浅谈WiMAX技术特点和市场化

月下闻箫

1前言     WiMAX是微波接入全球互操作性认证联盟的简称，它是业界领先的通信设备公司及器件公司（如Intel）共同成立的非盈利组织，成立于2001年4月，其宗旨是对基于802.16标准和ETSIHiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。WiMAX的目的就是致力于制定一套基于802.16的测试规范和认证体系，使不同厂商之间的产品在经过认证以后可以具有良好的互操作性，将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，降低成本，推进基于802.16产品的广泛应用。
    WiMAX和IEEE之间有着密切的联系和合作，同时有着分工的不同。WiMAX为802.16标准的一致性做出了重要贡献。目前WiMAX几乎成了802.16的代名词，涵盖了802.16d和802.16e。WiMAX的网络架构如图1所示。

图1

    2IEEE802.16e无线宽带空中接口标准简介
    WiMAX基于IEEE802.16系列标准，相关标准如表1所列。其中802.16d属于固定无线接入标准，是传统宽带接入技术和传输手段的重要补充，适合于DSL传输不可达的区域和“最后一公里”的接入。802.16e则具有移动性，可在提供移动高速数据业务的同时保证高质量的VoIP语音业务。802.16e是WiMAX数据、语音和视频三重服务的基础。
    (1)802.16标准演进
    IEEE于1999年成立了802.16工作组，专门负责研发无线城域网的标准，主要开发2～66GHz频带的无线接入系统空中接口物理层（PHY）和媒质接入控制层（MAC）等规范。
    根据是否支持移动特性，802.16可分为固定和移动空中接口相关标准，如表1所示。
    802.16e的目标是能够向下兼容802.16d，因此标准化工作基本上是在802.16d的基础上进行的。为了支持移动特性，目前加入了新的特性，如对切换的支持。同时在安全特性上将更加完善。标准演进如图2所示。

图2

    (2)802.16e的协议栈参考模型
    802.16规范了基站到移动台之间的空中接口，分为两个子层：物理层和媒质接入控制层。802.16e的协议栈参考模型如图3所示。

