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WiMAX与HSDPA优势比较 运营商技术选择有异


http://www.sina.com.cn 2006年05月15日 11:31 通信世界

  中国网通集团研究院 李建宇

  定位于宽带无线接入(BWA)的WiMAX技术是一项基于IP体系构建的,具有较高频谱效率和一定服务质量保证的空中接口技术,它与3G(WCDMA、CDMA1x)空中接口技术的后续演进版本(HSDPA、CDMA1xEV-DO、CDMA 1x EV-DV)具有相似的性能表现和目标市场。为此,笔者认为很有必要利用一定篇幅,对WiMAX和3G空中接口技术的后续演进版本进行一定的比较与分析。

  由于3G的相关空中接口技术并不是本文的讨论范围,并且由于HSDPA与CDMA1xEV-DO、CDMA1x EV-DV在讨论宽带数据业务方面性能参数比较类似。作为3G技术的代表,这里仅将HSDPA与WiMAX技术进行比较。

 

WiMAX

HSDPA

技术定位

无线城域网技术

无线城域网/广域网技术

应用地域

16d:主要在北美和欧洲

16e:起初在韩国

起源:日本

发展:欧洲、美国和韩国

频率范围

16d2~11 G

16e:≤6G

上行:1920~1980

下行:2110~2170

信道带宽

(信道间隔)

16d1.25~20 MHz

16e1.25~20 MHz

5 MHz

覆盖范围及特点

16d:视距/非视距,典型室外7~9km

16e:视距/非视距,典型1~3km

视距/非视距

典型1~3km

多址方式

TDMA/OFDMA

TDMA/CDMA

双工方式

16dFDDTDD

16eTDD

FDD

调制方式

前向/下行

OFDM上的BIT/SKQPSK16QAM64QAM

QPSK16QAM

反向/上行

OFDM上的BIT/SKQPSK16QAM64QAM

QPSK16QAM

Dual BIT/SK(with HPSK scrambling)

频率复用模式(cell×sector×frequency reuse factor)

16d:扇区按需构建,不能同频复用

16e²   1×3×3(不使用AAS*)

 ²   1×3×1(使用AAS)

1×3×11×6×1

关键技术

OFDMOFDMAAMCAAS*STC*MAC层的快速调度和动态带宽分配机制、MIMO

HSDPAAMCHARQFPS

HSUPAMIMO、波束赋形

LTEOFDM

话音编码

调制滤波器

取决于格式

Root raised cosine α=0.22

基本业务

16d:固定宽带无线接入,点对点中继

16e:移动宽带无线接入

高速移动数据

最大吞吐量*

16d75 Mbit/s(20MHz带宽下)

16e30 Mbit/s(10MHz带宽下)

14.4 Mbit/s(5MHz带宽下)

包交换或电路交换

包交换

包交换

标准颁布时间

16d20046

16e 20062

2004

产业联盟情况

WiMAX论坛

3GPP论坛

终端现状

16d:室内、室外型CPE

16e:室内/CPEPCMCIA卡、PDA

部分支持HSDPA的终端已推出,但是PDAPCMCIA卡有待成熟

产品演进路线

遵循16e标准,提高移动能力

HSDPAHSUPALTE

来源

IEEE

3GPP

参考网站

www.wirelessman.org

www.wimaxforum.org

www.3GPP.org

  一、HSDPA的优势分析

  1.HSDPA的概念及由来

  为了增强下行非实时分组业务的吞吐量,提高无线接入侧的频谱效率,以满足更高传输速率或流媒体类型业务的需求,2004年,3GPP组织在WCDMA的R5版本中提出了HSDPA(High Speed Downlink Package Access,高速下行分组接入)技术,将HSDPA作为对R99(WCDMA最初的版本)无线接口的补充,与R99信道可以应用在相同的载波,通过无线承载系统为HSDPA增加专门的信道,并且通过改进无线调制方式和无线接入管理方法,在理论上将WCDMA R99规范支持的单载波2Mbit/s的下行信道吞吐量提升到了14.4Mbit/s。在未来WCDMA的R6版本的空中接口技术中,通过MIMO等新技术的引入,预计下行信道的吞吐量还将进一步的提升到30Mbit/s。

