WiMAX的應(yīng)用與發(fā)展

摘要　從WiMAX的技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、與LTE，UMB和IMT-Advanced之間的關(guān)系，以及WiMAX技術(shù)未來(lái)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析和闡述。

1、引言

寬帶無(wú)線接入技術(shù)（Broadband Wireless Access），是指以無(wú)線傳輸方式向用戶提供接入寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的接入技術(shù)，是近幾年通信領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題，其中WiMAX技術(shù)作為支持固定和一定移動(dòng)性的城域?qū)拵�無(wú)線接入技術(shù)是目前業(yè)界最為關(guān)注的寬帶無(wú)線接入技術(shù)之一。本文將從WiMAX的技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、與LTE，UMB和IMT-Advanced之間的關(guān)系，以及WiMAX未來(lái)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2、WiMAX技術(shù)的發(fā)展

WiMAX是由業(yè)界領(lǐng)先的通信設(shè)備及器件公司共同成立的非贏利組織，該聯(lián)盟旨在對(duì)基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSI HiperMAN標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線接入產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認(rèn)證。目前，WiMAX聯(lián)盟有400多個(gè)成員，包括運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商以及各種研究機(jī)構(gòu)。運(yùn)營(yíng)商包括固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，設(shè)備制造商既包括固定無(wú)線接入的設(shè)備制造商也包括移動(dòng)通信設(shè)備制造商。

如同WiFi聯(lián)盟在推進(jìn)IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用方面的作用，WiMAX聯(lián)盟旨在通過(guò)推動(dòng)和驗(yàn)證基于IEEE 802.16無(wú)線寬帶接入設(shè)備的兼容性和互操作性，確保WiMAX產(chǎn)品的互通，降低芯片和設(shè)備的成本，加快符合IEEE 802.16技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線接入設(shè)備的應(yīng)用。WiMAX與IEEE 802.16之間有著非常緊密的聯(lián)系，后者是標(biāo)準(zhǔn)的制定者，而前者是標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的推動(dòng)者。從技術(shù)的角度來(lái)講，目前業(yè)界談?wù)摰腤iMAX技術(shù)實(shí)際上就是IEEE 802.16技術(shù)。

IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的空中接口包括IEEE 802.16d（IEEE 802.16-2004）和IEEE 802.16e（IEEE 802.16-2005）兩個(gè)空中接口規(guī)范。802.16d是固定寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)空中接口規(guī)范，2004年7月通過(guò)，不支持移動(dòng)環(huán)境。802.16e是固定和移動(dòng)寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)空中接口規(guī)范，2005年12月通過(guò)，支持固定、便攜和移動(dòng)環(huán)境。IEEE 802.16的物理層核心技術(shù)主要是OFDM，包括頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）方式，可以采用從1.25～20MHz之間的載波帶寬，頻譜利用率最高可達(dá)到3bit/s/Hz/sector。為了進(jìn)一步提高IEEE 802.16技術(shù)能力，并為ITU即將開(kāi)始征集的IMT-Advanced技術(shù)做準(zhǔn)備，2006年12月，IEEE 802通過(guò)了IEEE 802.16工作組提交的16m的立項(xiàng)申請(qǐng)，802.16m的標(biāo)準(zhǔn)將在IEEE802.16工作組下設(shè)的TGm任務(wù)組中開(kāi)展。

IEEE主要制定802.16物理層和MAC層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為了支持802.16e的發(fā)展，WiMAX聯(lián)盟也在積極開(kāi)展端到端的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的研究。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)范的R1版本已于2006年9月完成，主要滿足基本的移動(dòng)性需求，支持VoIP業(yè)務(wù)，應(yīng)用在固定應(yīng)用模式下，支持與其他網(wǎng)絡(luò)的松耦合互聯(lián)。

3、WiMAX的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

在WiMAX陣營(yíng)的共同努力下，移動(dòng)WiMAX技術(shù)產(chǎn)品和市場(chǎng)保持了較快的發(fā)展速度，很多運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商都對(duì)WiMAX表現(xiàn)出極大的熱情。