图3

    物理层：PHY可以采用单载波（SC）、OFDM、OFDMA三种方式。其中，OFDM/OFDMA是802.16中最典型的方式，具有较高的频谱利用率，同时在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上有明显的优势。当802.16e物理层采用256点OFDM或2048点OFDMA时即后向兼容802.16d，但是当物理层采用1024、512或128点OFDM时无法后向兼容802.16d。
    媒质接入控制层：MAC又分为三个子层，即特定服务汇聚子层（SSCS）、公共部分子层（CPS）、安全子层（PS）。MAC层定义了较为完整的QoS机制，对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。定义了4种不同的上行带宽调度模式。安全子层主要提供认证、密钥交换以及加密功能，并定义了数据加密方式和密钥管理协议。密钥管理采用了基于X.509数字证书的认证方式。
    (3)802.16e的基本技术特征
    802.16e技术主要面向宽带数据用户，其使用频率低于6GHz的许可频段，标准中规定可以支持车载速率的移动业务，即至少可以支持120km/h的移动速度，略低于3G的移动速度。802.16e可以灵活地选择双工方式，对双工方式没有做强制规定，可以支持TDD，也可以支持FDD。网络结构主要采用点对多点（PTMP）方式，也可以支持Mesh结构。
    目前在无线传输技术方面，802.16e定义了空中接口的物理层和MAC层规范，物理层可以支持单载波、OFDM、可扩展的OFDMA三种方式。在这种物理层方式中，以OFDM和OFDMA为主，它具有稍高的频谱效率，当采用64QAM调制方式时，除去开销可以达到3bit/s/Hz/sector，而WCDMAR99的频谱效率为0.5 bit/s/Hz/sector，HSDPA为1.6bit/s/Hz/sector。而且802.16e可以使用不同的载波带宽，从1.75～20 MHz不等，在采用较大的载波带宽时，802.16e系统就具有比3G系统更高的传输速率。例如：在10 MHz载波带宽下，单用户速率可以达到30 Mbit/s。同时，OFDM、可扩展的OFDM方式在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显优势。
    802.16e加入了快速自动请求重发（ARQ）机制，以减少到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。同时还通过实现自适应天线阵（AAS）、多入多出（MIMO）和空时编码（STC）增强型天线技术来应对非视距传播（NLOS）造成的深衰落。
    802.16的MAC层具有带宽分配和QoS机制。802.16的MAC层是靠同意/请求协议来接入媒体的，支持不同的服务水平（如专用于企业的T1/E1和用于住宅的“尽力而为”服务）。此标准在下行链路传送TDM数据流，在上行链路采用TDMA，通过集中调度来支持对时延敏感的业务，如音频和视频业务。由于确保了无碰撞数据接入，MAC层改善了系统的总吞吐量和带宽效率，并确保数据时延保持在可控制的范围内。TDM/TDMA接入技术使提供许多广播和多播业务变得更加容易。
    802.16的标准为MAC层定义了较为完善的QoS机制。MAC层针对每个连接分别设置了不同的QoS参数，包括速率、时延等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，该标准还定义了四种不同的上行带宽调度模式，分别如下所列。
    ·非请求的带宽分配业务：用于恒定比特率连接。基站实时且周期性地提供固定大小的数据分配突发类型。
    ·实时轮询业务：用于周期性、数据包大小不固定、可变比特率业务的传输。用户站（SS）利用上行非竞争带宽请求机制接入。
    ·非实时轮询业务：基站每隔一定时间就提供下行轮询以使得用户站可以进行上行带宽请求，通常发生的速率要慢于实时轮询业务。对于额外的上行请求，容许SS利用竞争请求机制。
    ·尽力而为业务：用户站采用上行竞争请求机制传输数据，这种方法尽可能利用空中资源传送数据，并不会对实时和非请求带宽分配连接造成影响。
    另外在安全上，MAC层中有一个接入专用子层提供认证、保密性和加密功能。
    3WiMAX的市场定位和发展瓶颈
    (1)802.16e的定位
    按照802.16e设定的目标，它是一种移动的宽带无线接入技术，可以实现用户在车速移动状态下的宽带接入并接入IP核心网，主要面向用户提供宽带数据业务，也可以提供语音业务。工作在2～6GHz，基站覆盖范围一般为几公里，可采用FDD或FDD工作方式，核心技术为OFDM和OFDMA，用户群主要为个人用户。WiMAX理想的市场定位应该是高速数据在固定、便携和低速移动中的应用。
