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WiMAX的应用与发展
从WiMAX的技术发展、产业现状、与LTE，UMB和IMT-Advanced之间的关系，以及WiMAX技术未来应用面临的挑战等几个方面进行了分析和阐述。
1、引言
宽带无线接入技术（Broadband Wireless Access），是指以无线传输方式向用户提供接入宽带固定网络的接入技术，是近几年通信领域的一个热点话题，其中WiMAX技术作为支持固定和一定移动性的城域宽带无线接入技术是目前业界最为关注的宽带无线接入技术之一。本文将从WiMAX的技术发展、产业现状、与LTE，UMB和IMT-Advanced之间的关系，以及WiMAX未来应用面临的挑战等几个方面进行分析。
2、WiMAX技术的发展
WiMAX是由业界领先的通信设备及器件公司共同成立的非赢利组织，该联盟旨在对基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。目前，WiMAX联盟有400多个成员，包括运营商、设备制造商以及各种研究机构。运营商包括固定网络运营商和移动网络运营商，设备制造商既包括固定无线接入的设备制造商也包括移动通信设备制造商。
如同WiFi联盟在推进IEEE 802.11无线局域网技术的应用方面的作用，WiMAX联盟旨在通过推动和验证基于IEEE 802.16无线宽带接入设备的兼容性和互操作性，确保WiMAX产品的互通，降低芯片和设备的成本，加快符合IEEE 802.16技术标准的宽带无线接入设备的应用。WiMAX与IEEE 802.16之间有着非常紧密的联系，后者是标准的制定者，而前者是标准应用的推动者。从技术的角度来讲，目前业界谈论的WiMAX技术实际上就是IEEE 802.16技术。
IEEE 802.16标准的空中接口包括IEEE 802.16d（IEEE 802.16-2004）和IEEE 802.16e（IEEE 802.16-2005）两个空中接口规范。802.16d是固定宽带无线接入系统空中接口规范，2004年7月通过，不支持移动环境。802.16e是固定和移动宽带无线接入系统空中接口规范，2005年12月通过，支持固定、便携和移动环境。IEEE 802.16的物理层核心技术主要是OFDM，包括频分双工（FDD）和时分双工（TDD）方式，可以采用从1.25～20MHz之间的载波带宽，频谱利用率最高可达到3bit/s/Hz/sector。为了进一步提高IEEE 802.16技术能力，并为ITU即将开始征集的IMT-Advanced技术做准备，2006年12月，IEEE 802通过了IEEE 802.16工作组提交的16m的立项申请，802.16m的标准将在IEEE802.16工作组下设的TGm任务组中开展。
IEEE主要制定802.16物理层和MAC层技术标准。为了支持802.16e的发展，WiMAX联盟也在积极开展端到端的网络架构方面的研究。网络架构规范的R1版本已于2006年9月完成，主要满足基本的移动性需求，支持VoIP业务，应用在固定应用模式下，支持与其他网络的松耦合互联。
3、WiMAX的产业现状
在WiMAX阵营的共同努力下，移动WiMAX技术产品和市场保持了较快的发展速度，很多运营商和设备制造商都对WiMAX表现出极大的热情。
韩国是最先部署移动WiMAX商用网络的国家。WiBro（Wireless Broadband）是韩国提出的宽带无线接入标准，应用在2.3GHz频段上。WiBro标准完全遵从IEEE 802.16e标准，可以看作是IEEE 802.16e标准的子集，采用OFDMA/TDD技术，系统带宽9MHz，下行速率18.4Mbit/s/上行速率6.1 Mbit/s。韩国运营商KT和SKT于2006年6月在首尔部分地区提供WiBro商用服务。2007年4月，KT完成了首尔的全覆盖，包括25所高校，以方便学生进行无线互联网接入。尽管网络扩张时间比原来的计划整整晚了4个月，KT仍然表示了发展WiBro的决心，并将按照计划进一步进行WiBro网络扩容，目标在2007年底发展20万用户。未来KT还计划将其WiBro服务通过与其他运营商合作的方式推广到全球范围内，也会考虑在其他地区直接投资建设WiBro网络。
Sprint Nextel是目前WiMAX技术最积极的推动者之一。作为美国第二大CDMA网络运营商，Sprint Nextel同时有大约100MHz带宽的2.5G频段，Sprint Nextel于2006年8月宣布计划部署基于移动WiMAX标准的宽带无线接入系统。2007年初，Sprint Nextel宣布斥资8亿美元，分别与诺基亚、三星在德州与华盛顿特区部署移动WiMAX网络。Sprint Nextel计划2008年将投入15-20亿美元来进行大规模的WiMAX无线宽带网络基础建设工作，预计到2008年底，网络会覆盖到100个美国重要城市85%的区域，覆盖将近1亿户的用户群体。Sprint Nextel预期在2008年上半年为一般消费者、企业与政府用户提供无线宽带服务。目前，Sprint Nextel正在进行WiMAX网络试验。Sprint Nextel选择了三星、诺基亚、摩托罗拉、中兴等作为系统和终端合作伙伴，提供CPE，PCMCIA卡，手机等WiMAX终端，提供互联网接入业务。