韓國(guó)是最先部署移動(dòng)WiMAX商用網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家。WiBro（Wireless Broadband）是韓國(guó)提出的寬帶無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用在2.3GHz頻段上。WiBro標(biāo)準(zhǔn)完全遵從IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)，可以看作是IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)的子集，采用OFDMA/TDD技術(shù)，系統(tǒng)帶寬9MHz，下行速率18.4Mbit/s/上行速率6.1 Mbit/s。韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商KT和SKT于2006年6月在首爾部分地區(qū)提供WiBro商用服務(wù)。2007年4月，KT完成了首爾的全覆蓋，包括25所高校，以方便學(xué)生進(jìn)行無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)接入。盡管網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張時(shí)間比原來(lái)的計(jì)劃整整晚了4個(gè)月，KT仍然表示了發(fā)展WiBro的決心，并將按照計(jì)劃進(jìn)一步進(jìn)行WiBro網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，目標(biāo)在2007年底發(fā)展20萬(wàn)用戶。未來(lái)KT還計(jì)劃將其WiBro服務(wù)通過(guò)與其他運(yùn)營(yíng)商合作的方式推廣到全球范圍內(nèi)，也會(huì)考慮在其他地區(qū)直接投資建設(shè)WiBro網(wǎng)絡(luò)。

Sprint Nextel是目前WiMAX技術(shù)最積極的推動(dòng)者之一。作為美國(guó)第二大CDMA網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，Sprint Nextel同時(shí)有大約100MHz帶寬的2.5G頻段，Sprint Nextel于2006年8月宣布計(jì)劃部署基于移動(dòng)WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)。2007年初，Sprint Nextel宣布斥資8億美元，分別與諾基亞、三星在德州與華盛頓特區(qū)部署移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)。Sprint Nextel計(jì)劃2008年將投入15-20億美元來(lái)進(jìn)行大規(guī)模的WiMAX無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)工作，預(yù)計(jì)到2008年底，網(wǎng)絡(luò)會(huì)覆蓋到100個(gè)美國(guó)重要城市85%的區(qū)域，覆蓋將近1億戶的用戶群體。Sprint Nextel預(yù)期在2008年上半年為一般消費(fèi)者、企業(yè)與政府用戶提供無(wú)線寬帶服務(wù)。目前，Sprint Nextel正在進(jìn)行WiMAX網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)。Sprint Nextel選擇了三星、諾基亞、摩托羅拉、中興等作為系統(tǒng)和終端合作伙伴，提供CPE，PCMCIA卡，手機(jī)等WiMAX終端，提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。

盡管Sprint Nextel對(duì)WiMAX的支持給了WiMAX陣營(yíng)極大鼓舞，但是部分運(yùn)營(yíng)商對(duì)WiMAX技術(shù)的成熟度也表示出了擔(dān)憂。從時(shí)間上來(lái)看，WiMAX商用的時(shí)間有所推遲現(xiàn)象。目前，參加WAVE1認(rèn)證只有三星一家設(shè)備，而WAVE2認(rèn)證推遲到2008年才能進(jìn)行。摩托羅拉和三星也只是在2008年才能提供符合WAVE2認(rèn)證的商用設(shè)備。在終端方面，2008年年底或2009年才會(huì)有高端WiMAX手機(jī)商用，2010年才會(huì)有普通商用WiMAX手機(jī)上市。因此，從目前的情況來(lái)看，WiMAX可能在2009年或者2010年才能成熟。此外，由于WiMAX的認(rèn)證還沒(méi)有開(kāi)始，不同廠商的設(shè)備互操作性還不能得到保證。從業(yè)務(wù)上看，目前已經(jīng)商用的移動(dòng)WiMAX還僅能提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，隨著2009年手持終端的商用才可能會(huì)帶來(lái)VoIP等更多的業(yè)務(wù)。

