WiMAX與McWiLL技術(shù)的分析與比較

隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，人們對帶寬的需求越來越大，并且迫切要求終端設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自由移動。但傳統(tǒng)的接入技術(shù)難以同時滿足寬帶和移動兩方面的技術(shù)要求，為此業(yè)界開發(fā)了寬帶無線接入技術(shù)。這種技術(shù)以其低廉的成本、高的傳輸速率和方便、快捷、靈活的接入方式，受到人們的越來越多的關(guān)注。在我國， WiMAX和McWiLL是最具代表性和最具發(fā)展?jié)摿Φ膬煞N無線接入技術(shù)，可為用戶提供高速上網(wǎng)、視頻點(diǎn)播、 VoIP、在線游戲以及移動辦公等多種業(yè)務(wù)，滿足人們隨時隨地的業(yè)務(wù)需求，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。

1、WiMAX技術(shù)

WiMAX全稱為全球微波接入互操作性，是基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)無線城域網(wǎng)技術(shù)，可提供最后一公里的固定和移動寬帶無線接入。目前已經(jīng)發(fā)布的802.16系列標(biāo)準(zhǔn)有802.16、 802.16a、802.16c、802.16d和802.16e，其中802.16d標(biāo)準(zhǔn)（發(fā)布名稱為IEEE 802.16-2004）是802.16、802.16a和802.16c的整合和修訂版本，主要對工作于2～66GHz頻段的固定無線接入系統(tǒng)空中接口的物理層（ PHY）和媒質(zhì)接入層（MAC） 進(jìn)行規(guī)范[1]，是目前最成熟和最具實(shí)用性的一個標(biāo)準(zhǔn)；而802.16e標(biāo)準(zhǔn)（發(fā)布名稱為IEEE 802.16-2005）則是為了支持移動性而制定的標(biāo)準(zhǔn)，它增加了對小于6GHz許可頻段移動無線接入的支持，支持用戶站以120km/h的車輛速度移動[2]，支持基站或扇區(qū)間的高層切換功能。除以上版本外，正在發(fā)展和計劃發(fā)展的802.16系列標(biāo)準(zhǔn)還包括802.16f、802.16g、802.16h、802.16i、802.16k、802.16m等版本，基于這些標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX技術(shù)也將逐步被完善。

WiMAX技術(shù)支持ATM和IP兩種數(shù)據(jù)接口，主要應(yīng)用于高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但它同時也支持語音、視頻等多媒體業(yè)務(wù)的傳輸。802.16d系統(tǒng)在采用OFDM調(diào)制方式和20MHz信道帶寬下，最大傳輸速率可達(dá)75Mbit/s，最大的覆蓋范圍可達(dá)50km，典型的覆蓋半徑為5～15km，因此已成為解決接入網(wǎng)“最后一公里”瓶頸的有效手段。而802.16e系統(tǒng)在5MHz的信道帶寬下，也可以實(shí)現(xiàn)15Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，它的典型覆蓋范圍為幾公里。

2、McWiLL技術(shù)

多載波無線信息本地環(huán)（McWiLL，Multi_Carrier Wireless Information Local Loop），是我國自主開發(fā)的寬帶無線接入技術(shù)。McWiLL技術(shù)源于同步碼分多址（SCDMA）技術(shù)，是在SCDMA技術(shù)基礎(chǔ)上的演進(jìn)和革新。早期 R1～R3版本的SCDMA系統(tǒng)屬于窄帶SCDMA技術(shù)體系，主要側(cè)重于語音通信，同時兼顧低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而后從2003年開始，McWiLL技術(shù)開始研發(fā)，目前開發(fā)的McWiLL系統(tǒng)主要包括R4和R5兩個版本，其中R4版本主要應(yīng)用于固定無線接入系統(tǒng)，針對的是高速傳輸?shù)膶拵?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且已經(jīng)獲得了試驗(yàn)頻段分配。而R5版本的McWiLL則定位于高速移動無線接入系統(tǒng)，支持120km/h的終端移動速度和漫游、切換等功能，同時支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和高效語音業(yè)務(wù)，并且針對我國現(xiàn)有的電信業(yè)務(wù)模式，專門定義了用于語音承載的物理信道和資源控制單元，目前此版本已經(jīng)進(jìn)入到系統(tǒng)測試階段。

