無線城域網（WMAN）下兩種接入技術的分析比較

申 京， 苗建松， 黃耿生

（北京郵電大學，北京 100876）

0 引言

無線寬帶接入技術是未來通信網發展的主要方向之一。無線寬帶接入技術以其成本低廉、不受地理環境的約束、支持用戶的移動性等優點，將成為光纖接入技術的重要補充，其受到業界越來越多的關注。目前WMAN環境下比較熱門的技術是全球微波接入互操作（WiMAX）技術以及中國自主開發的多載波無線信息本地環（McWiLL）技術。

1 WiMAX和McWiLL技術簡介

WiMAX是一項新興的基于IEEE 802.16標準的無線寬帶接入城域網技術。WiMAX具有QoS保障、熱點覆蓋、數據傳輸速率高、業務豐富等優點，它可以提供最后一公里無線寬帶接入，是作為電纜和 DSL之外的選擇。WiMAX的應用場景非常廣泛，主要應用是基于 IP數據的綜合業務寬帶接入，其對于全IP網絡和下一代核心網有著良好的支持，隨著IMS的出現和部署，WiMAX必然成為下一代無線網絡中極具競爭力的技術。在接入端的組織方式上，WiMAX支持點對點無線寬帶接入，點對多點寬帶無線接入，Mesh網絡結構，蜂窩狀組網方式。這樣在組網上可以靈活地選擇接入網的結構，在骨干網覆蓋不到的地方采用WiMAX組網覆蓋，以實現城域網的彈性延伸。

McWiLL技術是中國自主創新的同步碼分多址（SCDMA）技術的演進和革新—SCDMA V5的俗稱。McWiLL系統具有靈活的網絡架構，是完全基于IP分組交換的寬帶無線系統，采用了全IP的扁平化網絡架構，把數據業務平面的接入網架構壓縮為單層結構。同時充分利用智能天線的優勢，采用零陷增強技術和動態信道分配技術，可以實現高效率的1×1同頻組網。通過宏蜂窩同頻組網，覆蓋半徑可達10～50 km，典型市內覆蓋半徑為1～3 km，可以實現真正意義上的非視距傳輸。通過基站之間的二層隧道協議實現移動性管理，語音業務利用業務匯聚網關（SAG）實現移動性管理并與NGN軟交換核心網對接。

2 WiMAX和McWiLL的對比分析

WiMAX和McWiLL既有很多相似點，又存在差異。在技術特征上存在著差異[1]?，F主要對兩類技術在組網方式以及與現有3G網絡之間的融合方面做一定的分析比較。

（1）組網方式

由于McWiLL采用了智能天線、CS-OFDMA、TDD、自適應調制、動態信道分配、MIMO和SDMA、先建后拆切換、安全和欺詐保護以及基于智能天線的干擾抵消和零險等專利技術，可以支持同頻組網，能夠利用有限的頻率資源規模組網[2]。

圖1給出了頻率復用系數N=1,2,3的組網方式，有效的同頻組網系統應該在N=1的情況下滿足用戶在大概率使用環境中達到系統設計的最好性能。

圖1 多載波無線信息本地環組網

McWiLL系統端到端的網絡架構如圖2所示。

圖2 多載波無線信息本地環系統端到端的網絡架構

McWiLL系統由終端設備、無線系統以及支撐系統（OSS）三部分組成。其中， 用戶端設備與無線網絡的連接由CPE、M- IAD、PCMCIA卡、寬帶手機等終端完成，用戶終端與骨干網絡的連接則由基站系統完成。 OSS實現對用戶簽約信息和網元設備的管理，以及計費等功能。

WiMAX不支持同頻組網，而且在頻段問題上WiMAX存在著先天不足，尤其在中國。WiMAX系統的網絡結構包括WiMAX終端、WiMAX無線接入網和WiMAX核心網三部分[3]，如圖3所示。

圖3 全球微波接入互操作網絡結構

WiMAX論壇給出WiMAX技術的5種應用場景定義，即固定、游牧、便攜、簡單移動和全移動[4]。WIMAX 業務的目標客戶主要是：普通終端用戶：提供網頁瀏覽和視頻電話業務；商務人士等高端用戶：提供較高性能保障的個性化業務；大型企業：提供電視會議等業務；集團用戶：提供類似專線的業務[5]。根據所采用的標準以及應用場景不同，WiMAX終端包括固定、便攜和移動三種類型[6]。WiMAX無線接入網主要指基站與用戶終端之間的無線網絡，需要支持無線資源管理等功能，有時為方便和其他網絡互聯互通，還需要包含認證和業務授權（ASA）服務器。WiMAX核心網主要指傳統的交換網或互聯網，主要解決用戶認證、漫游等功能及作為與其他網絡之間的接口。網管系統用于監視和控制網內的基站，提供查詢、狀態監控、系統參數配置等功能。

