WiMAX技術發(fā)展及關鍵技術分析

　　WiMAX技術實現了數據分組化、接入寬帶化、終端移動化這三大發(fā)展方向的統一，因此自成立之初就在其技術定位上受到了極大的重視。經過幾年來WiMAX聯盟及其成員不懈的推動，WiMAX技術已在上層標準制定、芯片設計及設備研發(fā)的各個環(huán)節(jié)得到了極大的完善。隨著去年年底16e標準解凍及WiMAX認證程序的啟動，為加速移動WiMAX的商用發(fā)展奠定了良好的基礎。目前，韓國運營商KT已經正式商用移動WiBro；美國運營商SprintNextel也正式宣布投資30億美元在全美國范圍內部署移動WiMAX網絡。這兩大規(guī)模商用網已成為WiMAX發(fā)展史上的里程碑，表明移動WiMAX技術在商用上已開始起步，這給了國內發(fā)展WiMAX更多的信心和期待。

一、WiMAX技術發(fā)展趨勢

　　今年，WiMAX技術的標準化及商用化進程均出現了重大突破，使WiMAX的發(fā)展進入了新的階段。

　　在標準化發(fā)展上：基于802.16e標準已逐步修改完善并成為主導趨勢，同時802.16j技術架構標準（MMR，MobileMulti-hopRelay）的確立又大大增強了移動WiMAX的網絡布署優(yōu)勢。這種基于移動WiMAX技術的基站式無線中繼標準，其功能實現與WLAN中的Mesh技術應用一致。此技術通過采用具備無線中繼功能的基站，并配合核心網絡支持來實現基站無線回程的傳輸，以減少有線互聯帶來的成本壓力。而且，相鄰基站之間對信號的中繼轉發(fā)間接擴大了網絡覆蓋范圍，同時基站還可對轉發(fā)的信號進行必要的處理，進行選擇性放大。

　　在商用化進程上已初步形成了芯片研發(fā)、設備生產、系統應用的產業(yè)鏈。尤其對于產業(yè)鏈前端的芯片研發(fā)，通過今年國際風險資金的注入已使得以802.16e標準為主導的芯片研究發(fā)展迅速。目前，Intel、意法半導體、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。對于設備制造商來說，全球的大型電信設備廠家也更加傾向于研發(fā)802.16e設備，甚至部分廠家出現了放棄固定WiMAX設備，只研發(fā)移動WiMAX設備的趨勢。此外，在系統應用上今年也有了新的進展。

二、頻率對技術實現的影響分析

　　目前，鑒于WiMAX標準所規(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，導致了各國之間所預使用的WiMAX頻段差異化較大。這使得WiMAX技術很難在統一的全球頻率下開展技術應用，已成為WiMAX技術發(fā)展的最大障礙。據WiMAX論壇統計，全球WiMAX從研發(fā)到應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，網絡為實現接入的高速率、頻譜的高效率、系統的大容量的目標，WiMAX必須通過定義其物理層、MAC層的技術實現來達到對動態(tài)頻率選擇的靈活適應性和高可靠性的要求。在物理層上，除了采用256個子載波OFDM方式的通用技術來實現抗多徑干擾、準視距傳輸、提高頻譜效率和增強頻率選擇性衰落能力外，還采用了128/512/1024/2048個可變子載波的OFDMA方式，使設備信道帶寬可在1.75MHz～20MHz間靈活調配，從而使其具備更強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，WiMAX還增加了信道監(jiān)聽和動態(tài)頻率切換能力，可在終端設備通信的同時監(jiān)聽相關信道的性能指標，當所通信的信道指標惡化到門限時，即切換到其他可用的信道上，并根據新信道所屬頻段已占用頻率資源的情況，調整射頻信道占用頻帶的寬度，以最大限度地提供數據傳輸。在MAC層上，其匯聚子層CS通過對用戶數據的匯聚，可以實現對ATM、IP業(yè)務的協議透明數據傳輸。WiMAX還將同意/請求協議實現在規(guī)范中，通過具有自適應幀結構和導頻插入的功能來保證上下行帶寬比例可調，以實現對帶寬的靈活分配。MAC層還支持對QoS的管理，可通過輪詢方式進行帶寬連接或帶寬調整來實現對實時業(yè)務的低延遲，并通過集中調度方式來支持時延敏感業(yè)務，確保在為每用戶單元提供最大傳輸速率的同時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、加密和保密的管理機制。