McWiLL系統(tǒng)是完全基于IP分組交換的寬帶無線系統(tǒng)，采用宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]，覆蓋半徑可達(dá)10～50km，典型市內(nèi)覆蓋半徑1～3km，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的非視距傳輸。傳輸速率上，5MHz的信道帶寬下，R4系統(tǒng)的最大凈荷吞吐量可達(dá)8Mbit/s，終端最大峰值數(shù)據(jù)速率3Mbit/s，而R5系統(tǒng)的基站凈荷吞吐量可達(dá)15Mbit/s，終端最大峰值數(shù)據(jù)速率為5Mbit/s。

3、WiMAX和McWiLL技術(shù)的分析與比較

WiMAX和McWiLL既有很多相似點(diǎn)，又存在差異，表1給出了它們的主要技術(shù)特征。本文主要對兩種接入技術(shù)的物理層和媒質(zhì)訪問層進(jìn)行詳細(xì)的分析與比較。

表1　McWiLL與WiMAX技術(shù)特征



3.1　物理層技術(shù)比較

（1）使用頻率和調(diào)制技術(shù)方面。WiMAX使用10～66GHz的許可頻段和小于11 GHz的許可與免許可頻段，支持小于6GHz許可頻段的移動接入。對于10～66GHz的許可頻段，標(biāo)準(zhǔn)定義了WirelessMAN-SC物理層，采用單載波調(diào)制方式，應(yīng)用于視距傳輸，可選信道帶寬為20MHz、25MHz或28MHz。而對于小于11 GHz的工作頻段，標(biāo)準(zhǔn)定義了WirelessMAN-SCa、WirelessMAN-OFDM、WirelessMAN-OFDMA三種物理層規(guī)范，主要用于非視距傳輸，其中：SCa物理層采用增強(qiáng)的單載波調(diào)制方式；OFDM物理層采用256個子載波的OFDM調(diào)制；OFDMA物理層則采用2048個子載波的OFDM調(diào)制方式。由于OFDMA具有比OFDM更加靈活的資源分配方式，因此通常認(rèn)為OFDM物理層應(yīng)用于固定無線接入系統(tǒng)，而OFDMA物理層則主要應(yīng)用于移動無線接入系統(tǒng)。并且為了支持移動性，802.16e標(biāo)準(zhǔn)還對OFDMA物理層進(jìn)行了擴(kuò)展，支持128、256、512、1024、 2048個子載波的OFDM調(diào)制，以適應(yīng)各地區(qū)從1.25～20MHz的不同信道帶寬。
   
    McWiLL目前只使用有許可證的400MHz、1.8GHz、3.3GHz頻段，支持1～20MHz的信道帶寬，在用戶稀疏的農(nóng)村地區(qū)用 400MHz的McWiLL系統(tǒng)建設(shè)低密度大面積覆蓋的“薄網(wǎng)”，而在用戶稠密的城市地區(qū)用1800MHz或3300MHz的McWiLL系統(tǒng)建設(shè)高容量的“稠網(wǎng)”，用戶可以使用多頻終端在城市與農(nóng)村之間無縫切換，從而最大限度提高網(wǎng)絡(luò)利用率，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。R4版本McWiLL系統(tǒng)的物理層采用多載波同步碼分多址（MC-SCDMA）技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)面對無線寬帶數(shù)據(jù)傳輸時因擴(kuò)展頻譜而引起的碼間干擾問題，是并行傳輸FDM技術(shù) 和 CDMA技術(shù)的有效融合；而R5版本的McWiLL系統(tǒng)則采用先進(jìn)的碼擴(kuò)正交頻分多址（CS-OFDMA）技術(shù)，它先對調(diào)制符號進(jìn)行碼擴(kuò)處理，即將每個符號做8倍的擴(kuò)頻，然后再做OFDMA調(diào)制，由于每個符號在頻域上實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻，因此可以有效對抗時域的瞬時干擾或時間選擇性衰落，并且由于碼擴(kuò)處理將每個符號的能量分到了整個信道的頻帶內(nèi)，因此在接收端還可以實(shí)現(xiàn)頻率分集接收。