根據IEEE 802.16協議規定的動態頻率選擇方案，可以采用如下組網方案[7,8]。

固定組網方案。由于運營商頻率資源有限，因此對于同樣的頻率資源，可以按照波道寬度不同劃分出數量不同的獨立載波。從頻率規劃和蜂窩組網角度來看，信道越多越好，這樣可以很好地避免干擾；但如果信道帶寬太小，在相同調制方式下，業務帶寬就會比較小。因此需要從頻率規劃和業務帶寬綜合考慮，既要能很好進行頻率規劃又要有較寬的業務帶寬。典型的3頻點多基站固定組網模式如圖4所示。

圖4 典型3頻點多基站固定組網模式H--水平極化 V--垂直極化

移動組網模式。在移動組網模式下，WiMAX網絡可以采用疊加于寬帶城域網或者移動蜂窩網兩種方式。此時，頻率規劃方案，終端計費認證方案以及移動性管理方案應重點考慮。典型的3頻點多基站移動組網模式如圖5所示。為了實現蜂窩組網，單個扇區需要支持MIMO和OFDMA技術。

圖5 典型3頻點多基站移動組網模式f1、f2、f3—頻點

（2）網絡融合方面

McWiLL作為SCDMA技術體制的演進版本之一，其基于SCDMA的平臺，沿用了時分雙工(TDD)的傳輸模式和智能天線、上行同步等核心技術。McWiLL可以與TD-SCDMA進行互補發展，這也為網絡融合提出了一種思路。TD-SCDMA可以定位于寬帶無線移動通信系統，為公眾提供寬帶移動通信務;McWiLL則定位于寬帶無線接入通信系統，立足于新型本地專網，為行業客戶提供多種滿足不同層次需求的行業專網應用。McWiLL與TD-SCDMA可以實現互補,長期共存,互相促進發展。

07年，移動WiMAX成為3G的標準之一，在與現有的3G網絡融合方面，可以通過兩種方式：松耦合和緊耦合與寬帶碼分多址（WCDMA）網絡混合組網[8]。

松耦合相對來說對現有網絡改造較小，現有網絡的認證，授權和計費（AAA）服務器可被WiMAX直接利用，可以避免WiMAX數據流經過現有網絡的核心網。這種情況下既保證了WiMAX和現有網絡的相互獨立性，同時也可以使用移動IP來支持網絡間的移動性。但此時較高的時延不可避免，若采用跨層路由協議（在IEEE802.21協議中稱為2.5層路由協議，位于傳統路由層和MAC層之間）可減小WiMAX不同基站切換時的時延，但是無法減小網間的切換時延，所以對于實時性要求非常高的業務來說這種模式顯然是不合適的。松耦合模式下兩種網絡共享AAA服務器，使得不同網絡在混合網絡環境下可以使用一致的用戶鑒權機制。對于運營商來說，可以充分利用原有計費系統和客戶關系，更好地建立獨有的業務模式。圖6所示為 WiMAX和WCDMA在松耦合模式下的組網結構。

圖6 全球微波接入互操作與寬帶碼分多址在松耦合方式下的融合組網

如圖 7所示，與松耦合相比，緊耦合模式下需要對現有網絡進行改造。這是因為 WiMAX的數據流需要經過現有網絡的無線網絡控制器（RNC）和核心網。此模式的優點是可以充分利用現有網絡對移動性管理的強有力支持，大大減少了切換延時，可以保證兩種網絡間的無縫切換。緊耦合模式下，WiMAX的基站直接和WCDMA的RNC或者SGSN相連。

圖7 全球微波接入互操作與寬帶碼分多址在緊耦合方式下的融合組網

3 結語

隨著產業鏈的迅速成長，WiMAX和McWiLL取得了長足的進步，是現在無線城域網（WMAN）環境下最熱門和最具發展前景的兩種無線接入技術，可滿足用戶高速上網、視頻多播、VoIP、IPTV、網絡游戲及移動辦公等多種寬帶業務需求，有著良好的發展潛力，隨著互聯網和多媒體業務的迅猛發展，兩者的市場發掘潛力巨大。分析研究了這兩種接入技術的特點以及這兩種接入技術與現有的3G網絡融合，這些將為以后的無線網絡規劃提供一種思路。

[1] 胡建武,余建國,余重秀,等. WiMAX與McWiLL技術的分析與比較[J].電信工程技術與標準化,2007(08)：26-29.

[2] 溫斌,林波,劉昀,等. McWiLL寬帶無線接入技術及應用[M].北京：人民用電出版社,2009.

[3] 曾春亮,張寧,王旭瑩,等. WiMAX/802.16原理與應用[M].北京：機械工業出版社,2007.

[4] 蘇鵬,彭建華.WIMAX 技術應用前景分析[J].通信技術,2007,40(10)：36-38.

[5] 魏笑笑, 政華.WIMAX技術及其應用分析[J].通信技術,2009,42(03)：98-99.

[6] 趙利,莫金旺,李曉記.WiMAX寬帶無線接入的特點及其應用模式[J].中國數據通信,2005(04)：64-67.

[7] 彭木根.張濤.王文博/WiMAX組網方案研究[J].電信科學,2005(10)：22-27.

[8] 劉宏春.WiMAX組網技術與解決方案[J].中興通訊技術,2005(02)：19-22.