WiMAX的應用與發展

從WiMAX的技術發展、產業現狀、與LTE，UMB和IMT-Advanced之間的關系，以及WiMAX技術未來應用面臨的挑戰等幾個方面進行了分析和闡述。

1、引言

寬帶無線接入技術（Broadband Wireless Access），是指以無線傳輸方式向用戶提供接入寬帶固定網絡的接入技術，是近幾年通信領域的一個熱點話題，其中WiMAX技術作為支持固定和一定移動性的城域寬帶無線接入技術是目前業界最為關注的寬帶無線接入技術之一。本文將從WiMAX的技術發展、產業現狀、與LTE，UMB和IMT-Advanced之間的關系，以及WiMAX未來應用面臨的挑戰等幾個方面進行分析。

2、WiMAX技術的發展

WiMAX是由業界領先的通信設備及器件公司共同成立的非贏利組織，該聯盟旨在對基于IEEE 802.16標準和ETSI HiperMAN標準的寬帶無線接入產品進行一致性和互操作性認證。目前，WiMAX聯盟有400多個成員，包括運營商、設備制造商以及各種研究機構。運營商包括固定網絡運營商和移動網絡運營商，設備制造商既包括固定無線接入的設備制造商也包括移動通信設備制造商。

如同WiFi聯盟在推進IEEE 802.11無線局域網技術的應用方面的作用，WiMAX聯盟旨在通過推動和驗證基于IEEE 802.16無線寬帶接入設備的兼容性和互操作性，確保WiMAX產品的互通，降低芯片和設備的成本，加快符合IEEE 802.16技術標準的寬帶無線接入設備的應用。WiMAX與IEEE 802.16之間有著非常緊密的聯系，后者是標準的制定者，而前者是標準應用的推動者。從技術的角度來講，目前業界談論的WiMAX技術實際上就是IEEE 802.16技術。

IEEE 802.16標準的空中接口包括IEEE 802.16d（IEEE 802.16-2004）和IEEE 802.16e（IEEE 802.16-2005）兩個空中接口規范。802.16d是固定寬帶無線接入系統空中接口規范，2004年7月通過，不支持移動環境。802.16e是固定和移動寬帶無線接入系統空中接口規范，2005年12月通過，支持固定、便攜和移動環境。IEEE 802.16的物理層核心技術主要是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到3bit/s/Hz/sector。為了進一步提高IEEE 802.16技術能力，并為ITU即將開始征集的IMT-Advanced技術做準備，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的標準將在IEEE802.16工作組下設的TGm任務組中開展。

IEEE主要制定802.16物理層和MAC層技術標準。為了支持802.16e的發展，WiMAX聯盟也在積極開展端到端的網絡架構方面的研究。網絡架構規范的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業務，應用在固定應用模式下，支持與其他網絡的松耦合互聯。

3、WiMAX的產業現狀

在WiMAX陣營的共同努力下，移動WiMAX技術產品和市場保持了較快的發展速度，很多運營商和設備制造商都對WiMAX表現出極大的熱情。

韓國是最先部署移動WiMAX商用網絡的國家。WiBro（Wireless Broadband）是韓國提出的寬帶無線接入標準，應用在2.3GHz頻段上。WiBro標準完全遵從IEEE 802.16e標準，可以看作是IEEE 802.16e標準的子集，采用OFDMA/TDD技術，系統帶寬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月在首爾部分地區提供WiBro商用服務。2007年4月，KT完成了首爾的全覆蓋，包括25所高校，以方便學生進行無線互聯網接入。盡管網絡擴張時間比原來的計劃整整晚了4個月，KT仍然表示了發展WiBro的決心，并將按照計劃進一步進行WiBro網絡擴容，目標在2007年底發展20萬用戶。未來KT還計劃將其WiBro服務通過與其他運營商合作的方式推廣到全球范圍內，也會考慮在其他地區直接投資建設WiBro網絡。

Sprint Nextel是目前WiMAX技術最積極的推動者之一。作為美國第二大CDMA網絡運營商，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標準的寬帶無線接入系統。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部署移動WiMAX網絡。Sprint Nextel計劃2008年將投入15-20億美元來進行大規模的WiMAX無線寬帶網絡基礎建設工作，預計到2008年底，網絡會覆蓋到100個美國重要城市85%的區域，覆蓋將近1億戶的用戶群體。Sprint Nextel預期在2008年上半年為一般消費者、企業與政府用戶提供無線寬帶服務。目前，Sprint Nextel正在進行WiMAX網絡試驗。Sprint Nextel選擇了三星、諾基亞、摩托羅拉、中興等作為系統和終端合作伙伴，提供CPE，PCMCIA卡，手機等WiMAX終端，提供互聯網接入業務。

