WiMAX回程链路和最后一公里无线宽带的市场机遇

    固定WiMAX的发展机遇主要在两个应用领域。其一是在蜂窝网络、WiFi热点和WiFimesh的回程链路方面;其二是在最后一公里无线宽带接入方面，而这个方面的应用前景显得尤为抢眼。

    固定WiMAX标准（802.16d-2004）于2004年10月发布。该版本把正交频分复用（OFDM）确定为传输协议。固定WiMAX的发展机遇主要在于两个应用领域:第一个是在蜂窝网络、WiFi热点和WiFimesh(网状网)的回程链路方面;第二个是在最后一公里无线宽带接入方面，这个方面的应用前景显得更为抢眼。

    回程链路方面的机遇

    1．什么是回程链路？

    回程链路（backhaul）是指从接入网络或者小区站点（cellsite）到交换中心的连接。交换中心连接至骨干网络，而骨干网络连接至核心网络。因而，回程链路网络是任何电信网络结构的中间层，它位于接入网络和骨干网络之间，为这两个网络提供了重要连接。举例来说，用户在网吧用Wi-Fi上网时，Wi-Fi设备必须连回ISP（InternetService PRovider）端，而此链接任务便可由WiMAX担任。这项功能有助于服务提供商降低回程传输的成本。

    2．驱动因素

    因为有多个应用和多个标准要在接入层上使用，人们担心回程链路成为瓶颈，运营商在选择高容量的无线回程链路方案时也要考虑瓶颈问题。固定WiMAX标准（802.16d-2004）发布后，有许多运营商在考虑升级到WiMAX回程链路，这是因为它具有以合理成本提供高带宽、远距离的优点。固定WiMAX适合用于三个回程链路的应用领域，其中包括:蜂窝网络、WiFi热点和WiFimesh回程链路。这项技术涉及许多方面，需要与专有的微波回程链路解决方案及最流行的有线回程链路解决方案（T1/E1解决方案）作一比较。

    WiMAX回程链路的主要驱动因素包括:亟需带宽的应用和蜂窝网络用户数量的增长、无线局域网（WLAN）应用的不断增加，以及越来越多的人需要回程链路技术来促进互操作性。但另一方面，现有的有线和无线回程链路解决方案已经拥有庞大的用户群，这个现实遏制了对WiMAX回程链路解决方案的需求。固定WiMAX认证设备发布方面的任何延迟及频谱可用性也会影响对WiMAX回程链路的需求。

    3．市场猜测

    固定WiMAX回程链路的市场猜测基于蜂窝网络、WiFi热点和WiFi网状网回程链路这三个市场。英国研究公司JuniperResearch估计，蜂窝基站的WiMAX回程链路市场将从2006年的3.238亿美元增长至2011年的26亿美元（如图1）。发展中地区的市场产值将高于发达地区，原因是蜂窝基站安装量相对比较大;另外不像在发达地区，这些地区没有主导性的回程链路解决方案，而在欧洲和北美的主导解决方案分别是微波和有线线路。

    图1 WiMAX回程链路市场（蜂窝网络、热点和网状网）总产值（单位:百万美元）

    最后一公里无线宽带机遇

    最后一公里链路是用于连接家庭，办公室场地和特定服务如电视、因特网和电话的。以电话或者ADSL服务为例，最后一公里是从电话交换局到一个个家庭或者办公室的链路;以有线电视为例，最后一公里是从特定地方的有线电视集线器到家庭或者办公室的链路。最后一公里已成为任何网络的一个重要部分，并且被认为是网络成本模型中最要害的部分之一。最后一公里之所以值得关注，就是因为它涉及网络运营商/服务提供商向最终用户提供服务时需要带来的成本。

    1．成本优势

    在比较有线宽带和无线宽带解决方案的最后一公里成本之前，需要了解的重要一点就是，数字用户线（DSL）和电视线缆在最后一公里是如何被提供的。以DLS为例，它通过ADSL的形式来提供，ADSL可以在传统的电话网络上工作。电话网络在发达地区拥有庞大的用户群，发展中地区在电话连接方面的普及率也很高，但许多地区的网络质量不适合支持ADSL速率。以线缆因特网为例——它使用已安装的有线电视基础设施来提供，绝大多数的发展中地区缺少有线电视基础设施。新安装的宽带因特网在发展中地区所起到的作用将大于发达地区。因而，虽然存在支持有线宽带的基础设施，还是需要再铺设光纤，从而获得更高速率的因特网。

    最后一公里成本的要害在于光纤的铺设。以铺设新光缆为例，光缆需要从接入点（PoP）铺设到客户场地。这里的PoP可能是数字用户线接入复用器（DSLAM）交换机、ADSL或者线缆因特网集线器。铺设光纤的成本包括两方面:一方面是光纤本身的成本，另一方面是安装成本，其中包括劳力和施工成本。而WIMAX无需再铺设线缆，有效降低了成本。

