WiMAX的應(yīng)用與發(fā)展

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)未來應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)等幾個方面進(jìn)行了分析和闡述。

1、引言

寬帶無線接入技術(shù)（Broadband Wireless Access），是指以無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)域的一個熱點話題，其中WiMAX技術(shù)作為支持固定和一定移動性的城域?qū)拵o線接入技術(shù)是目前業(yè)界最為關(guān)注的寬帶無線接入技術(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未來應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)等幾個方面進(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)盟旨在對基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSI HiperMAN標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認(rèn)證。目前，WiMAX聯(lián)盟有400多個成員，包括運營商、設(shè)備制造商以及各種研究機構(gòu)。運營商包括固定網(wǎng)絡(luò)運營商和移動網(wǎng)絡(luò)運營商，設(shè)備制造商既包括固定無線接入的設(shè)備制造商也包括移動通信設(shè)備制造商。

如同WiFi聯(lián)盟在推進(jìn)IEEE 802.11無線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用方面的作用，WiMAX聯(lián)盟旨在通過推動和驗證基于IEEE 802.16無線寬帶接入設(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)用的推動者。從技術(shù)的角度來講，目前業(yè)界談?wù)摰腤iMAX技術(shù)實際上就是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）兩個空中接口規(guī)范。802.16d是固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口規(guī)范，2004年7月通過，不支持移動環(huán)境。802.16e是固定和移動寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口規(guī)范，2005年12月通過，支持固定、便攜和移動環(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即將開始征集的IMT-Advanced技術(shù)做準(zhǔn)備，2006年12月，IEEE 802通過了IEEE 802.16工作組提交的16m的立項申請，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陣營的共同努力下，移動WiMAX技術(shù)產(chǎn)品和市場保持了較快的發(fā)展速度，很多運營商和設(shè)備制造商都對WiMAX表現(xiàn)出極大的熱情。

韓國是最先部署移動WiMAX商用網(wǎng)絡(luò)的國家。WiBro（Wireless Broadband）是韓國提出的寬帶無線接入標(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。韓國運營商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)行無線互聯(lián)網(wǎng)接入。盡管網(wǎng)絡(luò)擴張時間比原來的計劃整整晚了4個月，KT仍然表示了發(fā)展WiBro的決心，并將按照計劃進(jìn)一步進(jìn)行WiBro網(wǎng)絡(luò)擴容，目標(biāo)在2007年底發(fā)展20萬用戶。未來KT還計劃將其WiBro服務(wù)通過與其他運營商合作的方式推廣到全球范圍內(nèi)，也會考慮在其他地區(qū)直接投資建設(shè)WiBro網(wǎng)絡(luò)。

Sprint Nextel是目前WiMAX技術(shù)最積極的推動者之一。作為美國第二大CDMA網(wǎng)絡(luò)運營商，Sprint Nextel同時有大約100MHz帶寬的2.5G頻段，Sprint Nextel于2006年8月宣布計劃部署基于移動WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入系統(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WiMAX網(wǎng)絡(luò)。Sprint Nextel計劃2008年將投入15-20億美元來進(jìn)行大規(guī)模的WiMAX無線寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)工作，預(yù)計到2008年底，網(wǎng)絡(luò)會覆蓋到100個美國重要城市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者、企業(yè)與政府用戶提供無線寬帶服務(wù)。目前，Sprint Nextel正在進(jìn)行WiMAX網(wǎng)絡(luò)試驗。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，手機等WiMAX終端，提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。

盡管Sprint Nextel對WiMAX的支持給了WiMAX陣營極大鼓舞，但是部分運營商對WiMAX技術(shù)的成熟度也表示出了擔(dān)憂。從時間上來看，WiMAX商用的時間有所推遲現(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年才會有高端WiMAX手機商用，2010年才會有普通商用WiMAX手機上市。因此，從目前的情況來看，WiMAX可能在2009年或者2010年才能成熟。此外，由于WiMAX的認(rèn)證還沒有開始，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帶來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)商用試驗網(wǎng)，目前主要是一些中小運營商和固網(wǎng)運營商對WiMAX興趣較大，并計劃建設(shè)WiMAX試商用網(wǎng)。擁有完善的3G網(wǎng)絡(luò)并且占主導(dǎo)地位的移動運營商對WiMAX興趣并不大，主流移動運營商中只有Sprint Nextel 正在建網(wǎng)，很多運營商對Sprint Nextel的WiMAX試驗網(wǎng)還處于觀望態(tài)度。

4、WiMAX與LTE和UMB的關(guān)系

移動通信和互聯(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、移動化、IP化和融合化趨勢。總體來看，整個產(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)鍵時期。在向?qū)拵Щ⒁苿踊虸P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，而運營商之間、制造商之間的競爭等因素也推動了技術(shù)更新的加快。

支持移動能力的WiMAX技術(shù)，為通信領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的機遇，同時也給移動通信領(lǐng)域帶來了競爭和挑戰(zhàn)。在向?qū)拵o線移動發(fā)展的過程中，移動通信技術(shù)的發(fā)展方向是在保持對高速移動性支持的同時提供更高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，無線接入技術(shù)在進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力的同時也逐步增強對移動性的支持。因此，原來兩種不同定位、處于不同領(lǐng)域的技術(shù)開始出現(xiàn)交疊和競爭。

