深度解析WiMax技术的优势与劣势

1.关键技术

（1）OFDM/OFDMA

OFDM（正交频分复用）是一种多载波数字调制技术，它具有较高的频谱利用率，且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势。而OFDMA是利用OFDM的概念实现上行多址接入的，每个用户占用不同的子载波，通过子载波将用户分开。OFDMA允许单个用户仅在部分子载波发送，降低了对发送功率的要求。

在WiMax系统中，OFDM技术为物理层技术，主要应用的方式有两种：OFDM物理层和OFDMA物理层。OFDM物理层采用OFDM调制方式，OFDM正交载波集由单一用户产生，为单一用户并行传送数据流。它支持TDD和FDD双工方式，上行链路采用TDMA多址方式，下行链路采用TDM复用方式，可以采用发射分集以及自适应天线系统（AAS）。OFDMA物理层采用OFDMA多址接入方式，支持TDD和FDD双工方式，可以采用发射分集以及AAS。通常向下数据流被分为逻辑数据流，这些数据流可以采用不同的调制及编码方式以及以不同信号功率接入不同信道特征的用户端。向上数据流子信道采用多址方式接入，通过下行发送的媒质接入协议（MAP）分配子信道传输上行数据流。虽然OFDM技术对相位噪声非常敏感，但是标准定义了ScalableFFT，可以根据不同的无线环境选择不同的调制方式，以保证系统能够以高性能的方式工作。

（2）HARQ

HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动重传要求）技术因为提高了频谱效率，所以可以明显提高系统吞吐量，同时因为重传可以带来合并增益，所以间接扩大了系统的覆盖范围。在WiMax技术的应用条件下（室外远距离），无线信道的衰落现象非常明显，在质量不稳定的无线信道上运用TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、IP，其效率十分低。WiMax技术在链路层加入了HARQ机制，减少了到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。

在802.16e的协议中虽然规定了信道编码方式有卷积码（Convolution Code，CC）、卷积Turbo码和低密度校验码（Low Density Parity Check Code，LDPC）编码，但是对于HARQ方式，根据目前的协议，802.16e中只支持CC和CTC（Convolution Turbo Code）的HARQ方式。具体规定为：在802.16e协议中，混合自动重传要求（HARQ）方法在MAC部分是可选的。HARQ功能和相关参数是在网络接入过程或重新接入过程中，用消息被确定和协商的。HARQ是基于每个连接的，它可以通过消息确定每个服务流是否有HARQ的功能。

（3）AMC

AMC（自适应调制编码）在WiMax的应用中有其特有的技术要求，由于AMC（Adapti-ue Modulation and Coding，自适应调制编码）技术需要根据信道条件来判断将要采用的编码方案和调制方案，所以AMC技术必须根据WiMax的技术特征来实现AMC功能。与CDMA技术不同的是，由于WiMax物理层采用的是OFDM技术，所以时延扩展、多普勒频移、PAPR（Peak to Auerage Power Ratio，峰均比）值、小区的干扰等对于OFDM解调性能有重要影响的信道因素必须被考虑到AMC算法中，用于调整系统编码调制方式，达到系统瞬时最优性能。WiMax标准定义了多种编码调制模式，包括卷积编码、分组Turbo编码（可选）、卷积Turbo码（可选）、零咬尾卷积码（ZeroTailbaitingCC）（可选）和LDPC（可选），并对应不同的码率，主要有：1/2、3/5、5/8、2/3、3/4、4/5、5/6等码率。

（4）MIMO

MIMO（多进多出）是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMax协议中都得到了应用。WiMax相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MIMO是协议中的一种可选方案，结合AAS和MIMO技术，能显著提高系统的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能。

（5）QoS机制

在WiMax标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。WiMax系统所定义的4种调度类型，只针对上行的业务流，分别为非请求的带宽分配业务（Unsolicited Grant Service，UGS）、实时轮询业务（Real Time Polling Service，RTPS）、非实时轮询业务（Non Real Time Polling Service，NRTPS）、尽力而为业务（Best effort，BE）。对于下行的业务流，根据业务流的应用类型只有QoS参数的限制（即不同的应用类型有不同的QoS参数限制）而没有调度类型的约束，因为下行的带宽分配是由BS中的Buffer中的数据触发的。这里定义的QoS参数都是针对空中接口的，而且是这四种业务的必要参数。