尽管Sprint Nextel对WiMAX的支持给了WiMAX阵营极大鼓舞，但是部分运营商对WiMAX技术的成熟度也表示出了担忧。从时间上来看，WiMAX商用的时间有所推迟现象。目前，参加WAVE1认证只有三星一家设备，而WAVE2认证推迟到2008年才能进行。摩托罗拉和三星也只是在2008年才能提供符合WAVE2认证的商用设备。在终端方面，2008年年底或2009年才会有高端WiMAX手机商用，2010年才会有普通商用WiMAX手机上市。因此，从目前的情况来看，WiMAX可能在2009年或者2010年才能成熟。此外，由于WiMAX的认证还没有开始，不同厂商的设备互操作性还不能得到保证。从业务上看，目前已经商用的移动WiMAX还仅能提供互联网接入业务，随着2009年手持终端的商用才可能会带来VoIP等更多的业务。
全球范围内现在已经有很多WiMAX的预商用试验网，目前主要是一些中小运营商和固网运营商对WiMAX兴趣较大，并计划建设WiMAX试商用网。拥有完善的3G网络并且占主导地位的移动运营商对WiMAX兴趣并不大，主流移动运营商中只有Sprint Nextel 正在建网，很多运营商对Sprint Nextel的WiMAX试验网还处于观望态度。
4、WiMAX与LTE和UMB的关系
移动通信和互联网是当前信息通信产业发展最快、影响最大的领域，信息通信业务呈现出宽带化、移动化、IP化和融合化趋势。总体来看，整个产业正处在重大转型期。从技术上看，信息通信技术正处于更新换代的关键时期。在向宽带化、移动化和IP化发展的进程中，电信与广电、电信与IT日益走向融合，加速了技术更新的步伐，而运营商之间、制造商之间的竞争等因素也推动了技术更新的加快。
支持移动能力的WiMAX技术，为通信领域的发展带来了新的机遇，同时也给移动通信领域带来了竞争和挑战。在向宽带无线移动发展的过程中，移动通信技术的发展方向是在保持对高速移动性支持的同时提供更高的数据业务能力，无线接入技术在进一步提高数据业务能力的同时也逐步增强对移动性的支持。因此，原来两种不同定位、处于不同领域的技术开始出现交叠和竞争。
在这种背景下，移动通信业界提出了新的市场需求，要求进一步改进和增强3G技术，提供更强的业务能力和更好的用户体验。因此，3GPP和3GPP2相应启动了演进型3G技术研究工作，以保持3G技术的竞争力和在移动通信领域的领导地位。演进型3G技术在我国被称为E3G（Evolved 3G），也有国家称为Super 3G或3.9G。3GPP2已经于2007年4月颁布了cdma2000的演进型技术标准的第一版本UMB（Ultra Mobile Broad-band）空中接口技术标准，目前2.0版本也基本完成。3GPP内TD-SCDMA和WCDMA的演进型技术LTE（Long Term Evolution）标准也将于2007年底完成。
无论是WiMAX，LTE还是UMB，核心技术都是基于OFDM和MIMO，只是由于不同的组织主要成员和产业背景不同，在系统设计某些细节上各有侧重。WiMAX最初提供固定宽带无线接入，随着北电、摩托罗拉和三星等移动通信企业的加盟，WiMAX技术在固定宽带无线接入基础上进一步增强，支持中低速移动用户，峰值速率达到70Mbit/s。LTE标准在设计多址方案时，3GPP内大部分成员认为上行链路OFDM技术峰均比过高会影响终端的功放成本和电池寿命，因此LTE下行采用OFDMA，上行采用较低峰均比的单载波FDMA。而3GPP2的主要成员认为上行链路OFDM技术峰均比问题可以通过预编码等方式解决，因此UMB技术标准上下行链路均采用OFDMA，同时在反向链路保留了CDMA数据信道，用于传输突发的低速率，对时延敏感的反向数据。LTE和UMB除了支持高速移动用户之外，峰值速率高达280Mbit/s。
作为TD-SCDMA，WCDMA和cdma2000技术演进的LTE和UMB技术具有通信领域的产业背景，拥有全球统一的频率资源以及广大的2G和3G商用网络和雄厚的产业基础。WiMAX技术既有英特尔这样在计算机芯片制造领域的霸主，又得到众多移动通信设备制造商和运营商的支持，在标准化进程和产品研发进程方面占有先机。如果说WiMAX是3G技术的有力补充，可以在热点地区提供高速数据业务，而提供高移动性、高数据速率的LTE和UMB技术与WiMAX技术之间的直接竞争已不可避免。
5、WiMAX的未来演进——IMT-Advanced/B3G