全球范圍內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)有很多WiMAX的預(yù)商用試驗(yàn)網(wǎng)，目前主要是一些中小運(yùn)營(yíng)商和固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)WiMAX興趣較大，并計(jì)劃建設(shè)WiMAX試商用網(wǎng)。擁有完善的3G網(wǎng)絡(luò)并且占主導(dǎo)地位的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)WiMAX興趣并不大，主流移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商中只有Sprint Nextel 正在建網(wǎng)，很多運(yùn)營(yíng)商對(duì)Sprint Nextel的WiMAX試驗(yàn)網(wǎng)還處于觀望態(tài)度。

4、WiMAX與LTE和UMB的關(guān)系

移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前信息通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快、影響最大的領(lǐng)域，信息通信業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出寬帶化、移動(dòng)化、IP化和融合化趨勢(shì)�？傮w來(lái)看，整個(gè)產(chǎn)業(yè)正處在重大轉(zhuǎn)型期。從技術(shù)上看，信息通信技術(shù)正處于更新?lián)Q代的關(guān)鍵時(shí)期。在向?qū)拵Щ�、移�?dòng)化和IP化發(fā)展的進(jìn)程中，電信與廣電、電信與IT日益走向融合，加速了技術(shù)更新的步伐，而運(yùn)營(yíng)商之間、制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)等因素也推動(dòng)了技術(shù)更新的加快。

支持移動(dòng)能力的WiMAX技術(shù)，為通信領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，同時(shí)也給移動(dòng)通信領(lǐng)域帶來(lái)了競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)。在向?qū)拵�無(wú)線移動(dòng)發(fā)展的過(guò)程中，移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展方向是在保持對(duì)高速移動(dòng)性支持的同時(shí)提供更高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，無(wú)線接入技術(shù)在進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力的同時(shí)也逐步增強(qiáng)對(duì)移動(dòng)性的支持。因此，原來(lái)兩種不同定位、處于不同領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)交疊和競(jìng)爭(zhēng)。

在這種背景下，移動(dòng)通信業(yè)界提出了新的市場(chǎng)需求，要求進(jìn)一步改進(jìn)和增強(qiáng)3G技術(shù)，提供更強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力和更好的用戶體驗(yàn)。因此，3GPP和3GPP2相應(yīng)啟動(dòng)了演進(jìn)型3G技術(shù)研究工作，以保持3G技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力和在移動(dòng)通信領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。演進(jìn)型3G技術(shù)在我國(guó)被稱為E3G（Evolved 3G），也有國(guó)家稱為Super 3G或3.9G。3GPP2已經(jīng)于2007年4月頒布了cdma2000的演進(jìn)型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的第一版本UMB（Ultra Mobile Broad-band）空中接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前2.0版本也基本完成。3GPP內(nèi)TD-SCDMA和WCDMA的演進(jìn)型技術(shù)LTE（Long Term Evolution）標(biāo)準(zhǔn)也將于2007年底完成。

無(wú)論是WiMAX，LTE還是UMB，核心技術(shù)都是基于OFDM和MIMO，只是由于不同的組織主要成員和產(chǎn)業(yè)背景不同，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)某些細(xì)節(jié)上各有側(cè)重。WiMAX最初提供固定寬帶無(wú)線接入，隨著北電、摩托羅拉和三星等移動(dòng)通信企業(yè)的加盟，WiMAX技術(shù)在固定寬帶無(wú)線接入基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)，支持中低速移動(dòng)用戶，峰值速率達(dá)到70Mbit/s。LTE標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)多址方案時(shí)，3GPP內(nèi)大部分成員認(rèn)為上行鏈路OFDM技術(shù)峰均比過(guò)高會(huì)影響終端的功放成本和電池壽命，因此LTE下行采用OFDMA，上行采用較低峰均比的單載波FDMA。而3GPP2的主要成員認(rèn)為上行鏈路OFDM技術(shù)峰均比問(wèn)題可以通過(guò)預(yù)編碼等方式解決，因此UMB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上下行鏈路均采用OFDMA，同時(shí)在反向鏈路保留了CDMA數(shù)據(jù)信道，用于傳輸突發(fā)的低速率，對(duì)時(shí)延敏感的反向數(shù)據(jù)。LTE和UMB除了支持高速移動(dòng)用戶之外，峰值速率高達(dá)280Mbit/s。

