无线城域网（WMAN）下两种接入技术的分析比较

申 京， 苗建松， 黄耿生

（北京邮电大学，北京 100876）

0 引言

无线宽带接入技术是未来通信网发展的主要方向之一。无线宽带接入技术以其成本低廉、不受地理环境的约束、支持用户的移动性等优点，将成为光纤接入技术的重要补充，其受到业界越来越多的关注。目前WMAN环境下比较热门的技术是全球微波接入互操作（WiMAX）技术以及中国自主开发的多载波无线信息本地环（McWiLL）技术。

1 WiMAX和McWiLL技术简介

WiMAX是一项新兴的基于IEEE 802.16标准的无线宽带接入城域网技术。WiMAX具有QoS保障、热点覆盖、数据传输速率高、业务丰富等优点，它可以提供最后一公里无线宽带接入，是作为电缆和 DSL之外的选择。WiMAX的应用场景非常广泛，主要应用是基于 IP数据的综合业务宽带接入，其对于全IP网络和下一代核心网有着良好的支持，随着IMS的出现和部署，WiMAX必然成为下一代无线网络中极具竞争力的技术。在接入端的组织方式上，WiMAX支持点对点无线宽带接入，点对多点宽带无线接入，Mesh网络结构，蜂窝状组网方式。这样在组网上可以灵活地选择接入网的结构，在骨干网覆盖不到的地方采用WiMAX组网覆盖，以实现城域网的弹性延伸。

McWiLL技术是中国自主创新的同步码分多址（SCDMA）技术的演进和革新—SCDMA V5的俗称。McWiLL系统具有灵活的网络架构，是完全基于IP分组交换的宽带无线系统，采用了全IP的扁平化网络架构，把数据业务平面的接入网架构压缩为单层结构。同时充分利用智能天线的优势，采用零陷增强技术和动态信道分配技术，可以实现高效率的1×1同频组网。通过宏蜂窝同频组网，覆盖半径可达10～50 km，典型市内覆盖半径为1～3 km，可以实现真正意义上的非视距传输。通过基站之间的二层隧道协议实现移动性管理，语音业务利用业务汇聚网关（SAG）实现移动性管理并与NGN软交换核心网对接。

2 WiMAX和McWiLL的对比分析

WiMAX和McWiLL既有很多相似点，又存在差异。在技术特征上存在着差异[1]。现主要对两类技术在组网方式以及与现有3G网络之间的融合方面做一定的分析比较。

（1）组网方式

由于McWiLL采用了智能天线、CS-OFDMA、TDD、自适应调制、动态信道分配、MIMO和SDMA、先建后拆切换、安全和欺诈保护以及基于智能天线的干扰抵消和零险等专利技术，可以支持同频组网，能够利用有限的频率资源规模组网[2]。

图1给出了频率复用系数N=1,2,3的组网方式，有效的同频组网系统应该在N=1的情况下满足用户在大概率使用环境中达到系统设计的最好性能。

图1 多载波无线信息本地环组网

McWiLL系统端到端的网络架构如图2所示。

图2 多载波无线信息本地环系统端到端的网络架构

McWiLL系统由终端设备、无线系统以及支撑系统（OSS）三部分组成。其中， 用户端设备与无线网络的连接由CPE、M- IAD、PCMCIA卡、宽带手机等终端完成，用户终端与骨干网络的连接则由基站系统完成。 OSS实现对用户签约信息和网元设备的管理，以及计费等功能。

WiMAX不支持同频组网，而且在频段问题上WiMAX存在着先天不足，尤其在中国。WiMAX系统的网络结构包括WiMAX终端、WiMAX无线接入网和WiMAX核心网三部分[3]，如图3所示。

图3 全球微波接入互操作网络结构

WiMAX论坛给出WiMAX技术的5种应用场景定义，即固定、游牧、便携、简单移动和全移动[4]。WIMAX 业务的目标客户主要是：普通终端用户：提供网页浏览和视频电话业务；商务人士等高端用户：提供较高性能保障的个性化业务；大型企业：提供电视会议等业务；集团用户：提供类似专线的业务[5]。根据所采用的标准以及应用场景不同，WiMAX终端包括固定、便携和移动三种类型[6]。WiMAX无线接入网主要指基站与用户终端之间的无线网络，需要支持无线资源管理等功能，有时为方便和其他网络互联互通，还需要包含认证和业务授权（ASA）服务器。WiMAX核心网主要指传统的交换网或互联网，主要解决用户认证、漫游等功能及作为与其他网络之间的接口。网管系统用于监视和控制网内的基站，提供查询、状态监控、系统参数配置等功能。