    从技术的定位上讲，WiMAX更适合用于城域网建设的“最后一公里”无线接入部分，尤其是对于新兴的运营商更为合适。WiMAX技术分为固定和移动两部分，因此运营商在市场定位上会面临选择：如果选择提供固定宽带接入，那么市场规模会比较有限；如果立足于移动业务，在运营模式、终端支持、组网方式方面都存在很多挑战，同时也将面临来自3G、E3G技术的竞争。
    (2)制约802.16发展的几个方面
    标准制定方面：802.16e标准化工作正在进行，除空中接口标准尚未完成以外，802.16还存在一个问题就是缺乏网络规范、标准体系不完善。802.16仅仅规范了基站和移动台之间的空中接口，没有规定基站和基站之间，基站和网络侧的协议。在切换、移动性管理（寻呼）和终端状态管理（激活和休眠的转换）等与蜂窝组网有关的方面，还不够成熟，需要进一步完善。
    频率问题：目前已经认可的是3.4～3.8GHz许可证频率（ETSI，国际MMDS）和5.725～5.85GHz免许可证频率。很多国家允许使用更高的频率，将其当作5GHz免许可证频段的一部分，目的是室外应用。由于其穿透力差，使用这些频率的WiMAX系统不可能和LTE竞争。正待批准的频率是2.3～2.7 GHz许可证（美国MMDS，ITU），目前只有韩国将2.3～2.4 GHz频率分配给WiMAX。国际上主要集中争取2.5～2.6 GHz的频率。这些频率仍然偏高，与3G移动通信频率相比性能较差。而WiMAX发展宽带无线接入的最佳和可能选择是使用电视广播频段（UHF）。由于UHF频道的传播性能好可以大面积覆盖，便于降低成本，提高竞争能力。目前全球不少地方开始了争取分配＜1 GHz频段用于宽带无线接入的努力。
    同3G竞争方面，WiMAX最近两年来的巨大宣传攻势，其效果就是把3GPP叫醒了。用一个笑话来比喻：3GPP见WiMAX，会说你们这个东西不错，但是我不要，我要再做一个。这样下去WiMAX的发展面临了一个很强的竞争对手。802.16e标准只是定义了包括物理层和MAC层的空中接口标准，目前还没有基于802.16e的芯片和产品出现。当然现在研发稍微快一点了，但是WiMAX的终端还是问题。WiMAX芯片生产厂家也太少，导致设备制造商的成本很高，形成不了竞争格局。3G的标准版本已经正式发布了许多版本，对WCDMA而言，R99版本标准已经基本稳定，遵循R99版本标准的核心芯片、产品、系统级设备等方面已经成熟，并且全球已经开始商用。WCDMA的增强型HSDPA的标准也已经基本稳定。
    4WiMAX的商业应用模式探讨
    WiMAX具有高速率以及建网速度快的优点，就覆盖环境限制或者从部署成本考虑有一定的现实应用意义。但从目前运营商的网络需求以及技术特点分析，WiMAX并不适合单独组网进行运营。
    (1)与3G融合组网
    WiMAX虽然与3G在某些业务定位上存在部分重叠，但重叠只是很少的一部分。WiMAX或者具体的说802.16e是定位在高带宽数据传输上，其移动性也仅限于“步行级”速率的移动；而3G是一个全移动的解决方案，而且其在今后很长的一段时间内还是以处理语音业务为主。与还处于萌芽状态的WiMAX相比，发展多年的传统蜂窝技术俨然是一颗大树，WiMAX目前不可能会有与传统蜂窝技术分庭抗争的能力。所以目前把802.16e与3G当作竞争对手来看未免有些牵强，就目前来看，WiMAX不可能达到蜂窝技术的规模，更无法取而代之，但WiMAX将是蜂窝技术的一种很好的补充。
    WiMAX和3G在业务定位上会有一定的重叠，WiMAX提供的主要是具有一定移动特性的宽带数据业务，面向的用户主要是笔记本终端＋WiMAX数据卡或WiMAXPDA终端持有者。而这部分用户同时也是3G数据卡的用户群。这种竞争目前主要体现在“数据带宽需求较高的城市区域内提供一定移动性的无线数据服务”方面。另外，WiMAX在带宽方面的优势也可以弥补3G的不足。
    因此，WiMAX与3G之间竞争与互补同时存在，但两者不可能互相取代。两者之间的关系最终取决于管制机构的决策（如频率分配、许可证的发放）以及运营商的策略。
    (2)无线宽带接入系统
    WiMAX可以作为无线宽带接入系统，采用符合IEEE802.16d标准的设备，工作频段根据标准规定和国家的频率划分可以为3.5GHz频段。
    在此模式下，WiMAX网络主要作为IP/E1的承载，在光纤或者其他有限资源到位后，网络设备可以移动到其他地方布网。其潜在的应用模式有以下几种。
    ·大客户接入市场
    大客户接入主要实现基于IP和电路业务的综合接入。运营商将WiMAX作为光纤有线接入的补充，在客户端采用室内型或室外型CPE。特别是新兴运营商或移动运营商可以利用宽带无线接入设备迅速开展业务，抓住重要客户，弥补其固网资源的不足。
