WiMAX系统及其设备研发

wimax是一项广域宽带无线接入(BWA)技术，基于IEEE 802.16系列标准，与IEEE 802.15、IEEE 802.11系列技术形成面向不同传输环境的无线数据接入技术体系。

WiMAX的特点在于能够提供大范围及高速率的无线接入(50 km范围的覆盖和75 Mb/s的数据速率)，同时支持非视距传输，因此，WiMAX定位于BWA是非常清晰的。沿袭IEEE 802.11以芯片为核心的设备开发模式，以低廉的单位带宽成本进入市场，WiMAX应该很容易找到自身的发展之路。当然，WiMAX在计算其成本优势时需要综合考虑单位带宽及单位覆盖成本两个因素。IEEE 802.16e则把WiMAX带入移动宽带无线接入(MBWA)领域。WiMAX在给整个移动通信领域带来惊人变革的同时，不可避免地面对激烈竞争。对于移动通信系统来说，满足用户移动中通信的要求，首要的是具备对特定区域(如一个城市)的完整覆盖，这是不同BWA系统成功应用的关键因素之一。WiMAX将可能与其他主流移动宽带系统同时存在竞争与合作的关系，共同提供完整覆盖，而终端采用多模式体制，通过在多种网络间的业务平滑切换，实现无缝的
宽带移动接入。需要特别注意的是，基于IEEE 802.16e的WiMAX将保持对BWA的后向兼容性，能够提供用户在低速运动中高速率接入网络的能力，而相应系统成本的额外增加非常有限。这样一来，移动WiMAX更接近于对BWA的移动延伸，而不是与BWA的割裂，使得WiMAX将仍然能够保持其原有的发展模式和清晰的定位。

定位于BWA的WiMAX系统将首先应用于广大的没有数字用户线(DSL)及缺乏有线数据网络的地区，面向宽带接入、远程教学及医疗、企业/社区互联等应用。WiMAX能否进入城市市场，则取决于是否存在缺少有线网络的网络运营商及是否存在大量企业网络互联的需要。一旦终端的成本降低到一定水平，并且可以与其他终端设备集成在一起使用，则大众消费市场将逐步成为WiMAX应用增长的推动力，尤其在基于IEEE 802.16e标准的产品转化为低成本产品之后。用于BWA市场的WiMAX产品将沿袭BWA的产品框架，即中心接入设备(CAP)与用户设备 (CPE)，以及支持格状网(Mesh)组网的产品。

支持移动的WiMAX应首先着眼于汽车等具有高附加值的流动设施，提供包括交通/地理辅助信息、媒体信息、娱乐内容、远程企业/家庭在线等个性化服务。MBWA WiMAX系统的产品框架将包括支持IEEE 802.16e的基站、车载用户站、固定用户站，以及手持终端。

与WiFi应用相结合，WiMAX可以作为WiFi接入点之间的骨干连接，采用Mesh组网技术编织起一张全无线宽带接入网络，可以吸纳采用WiFi技术的运营商及企业用户加入到WiMAX阵营，并且可以克服WiMAX终端可能存在的成本问题。

考虑到WiMAX网络的投资和建设需要足够的资源，目前，仍然需要电信运营商或政府部门作为首要的网络建设和运营者。因此，用于大范围城域覆盖的WiMAX系统将需要运营支撑系统与之配合使用。

根据国际电信联盟(ITU)及中国的无线电频率划分状况，今后可以用于IEEE 802.16使用的频段将分布在3.3～3.7 GHz、5.1～5.3 GHz、5.7～5.8 GHz等频段。

1 WiMAX的系统开发

WiMAX系统开发必须基于IEEE 802.16d/e标准，根据IEEE对WiMAX系统的定义，整合各种相关技术，才能设计出在性能及成本上具有综合优势的产品及解决方案。

WiMAX系统开发可分为开发规划与开发实施两个主要阶段。开发规划阶段将完成对开发产品的定义、WiMAX及其他多种技术的选择和整合、核心芯片及开发平台的选择等工作。这一阶段对于系统开发至关重要。产品开发实施阶段将完成所规划产品的硬件、天馈、软件以及支持和测试系统的设计和开发工作。

由于WiMAX系统设计从物理层、媒体访问控制(MAC)层再到网络协议层所使用和支持的技术的选择空间较WiFi系统有了很大的扩充，因此在对除核心技术和机制之外的其他技术和机制的处理上，需要设备制造商针对自身产品的定位作认真的考虑。例如，很多被列为可选的非强制实施技术将有助于产品功能的差异化，而WiMAX标准对多种信道分配及服务质量(QoS)实施能力的支持也将有助于设备制造商定义出某些具有市场针对性的产品。

由于IEEE 802.16e兼容IEEE 802.16d标准，两者在设备的系统设计上将具有很强的相似性，因此，在系统设计当中可通盘考虑两者的产品相关性，从芯片、开发平台及产品的硬件、软件设计中坚持前期产品对后期产品的开发保持一致性是非常重要的，这将极大地降低开发周期和成本，使产品开发具有良好的延续性。

1.1 多技术整合

wimax系统开发中涉及标准强制实施的技术、非强制实施的技术，以及标准未规定使用的技术。系统开发在保持对强制实施技术支持基础上，需要考虑对非强制实施技术以及未规定技术的合理选择和使用。

针对BWA应用，产品定位在高速率、大范围广域互联方面，因此，以下几点需要重点予以考虑：
(1)如何保证大范围覆盖？
(2)如何提高频谱效率，以及系统吞吐率，包括多用户下的系统吞吐率？
(3)如何保证特定业务或用户的QoS？
(4)如何简化网络的布设，降低组网成本？

针对MBWA应用，产品定位将在BWA的基础上，增加对用户移动性的支持，以下几点需要重点加以考虑：
(1)如何有效解决时变信道的衰落？
(2)如何保持高的频谱效率，兼顾考虑移动和非移动用户的信道使用？
(3)如何保证覆盖的无缝？
(4)如何保证各种业务在切换过程的连续性(假设他们对连续性的要求是有差异的)？
(5)如何进一步有效地支持用户的节点模式？
(6)如何提供用户在WiMAX与其他宽带无线网络间的切换和漫游？

上述问题都是在技术整合的过程中需要回答的问题。例如针对BWA的问题，可以给出下列技术选择：

(1)通过使用扇区、波束成型智能天线阵列，或是采用多输入多输出(MIMO)及简单空时编码，来综合解决覆盖范围以及容量等问题。

(2)在覆盖技术已提供高信噪比(SNR)的情况下，提供更高阶调制方式(例如256QAM等)，或者采用MIMO并行传输，或者信道分配采用有信道质量加权的算法，提高频谱效率。

(3)在信道分配算法、MAC层/协议层队列调度机制，以及网络接入控制与负载平衡上采用部分或联合控制策略，综合保证具有用户及业务针对性的QoS机制的实施。

(4)考虑支持Mesh组网能力，并且使系统设备与网络管理实体具有自动发现、自动配置等功能，大大增加网络布设和覆盖的灵活性，同时降低网络管理的复杂性。

技术的选择和整合需要综合考虑，范围涉及系统产品的定义、系统实现复杂度及成本的计算、芯片及开发平台的选择、开发及合作资源的规划等诸多问题。不同于无线局域网的系统开发，WiMAX包括更多的需要解决的问题以及更多的可以选择的技术手段，技术选择的空间正是设备制造商在技术及产品功能开发上发挥自身优势的一个广阔舞台。