根据IEEE 802.16协议规定的动态频率选择方案，可以采用如下组网方案[7,8]。

固定组网方案。由于运营商频率资源有限，因此对于同样的频率资源，可以按照波道宽度不同划分出数量不同的独立载波。从频率规划和蜂窝组网角度来看，信道越多越好，这样可以很好地避免干扰；但如果信道带宽太小，在相同调制方式下，业务带宽就会比较小。因此需要从频率规划和业务带宽综合考虑，既要能很好进行频率规划又要有较宽的业务带宽。典型的3频点多基站固定组网模式如图4所示。

图4 典型3频点多基站固定组网模式H--水平极化 V--垂直极化

移动组网模式。在移动组网模式下，WiMAX网络可以采用叠加于宽带城域网或者移动蜂窝网两种方式。此时，频率规划方案，终端计费认证方案以及移动性管理方案应重点考虑。典型的3频点多基站移动组网模式如图5所示。为了实现蜂窝组网，单个扇区需要支持MIMO和OFDMA技术。

图5 典型3频点多基站移动组网模式f1、f2、f3—频点

（2）网络融合方面

McWiLL作为SCDMA技术体制的演进版本之一，其基于SCDMA的平台，沿用了时分双工(TDD)的传输模式和智能天线、上行同步等核心技术。McWiLL可以与TD-SCDMA进行互补发展，这也为网络融合提出了一种思路。TD-SCDMA可以定位于宽带无线移动通信系统，为公众提供宽带移动通信务;McWiLL则定位于宽带无线接入通信系统，立足于新型本地专网，为行业客户提供多种满足不同层次需求的行业专网应用。McWiLL与TD-SCDMA可以实现互补,长期共存,互相促进发展。

07年，移动WiMAX成为3G的标准之一，在与现有的3G网络融合方面，可以通过两种方式：松耦合和紧耦合与宽带码分多址（WCDMA）网络混合组网[8]。

松耦合相对来说对现有网络改造较小，现有网络的认证，授权和计费（AAA）服务器可被WiMAX直接利用，可以避免WiMAX数据流经过现有网络的核心网。这种情况下既保证了WiMAX和现有网络的相互独立性，同时也可以使用移动IP来支持网络间的移动性。但此时较高的时延不可避免，若采用跨层路由协议（在IEEE802.21协议中称为2.5层路由协议，位于传统路由层和MAC层之间）可减小WiMAX不同基站切换时的时延，但是无法减小网间的切换时延，所以对于实时性要求非常高的业务来说这种模式显然是不合适的。松耦合模式下两种网络共享AAA服务器，使得不同网络在混合网络环境下可以使用一致的用户鉴权机制。对于运营商来说，可以充分利用原有计费系统和客户关系，更好地建立独有的业务模式。图6所示为 WiMAX和WCDMA在松耦合模式下的组网结构。

图6 全球微波接入互操作与宽带码分多址在松耦合方式下的融合组网

如图 7所示，与松耦合相比，紧耦合模式下需要对现有网络进行改造。这是因为 WiMAX的数据流需要经过现有网络的无线网络控制器（RNC）和核心网。此模式的优点是可以充分利用现有网络对移动性管理的强有力支持，大大减少了切换延时，可以保证两种网络间的无缝切换。紧耦合模式下，WiMAX的基站直接和WCDMA的RNC或者SGSN相连。

图7 全球微波接入互操作与宽带码分多址在紧耦合方式下的融合组网

3 结语

随着产业链的迅速成长，WiMAX和McWiLL取得了长足的进步，是现在无线城域网（WMAN）环境下最热门和最具发展前景的两种无线接入技术，可满足用户高速上网、视频多播、VoIP、IPTV、网络游戏及移动办公等多种宽带业务需求，有着良好的发展潜力，随着互联网和多媒体业务的迅猛发展，两者的市场发掘潜力巨大。分析研究了这两种接入技术的特点以及这两种接入技术与现有的3G网络融合，这些将为以后的无线网络规划提供一种思路。

[1] 胡建武,余建国,余重秀,等. WiMAX与McWiLL技术的分析与比较[J].电信工程技术与标准化,2007(08)：26-29.

[2] 温斌,林波,刘昀,等. McWiLL宽带无线接入技术及应用[M].北京：人民用电出版社,2009.

[3] 曾春亮,张宁,王旭莹,等. WiMAX/802.16原理与应用[M].北京：机械工业出版社,2007.

[4] 苏鹏,彭建华.WIMAX 技术应用前景分析[J].通信技术,2007,40(10)：36-38.

[5] 魏笑笑, 政华.WIMAX技术及其应用分析[J].通信技术,2009,42(03)：98-99.

[6] 赵利,莫金旺,李晓记.WiMAX宽带无线接入的特点及其应用模式[J].中国数据通信,2005(04)：64-67.

[7] 彭木根.张涛.王文博/WiMAX组网方案研究[J].电信科学,2005(10)：22-27.

[8] 刘宏春.WiMAX组网技术与解决方案[J].中兴通讯技术,2005(02)：19-22.