WiMAX与McWiLL技术的分析与比较

2007-11-09 10:21:20来源: 电信工程技术与标准化
随着互联网和多媒体业务的迅猛发展,人们对带宽的需求越来越大,并且迫切要求终端设备能够实现自由移动。但传统的接入技术难以同时满足宽带和移动两方面的技术要求,为此业界开发了宽带无线接入技术。这种技术以其低廉的成本、高的传输速率和方便、快捷、灵活的接入方式,受到人们的越来越多的关注。在我国,WiMAX和McWiLL是最具代表性和最具发展潜力的两种无线接入技术,可为用户提供高速上网、视频点播、VoIP、在线游戏以及移动办公等多种业务,满足人们随时随地的业务需求,因此有着广阔的应用前景。

1、WiMAX技术

WiMAX全称为全球微波接入互操作性,是基于IEEE 802.16标准的一项无线城域网技术,可提供最后一公里的固定和移动宽带无线接入。目前已经发布的802.16系列标准有802.16、 802.16a、802.16c、802.16d和802.16e,其中802.16d标准(发布名称为IEEE 802.16-2004)是802.16、802.16a和802.16c的整合和修订版本,主要对工作于2~66GHz频段的固定无线接入系统空中接口的物理层(PHY)和媒质接入层(MAC) 进行规范[1],是目前最成熟和最具实用性的一个标准;而802.16e标准(发布名称为IEEE 802.16-2005)则是为了支持移动性而制定的标准,它增加了对小于6GHz许可频段移动无线接入的支持,支持用户站以120km/h的车辆速度移动[2],支持基站或扇区间的高层切换功能。除以上版本外,正在发展和计划发展的802.16系列标准还包括802.16f、802.16g、802.16h、802.16i、802.16k、802.16m等版本,基于这些标准的WiMAX技术也将逐步被完善。

WiMAX技术支持ATM和IP两种数据接口,主要应用于高速传输的数据业务,但它同时也支持语音、视频等多媒体业务的传输。802.16d系统在采用OFDM调制方式和20MHz信道带宽下,最大传输速率可达75Mbit/s,最大的覆盖范围可达50km,典型的覆盖半径为5~15km,因此已成为解决接入网“最后一公里”瓶颈的有效手段。而802.16e系统在5MHz的信道带宽下,也可以实现15Mbit/s的数据传输速率,它的典型覆盖范围为几公里。

2、McWiLL技术

多载波无线信息本地环(McWiLL,Multi_Carrier Wireless Information Local Loop),是我国自主开发的宽带无线接入技术。McWiLL技术源于同步码分多址(SCDMA)技术,是在SCDMA技术基础上的演进和革新。早期 R1~R3版本的SCDMA系统属于窄带SCDMA技术体系,主要侧重于语音通信,同时兼顾低速率的数据业务,而后从2003年开始,McWiLL技术开始研发,目前开发的McWiLL系统主要包括R4和R5两个版本,其中R4版本主要应用于固定无线接入系统,针对的是高速传输的宽带数据业务,并且已经获得了试验频段分配。而R5版本的McWiLL则定位于高速移动无线接入系统,支持120km/h的终端移动速度和漫游、切换等功能,同时支持高速数据业务和高效语音业务,并且针对我国现有的电信业务模式,专门定义了用于语音承载的物理信道和资源控制单元,目前此版本已经进入到系统测试阶段。

McWiLL系统是完全基于IP分组交换的宽带无线系统,采用宏蜂窝网络结构[3],覆盖半径可达10~50km,典型市内覆盖半径1~3km,可以实现真正意义上的非视距传输。传输速率上,5MHz的信道带宽下,R4系统的最大净荷吞吐量可达8Mbit/s,终端最大峰值数据速率3Mbit/s,而R5系统的基站净荷吞吐量可达15Mbit/s,终端最大峰值数据速率为5Mbit/s。