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技術的成熟度也表示出了擔憂。從時間上來看，WiMAX商用的時間有所推遲現象。目前，參加WAVE1認證只有三星一家設備，而WAVE2認證推遲到2008年才能進行。摩托羅拉和三星也只是在2008年才能提供符合WAVE2認證的商用設備。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的認證還沒有開始，不同廠商的設備互操作性還不能得到保證。從業務上看，目前已經商用的移動WiMAX還僅能提供互聯網接入業務，隨著2009年手持終端的商用才可能會帶來VoIP等更多的業務。

全球范圍內現在已經有很多WiMAX的預商用試驗網，目前主要是一些中小運營商和固網運營商對WiMAX興趣較大，并計劃建設WiMAX試商用網。擁有完善的3G網絡并且占主導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，很多運營商對Sprint Nextel的WiMAX試驗網還處于觀望態度。

4、WiMAX與LTE和UMB的關系

移動通信和互聯網是當前信息通信產業發展最快、影響最大的領域，信息通信業務呈現出寬帶化、移動化、IP化和融合化趨勢。總體來看，整個產業正處在重大轉型期。從技術上看，信息通信技術正處于更新換代的關鍵時期。在向寬帶化、移動化和IP化發展的進程中，電信與廣電、電信與IT日益走向融合，加速了技術更新的步伐，而運營商之間、制造商之間的競爭等因素也推動了技術更新的加快。

支持移動能力的WiMAX技術，為通信領域的發展帶來了新的機遇，同時也給移動通信領域帶來了競爭和挑戰。在向寬帶無線移動發展的過程中，移動通信技術的發展方向是在保持對高速移動性支持的同時提供更高的數據業務能力，無線接入技術在進一步提高數據業務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、處于不同領域的技術開始出現交疊和競爭。

在這種背景下，移動通信業界提出了新的市場需求，要求進一步改進和增強3G技術，提供更強的業務能力和更好的用戶體驗。因此，3GPP和3GPP2相應啟動了演進型3G技術研究工作，以保持3G技術的競爭力和在移動通信領域的領導地位。演進型3G技術在我國被稱為E3G（Evolved 3G），也有國家稱為Super 3G或3.9G。3GPP2已經于2007年4月頒布了cdma2000的演進型技術標準的第一版本UMB（Ultra Mobile Broad-band）空中接口技術標準，目前2.0版本也基本完成。3GPP內TD-SCDMA和WCDMA的演進型技術LTE（Long Term Evolution）標準也將于2007年底完成。

無論是WiMAX，LTE還是UMB，核心技術都是基于OFDM和MIMO，只是由于不同的組織主要成員和產業背景不同，在系統設計某些細節上各有側重。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的加盟，WiMAX技術在固定寬帶無線接入基礎上進一步增強，支持中低速移動用戶，峰值速率達到70Mbit/s。LTE標準在設計多址方案時，3GPP內大部分成員認為上行鏈路OFDM技術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的主要成員認為上行鏈路OFDM技術峰均比問題可以通過預編碼等方式解決，因此UMB技術標準上下行鏈路均采用OFDMA，同時在反向鏈路保留了CDMA數據信道，用于傳輸突發的低速率，對時延敏感的反向數據。LTE和UMB除了支持高速移動用戶之外，峰值速率高達280Mbit/s。

作為TD-SCDMA，WCDMA和cdma2000技術演進的LTE和UMB技術具有通信領域的產業背景，擁有全球統一的頻率資源以及廣大的2G和3G商用網絡和雄厚的產業基礎。WiMAX技術既有英特爾這樣在計算機芯片制造領域的霸主，又得到眾多移動通信設備制造商和運營商的支持，在標準化進程和產品研發進程方面占有先機。如果說WiMAX是3G技術的有力補充，可以在熱點地區提供高速數據業務，而提供高移動性、高數據速率的LTE和UMB技術與WiMAX技術之間的直接競爭已不可避免。