  2.HSDPA的关键技术

  根据WCDMAR5规范,HSDPA的关键技术主要包括:自适应调制和编码(AMC)、混合自动重传申请(HARQ)、快速包调度(FPS)等内容。

  (1)自适应调制和编码技术(AMC)

  自适应调制和编码(AMC)技术的原理是根据信道情况的变化而改变调制、码率的模式。当使用AMC技术的系统里,处于有利位置的用户,如接近基站的用户可使用高阶调制和高码率(如16QAM、较大的数据块尺寸),这样可以充分利用基站下行发射动态范围不足的特点;而处于不利位置的用户,例如远离基站的用户其调制阶数和码率则要小一些(例如QPSK、较小的数据块尺寸)。AMC技术主要可以提高处于有利位置用户的速率,从而提高小区的平均吞吐量。另外,通过改变调制方式而不是通过传输功率的改变来减少干扰的变化,即HSDPA相关的HS-PDSCH信道取消了快速功率控制。缩短的子帧长度(2ms)可以有效的提高AMC的调制速率,从而能够适应于无线信道的快速变化。

  (2)混合自动重传申请(HARQ)技术

  HARQ是一种链路自适应技术,ARQ即自动请求重发,HARQ是将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合的技术。前向纠错编码(FEC)提高了传输的可靠性,但当信道情况较好时,由于过多纠错比特,反而降低了吞吐量。ARQ在误码率不是很高的情况下可以得到理想的吞吐量,但会引入时延,考虑将FEC和ARQ相结合就形成了混合ARQ。在发送的每个数据包中含有纠错和检错的校验比特。如果接收包中的出错比特数目在纠错能力之内,则错误被自行纠正,当差错已超出FEC的纠错能力时,则让发端重发。

  HARQ基本分为3类,I、II、III型HARQ,目前Rel99版本支持I型,即软件层面上的HARQ,在RLC进行传输控制,重传不合并。由于其反馈速度比较慢,效率不高,影响总流量和QoS,所以在HSDPA中需要使用硬件层面上的HARQ,即II、III型。II、III型都将处理ARQ技术的优先权放到了物理层,它们之间的区别在于Incrementalredundancy方式的不同。Incrementalredundancy代替了简单的重传数据包。当第一次尝试译码失败时,要求发射机附加冗余信息后再传输,没有传输包被丢弃,译码器合并所有数据包在较低码率上译码。重传包和原始传输包并不完全相同,重传包携带部分附加冗余信息以纠错,这些冗余信息和先前接收的数据包合并可得到更强的FEC码。

  IR方案通常分为两类:部分IR,全IR。部分IR又称作H-ARQ-type-III,它的每次重传都可自译码,可以采用或者不采用合并过程恢复数据。全IR又称作H-ARQ-type-II,它每次重传的冗余信息不包含系统比特,只包含冗余信息,所以每次传输都不能自译码,必须通过合并才能恢复出数据。

  (3)快速包调度(FPS)技术

  HSDPA的分组调度算法是HSDPA系统的控制核心,分组调度功能位于NodeB中新的媒质接入控制实体MAC-hs,从而将传统上RNC完成的调度功能搬到了NodeB中实现,更加接近用户设备,2ms的TTI长度使得调度响应更为迅速及时。一般来说,HSDPA的分组调度不外乎4大类。

  ●基于时间的轮循方式(RoundRobin),每个用户被顺序的服务,得到同样的平均分配时间,但每个用户由于所处环境的不同,得到的流量并不一致。

  ●基于流量的轮循方式,每个用户不管其所处环境的差异,按照一定的顺序进行服务,保证每个用户得到的流量相同。

  ●最大C/I方式,系统跟踪每个用户的无线信道衰落特征,依据无线信道C/I的大小顺序,确定给每个用户的优先权,保证每一时刻服务的用户获得的C/I都是最大的。这是一种极端的分配方式,可以得到理想的最大吞吐量,但是对于用户之间体现了服务的最不公平性,可能有部分用户一直得不到满意的服务。