为满足移动宽带数据业务对传输速率和网络性能的要求，研究开发速率更高、性能更先进的新一代移动通信技术正成为世界各国和相关机构关注的重点。这种在第三代移动通信技术之后的新技术也被称为B3G-Systems beyond IMT-2000技术（超3G/后3G）或第四代移动通信技术（4G）。在2005年10月18日结束的ITU-R WP8F第17次会议上，ITU给了超3G技术一个正式的名称IMT-Advanced。按照ITU的定义：IMT-2000技术和IMT-Advanced技术拥有一个共同的前缀“IMT”，表示移动通信；当前的WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA及其增强型技术统称为IMT-2000技术；未来的新的空中接口技术，叫做IMT-Advanced技术。
在2003年，ITU发布了“IMT-2000和超IMT-2000系统的未来发展的总体目标和框架——Recommendation ITU-R M.1645”，确定了IMT-2000和超IMT-2000未来发展的远景。在ITU-R的定义中，B3G系统可能需要一种新的无线接入技术，具有更高频谱效率，能够提供更高数据速率、更好地覆盖和更强的业务支撑能力，B3G系统的目标是为高速移动用户提供峰值100Mbit/s数据速率，为游牧或固定用户提供峰值1 Gbit/s的数据速率。
按照ITU的计划，2007年国际无线电大会（WRC-07）将为IMT-Advanced划分新的频率，随后ITU将征集IMT-Advanced技术提案并起草相应技术标准。移动通信业界在不断完善和增强3G技术标准的同时，也积极对IMT-Advanced的业务需求、技术需求和频谱需求进行评估，为ITU征集IMT-Advanced技术提案做准备。目前，IEEE 802.16工作组已启动了802.16m项目，3GPP和3GPP2也即将启动LTE+和UMB+项目，世界各国的企业和研究机构也在积极准备IMT-Advanced候选技术提案。
WiMAX，LTE和UMB技术性能相对3G技术大幅提高，已经可以满足B3G系统高速移动场景的需求，在系统载波带宽扩展到100MHz时，应该可以满足游牧和固定场景需求。目前，业界普遍认为WiMAX和LTE，UMB将沿着无线宽带接入和宽带移动通信两条路线向IMT-Advanced演进。同时，还会有新的提案向ITU提交，WiMAX与LTE和UMB的竞争仍在继续，可以预见IMT-Advanced标准化竞争将更加激烈。
6、WiMAX的未来应用
WiMAX相对于3G。技术存在很大的差异。从业务能力上看，3G技术具有一定的数据业务能力，话音业务在核心网络采用电路交换方式实现，具有较高的QoS保障。而WiMAX提供具有一定移动特性的宽带数据业务和VoIP业务，牺牲了移动性换取数据传输能力的显著提高。因此，WiMAX在相当长的时间内将主要解决热点覆盖，网络可以提供部分的移动性，移动业务应用主要集中在游牧或中低速移动状态下的高速数据接入。3G系统提供连续的覆盖，可以为高速移动用户提供无缝的接入。从产业化进展看，3G技术已经在全球范围内广泛商用。WiMAX标准工作完成后，尽管大规模商用还有一段时间，但韩国已经开始在首尔提供WiBro商用服务，美国运营商SprintNextel也计划于2008年部署WiMAX网络。因此，WiMAX商用时间早于LTE和UMB，在数据能力上优于3G技术，从标准化、产业化、全球统一频谱等角度来看，在相当长的时间内主要提供热点覆盖和支持部分移动性，作为3G系统的补充是一种可行的应用模式。
LTE和UMB标准的制定，加快了3G技术演进的步伐，大幅提高了移动通信系统的数据能力，弥补了3G系统的不足，在支持切换、漫游等与移动性相关的功能和性能上优于WiMAX。预计UMB技术将在2009年投入商用，LTE也有可能在2010年左右提供商用产品。因此，近两年是WiMAX应用与发展的关键时期，如果不能在这期间加速提高标准完善性和产品成熟度，扩大商用网络规模，探索与3G，演进型3G技术协调发展的方式方法，将面临LTE和UMB的有力竞争。
WiMAX在标准化进程和产品研发上占有先机，但在未来应用的过程中仍然面临一些压力和挑战，例如相对移动通信领域产业基础相对薄弱、缺乏统一的频率资源、认证能否顺利进行、芯片能否成熟、手持终端的成熟等。WiMAX的未来发展还要看市场的需求和定位、业务模式、运营模式、政府的管制政策以及产业能力。
7、结束语
WiMAX的应用与发展正进入关键时期，IMT-Advanced技术标准的制定将是新的机会与挑战。WiMAX能否在LTE和UMB商用之前进一步完善WiMAX技术和产业链，解决频率资源、市场定位、运营模式等问题，在竞争和融合中走出从无线宽带接入向IMT-Advanced演进之路，让我们拭目以待。
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