    现在国内的电信运营业已展现竞争态势，新的运营商通过WiMAX可以快速灵活地将业务送达目标客户，为其在主流运营商的区域内开展业务提供了一个极佳的技术手段。
    ·家庭宽带接入市场
    作为xDSL方式的补充，由于WiMAX设备成本呈现逐渐下降的趋势，而且具有数据速率高、安装方便的优势，并有一定的便携性，因此运营商可以利用WiMAX技术采用室内型的客户端，快速进入个人宽带接入市场，提供宽带数据功能。特别是随着Intel的市场推动，会推出内置WiMAX模块的个人电脑，这样也为个人用户市场奠定了基础。
    现在各地的城市建设都非常迅猛，特别是房地产市场发展迅速，新的高档楼盘和新建小区不断出现，光纤往往无法在第一时间铺设到小区门口，或者由于种种原因的施工困难，光纤无法接入到新建小区。WiMAX能够通过无线传输的方法，直接把信号覆盖到小区内部，通过NGN快速把语音和数据业务送达小区开展电信业务。
    ·数据业务的接入补充
    目前，移动宽带数据业务主要指移动增值数据业务，包括移动互联网、消息类、游戏、企业应用、视频等多种业务。随着短信和移动游戏类业务的增长，用户对移动宽带数据类业务提出了更高的数据传输带宽需求。WiMAX可以作为数据接入业务的一个有力的补充手段。
    ·通信网络数据传输
    WiMAX无线宽带接入技术的出现，为NGN提供了一种快速、灵活的接入手段。WiMAX非视距无线传输、抗多径、面向连接、高带宽、基于IP等优异特性，为实现丰富多彩的NGN业务提供了一个卓越的接入手段。对于新兴运营商，可利用WiMAX设备取代光缆和铜缆，在客户端配合IAD、综合AG等设备快速布局，打破传统固网运营商对语音业务的垄断。
    同样的，可以将WiMAX看作一种无线城域网、多点基站互联的支持手段，能够在城市中提供很好的应用，配合运营商实现快速建网的目的。例如，在现有的GSM/CDMA2G和2.5G的网络中，BTS和BSC之间以及BTS之间的传输都采用了光纤或点对点微波来解决。但是随着网络部署范围的不断扩展，无线环境越来越复杂，在某些场合，这些传统的传输方式已经不能满足需求。对于这些新情况，移动运营商必须找到一种有效的解决办法，WiMAX技术覆盖距离大、非视距、频谱效率高，就是一个很好的选择。
    5WiMAX市场潜力巨大
    WiMAX之所以能掀起大风大浪，显然是有自身的许多优势。而各厂商也正是看到了WiMAX的优势所可能引发的强大市场需求才对其抱有浓厚的兴趣。
    优势之一，实现更远的传输距离。WiMAX所能实现的50km的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展
    优势之二，提供更高速的宽带接入。据悉，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。
    优势之三，提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。WiMAX可为50km半径区域内提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。
    优势之四，提供多媒体通信服务。由于WiMAX较Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。
    WiMAX带给运营商的是一个能降低网络部署和运营成本并加速性价比提升的公共平台，能够帮运营商快速开通T1/E1级别、按需分配的大容量宽带业务。随着市场规模的扩大，WiMAX设备将越来越便宜，从而降低与设备配置相关的资金风险。无线、宽带和IP化是通信技术的发展方向，WiMAX虽然顺承了这一发展趋势，但要想迅速成长起来，除了要加强修炼以克服自己在移动、漫游以及盈利模式等方面的不足外，市场的推广力度也十分重要，而运营商便是其中非常重要的一环。WiMAX对于运营商来说是一个全新的事物，没有运营经验，没有现成的可以借鉴的商业模式，也无法做出一个相对精确的投资回报分析，只能边做边学。商业部署WiMAX所存在的风险也就造成了众多运营商虽然对之感兴趣，却又不想去做第一个吃螃蟹的人。所以，WiMAX应该尽早从概念宣传迈入到实地演练中，以一个成功的商用案例来兑现自己的承诺。第一个案例很关键，甚至可以说是事关成败的一举，这层窗户纸给捅破了，以后的事情便好办了。具体到中国，大连与成都两个WiMAX试验网项目便是焦点，这是WiMAX赢取业界信心的重要机会，特别是获得投资方和运营商的信心。同样具有IP血统，以太网的巨大成功是WiMAX的一个榜样。对于新技术业界应该给予的是支持与信任而非指责与怀疑，我们期待着WiMAX第一缕曙光的出现。

月下闻箫

王小二-10538

心轨无痕

楼主辛苦拉！！

专治各种不服

宝哥-9296