WiMAX系统及其设备研发

1.2 基站设备

一般基站(中心站)可以划分为一体化小容量基站与容量可伸缩的大容量基站两种，根据不同的产品定义，还可以衍生出具有不同网络或其他功能的产品。基站系统开发的规划流程如图1所示。



一体化小容量基站一般指用于提供单小区/扇区覆盖的系统设备，不具有容量扩展能力，但方便设备的布设和使用(与其他BWA系统设备的使用非常相似)。一体化小容量基站通用结构如图2所示。大容量基站通过使各个覆盖子系统高效共用网络处理、支持系统资源而降低单位信道的成本，由于具有易于扩展和伸缩的特性，非常方便容量升级、硬件升级等后续工作的开展。大容量基站通用结构如图3所示。





一体化基站一般由射频收发模块、物理层基带处理、MAC层协议处理、网络处理器以及其他接口、存储及支持系统组成。考虑到芯片集成能力的不断提高，物理层及MAC层处理，甚至网络处理器将可以实现单芯片解决方案。射频收发模块的选择主要是看其对多天线收发的支持，以及在高阶调制、正交频分复用(OFDM) 多载波使用中的动态范围与稳定性。MAC层的协议处理分为硬件及软件处理两部分，硬件部分负责高效的执行发送及接收队列、底层信道分配、报文封装/解封装、硬件加密等任务，软件部分则负责MAC层队列及流量控制、信道分配及QoS算法、对硬件MAC的控制、安全及其他机制的处理等各种任务。MAC层软件部分将与其他协议层任务运行在网络处理器上。应根据系统开发的需要及芯片的选择决定网络处理器所采用的实时操作系统。另一种选择是，如果基带处理芯片上集成了高速嵌入式处理器，则MAC层软件可以选择运行在该高速嵌入式处理器上，而非实时任务及网络任务则运行在网络处理器上，嵌入式处理器及网络处理器可以采用不同的操作系统。

大容量基站一般采用模块化设计，射频模块、基带及MAC层处理、网络及其他任务处理可以板卡的形式作为系统组件，各系统组件通过PCI总线通信。MAC层处理采用基带及MAC层处理卡上独立的处理器或嵌入式处理器来完成。

在基带芯片的选择上，需要关注其是否支持MIMO技术、调制方式、双工方式，支持的物理信道带宽、OFDM的处理性能，对加密方式的支持等项目。如 Wavesat公司推出的支持IEEE 802.16d的物理层芯片DM256，其功能如表2所示。需要在对芯片充分了解的基础上，才能选用。



1. 3 wimax的用户终端

WiMAX终端主要包括CPE及用户站(STA)类型，CPE类型主要用于提供IP网络接口的点对点、点对多点应用；STA类型则主要面向单用户接入，可以用于BWA及MBWA WiMAX系统的普通终端用户接入，提供的接口包括IP网络接口、PCMCIA等不同的选择，面向不同的终端产品。

与基站设备比较，终端设备将更加受限于安装、尺寸、电源、功率等诸多问题，尤其是MBWA的应用更是如此。与WiFi的应用类似，即使对于BWA的应用，STA类型的终端预计仍有很大需求(主要用于用户通过笔记本电脑之类的终端直接接入BWA网络)。这就对片上系统(SoC)芯片及射频(RF)部分的设计提出了更加苛刻的要求，低功率SoC方案，以及多天线、多载波情况下的RF设计是解决问题的关键。通用的用户终端结构如图4所示。



与基站设备相比，终端设备对成本及市场投放价格也更加敏感，目前的WiMAX终端成本包括天线及网络接口在内，大致在150～120美元之间。预计在 2005年下半年，终端成本将下降到100美元以下；2006年下半年，将下降到约50美元。除了芯片设计及工艺因素外，终端
成本主要取决于WiMAX市场规模的发展状况。

1.4 WiMAX运营支撑系统

支持固定/移动接入的WiMAX网络如图5所示。对于运营商大规模布设的WiMAX系统，需要与运营有关的支撑系统来管理设备、用户与业务资源。这一支撑系统包括认证与计费系统、网络管理系统以及IP增值业务系统。对于宽带网络运营商而言，很容易将WiMAX网络与宽带网络统一进行管理。不过，当MBWA WiMAX系统提供移动业务时，需要增加与用户位置及移动性管理有关的网络实体。考虑到IEEE 802.16e的切换及漫游标准尚未标准化，这里不便就其工作方式进行讨论，不过，该位置登记实体预计将与3G系统的类似实体非常相似。



2 WiMAX产业链发展的现状

WiMAX在WiMAX组织的推动下，已经形成了包括芯片制造商、接入及终端系统设备商、网络系统设备商、运营商等在内的完整产业链，主要基带芯片开发商、RF芯片制造商、设备制造商见表3。由于WiMAX依赖于核心芯片作为上游产品，因此，与初具规模的产业链相比，芯片开发与制造短期内将是WiMAX 发展的“瓶颈”。

2.1 芯片开发

目前，主要有4家芯片设计厂商从事WiMAX基带处理芯片的开发，分别是Intel、Fujitsu微电子、Wavesat和Sequans公司。

Intel在2004年9月发布了支持IEEE 802.16d的CPE SoC芯片，名为Rosedale。该芯片已经交由少数设备厂商进行CPE产品开发。Intel预计将在2006年提供内置于笔记本电脑的WiMAX芯片，并在2007年提供用于掌上设备的WiMAX芯片。

位于加拿大蒙特利尔的半导体设计公司Wavesat在2004年9月也发布了其WiMAX芯片，名为DM256，并将基于DM256芯片的完整设计交由其合作伙伴美国的Atmel公司完成后续开发。Fujitsu微电子计划于 2005年第二季度发布基于IEEE 802.16d芯片。其WiMAX芯片的开发要早于Intel。一家位于法国巴黎的公司Sequans也正在进行SoC芯片及相应软件解决方案的开发。