5、WiMAX的未來演進——IMT-Advanced/B3G

為滿足移動寬帶數據業務對傳輸速率和網絡性能的要求，研究開發速率更高、性能更先進的新一代移動通信技術正成為世界各國和相關機構關注的重點。這種在第三代移動通信技術之后的新技術也被稱為B3G-Systems beyond IMT-2000技術（超3G/后3G）或第四代移動通信技術（4G）。在2005年10月18日結束的ITU-R WP8F第17次會議上，ITU給了超3G技術一個正式的名稱IMT-Advanced。按照ITU的定義：IMT-2000技術和IMT-Advanced技術擁有一個共同的前綴“IMT”，表示移動通信；當前的WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA及其增強型技術統稱為IMT-2000技術；未來的新的空中接口技術，叫做IMT-Advanced技術。

在2003年，ITU發布了“IMT-2000和超IMT-2000系統的未來發展的總體目標和框架——Recommendation ITU-R M.1645”，確定了IMT-2000和超IMT-2000未來發展的遠景。在ITU-R的定義中，B3G系統可能需要一種新的無線接入技術，具有更高頻譜效率，能夠提供更高數據速率、更好地覆蓋和更強的業務支撐能力，B3G系統的目標是為高速移動用戶提供峰值100Mbit/s數據速率，為游牧或固定用戶提供峰值1 Gbit/s的數據速率。

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技術提案并起草相應技術標準。移動通信業界在不斷完善和增強3G技術標準的同時，也積極對IMT-Advanced的業務需求、技術需求和頻譜需求進行評估，為ITU征集IMT-Advanced技術提案做準備。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，世界各國的企業和研究機構也在積極準備IMT-Advanced候選技術提案。

WiMAX，LTE和UMB技術性能相對3G技術大幅提高，已經可以滿足B3G系統高速移動場景的需求，在系統載波帶寬擴展到100MHz時，應該可以滿足游牧和固定場景需求。目前，業界普遍認為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。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，可以預見IMT-Advanced標準化競爭將更加激烈。

6、WiMAX的未來應用

WiMAX相對于3G。技術存在很大的差異。從業務能力上看，3G技術具有一定的數據業務能力，話音業務在核心網絡采用電路交換方式實現，具有較高的QoS保障。而WiMAX提供具有一定移動特性的寬帶數據業務和VoIP業務，犧牲了移動性換取數據傳輸能力的顯著提高。因此，WiMAX在相當長的時間內將主要解決熱點覆蓋，網絡可以提供部分的移動性，移動業務應用主要集中在游牧或中低速移動狀態下的高速數據接入。3G系統提供連續的覆蓋，可以為高速移動用戶提供無縫的接入。從產業化進展看，3G技術已經在全球范圍內廣泛商用。WiMAX標準工作完成后，盡管大規模商用還有一段時間，但韓國已經開始在首爾提供WiBro商用服務，美國運營商SprintNextel也計劃于2008年部署WiMAX網絡。因此，WiMAX商用時間早于LTE和UMB，在數據能力上優于3G技術，從標準化、產業化、全球統一頻譜等角度來看，在相當長的時間內主要提供熱點覆蓋和支持部分移動性，作為3G系統的補充是一種可行的應用模式。

LTE和UMB標準的制定，加快了3G技術演進的步伐，大幅提高了移動通信系統的數據能力，彌補了3G系統的不足，在支持切換、漫游等與移動性相關的功能和性能上優于WiMAX。預計UMB技術將在2009年投入商用，LTE也有可能在2010年左右提供商用產品。因此，近兩年是WiMAX應用與發展的關鍵時期，如果不能在這期間加速提高標準完善性和產品成熟度，擴大商用網絡規模，探索與3G，演進型3G技術協調發展的方式方法，將面臨LTE和UMB的有力競爭。

WiMAX在標準化進程和產品研發上占有先機，但在未來應用的過程中仍然面臨一些壓力和挑戰，例如相對移動通信領域產業基礎相對薄弱、缺乏統一的頻率資源、認證能否順利進行、芯片能否成熟、手持終端的成熟等。WiMAX的未來發展還要看市場的需求和定位、業務模式、運營模式、政府的管制政策以及產業能力。

7、結束語

WiMAX的應用與發展正進入關鍵時期，IMT-Advanced技術標準的制定將是新的機會與挑戰。WiMAX能否在LTE和UMB商用之前進一步完善WiMAX技術和產業鏈，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演進之路，讓我們拭目以待。