（2）雙工方式方面。WiMAX在許可頻段采用TDD、FDD或者HFDD的雙工方式，在免許可頻段則只允許使用TDD模式，且必須支持動態(tài)頻率選擇（DFS）技術(shù)。采用TDD雙工模式時，系統(tǒng)上下行子幀的劃分是動態(tài)調(diào)整的，可由特定的系統(tǒng)參數(shù)來控制，支持2～20ms的幀長設(shè)計。而對于 McWiLL系統(tǒng)，則只設(shè)計采用TDD雙工模式，幀長固定為10ms，且包含8個時隙，上下行時隙個數(shù)的比例可調(diào)，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）多址接入技術(shù)方面。WiMAX采用TDMA和OFDMA的多址接入方式，而McWiLL則采用CS-OFDMA方式進(jìn)行接入。CS- OFDMA技術(shù)利用了SCDMA和OFDMA各自的優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)地將OFDMA、TDMA和SCDMA技術(shù)融合在一起，因此更加靈活。

（4）調(diào)制與編碼方面。WiMAX支持BPSK、QPSK、16QAM、64QAM的調(diào)制方式，而McWiLL則支持QPSK、8PSK、 16QAM、64QAM的調(diào)制方式，兩者都支持卷積碼、Turbo碼、LDPC等信道編碼方式，以及都支持自適應(yīng)調(diào)制與編碼（AMC）和混合自動重傳請求（HARQ）等鏈路自適應(yīng)技術(shù)。

（5）空間處理技術(shù)方面。WiMAX和McWiLL的物理層也都支持自適應(yīng)天線系統(tǒng)（AAS）、多入多出（MIMO）等多天線技術(shù)，但 WiMAX采用動態(tài)頻率選擇技術(shù)（DFS）來減小頻率間干擾，而McWiLL則采用空間零陷和動態(tài)信道分配等來增強(qiáng)智能天線的抗干擾能力，并且這些處理算法可以完全通過軟件無線電來實(shí)現(xiàn)。

3.2　MAC技術(shù)比較

（1）業(yè)務(wù)的QoS方面。WiMAX系統(tǒng)MAC的最大特點(diǎn)是面向連接，所有SS的數(shù)據(jù)傳輸以及與此相關(guān)聯(lián)的QoS要求，都是基于連接來實(shí)現(xiàn)的。高層到達(dá)的數(shù)據(jù)包依據(jù)一定規(guī)則將被映射到某一連接上，并由一個16bit的連接標(biāo)識符（CID）唯一標(biāo)識，針對此連接，系統(tǒng)可以設(shè)置不同的QoS參數(shù)，包括速率、時延、時延抖動等指標(biāo)。為了更好地控制上行帶寬的分配，WiMAX系統(tǒng)定義了4種不同的調(diào)度模式，分別為主動帶寬授予（UGS），周期性地分配固定長度的帶寬以支持恒比特率傳輸，如E1/T1，VoIP等業(yè)務(wù)；實(shí)時輪詢業(yè)務(wù)（rtPS），周期性地分配可變長度的上行帶寬，如MPEG視頻業(yè)務(wù)等；非實(shí)時輪詢業(yè)務(wù)（nrtPS），不定期地分配可變長度的上行帶寬，如數(shù)據(jù)下載等；盡力而為業(yè)務(wù)（BE），盡可能地利用空中資源來傳送數(shù)據(jù)，如網(wǎng)頁瀏覽等。此外，為了提高帶寬使用效率，802.16e增加定義了擴(kuò)展的實(shí)時輪詢業(yè)務(wù)（ErtPS）類型，BS將像UGS一樣主動為其提供單播授權(quán)，分配可變長度的上行帶寬，如帶有靜默壓縮的VoIP業(yè)務(wù)等。McWiLL系統(tǒng)同樣也具備較完整的QoS機(jī)制，定義了實(shí)時、高級、盡力的3種業(yè)務(wù)調(diào)度類型，可以提供基于業(yè)務(wù)的等級服務(wù)。根據(jù)包頭的指示字段，McWiLL將所有業(yè)務(wù)劃分為8個不同的優(yōu)先級，基站根據(jù)優(yōu)先級來決定數(shù)據(jù)的發(fā)送順序。為了實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的不同QoS， McWiLL系統(tǒng)還提供了64種服務(wù)腳本，這些腳本規(guī)定了最小、最大用戶上下行速率、最大和平均隊(duì)列大小、擁 塞控制等參數(shù)。

