WiMAX性能、業(yè)務(wù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展

摘要　WiMAX是當(dāng)前的技術(shù)熱點(diǎn)之一，已經(jīng)成為IT廠商與傳統(tǒng)移動(dòng)通信設(shè)備廠商競(jìng)爭(zhēng)的又一焦點(diǎn)。本文從性能、業(yè)務(wù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展3個(gè)維度對(duì)WiMAX發(fā)展中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行分析與探討。

在2007年6月初國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）日本京都會(huì)議上，WiMAX技術(shù)順利地通過(guò)了工作組級(jí)別的討論，如果在下一級(jí)別研究組沒(méi)有不同意見(jiàn)，WiMAX將正式成為3G標(biāo)準(zhǔn)之一。伴隨WiMAX產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種技術(shù)、市場(chǎng)的爭(zhēng)議一刻也沒(méi)有停止。本文將從性能、業(yè)務(wù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展3個(gè)方面對(duì)WiMAX發(fā)展中存在的一些問(wèn)題進(jìn)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(shè)備終端）成本已經(jīng)降到100美元以下，但與ADSL CPE相比價(jià)格仍然太高，在寬帶接入市場(chǎng)并不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。伴隨802.16e（802.16-2005）的快速發(fā)展，802.16d的機(jī)會(huì)窗口越來(lái)越小，作者贊同“802.16e將逐步取代802.16d”的觀點(diǎn)，因此本文重點(diǎn)探討移動(dòng)WiMAX（802.16e）的發(fā)展前景。

1、移動(dòng)WiMAX覆蓋能力

工作頻率對(duì)無(wú)線移動(dòng)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(gè)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(guò)高，所以3.5 GHz并不適合大規(guī)模蜂窩組網(wǎng)。對(duì)于頻率分配進(jìn)展，本文將在§3做重點(diǎn)分析，因此本節(jié)暫不考慮由于頻率問(wèn)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(guò)鏈路預(yù)算，重點(diǎn)分析移動(dòng)WiMAX的覆蓋能力。

鏈路預(yù)算是移動(dòng)WiMAX無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中必不可少的部分，通過(guò)鏈路預(yù)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(yù)算有很大的不同，本節(jié)以HSDPA為參考，重點(diǎn)分析移動(dòng)WiMAX下行最大鏈路損耗。由于篇幅限制，本文重點(diǎn)討論WiMAX引入的新增鏈路參數(shù)項(xiàng)。假設(shè)二者均工作在2.1 GHz頻段，系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　系統(tǒng)參數(shù)

（1）基站發(fā)射功率

WiMAX業(yè)務(wù)信道功率分配如表2，數(shù)據(jù)子載波功率29.31 dBm。假設(shè)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(dòng)臺(tái)接收靈敏度

為了評(píng)估小區(qū)最大覆蓋能力，假設(shè)二者均采用QPSK 1/2編碼調(diào)制方式，設(shè)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(fù)用）技術(shù)，子載波間隔非常小，而HSDPA是采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的寬帶通信技術(shù)，由于帶寬的差異，導(dǎo)致接收機(jī)噪聲功率相差25.45 dB（見(jiàn)表3）。

表3　接收靈敏度對(duì)比

（3）增益與余量對(duì)比

HSDPA為寬帶擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，擴(kuò)頻增益為12.04 dB；WiMAX采用OFDMA技術(shù)，沒(méi)有擴(kuò)頻增益，但為了提高覆蓋性能，對(duì)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(shí)分雙工）模式，切換方式為硬切換，所以切換增益均為0，沒(méi)有差異。

系統(tǒng)最大允許路徑損耗見(jiàn)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(dòng)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(kuò)頻增益。但是需要說(shuō)明的是，上述分析WiMAX系統(tǒng)沒(méi)有采用MIMO（多輸入多輸出）、AAS（先進(jìn)天線系統(tǒng)）、STC（空時(shí)編碼）等新的無(wú)線通信技術(shù)，一般條件下2×2MIMO會(huì)帶來(lái)3 dB的增益，8天線AAS會(huì)帶來(lái)約9 dB的賦形增益，STC也會(huì)帶來(lái)3 dB的編碼增益。因此，WiMAX要成為一種移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，其覆蓋并不是主要問(wèn)題，主要是容量受限。