作為TD-SCDMA，WCDMA和cdma2000技術(shù)演進(jìn)的LTE和UMB技術(shù)具有通信領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)背景，擁有全球統(tǒng)一的頻率資源以及廣大的2G和3G商用網(wǎng)絡(luò)和雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。WiMAX技術(shù)既有英特爾這樣在計(jì)算機(jī)芯片制造領(lǐng)域的霸主，又得到眾多移動(dòng)通信設(shè)備制造商和運(yùn)營(yíng)商的支持，在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程和產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程方面占有先機(jī)。如果說(shuō)WiMAX是3G技術(shù)的有力補(bǔ)充，可以在熱點(diǎn)地區(qū)提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而提供高移動(dòng)性、高數(shù)據(jù)速率的LTE和UMB技術(shù)與WiMAX技術(shù)之間的直接競(jìng)爭(zhēng)已不可避免。

5、WiMAX的未來(lái)演進(jìn)——IMT-Advanced/B3G

為滿足移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)性能的要求，研究開(kāi)發(fā)速率更高、性能更先進(jìn)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)正成為世界各國(guó)和相關(guān)機(jī)構(gòu)關(guān)注的重點(diǎn)。這種在第三代移動(dòng)通信技術(shù)之后的新技術(shù)也被稱為B3G-Systems beyond IMT-2000技術(shù)（超3G/后3G）或第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）。在2005年10月18日結(jié)束的ITU-R WP8F第17次會(huì)議上，ITU給了超3G技術(shù)一個(gè)正式的名稱IMT-Advanced。按照ITU的定義：IMT-2000技術(shù)和IMT-Advanced技術(shù)擁有一個(gè)共同的前綴“IMT”，表示移動(dòng)通信；當(dāng)前的WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA及其增強(qiáng)型技術(shù)統(tǒng)稱為IMT-2000技術(shù)；未來(lái)的新的空中接口技術(shù)，叫做IMT-Advanced技術(shù)。

在2003年，ITU發(fā)布了“IMT-2000和超IMT-2000系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展的總體目標(biāo)和框架——Recommendation ITU-R M.1645”，確定了IMT-2000和超IMT-2000未來(lái)發(fā)展的遠(yuǎn)景。在ITU-R的定義中，B3G系統(tǒng)可能需要一種新的無(wú)線接入技術(shù)，具有更高頻譜效率，能夠提供更高數(shù)據(jù)速率、更好地覆蓋和更強(qiáng)的業(yè)務(wù)支撐能力，B3G系統(tǒng)的目標(biāo)是為高速移動(dòng)用戶提供峰值100Mbit/s數(shù)據(jù)速率，為游牧或固定用戶提供峰值1 Gbit/s的數(shù)據(jù)速率。

按照ITU的計(jì)劃，2007年國(guó)際無(wú)線電大會(huì)（WRC-07）將為IMT-Advanced劃分新的頻率，隨后ITU將征集IMT-Advanced技術(shù)提案并起草相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。移動(dòng)通信業(yè)界在不斷完善和增強(qiáng)3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也積極對(duì)IMT-Advanced的業(yè)務(wù)需求、技術(shù)需求和頻譜需求進(jìn)行評(píng)估，為ITU征集IMT-Advanced技術(shù)提案做準(zhǔn)備。目前，IEEE 802.16工作組已啟動(dòng)了802.16m項(xiàng)目，3GPP和3GPP2也即將啟動(dòng)LTE+和UMB+項(xiàng)目，世界各國(guó)的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也在積極準(zhǔn)備IMT-Advanced候選技術(shù)提案。