3、WiMAX和McWiLL技术的分析与比较

WiMAX和McWiLL既有很多相似点,又存在差异,表1给出了它们的主要技术特征。本文主要对两种接入技术的物理层和媒质访问层进行详细的分析与比较。

表1 McWiLL与WiMAX技术特征



3.1 物理层技术比较

(1)使用频率和调制技术方面。WiMAX使用10~66GHz的许可频段和小于11 GHz的许可与免许可频段,支持小于6GHz许可频段的移动接入。对于10~66GHz的许可频段,标准定义了WirelessMAN-SC物理层,采用单载波调制方式,应用于视距传输,可选信道带宽为20MHz、25MHz或28MHz。而对于小于11 GHz的工作频段,标准定义了WirelessMAN-SCa、WirelessMAN-OFDM、WirelessMAN-OFDMA三种物理层规范,主要用于非视距传输,其中:SCa物理层采用增强的单载波调制方式;OFDM物理层采用256个子载波的OFDM调制;OFDMA物理层则采用2048个子载波的OFDM调制方式。由于OFDMA具有比OFDM更加灵活的资源分配方式,因此通常认为OFDM物理层应用于固定无线接入系统,而OFDMA物理层则主要应用于移动无线接入系统。并且为了支持移动性,802.16e标准还对OFDMA物理层进行了扩展,支持128、256、512、1024、 2048个子载波的OFDM调制,以适应各地区从1.25~20MHz的不同信道带宽。

McWiLL目前只使用有许可证的400MHz、1.8GHz、3.3GHz频段,支持1~20MHz的信道带宽,在用户稀疏的农村地区用 400MHz的McWiLL系统建设低密度大面积覆盖的“薄网”,而在用户稠密的城市地区用1800MHz或3300MHz的McWiLL系统建设高容量的“稠网”,用户可以使用多频终端在城市与农村之间无缝切换,从而最大限度提高网络利用率,降低网络建设成本。R4版本McWiLL系统的物理层采用多载波同步码分多址(MC-SCDMA)技术,它克服了传统CDMA系统面对无线宽带数据传输时因扩展频谱而引起的码间干扰问题,是并行传输FDM技术 和 CDMA技术的有效融合;而R5版本的McWiLL系统则采用先进的码扩正交频分多址(CS-OFDMA)技术,它先对调制符号进行码扩处理,即将每个符号做8倍的扩频,然后再做OFDMA调制,由于每个符号在频域上实现了扩频,因此可以有效对抗时域的瞬时干扰或时间选择性衰落,并且由于码扩处理将每个符号的能量分到了整个信道的频带内,因此在接收端还可以实现频率分集接收。

(2)双工方式方面。WiMAX在许可频段采用TDD、FDD或者HFDD的双工方式,在免许可频段则只允许使用TDD模式,且必须支持动态频率选择(DFS)技术。采用TDD双工模式时,系统上下行子帧的划分是动态调整的,可由特定的系统参数来控制,支持2~20ms的帧长设计。而对于 McWiLL系统,则只设计采用TDD双工模式,帧长固定为10ms,且包含8个时隙,上下行时隙个数的比例可调,支持1:7、2:6、3:5、4:4、 5:3、6:2、7:1模式的上下行比例。

(3)多址接入技术方面。WiMAX采用TDMA和OFDMA的多址接入方式,而McWiLL则采用CS-OFDMA方式进行接入。CS- OFDMA技术利用了SCDMA和OFDMA各自的优点,有机地将OFDMA、TDMA和SCDMA技术融合在一起,因此更加灵活。

(4)调制与编码方面。WiMAX支持BPSK、QPSK、16QAM、64QAM的调制方式,而McWiLL则支持QPSK、8PSK、 16QAM、64QAM的调制方式,两者都支持卷积码、Turbo码、LDPC等信道编码方式,以及都支持自适应调制与编码(AMC)和混合自动重传请求(HARQ)等链路自适应技术。

(5)空间处理技术方面。WiMAX和McWiLL的物理层也都支持自适应天线系统(AAS)、多入多出(MIMO)等多天线技术,但 WiMAX采用动态频率选择技术(DFS)来减小频率间干扰,而McWiLL则采用空间零陷和动态信道分配等来增强智能天线的抗干扰能力,并且这些处理算法可以完全通过软件无线电来实现。