2、WiMAX的語(yǔ)音業(yè)務(wù)能力

WiMAX由一種寬帶無(wú)線接入技術(shù)演變而來(lái)，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(wù)能力已經(jīng)在韓國(guó)等地得到驗(yàn)證，WiMAX作為3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的補(bǔ)充能力基本得到業(yè)界認(rèn)可，下面重點(diǎn)分析802.16e支持的VoIP業(yè)務(wù)能力。WiMAX可以提供具有QoS質(zhì)量保證的VoIP業(yè)務(wù)，這已經(jīng)在802.16d商用產(chǎn)品中得到驗(yàn)證。根據(jù)802.16d試驗(yàn)測(cè)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(yǔ)音。但移動(dòng)通信系統(tǒng)要比PMP（點(diǎn)到多點(diǎn)）復(fù)雜得多，時(shí)延、切換、業(yè)務(wù)的連續(xù)性等問(wèn)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(dòng)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(shè)備的具體實(shí)現(xiàn)上仍存在許多問(wèn)題，其主要影響因素包括：

●信令開(kāi)銷，WiMAX的信令開(kāi)銷隨用戶數(shù)的發(fā)展線性增加；

●信源編碼效率；

●功率、符號(hào)等資源；

●調(diào)度算法的影響，語(yǔ)音是高時(shí)延敏感業(yè)務(wù)，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(xiàn)[2]為IMT-2000中國(guó)仿真工作組的仿真，仿真條件為10 MHz帶寬TDD（時(shí)分雙工）模式、1×3×1頻率復(fù)用、AMR語(yǔ)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(shí)下行受限，最大用戶數(shù)為80用戶/扇區(qū)。由于移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是上行受限，上述仿真結(jié)果仍可以進(jìn)一步優(yōu)化，通過(guò)調(diào)整上下行符號(hào)的分配比可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)容量。而在參考文獻(xiàn)[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(dá)175個(gè)，二者的差異非常大。為了解決VoIP效率問(wèn)題，業(yè)界提出了許多改進(jìn)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(duì)于802.16d，802.16e在標(biāo)準(zhǔn)方面也進(jìn)行了改進(jìn)，新增了ERTPS QoS機(jī)制，其支持變速率編碼和靜默壓縮�？梢怨�(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(duì)移動(dòng)WiMAX的VoIP容量仍然沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。移動(dòng)WiMAX能支持的最大用戶數(shù)需要在組網(wǎng)條件下進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，目前尚缺乏可信的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。韓國(guó)版WiMAX-WiBRO在2006年4月正式商用，市場(chǎng)拓展不理想，主要是業(yè)務(wù)模式與市場(chǎng)策略問(wèn)題，但是業(yè)務(wù)提供與技術(shù)能力是二個(gè)不同的概念，作者認(rèn)為移動(dòng)WiMAX的高頻譜效率為高語(yǔ)音容量提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但網(wǎng)絡(luò)實(shí)際性能取決于標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)，而標(biāo)準(zhǔn)的完善、設(shè)備的成熟需要時(shí)間。

3、產(chǎn)業(yè)問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)，是以速率、業(yè)務(wù)、出現(xiàn)時(shí)間，還是以核心技術(shù)為劃分標(biāo)準(zhǔn)，不同的維度會(huì)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(gè)角度分析WiMAX不屬于3G。2007年6月在京都會(huì)議上ITU工作組已經(jīng)同意WiMAX加入IMT-2000，在2007年底的WRC07大會(huì)后將會(huì)給出一個(gè)明確答案。因此，目前的答案是“WiMAX是IMT-2000候選技術(shù)之一”。對(duì)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(wú)線互聯(lián)網(wǎng)，做3G的互補(bǔ)，現(xiàn)在宣稱融合。對(duì)4G，ITU目前還沒(méi)有定義，僅是一種市場(chǎng)宣傳。