（6）睡眠模式(www.xing528.com)

802.16e协议为适应移动通信系统的特点，增加了终端睡眠模式：Sleep模式和Idle模式。Sleep模式的目的在于减少MS的能量消耗并降低对ServingBS空中资源的使用。Sleep模式是MS在预先协商的指定周期内暂时中止ServingBS服务的一种状态。从ServingBS的角度观察，处于这种状态下的MS处于不可用（unavailability）状态。Idle模式为MS提供了一种比Sleep模式更为省电的工作模式，在进入Idle模式后，MS只是在离散的间隔，周期性地接收下行广播数据（包括寻呼消息和MBS业务），并且在穿越多个BS的移动过程中，不需要进行切换和网络重新进入的过程。Idle模式与Sleep模式的区别在于：Idle模式下MS没有任何连接，包括管理连接，而Sleep模式下MS有管理连接，也可能存在业务连接；Idle模式下MS跨越BS时不需要进行切换，Sleep模式下MS跨越BS需要进行切换，所以Idle模式下MS和基站的开销都比Sleep小；Idle模式下MS定期向系统登记位置，Sleep模式下MS始终和基站保持联系，不用登记。

（7）切换技术

802.16e标准规定了一种必选的切换模式，在协议中简称为HO（handover），实际上就是我们通常所说的硬切换。除此以外还提供了两种可选的切换模式：MDHO（宏分集切换）和FBSS（快速BS切换）。移动台可以通过当前的服务BS广播的消息获得相邻小区的信息，或者通过请求分配扫描间隔或者是睡眠间隔来对邻近的基站进行扫描和测距的方式获得相邻小区信息，对其评估，寻找潜在的目标小区。切换既可以由MS决策发起也可以由BS决策发起。在进行快速基站切换（Fast BS Switching，FBSS）时，MS只与AnchorBS进行通信；所谓快速是指不用执行HO过程中的步骤就可以完成从一个AnchorBS到另一个AnchorBS的切换。支持FBSS对于MS和BS来说是可选的。进行宏分集切换（Macro Diversity Handouer，MDHO）时，MS可以同时在多个BS之间发送和接收数据，这样可以获得分集合并增益以改善信号质量。是否支持MDHO对于MS和BS来说是可选的。

2.技术特点

（1）链路层技术

TCP/IP的特点之一是对信道的传输质量有较高的要求。无线宽带接入技术面对日益增长的IP数据业务，必须适应TCP/IP对信道传输质量的要求。在WiMax技术的应用条件下（室外远距离），无线信道的衰落现象非常显著，在质量不稳定的无线信道上运用TCP/IP，其效率将十分低下。WiMax技术在链路层加入了ARQ机制，减少到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。同时WiMax采用天线阵、天线极化方式等天线分集技术来应对无线信道的衰落。这些措施都提高了WiMax的无线数据传输的性能。

（2）QoS性能

WiMax可以向用户提供具有QoS性能的数据、视频、语音（VoIP）业务。WiMax可以提供三种等级的服务：CBR（Con-stant Bit Rate，固定信息速率）CIR（Committed Informa-tion Rate，承诺信息速率）、BE（Best Effort，尽力而为）。CBR的优先级最高，任何情况下网络操作者与服务提供商以高优先级、高速率及低延时为用户提供服务，保证用户订购的带宽。CIR的优先级次之，网络操作者以约定的速率来提供，但速率超过规定的峰值时，优先级会降低，还可以根据设备带宽资源情况向用户提供更多的传输带宽。BE则具有更低的优先级，这种服务类似于传统IP网络的尽力而为的服务，网络不提供优先级与速率的保证。在系统满足其他用户较高优先级业务的条件下，尽力为用户提供传输带宽。

（3）工作频段

整体来说，802.16工作的频段采用的是无需授权频段，范围在2～66GHz之间，而802.16a则是一种采用2～11GHz无需授权频段的宽带无线接入系统，其频道带宽可根据需求在1.5～20MHz范围内进行调整。因此，802.16所使用的频谱将比其他任何无线技术更丰富，具有以下优点：

1）对于已知的干扰，窄的信道带宽有利于避开干扰。

2）当信息带宽需求不大时，窄的信道带宽有利于节省频谱资源。

3）灵活的带宽调整能力，有利于运营商或用户协调频谱资源。