三、核心網技術對系統性能的分析

　　WiMAX之所以成為寬帶綜合無線城域網絡，主要是其架構中引入了核心網。這也是WiMAX脫離寬帶無線接入的范疇，從單系統層面上升到全網絡層面產生質的飛躍的首要因素。因此，WiMAX作為一個已具備移動通信網特征的寬帶綜合無線城域網絡，其選擇的核心網技術對WiMAX的發(fā)展至關重要�；�于全IP構架下的WiMAX系統是否直接采用IMS體系來實現核心網，是決定其網絡今后如何發(fā)展的關鍵因素，也將直接影響網絡所能實現的技術能力。IMS作為NGN會話和呼叫控制層中的一個重要組件，將在分組域中提供一個通用的多媒體業(yè)務平臺來承載各種上層業(yè)務，而且IMS所實現的采用SIP協議及與接入無關性的特點已經成為下一代網絡的應用關鍵性能。但在綜合考慮運營商自身網絡發(fā)展的階段性上，IMS具體技術實現還不成熟，仍需要進一步發(fā)展與完善。更重要的是WiMAX技術是在電信網絡融合的大趨勢下發(fā)展起來的綜合無線技術，其核心網所采用的技術類型應當與既有網絡的融合和發(fā)展是一致的。因此，目前WiMAX的核心網應重點考慮采用逐步演進到IMS體系的方式而不是直接采用IMS體系，這是WiMAX系統發(fā)展的核心問題。

　　具體來看，具備核心網的WiMAX系統要能滿足其自身業(yè)務和應用的要求，支持用戶的接入、鑒權及移動性管理、滿足計費和賬務的要求；也要具有QoS保證和安全保障，達到電信級組網可控可管理的要求；同時對于與其它系統、網絡的互聯互通也必須支持。此外，由于核心網的存在，WiMAX網絡的控制和管理功能得到大大增強，并可支持多種新技術來增進網絡性能。如：1.支持多WiMAX基站之間的負荷分擔方式，使共基站下多用戶的高速率接入得到保證，同時也有效地增加了網絡容量、增強了網絡可靠性；2.支持正交頻分復用技術，使網絡具備了非視距傳輸的性能、提高了設備抗干擾性及網絡適應環(huán)境的能力；3.支持自適應天線陣（AAS）、多入多出（MIMO）技術來提高覆蓋范圍并增強應對快衰落的能力，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，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，降低了布網難度；5.支持空時編碼（STC）技術來增強系統的抗干擾能力和降低收信的門限，目前STC技術可達到20dB左右的儲備增益，這也間接地擴大了覆蓋距離或在相同覆蓋范圍內改善了信道傳輸質量，提高了信道的傳輸速率。

四、展望

　　目前，在傳統通信方式面臨產業(yè)升級、通信與信息融合的情況下，對接入方式多樣化、個性化和智能化的需求勢不可擋。因此在具備了這種大的產業(yè)背景、行業(yè)背景和市場背景的情況下，WiMAX的推進與發(fā)展已成為大勢所趨。同時，隨著WiMAX技術標準不斷完善及系統功能開發(fā)的日趨成熟，通過這一平臺將會使固話網絡有更靈活的應用方式，移動網絡有更佳的數據性能。因此，WiMAX要在全網規(guī)劃、頻率分配、基站布署、業(yè)務推廣上充分考慮各種因素，通過WiMAX的技術創(chuàng)新使市場獲得更大的發(fā)展，業(yè)務獲得更廣泛的應用。

　　總而言之，WiMAX技術所具有的核心競爭力正是電信技術的發(fā)展趨勢，與第三代移動通信技術比較來看，WiMAX是提供差異化服務的最好方式和有效手段。隨著技術標準的逐步完善，WiMAX在第四代移動通信中的技術應用將有著更廣闊的前景。