    图2 Skylink提供的类似固定WiMAX的网络所使用的室外CPE Skylink Ultra用户设备

    2．驱动因素

    由于出现了流式音频和视频应用及网上游戏，用户需求出现了增长。这包括以下几种应用:MPEG-4质量的视频格式需要2Mbps速率，CD质量的音频流需要100kbps速率，专业级IP视频会议需要384kbps速率。除了高带宽应用需求增长及宽带用户数量增加外，宽带在不同地区的增长率也出现了显著差异:固定WiMAX在发达地区的采用率比较低，因为这些地区有着庞大的宽带用户群;要最大程度地发挥增长潜力，固定WiMAX就需要致力于发展中地区，它在发展中地区的增长将依靠于DSL和线缆因特网的用户群。另一方面，虽然我们看到宽带增长在发达世界已到了稳定水平，但固定WiMAX有可能是一项“提升”技术，可帮助发展中国家达到更高的普及率。而固定WiMAX假如要在已经拥有庞大用户群的发达城市地区占领市场，将取决于它在成本、上市时间及设备可用性方面表现如何。（沈建苗编译）

    链接:OFDM技术

    ■刘涛

    正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex，OFDM）是目前非常被看好的一种技术，它并不是如今才发展

    起来的新技术，OFDM技术的应用已有近40年的历史。技术的发展是长期的、逐步健全的，在技术发展的路途中，会碰到各种各样的新应用，所以在人们对新应用布满好奇，拨开面纱看到技术层面的东西时，可能发现很早就熟悉。

    假如“宽带”是一个趋势，那么伴随“宽带”的OFDM也一定是一个趋势，宽带多媒体业务推动了OFDM技术的发展。带宽在移动通信中是稀缺的资源，所以必须采用先进的技术有效利用频率资源，同时要克服在无线信道下的多径衰落，降低噪声和多径干扰。OFDM是一种高速双向无线数据通信的良好方法，目前已经作为宽带无线接入(IEEE802.16)的核心技术。随着DSP芯片技术的发展，傅立叶变换/反变换、高速modem采用的64/128/256QAM技术、珊格编码技术、软判决技术、信道自适应技术、插入保护时段、减少均衡计算量等成熟的技术逐步引入到移动通信领域中来，人们开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用。

    原理

    OFDM是一种高效并行多载波传输技术，将所传送的高速串行数据分解并调制到多个并行的正交子信道中，从而使每个子信道的码元宽度大于信道时延扩展，再通过加入循环扩展，保证系统不受多径干扰引起的码间干扰（ISI）的影响。

    多载波就是把传输的带宽分成许多窄带子载波来并行传输，它可以在有限的无线传播带宽中获得更高的传输速率。子载波间正交可以使载波间交叠而彼此间又不会因交叠失真，因此用正交子载波技术可以节省宝贵的频率资源。在正交频分复用系统中，正交的子载波可通过离散傅里叶变换（DFT）获得，在接收端，对OFDM符号进行解调的过程中，需要计算这些点上所对应的每个子载波频率的最大值，因为在每个子载波频率最大值处，所有其他子载波的频谱值恰好为0，可以从多个相互重叠的子信道符号中提取每一个子信道符号，而不会受到其他子信道的干扰（假设有精确的同步）。

    ●自适应调制

    在OFDM系统中，每条链路都可以独立调制，因而该系统不论在上行还是在下行链路上都可以轻易地同时容纳多种混合调制方式，可以选择的调制方式有BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等。这就可以引入“自适应调制”的概念。它增加了系统的灵活性，例如在信道好的条件下，终端可以采用较高阶的如64QAM调制以获得最大频谱效率，而在信道条件变差时可以选择QPSK（四相移相键控）调制等低阶调制来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。自适应调制要求系统必须对信道的性能有及时和精确的了解，假如在差的信道上使用较强的调制方式，那么就会产生很高的误码率，影响系统的可用性。OFDM系统可以用导频信号或参考码字来测试信道的好坏。发送一个已知数据的码字，测出每条信道的信噪比，根据这个信噪比来确定最适合的调制方式。

    ●抗多径干扰

    无线信号会相互反射重叠，产生相互干扰，就像电视机产生重影一样严重影响信号传输质量。在OFDM多载波调制的子信道中，数据传输速率降低了，符号持续时间加长了，因而对时延扩展有较强的反抗力，减小了符号间干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP）作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。

    ●抗窄带干扰

    OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能导致整个链路不可用，但在多载波的OFDM系统中，只会有一小部分载波受影响。

    OFDM的缺点

    (1)OFDM对系统定时和频率偏移敏感

    在OFDM系统中，由于信号包络的不恒定性，使得该系统对非线性很敏感。定时偏差会引起子载波相位的旋转，而且相位旋转角度与子载波的频率有关，频率越高，旋转角度越大。假如定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和仍小于循环前缀的长度，此时子载波之间的正交性仍然成立，没有ISI和ICI（信道间干扰），对解调出来的数据信息符号的影响只是一个相位的旋转。假如定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和大于循环前缀的长度，这时一部分数据信息丢失了，而且最为严重的是子载波之间的正交性破坏了，由此带来了ISI和ICI，这是影响系统性能的要害问题之一。

    频率偏差是由收发设备的本地载频之间的偏差、信道的多普勒频移等引起的，由子载波间隔的整数倍和子载波间隔的小数倍偏移构成。子载波间隔整数倍不会引起ICI，但是解调出来的信息符号的错误率为50％，子载波间隔的小数倍的偏移由于抽样点不在顶点，破坏了子载波之间的正交性，由此引起了ICI。

    (2)存在较高的峰值平均功率比

    多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加，假如多个信号相位一致时，所得的叠加信号的瞬时功率会远远高于信号的平均功率。因此可能带来信号畸变，使信号的频谱发生变化，子信道间正交性遭到破坏，产生干扰。