（2）對語音業(yè)務(wù)的支持方面。與WiMAX相比，McWiLL系統(tǒng)MAC層的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了語音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的融合設(shè)計，在承載寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時，充分考慮了對窄帶語音的支持。WiMAX系統(tǒng)中，語音業(yè)務(wù)是以VoIP方式傳輸?shù)?，協(xié)議棧采用包頭加語音凈荷的結(jié)構(gòu)，包頭開銷很大，傳輸效率很低。對此，McWiLL單獨(dú)設(shè)計了專用于語音業(yè)務(wù)的物理承載信道，該信道的帶寬分配顆粒度為8kbit/s，一個信道最小可以承載單路G.729編碼的語音媒體流。系統(tǒng)目前支持G.729編碼（8kbit/s）和G.711編碼（64kbit/s）兩種編碼速率，并通過專門設(shè)計的語音接入控制模塊（VAC）對 G.729編碼和G.711編碼的語音業(yè)務(wù)進(jìn)行分配，這加快了信令的交互過程，因此提高了效率。McWiLL也支持標(biāo)準(zhǔn)的VoIP方式語音接入。

（3）例如在切換機(jī)制方面。McWiLL技術(shù)采用先建后切的快速基站切換機(jī)制，而WiMAX除了可采用這種切換機(jī)制外，還支持硬切換以及宏分集切換等切換策略。

（4）組網(wǎng)方式方面。McWiLL系統(tǒng)采用宏蜂窩組網(wǎng)方式，而WiMAX除了可以采用蜂窩方式組網(wǎng)以外，也支持Mesh組網(wǎng)方式。

4、結(jié)論

目前，加入WiMAX論壇的世界知名廠商已超過了400家，而加入SCDMA聯(lián)盟的廠商卻只有少數(shù)的幾個國內(nèi)企業(yè)，并且WiMAX技術(shù)的推廣力度和標(biāo)準(zhǔn)化程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于McWiLL。高度的標(biāo)準(zhǔn)化必然導(dǎo)致供貨商增多，技術(shù)成熟進(jìn)程加快，目前基于802.16d標(biāo)準(zhǔn)的固定WiMAX系統(tǒng)已在世界許多國家得到了成功應(yīng)用，基于802.16e標(biāo)準(zhǔn)的移動WiMAX也正得到大力發(fā)展，現(xiàn)已有多款移動WiMAX基帶芯片推出。但McWiLL也不是沒有商機(jī)可用，首先，SCDMA技術(shù)的開發(fā)歷程較長，窄帶SCDMA系統(tǒng)已有多年的成功商用經(jīng)驗(yàn)，而定位于移動接入的McWiLL系統(tǒng)從開始起就以高目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，如今它已得到長足發(fā)展，正在試商用階段。另外，特別值得一提的是，目前SCDMA和McWiLL已得到了科技部、發(fā)改委的大力支持，已成為信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十一五”規(guī)劃的重要扶植對象，因此只要抓住機(jī)遇，創(chuàng)新發(fā)展，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，McWiLL完全有能力成為中國繼TD-SCDMA之后的又一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。