WiMAX，LTE和UMB技術(shù)性能相對(duì)3G技術(shù)大幅提高，已經(jīng)可以滿足B3G系統(tǒng)高速移動(dòng)場(chǎng)景的需求，在系統(tǒng)載波帶寬擴(kuò)展到100MHz時(shí)，應(yīng)該可以滿足游牧和固定場(chǎng)景需求。目前，業(yè)界普遍認(rèn)為WiMAX和LTE，UMB將沿著無(wú)線寬帶接入和寬帶移動(dòng)通信兩條路線向IMT-Advanced演進(jìn)。同時(shí)，還會(huì)有新的提案向ITU提交，WiMAX與LTE和UMB的競(jìng)爭(zhēng)仍在繼續(xù)，可以預(yù)見(jiàn)IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)化競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。

6、WiMAX的未來(lái)應(yīng)用

WiMAX相對(duì)于3G。技術(shù)存在很大的差異。從業(yè)務(wù)能力上看，3G技術(shù)具有一定的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，話音業(yè)務(wù)在核心網(wǎng)絡(luò)采用電路交換方式實(shí)現(xiàn)，具有較高的QoS保障。而WiMAX提供具有一定移動(dòng)特性的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和VoIP業(yè)務(wù)，犧牲了移動(dòng)性換取數(shù)據(jù)傳輸能力的顯著提高。因此，WiMAX在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將主要解決熱點(diǎn)覆蓋，網(wǎng)絡(luò)可以提供部分的移動(dòng)性，移動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用主要集中在游牧或中低速移動(dòng)狀態(tài)下的高速數(shù)據(jù)接入。3G系統(tǒng)提供連續(xù)的覆蓋，可以為高速移動(dòng)用戶提供無(wú)縫的接入。從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展看，3G技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)廣泛商用。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)工作完成后，盡管大規(guī)模商用還有一段時(shí)間，但韓國(guó)已經(jīng)開(kāi)始在首爾提供WiBro商用服務(wù)，美國(guó)運(yùn)營(yíng)商SprintNextel也計(jì)劃于2008年部署WiMAX網(wǎng)絡(luò)。因此，WiMAX商用時(shí)間早于LTE和UMB，在數(shù)據(jù)能力上優(yōu)于3G技術(shù)，從標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化、全球統(tǒng)一頻譜等角度來(lái)看，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)主要提供熱點(diǎn)覆蓋和支持部分移動(dòng)性，作為3G系統(tǒng)的補(bǔ)充是一種可行的應(yīng)用模式。

LTE和UMB標(biāo)準(zhǔn)的制定，加快了3G技術(shù)演進(jìn)的步伐，大幅提高了移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能力，彌補(bǔ)了3G系統(tǒng)的不足，在支持切換、漫游等與移動(dòng)性相關(guān)的功能和性能上優(yōu)于WiMAX。預(yù)計(jì)UMB技術(shù)將在2009年投入商用，LTE也有可能在2010年左右提供商用產(chǎn)品。因此，近兩年是WiMAX應(yīng)用與發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，如果不能在這期間加速提高標(biāo)準(zhǔn)完善性和產(chǎn)品成熟度，擴(kuò)大商用網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，探索與3G，演進(jìn)型3G技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展的方式方法，將面臨LTE和UMB的有力競(jìng)爭(zhēng)。

WiMAX在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程和產(chǎn)品研發(fā)上占有先機(jī)，但在未來(lái)應(yīng)用的過(guò)程中仍然面臨一些壓力和挑戰(zhàn)，例如相對(duì)移動(dòng)通信領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱、缺乏統(tǒng)一的頻率資源、認(rèn)證能否順利進(jìn)行、芯片能否成熟、手持終端的成熟等。WiMAX的未來(lái)發(fā)展還要看市場(chǎng)的需求和定位、業(yè)務(wù)模式、運(yùn)營(yíng)模式、政府的管制政策以及產(chǎn)業(yè)能力。

7、結(jié)束語(yǔ)

WiMAX的應(yīng)用與發(fā)展正進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，IMT-Advanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定將是新的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。WiMAX能否在LTE和UMB商用之前進(jìn)一步完善WiMAX技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈，解決頻率資源、市場(chǎng)定位、運(yùn)營(yíng)模式等問(wèn)題，在競(jìng)爭(zhēng)和融合中走出從無(wú)線寬帶接入向IMT-Advanced演進(jìn)之路，讓我們拭目以待。