技术分析：WiMAX技术透视

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　　作者：北京邮电大学无线新技术研究所RRM室主任 王莹副教授
　　WiMAX以其传输速率高、建网速度快、建设成本低、覆盖面积广、频谱利用率高等特点受到全球众多厂商的追捧，今年10月底入围3G标准更是给WiMAX的商用铺平了道路。本期专题围绕WiMAX技术演进、商用关键问题、国内运营商组网模式、设备认证测试动态等几大热点话题，解析WiMAX进入3G标准行列之后具体的技术演进和现实问题，并推荐优秀的WiMAX解决方案供业界参考。
　　背景介绍
　　一般在文献中，名词WiMAX与IEEE802.16可通用。但实际上WiMAX与IEEE802.16存在一定区别。WiMAX基于IEEE802.16协议族，包含多个协议，如图1所示。其中主流的标准有: IEEE 802.16-2004, 它由IEEE于2004年通过，采用2~66GHz频段，支持多种QoS优先级。802.16d涵盖了802.16-2001至802.16a标准，是相对成熟的一个标准。为了更好地支持移动性，提供移动宽带接入，IEEE于2005年底通过、并在2006年2月发布了802.16e(IEEE 802.16-2005)规范。协议对802.16d协议OFDMA(正交频分复用接入) PHY进行了扩展和改进，同时在MAC层增加了切换流程和信令支持，通常认为802.16d使用OFDM-PHY规范，802.16e使用OFDMA-PHY规范。IEEE 802.16j，是移动多跳中继(MMR)系统规范，用于扩大覆盖范围，提高系统容量，负载均衡等用途，预计于2008年发布。IEEE 802.16m是以ITU-R所提的4G规格做为目标来制定的，目前已初步完成技术需求文件。

图1 802.16协议族

　　物理层关键技术
　　WiMAX所采用的MIMO-OFDM/OFDMA是公认的下一代无线通信的基石。OFDM也称正交频分复用，其基本原理是将高速数据流转换成并行的低速数据流，并将数据流交织编码调制到正交的子信道上进行传输，因此频谱利用率高。OFDMA又称正交频分复用多址，它能够通过下行链路复用传输到多个用户，上行链路多址接入多个子信道，从而进一步提高频谱利用率。此外，OFDMA可以灵活地适应带宽要求，并通过固定子载波频率间隔和符号时间，减少对上层的影响。
　　在3G标准中，WCDMA和cdma2000只支持FDD，TD-SCDMA只支持TDD，而WiMAX可以支持TDD和FDD。但移动WiMAX的最初标准将只支持TDD，随后会考虑用FDD来适应不同国家电信体制要求。虽然TDD要求系统同步，但TDD能够有效支持非对称业务，利用上下行信道的信息对称性更好地支持链路自适应、MIMO和其他闭式环路技术。
　　此外，WiMAX还采用了自适应调制和编码(AMC)、混合自动重传请求(HARQ)及快速信道反馈(CQICH)等技术，可以得到有效的信道干扰噪声比，计算出MIMO天线选择和资源分配，使信道信息的计算可以更加准确，并提高系统容量、扩大覆盖范围。
　　MAC层关键技术
　　802.16标准建立的初衷是为了传播宽带语音、数据、视频流业务。因此在同一信道上，MAC层不但要支持高峰值速率要求的突发性数据业务，同时还要支持视频流以及时延敏感的语音业务。MAC调度业务是为了能够有效利用资源，把宽带数据业务在时变宽带无线信道上传输。其中快速数据调度、上下行调度、动态资源分配、面向QoS和频率选择性调度等特性保证了WiMAX能够服务于宽带数据业务。
　　WiMAX可以满足不同业务质量的要求。在WiMAX的MAC层中，QoS参数定义了该业务流的传输顺序和调度优先级，从而保证了空口的精确控制。业务流参数可以通过MAC层消息动态请求分配资源。
　　技术亮点
　　智能天线技术一般涉及到在多个天线上复向量或矩阵的计算，而复向量均衡器不能够抵抗频率选择性衰落，因此OFDMA可以很好地支持智能天线。可支持的智能天线技术包括波束赋形(Beamforming)、空时码(STC)、空间复用。
　　WiMAX可支持频率复用因子为1的频率复用。但是这样会引起小区边缘用户的高信道间干扰(CCI)，从而降低其服务质量。部分频率复用(FFR)可以使小区边缘的用户只占据部分频谱，从而避免了CCI，提高小区边缘性能。
　　多播广播业务(MBS)联合了DVB-H，MediaFLO和3GPPE-UTRA的最佳特性，能够使用单频率网(SFN)实现高数据速率和覆盖、灵活分配资源、节能、支持音频视频等数据广播以及低的信道切换时间。
　　技术难点
　　OFDM系统具有较高的PAR，从而对PAR抑制技术提出了较高的要求，对功放、动态范围、AD/DA的设计都提出了更高的要求。WiMAX对基带和中射频设计也都提出了较高的需求，使得终端复杂度提高。
　　MIMO技术在蜂窝无线通信系统中的性能，需要在外场测试和现网运行过程中进行验证和优化完善。此外，单频网的网络规划和小区间干扰协调实现需要通过外场测试和现网运行来进行验证和优化，部分频率复用实现机制也需要验证和优化。
　　WiMAX的协议标准、空口技术规范已经较完备，但网络架构等方面的协议规范还在制订中。