WiMAX宽带无线接入的频谱利用及接口分析

供稿：富士通微电子美国公司

就在Wi-Fi无线局域网(WLAN)借助IEEE 802.11标准快速起飞的时候，新近出现的基于IEEE 802.16无线城域网(MAN)标准的MAN也即将快速启动。就频谱而言，IEEE 802.16a/d/e WirelessMAN也称为WiMAX(微波接入的全球互操作性)。尽管802.16x设置了标准化和互操作性规范，WiMAX论坛，这个全球宽带无线接入(BWA)产业协会提供了质量控制和认证以保证成功的标准化部署。WiMAX论坛的首要任务是联合全球大量的参与者，包括芯片生产商、软件开发商、设备生产商和服务提供商来支持 IEEE WirelessMAN/ETSI HyperMAN标准，并保证全球性的兼容性和互操作性，但同时还创建一个竞争性的领域以降低服务提供商和用户的成本。IEEE 802.16 和 WiMAX将推进BWA以加速成本可接受的全球宽带网络部署。

图1：WiMAX用户站的基本框图-不同的RF前端提供频段灵活性。

然而，标准化并不意味全球的“一致”以及“所有”已部署的经认证的WiMAX设备的自动互操作性。标准定义和建议了媒体访问控制(MAC)层和物理层(PHY)的关键框架，MAC层根据标准协议对原始数据进行打包或解包以提供数据、语音和视频， PHY层根据用户需求和射频(RF)连接质量处理空中接口和调制方案。IEEE 802.16标准产生了各种框架，但也允许提供商进行定制以满足特定的或区域性的市场需求，或者允许提供商通过增加增值特性来使自己区别于竞争者。

更甚者，在全球范围内，不同区域的射频接口存在变化。在这个方面，频谱管理者在决定针对不同，甚至有时是竞争业务的频谱分配上扮演关键角色，如美国的联邦通信委员会(FCC)。通过这些管理者，政府可以使某些与世界其他地方一致或不一致的频谱为某个指定的业务所用。对于WiMAX的全球部署来说也是这样，尽管确实存在一些非常共同的RF问题，但是在频谱的分配和管理上也存在大量的差异性。

但是，并不仅仅是管理的问题造成在WiMAX无线MAN全球部署上的RF频段差异性，在一个区域内的服务承载商和无线互联网服务提供商(WISP) 也具有频段的选择问题。可用的和已分配的频谱包括不同的已授权的和未授权(免授权)的频段，业务承载商可以选择利用它获得授权的频谱来提供业务并/或选择使用未授权频谱。大多数WISP选择使用未授权频谱，因为这些频谱免费使用，大大降低最终用户的成本。

WiMAX无线城域网部署的频谱差异性导致了对具有不同RF的基站(BS)和用户站(SS)的需求。如图1中所展示，一个典型的WiMAX SS系统包括一个控制处理器、一个MAC单元、一个基带处理器(BBP)和一个模拟RF前端，这个RF前端的作用是将802.16x放入到一个授权的或未授权的频段中。设备提供商期望芯片制造商来提供完整的参考设计、材料清单、元件、软件/固件以及技术支持，以便他们能快速地生产WiMAX设备以满足这些RF差异化的市场需求。这种服务于某种特定频段的接口就是RF前端。

关注802.16d-提供PMP宽带网络连接的超视距点到多点频谱

得到WiMAX认证的BWA应用包括蜂窝网络回程(backhauling)、有线和无线LAN回程、无线MAN将BWA带入到家庭或商业中，作为 DSL或有线接入之外的一个选择。然而，最大的爆发性市场增长将在802.16x未来版本解决了便携性和移动性问题，将BWA直接带入到终端用户的时候。这个“最后一英里”必然是利用超视距(NLOS)RF传播的点对多点的结构。在这个领域，WiMAX网络将以授权和免授权频段出现在全世界，在很多情况下代替802.16之前的已有业务。

当前，人们关注2GHz到6GHz的频段。这些是已分配的带宽，相对于10GHz到66GHz的可用带宽来说很窄。10GHz以下的微波频段被称为厘米波段，10GHz以上的为毫米波段。毫米波段具有很宽的信道带宽，提供很大的数据容量，因此通常非常适合非常高数据速率视距回程应用(主要管线)，而厘米波段非常适合于多点、超视距、支线和最后一英里分布应用。

IEEE 802.16d支持固定NLOS BWA来替代或作为对DSL和线缆接入在最后一英里的补充，这是WiMAX部署的第一波。进一步，IEEE 802.16e将在2005年被批准，将加入移动和便携特性以支持像笔记本和PDA在6GHz以下频率的应用。在这些部署中，授权和免授权频谱都将被利用到。

授权和免授权频谱

图2显示了2GHz到6GHz频率范围内BWA可用的频段。注意这些频段是以授权或免授权来标示的，授权频段是指那些被承运商所有的，它们已经为用这些频段支付费用，免授权频段是免费给任何试验或企业应用的。基于IEEE 802.11a/b/g的Wi-Fi占用免授权频段，尽管在这些频段中存在相竞争的技术，但已经经验证非常稳定。在每个频段内，信道间距相对较窄，因此相