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作者：北京郵電大學無線新技術(shù)研究所RRM室主任 王瑩副教授

　　WiMAX以其傳輸速率高、建網(wǎng)速度快、建設成本低、覆蓋面積廣、頻譜利用率高等特點受到全球眾多廠商的追捧，今年10月底入圍3G標準更是給WiMAX的商用鋪平了道路。本期專題圍繞WiMAX技術(shù)演進、商用關(guān)鍵問題、國內(nèi)運營商組網(wǎng)模式、設備認證測試動態(tài)等幾大熱點話題，解析WiMAX進入3G標準行列之后具體的技術(shù)演進和現(xiàn)實問題，并推薦優(yōu)秀的WiMAX解決方案供業(yè)界參考。

　　背景介紹

　　一般在文獻中，名詞WiMAX與IEEE802.16可通用。但實際上WiMAX與IEEE802.16存在一定區(qū)別。WiMAX基于IEEE802.16協(xié)議族，包含多個協(xié)議，如圖1所示。其中主流的標準有: IEEE 802.16-2004, 它由IEEE于2004年通過，采用2~66GHz頻段，支持多種QoS優(yōu)先級。802.16d涵蓋了802.16-2001至802.16a標準，是相對成熟的一個標準。為了更好地支持移動性，提供移動寬帶接入，IEEE于2005年底通過、并在2006年2月發(fā)布了802.16e(IEEE 802.16-2005)規(guī)范。協(xié)議對802.16d協(xié)議OFDMA(正交頻分復用接入) PHY進行了擴展和改進，同時在MAC層增加了切換流程和信令支持，通常認為802.16d使用OFDM-PHY規(guī)范，802.16e使用OFDMA-PHY規(guī)范。IEEE 802.16j，是移動多跳中繼(MMR)系統(tǒng)規(guī)范，用于擴大覆蓋范圍，提高系統(tǒng)容量，負載均衡等用途，預計于2008年發(fā)布。IEEE 802.16m是以ITU-R所提的4G規(guī)格做為目標來制定的，目前已初步完成技術(shù)需求文件。

圖1 802.16協(xié)議族

　　物理層關(guān)鍵技術(shù)

　　WiMAX所采用的MIMO-OFDM/OFDMA是公認的下一代無線通信的基石。OFDM也稱正交頻分復用，其基本原理是將高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行的低速數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)流交織編碼調(diào)制到正交的子信道上進行傳輸，因此頻譜利用率高。OFDMA又稱正交頻分復用多址，它能夠通過下行鏈路復用傳輸?shù)蕉鄠€用戶，上行鏈路多址接入多個子信道，從而進一步提高頻譜利用率。此外，OFDMA可以靈活地適應帶寬要求，并通過固定子載波頻率間隔和符號時間，減少對上層的影響。

　　在3G標準中，WCDMA和cdma2000只支持FDD，TD-SCDMA只支持TDD，而WiMAX可以支持TDD和FDD。但移動WiMAX的最初標準將只支持TDD，隨后會考慮用FDD來適應不同國家電信體制要求。雖然TDD要求系統(tǒng)同步，但TDD能夠有效支持非對稱業(yè)務，利用上下行信道的信息對稱性更好地支持鏈路自適應、MIMO和其他閉式環(huán)路技術(shù)。

　　此外，WiMAX還采用了自適應調(diào)制和編碼(AMC)、混合自動重傳請求(HARQ)及快速信道反饋(CQICH)等技術(shù)，可以得到有效的信道干擾噪聲比，計算出MIMO天線選擇和資源分配，使信道信息的計算可以更加準確，并提高系統(tǒng)容量、擴大覆蓋范圍。

　　MAC層關(guān)鍵技術(shù)

　　802.16標準建立的初衷是為了傳播寬帶語音、數(shù)據(jù)、視頻流業(yè)務。因此在同一信道上，MAC層不但要支持高峰值速率要求的突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務，同時還要支持視頻流以及時延敏感的語音業(yè)務。MAC調(diào)度業(yè)務是為了能夠有效利用資源，把寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務在時變寬帶無線信道上傳輸。其中快速數(shù)據(jù)調(diào)度、上下行調(diào)度、動態(tài)資源分配、面向QoS和頻率選擇性調(diào)度等特性保證了WiMAX能夠服務于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務。

　　WiMAX可以滿足不同業(yè)務質(zhì)量的要求。在WiMAX的MAC層中，QoS參數(shù)定義了該業(yè)務流的傳輸順序和調(diào)度優(yōu)先級，從而保證了空口的精確控制。業(yè)務流參數(shù)可以通過MAC層消息動態(tài)請求分配資源。

　　技術(shù)亮點

　　智能天線技術(shù)一般涉及到在多個天線上復向量或矩陣的計算，而復向量均衡器不能夠抵抗頻率選擇性衰落，因此OFDMA可以很好地支持智能天線?？芍С值闹悄芴炀€技術(shù)包括波束賦形(Beamforming)、空時碼(STC)、空間復用。

　　WiMAX可支持頻率復用因子為1的頻率復用。但是這樣會引起小區(qū)邊緣用戶的高信道間干擾(CCI)，從而降低其服務質(zhì)量。部分頻率復用(FFR)可以使小區(qū)邊緣的用戶只占據(jù)部分頻譜，從而避免了CCI，提高小區(qū)邊緣性能。

　　多播廣播業(yè)務(MBS)聯(lián)合了DVB-H，MediaFLO和3GPPE-UTRA的最佳特性，能夠使用單頻率網(wǎng)(SFN)實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率和覆蓋、靈活分配資源、節(jié)能、支持音頻視頻等數(shù)據(jù)廣播以及低的信道切換時間。

　　技術(shù)難點

　　OFDM系統(tǒng)具有較高的PAR，從而對PAR抑制技術(shù)提出了較高的要求，對功放、動態(tài)范圍、AD/DA的設計都提出了更高的要求。WiMAX對基帶和中射頻設計也都提出了較高的需求，使得終端復雜度提高。

　　MIMO技術(shù)在蜂窩無線通信系統(tǒng)中的性能，需要在外場測試和現(xiàn)網(wǎng)運行過程中進行驗證和優(yōu)化完善。此外，單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡規(guī)劃和小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)實現(xiàn)需要通過外場測試和現(xiàn)網(wǎng)運行來進行驗證和優(yōu)化，部分頻率復用實現(xiàn)機制也需要驗證和優(yōu)化。

　　WiMAX的協(xié)議標準、空口技術(shù)規(guī)范已經(jīng)較完備，但網(wǎng)絡架構(gòu)等方面的協(xié)議規(guī)范還在制訂中。

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