  ●部分公平的方式,综合了以上几种调度方式的优点,既照顾到大部分用户的满意度,也能从一定程度上保证比较高的系统吞吐量,是一种实用的调度方法。实现部分公平有很多算法,一般都需要考虑到下行信道质量、用户缓冲队列长度、用户平均调度时间等诸多参量。

  二、WiMAX与HSDPA的比较

  通过上述对HSDPA的简单分析,不难看出HSDPA的一些基本特点和其具备的业务能力,表1通过对WiMAX和HSDPA较详细的技术比较,可看出两者的异同。

  从上述简单的比较不难看出WiMAX与HSDPA等技术的异同,根据上述的比较,我们可以得出以下几个结论:

  (1)IP化是空中接口技术的发展方向;

  (2)OFDM(调制方式)、OFDMA(多址方式)是空中接口技术的演进趋势;

  (3)AMC、MIMO、STC、AAS、波束赋形等关键技术是后3G技术的必备技术。

  另外,从WCDMA从R99向R4、R5的演进还反映了一个趋势,就是调度、功率控制、移动性等无线资源管理(RRM)方面的功能正在从基站向上靠近核心网的位置下放到基站侧,并且RRM功能也趋向于在基站侧终结。未来的无线接入网络趋势将很可能更加简单、“扁平”,即无线基站以IP的方式直接接入接入路由器。相比于GSM、GPRS和WCDMAR99等版本的无线基站而言,今后的基站将是“胖基站”,但综合考虑到整网部署成本,在基站的功能确定将是技术趋势与实际商用需求折衷的结果。

  不考虑政策因素,从运营商的角度考虑WiMAX和HSDPA两者的区别,还应该引起注意的是:

  (1)技术/系统的成熟度

  从技术标准的成熟度来看,WiMAX与HSDPA标准都已颁布,两者处于相同的层次;从系统设备(核心网、无线接入侧设备、终端等)及其多厂商之间的互通情况的成熟度看,固定WiMAX(IEEE802.16-2004)预计2006年年底到2007年会真正的成熟,移动WiMAX(IEEE802.16-2005)将会在2008年后成熟,而HSDPA的系统成熟期也将在2007年之后,从表面上看,两者的技术/系统成熟度非常接近。

  但是,从运营商的角度考虑成熟度,还会可能涉及到技术版本的选择等问题。比如,对于已经部署了GSM网络的移动运营商来说,WCDMA是其向3G演进的最佳选择。对于目前问世的R99、R4、R5(HSDPA)等不同的技术版本,如何进一步选择,的确不是一件容易的事情。可以预见,HSDPA迟早会成为WCDMA领域的主导技术。目前由于终端支持程度、各厂商系统互通能力等因素,大规模商用尚存在较大的技术与投资风险;如果应用成熟的R99或R4技术,投资风险很低,但是必然会面临今后向HSDPA升级、过渡的技术风险。如果将R99/R4的基站升级到HSDPA,至少需要基站侧进行一定的硬件改动和较大的软件升级以及RNC的一定的软件升级,同时,在进行R99/R4与HSDPA混合组网的时候,在HSDPA的覆盖区和R99/R4的覆盖区之间可能会面临切换的问题,由于HSDPA使用了一定的特殊物理信道和传输信道,如果满足切换的要求,必须对R99/R4的无线接入网络的RRM部分进行改动以支持这些特殊的信道,否则将无法切换。而不能互相切换、业务共享的网络就不能算是真正意义上的混合组网,实质还是两张网络。

  (2)技术应用的综合成本

  对于新兴的移动业务运营商而言,技术应用的综合成本尤其重要。对它而言,并没有哪种技术具有先入为主的特权,面对应用场景和目标客户群需求,需要从系统部署成本(技术前期投入、频率成本、站址资源、室内覆盖等)、终端成本、系统运维成本、IPR问题等方面入手,再综合考虑产业链的现状和未来发展情况,自主、谨慎的进行选择。

  总而言之,在讨论WiMAX和HSDPA之间的关系问题,不能简单从孰优孰劣的角度得出草率的结论,不同的运营商,技术选择的出发点不同,其结论难免会有较大的差异。

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