3.2 MAC技术比较

(1)业务的QoS方面。WiMAX系统MAC的最大特点是面向连接,所有SS的数据传输以及与此相关联的QoS要求,都是基于连接来实现的。高层到达的数据包依据一定规则将被映射到某一连接上,并由一个16bit的连接标识符(CID)唯一标识,针对此连接,系统可以设置不同的QoS参数,包括速率、时延、时延抖动等指标。为了更好地控制上行带宽的分配,WiMAX系统定义了4种不同的调度模式,分别为主动带宽授予(UGS),周期性地分配固定长度的带宽以支持恒比特率传输,如E1/T1,VoIP等业务;实时轮询业务(rtPS),周期性地分配可变长度的上行带宽,如MPEG视频业务等;非实时轮询业务(nrtPS),不定期地分配可变长度的上行带宽,如数据下载等;尽力而为业务(BE),尽可能地利用空中资源来传送数据,如网页浏览等。此外,为了提高带宽使用效率,802.16e增加定义了扩展的实时轮询业务(ErtPS)类型,BS将像UGS一样主动为其提供单播授权,分配可变长度的上行带宽,如带有静默压缩的VoIP业务等。McWiLL系统同样也具备较完整的QoS机制,定义了实时、高级、尽力的3种业务调度类型,可以提供基于业务的等级服务。根据包头的指示字段,McWiLL将所有业务划分为8个不同的优先级,基站根据优先级来决定数据的发送顺序。为了实现不同业务的不同QoS, McWiLL系统还提供了64种服务脚本,这些脚本规定了最小、最大用户上下行速率、最大和平均队列大小、拥 塞控制等参数。

(2)对语音业务的支持方面。与WiMAX相比,McWiLL系统MAC层的最大特点是实现了语音与数据业务的融合设计,在承载宽带数据业务的同时,充分考虑了对窄带语音的支持。WiMAX系统中,语音业务是以VoIP方式传输的,协议栈采用包头加语音净荷的结构,包头开销很大,传输效率很低。对此,McWiLL单独设计了专用于语音业务的物理承载信道,该信道的带宽分配颗粒度为8kbit/s,一个信道最小可以承载单路G.729编码的语音媒体流。系统目前支持G.729编码(8kbit/s)和G.711编码(64kbit/s)两种编码速率,并通过专门设计的语音接入控制模块(VAC)对 G.729编码和G.711编码的语音业务进行分配,这加快了信令的交互过程,因此提高了效率。McWiLL也支持标准的VoIP方式语音接入。

(3)例如在切换机制方面。McWiLL技术采用先建后切的快速基站切换机制,而WiMAX除了可采用这种切换机制外,还支持硬切换以及宏分集切换等切换策略。

(4)组网方式方面。McWiLL系统采用宏蜂窝组网方式,而WiMAX除了可以采用蜂窝方式组网以外,也支持Mesh组网方式。

4、结论

目前,加入WiMAX论坛的世界知名厂商已超过了400家,而加入SCDMA联盟的厂商却只有少数的几个国内企业,并且WiMAX技术的推广力度和标准化程度要远远高于McWiLL。高度的标准化必然导致供货商增多,技术成熟进程加快,目前基于802.16d标准的固定WiMAX系统已在世界许多国家得到了成功应用,基于802.16e标准的移动WiMAX也正得到大力发展,现已有多款移动WiMAX基带芯片推出。但McWiLL也不是没有商机可用,首先,SCDMA技术的开发历程较长,窄带SCDMA系统已有多年的成功商用经验,而定位于移动接入的McWiLL系统从开始起就以高目标进行设计,如今它已得到长足发展,正在试商用阶段。另外,特别值得一提的是,目前SCDMA和McWiLL已得到了科技部、发改委的大力支持,已成为信息产业科技发展“十一五”规划的重要扶植对象,因此只要抓住机遇,创新发展,扩大产业规模,McWiLL完全有能力成为中国继TD-SCDMA之后的又一个具有自主知识产权的无线通信技术标准。

参考文献

[1] IEEE std 802.16TM-2004,IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks,Part 16:Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems
[2] IEEE Std 802.16eTM-2005 and IEEE Std 802.16TM-2004./Cor 1-2005,IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks,Part 16:Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems
[3] McWiLL城域无线宽带接入技术分析报告.北京市无线城域宽带网可行性研究报告,2006.8
[4] Chen wei.Multi-carrier wireless Internet local loop.the 2nd Meeting of Asia-Pacific Telecommunity Wireless Forum,Shenzhen China,Sep.2005

关键字:宽带  频段  信道  控制

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/rfandwireless/200711/16748.html
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