（2）WiMAX的定位

這也是一個(gè)比較模糊的概念，需要明確是技術(shù)定位還是市場(chǎng)定位�；�本結(jié)論是“WiMAX是IMT-2000候選技術(shù)之一”。目前業(yè)界爭(zhēng)議比較多的是市場(chǎng)定位，WiMAX是3G補(bǔ)充還是3G的替代者，從業(yè)務(wù)角度分析，其實(shí)質(zhì)就是WiMAX是否提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。作者認(rèn)為仍然需要從技術(shù)和市場(chǎng)2個(gè)角度分析。從技術(shù)分析，WiMAX可以提供具有QoS保證的語(yǔ)音，并已經(jīng)得到驗(yàn)證，因此，這一問(wèn)題就歸結(jié)為一個(gè)市場(chǎng)發(fā)展問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)是運(yùn)營(yíng)商是否采用WiMAX做語(yǔ)音解決方案問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)企業(yè)選擇技術(shù)的關(guān)鍵是要在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下降低運(yùn)營(yíng)成本，網(wǎng)絡(luò)融合可以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)維成本。要降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，仍需要從技術(shù)和市場(chǎng)二個(gè)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(yùn)營(yíng)成本提供了可能性。但是，技術(shù)優(yōu)勢(shì)并不等于設(shè)備價(jià)格優(yōu)勢(shì)。影響設(shè)備成本的關(guān)鍵因素是市場(chǎng)規(guī)模，設(shè)備成本與市場(chǎng)規(guī)模成反比。以中國(guó)市場(chǎng)為例，中國(guó)移動(dòng)通過(guò)集中采購(gòu)，大大降低了GSM設(shè)備價(jià)格，目前GSM每線成本僅相當(dāng)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(jìn)趨勢(shì)也是明晰的，但市場(chǎng)仍處于發(fā)展階段，在移動(dòng)通信發(fā)達(dá)的國(guó)家，移動(dòng)WiMAX將成為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（GSM/CDMA）的補(bǔ)充，在一些發(fā)展中國(guó)家，移動(dòng)WiMAX為新興運(yùn)營(yíng)商提供了機(jī)會(huì)。如果WiMAX成為3G標(biāo)準(zhǔn)之一，WiMAX與CDMA技術(shù)的關(guān)系將進(jìn)一步明確，WiMAX與3C互補(bǔ)的討論也將成為假命題。

（3）WiMAX的頻率問(wèn)題

頻率對(duì)移動(dòng)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(tuán)博弈的結(jié)果。由于WiMAX得到了美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等多數(shù)國(guó)家的支持，作者對(duì)WiMAX成為“IMT-2000”一員持樂(lè)觀態(tài)度，認(rèn)為其頻率問(wèn)題將會(huì)得到有效解決，2007年底形勢(shì)將會(huì)趨于明朗。由于眾所周知的原因，中國(guó)目前持保留態(tài)度，但這個(gè)問(wèn)題仍有解決的辦法。由于WiMAX同時(shí)支持FDD（頻分雙工）模式，因此，在中國(guó)FDD WiMAX也許是一個(gè)潛在的選項(xiàng)。

4、結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)WiMAX的發(fā)展不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，市場(chǎng)的因素更為重要。作者認(rèn)為目前影響WiMAX發(fā)展的關(guān)鍵因素是市場(chǎng)與業(yè)務(wù)模式，這也是困擾3G發(fā)展的共性問(wèn)題。3G的CDMA陣營(yíng)以多媒體通信為賣點(diǎn)，但根據(jù)和記黃埔的市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)在歐洲3G市場(chǎng)吸引用戶的主要原因是便宜的語(yǔ)音�，F(xiàn)階段WiMAX的發(fā)展類似于20世紀(jì)90年代中期的IS-95，作者認(rèn)為WiMAX就是一種3G技術(shù)，在具有技術(shù)的先進(jìn)性同時(shí)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程又相對(duì)滯后。市場(chǎng)定位取決于市場(chǎng)啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)。以中國(guó)市場(chǎng)為例，20世紀(jì)90年代初期市場(chǎng)選擇GSM，2000年運(yùn)營(yíng)商希望選擇cdma2000，2005年運(yùn)營(yíng)商希望選擇WCDMA，2010年市場(chǎng)又會(huì)選擇誰(shuí)?CDMA產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)幾次兼并重組，CDMA廠家已經(jīng)屈指可數(shù)，與GSM時(shí)代的繁榮形成鮮明對(duì)比。由于CDMA產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不健壯，沒(méi)有使價(jià)值鏈上的各廠家實(shí)現(xiàn)共贏，因此，作者認(rèn)為CDMA的機(jī)會(huì)窗口越來(lái)越小。同時(shí)，作者認(rèn)為移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，其標(biāo)志就是OFDM和MIMO，它們代表了當(dāng)前無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。從全球的視野分析，采用積極的產(chǎn)業(yè)政策，順勢(shì)而為，方能真正維護(hù)中國(guó)通信產(chǎn)業(yè)的整體利益。

參考文獻(xiàn)

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