勢。同時為了支持移動性，統(tǒng)一的頻譜規(guī)劃是非常關(guān)鍵的問題，從目前各國已規(guī)劃的頻段看，實現(xiàn)WiMax統(tǒng)一頻譜規(guī)劃的可能性非常小。因此即使獨立組網(wǎng)，也很可能是區(qū)域性的網(wǎng)絡(luò)，那么WiMax的市場又在哪里?

7、與3G互操作的必要性和緊迫性

上面分析了WiMax 2個階段各自面臨的問題。在第一個階段，制造商對技術(shù)的選擇影響了產(chǎn)業(yè)規(guī)模，也影響了運營商的決策，可能會失去WiMax培育市場的一次機會；在第二個階段，WiMax產(chǎn)品準(zhǔn)備相對成熟，但會面臨3G演進計劃的壓力。

WiMax的第二個階段——移動WiMax階段即將開始，但是為了支持漫游和移動性，需要不同運營商持有相近或相同的頻段，因而頻譜的統(tǒng)一規(guī)劃更為重要。但是WiMax頻譜問題至今還沒有完全解決，而3G不會對任何移動應(yīng)用輕易言棄。那么有必要重新來審視WiMax的市場定位。

前面分析過，固定接入在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中占有極大份額，OFDM的優(yōu)勢在于其抗多徑干擾能力，但在移動場合，特別是高速移動時，多普勒頻移帶來的載波間干擾影響了OFDM子載波間的正交性。所以可以說，固定接入是WiMax與3G相比更具有優(yōu)越性的一個應(yīng)用，不應(yīng)該被忽視。

另外，在3G普遍應(yīng)用時，WiMax要形成如3G那樣廣域覆蓋的網(wǎng)絡(luò)不僅在頻譜資源上難以實現(xiàn)，在市場推廣、用戶認可度、網(wǎng)絡(luò)運營管理等方面都不占優(yōu)勢。

在這種情況下，延續(xù)WLAN的角色，以價格為優(yōu)勢做熱區(qū)覆蓋，與3G的廣域覆蓋相結(jié)合應(yīng)用可以作為選擇之一。與WLAN相比，WiMax在覆蓋、QoS、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面的增強使這一應(yīng)用具有了新的價值。在相當(dāng)長時期，3G都將以獨立的移動網(wǎng)絡(luò)形式存在，因此做熱區(qū)覆蓋應(yīng)用有必要研究與3G的互操作。

未來的移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)將具有統(tǒng)一的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）控制平臺，WiMax、3G、xDSL等都作為這一控制平臺的接入系統(tǒng)。IMS具有與接入無關(guān)的特性，通過一些邊緣功能實體建立起接入網(wǎng)特征與核心網(wǎng)絡(luò)控制信息的映射。每種接入網(wǎng)都有各自的特征，雖然WiMax是基于IP的接入網(wǎng)，但在QoS、安全、移動性等方面具有特殊性，有必要深入研究WiMax接入IMS相關(guān)問題。

WiMax論壇就與3G的互操作事宜已經(jīng)向3GPP/3GPP2組織發(fā)出了聯(lián)絡(luò)函，這兩個組織都計劃將其作為長期演進計劃中考慮的接入網(wǎng)，但是長期演進計劃目前都還在初步研究階段，還沒有到達實際的規(guī)范制定和協(xié)議確定階段。

WiMax的第二個階段即將來臨，而在與3G的互操作方面，顯然還沒有準(zhǔn)備好。當(dāng)然不同的廠商可以有自己的解決方案。并不存在技術(shù)難度，這里的準(zhǔn)備是指產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化程度直接影響著產(chǎn)品和市場。推動這一工作有待WiMax論壇中各參與者的共同努力。