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)順利地通過了工作組級(jí)別的討論，如果在下一級(jí)別研究組沒有不同意見，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無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中必不可少的部分，通過鏈路預(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，沒有差異。

系統(tǒng)最大允許路徑損耗見公式（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。但是需要說明的是，上述分析WiMAX系統(tǒng)沒有采用MIMO（多輸入多輸出）、AAS（先進(jìn)天線系統(tǒng)）、STC（空時(shí)編碼）等新的無線通信技術(shù)，一般條件下2×2MIMO會(huì)帶來3 dB的增益，8天線AAS會(huì)帶來約9 dB的賦形增益，STC也會(huì)帶來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題，主要是容量受限。

2、WiMAX的語音業(yè)務(wù)能力

WiMAX由一種寬帶無線接入技術(shù)演變而來，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)上仍存在許多問題，其主要影響因素包括：

●信令開銷，WiMAX的信令開銷隨用戶數(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。可以節(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。基本結(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保證的語音，并已經(jīng)得到驗(yàn)證，因此，這一問題就歸結(jié)為一個(gè)市場(chǎng)發(fā)展問題，其實(shí)質(zhì)是運(yùn)營(yíng)商是否采用WiMAX做語音解決方案問題。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)通過集中采購，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”一員持樂觀態(tài)度，認(rèn)為其頻率問題將會(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