在這種背景下，移動通信業(yè)界提出了新的市場需求，要求進(jìn)一步改進(jìn)和增強3G技術(shù)，提供更強的業(yè)務(wù)能力和更好的用戶體驗。因此，3GPP和3GPP2相應(yīng)啟動了演進(jìn)型3G技術(shù)研究工作，以保持3G技術(shù)的競爭力和在移動通信領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。演進(jìn)型3G技術(shù)在我國被稱為E3G（Evolved 3G），也有國家稱為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)計某些細(xì)節(jié)上各有側(cè)重。WiMAX最初提供固定寬帶無線接入，隨著北電、摩托羅拉和三星等移動通信企業(yè)的加盟，WiMAX技術(shù)在固定寬帶無線接入基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強，支持中低速移動用戶，峰值速率達(dá)到70Mbit/s。LTE標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計多址方案時，3GPP內(nèi)大部分成員認(rèn)為上行鏈路OFDM技術(shù)峰均比過高會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)峰均比問題可以通過預(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，對時延敏感的反向數(shù)據(jù)。LTE和UMB除了支持高速移動用戶之外，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算機芯片制造領(lǐng)域的霸主，又得到眾多移動通信設(shè)備制造商和運營商的支持，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。如果說WiMAX是3G技術(shù)的有力補充，可以在熱點地區(qū)提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而提供高移動性、高數(shù)據(jù)速率的LTE和UMB技術(shù)與WiMAX技術(shù)之間的直接競爭已不可避免。

5、WiMAX的未來演進(jìn)——IMT-Advanced/B3G

為滿足移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)性能的要求，研究開發(fā)速率更高、性能更先進(jìn)的新一代移動通信技術(shù)正成為世界各國和相關(guān)機構(gòu)關(guān)注的重點。這種在第三代移動通信技術(shù)之后的新技術(shù)也被稱為B3G-Systems beyond IMT-2000技術(shù)（超3G/后3G）或第四代移動通信技術(shù)（4G）。在2005年10月18日結(jié)束的ITU-R WP8F第17次會議上，ITU給了超3G技術(shù)一個正式的名稱IMT-Advanced。按照ITU的定義：IMT-2000技術(shù)和IMT-Advanced技術(shù)擁有一個共同的前綴“IMT”，表示移動通信；當(dāng)前的WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA及其增強型技術(shù)統(tǒng)稱為IMT-2000技術(shù)；未來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、更好地覆蓋和更強的業(yè)務(wù)支撐能力，B3G系統(tǒng)的目標(biāo)是為高速移動用戶提供峰值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的計劃，2007年國際無線電大會（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)。移動通信業(yè)界在不斷完善和增強3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時，也積極對IMT-Advanced的業(yè)務(wù)需求、技術(shù)需求和頻譜需求進(jìn)行評估，為ITU征集IMT-Advanced技術(shù)提案做準(zhǔn)備。目前，IEEE 802.16工作組已啟動了802.16m項目，3GPP和3GPP2也即將啟動LTE+和UMB+項目，世界各國的企業(yè)和研究機構(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3G技術(shù)大幅提高，已經(jīng)可以滿足B3G系統(tǒng)高速移動場景的需求，在系統(tǒng)載波帶寬擴展到100MHz時，應(yīng)該可以滿足游牧和固定場景需求。目前，業(yè)界普遍認(rèn)為WiMAX和LTE，UMB將沿著無線寬帶接入和寬帶移動通信兩條路線向IMT-Advanced演進(jìn)。同時，還會有新的提案向ITU提交，WiMAX與LTE和UMB的競爭仍在繼續(xù)，可以預(yù)見IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)化競爭將更加激烈。

6、WiMAX的未來應(yīng)用

WiMAX相對于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現(xiàn)，具有較高的QoS保障。而WiMAX提供具有一定移動特性的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和VoIP業(yè)務(wù)，犧牲了移動性換取數(shù)據(jù)傳輸能力的顯著提高。因此，WiMAX在相當(dāng)長的時間內(nèi)將主要解決熱點覆蓋，網(wǎng)絡(luò)可以提供部分的移動性，移動業(yè)務(wù)應(yīng)用主要集中在游牧或中低速移動狀態(tài)下的高速數(shù)據(jù)接入。3G系統(tǒng)提供連續(xù)的覆蓋，可以為高速移動用戶提供無縫的接入。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)模商用還有一段時間，但韓國已經(jīng)開始在首爾提供WiBro商用服務(wù)，美國運營商SprintNextel也計劃于2008年部署WiMAX網(wǎng)絡(luò)。因此，WiMAX商用時間早于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)一頻譜等角度來看，在相當(dāng)長的時間內(nèi)主要提供熱點覆蓋和支持部分移動性，作為3G系統(tǒng)的補充是一種可行的應(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，大幅提高了移動通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能力，彌補了3G系統(tǒng)的不足，在支持切換、漫游等與移動性相關(guān)的功能和性能上優(yōu)于WiMAX。預(yù)計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的有力競爭。

WiMAX在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程和產(chǎn)品研發(fā)上占有先機，但在未來應(yīng)用的過程中仍然面臨一些壓力和挑戰(zhàn)，例如相對移動通信領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱、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的未來發(fā)展還要看市場的需求和定位、業(yè)務(wù)模式、運營模式、政府的管制政策以及產(chǎn)業(yè)能力。

7、結(jié)束語

WiMAX的應(yīng)用與發(fā)展正進(jìn)入關(guān)鍵時期，IMT-Advanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定將是新的機會與挑戰(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、市場定位、運營模式等問題，在競爭和融合中走出從無線寬帶接入向IMT-Advanced演進(jìn)之路，讓我們拭目以待。