作 者:广东通信技术 甘志辉 朱瑞波 汪伟
OFDMA物理层还支持子信道化。移动WiMAX的OFDMA物理层在上行和下行均支持子信道化,并根据不同的子信道情况采用不同的调制编码方式,从而提高信道利用率。采用OFDMA方式的改进后,移动WiMAX多径信道内的子信道维持其正交性。正交子信道同时降低了系统的时间同步要求。因此,在多径效应普遍的无线宽带系统中,采用OFDMA的移动WiMAX相比于CDMA系统显得健壮而简单,并允许自干扰的存在。
2.2.2信道带宽的可扩充特性
移动WiMAX的信道带宽可扩充性是系统采用了OFDMA技术后最重要的优点之一。可扩充特性是指在调整子载波频率间距时,通过调整FFT大小来适应信道带宽(见表2)。当调整子载波频率间距和符号的持续时间时,物理上的时间和频率资源是固定的。因此,扩充信道带宽对上层的影响有限。OFDMA采用多个子载波(sub-carrier)捆绑为1个子信道(sub-channel)的方法,可以使无线频谱资源得到灵活使用,可扩充性的带宽给移动WiMAX带来了高性能的小区吞吐量和QoS能力。
而1xEV/DO和HSPA在给定的信道带宽内(由表2可知),对信道的带宽变化非常敏感,这是因为信号占满了整个信道,而在频域上没有与OFDMA信号类似的调制特性来适应可扩展特性。事实上,CDMA码和帧结构都可以通过优化来适应新的信道带宽,这也是LTE(长期演进)发展所考虑的一部分。
2.2.3正交上行链路多址接入
移动WiMAX由于采用了OFDMA技术,其子信道的正交性相比于CDMA具有无可比拟的优势。因为OFDMA系统中用户被分配到信道的不同子部分,多用户之间压根不存在MAI(多址干扰)问题。因此,OFDMA支持上行高阶调制,并能获得上行高效频谱效率。
CDMA系统的每个用户信息是基于整个信道的转发,在目前比较盛行的同步CDMA系统中,用户之间的多址接入和MAI大大制约了其上行链路的频谱效率(国产的3G标准TD-SCDMA除外,这主要是由于TD-SCDMA系统的核心技术特点充分提高了频谱效率)。而采用OFDMA技术的移动WiMAX系统能在上、下行链路的数据吞吐方面进行平衡。正交的子信道还能为上行链路提供更好的控制调度和资源分配。因此,其上行链路的性能可以得到很好的预期效果,QoS也能更好地执行。
2.2.4支持TDD频谱效率
移动WiMAX支持时分双工(TDD)、频分双工(FDD),同时也支持半双工频分(HFDD)。而且更倾向于支持TDD模式,这主要是由于TDD模式的优异性能所决定的。这也是移动WiMAX能够有效地与TD-SCDMA技术结合的原因。
2.2.5频率的选择性调度
1xEV/DO和HSPA的信号占用了整个带宽,而移动WiMAX的信号只占用带宽的一部分。在无线宽带信道中,传播条件随着不同环境下的用户而不断改变,移动WiMAX支持频率的选择性调度来充分利用多用户频率差异,从而提高服务质量。移动WiMAX的相邻子载波可以交换,这为基于相同信号长度的移动用户分配相同的子载波成为可能。这与TDMA/CDMA相比大大增加了容量和服务质量。
2.2.6频率复用与干扰解决
HSPA、1xEV/DO和移动WiMAX都支持频率复用。例如将所有小区或扇区操作放在同一个频率信道上以最大化频谱利用率。然而,由于频率再利用存在的严重干扰,小区边界的用户可能无法满足链路质量要求。HSPA和1xEV/DO通过调整网络的负载来解决此类干扰问题。但是这种调整造成了系统容量的损失和业务的下降。移动WiMAX系统中,用户是基于子信道操作的,子信道只占用整个信道带宽的一小部分,小区边界存在干扰时,系统通过子信道使用情况进行重配置。避免了负载调整造成的容量损失问题。在移动WiMAX中,子信道的分裂和可交换功能使得其再利用功能灵活多变。
2.2.7QoS
为了满足宽带无线业务的市场需求,WiMAX技术应运而生。同时,面向连接的QoS必须在空中接口上提供精准的业务控制。尽管空中接口通常是移动网络的瓶颈,移动WiMAX网络面向连接的QoS还是能提供有效的端到端的控制。业务流参数可以通过MAC消息对动态业务需求自动适应地进行动态管理。业务流在上行和下行方向提供相同的控制机制。此外,由于子信道是正交的,上行和下行都不存在内部干扰问题。因此,基站可以轻易地控制上行和下行方向的链路质量和QoS。
WiMAX的空中接口定义了5种QoS等级:主动授予业务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业务(NrtPS)、和BE(BestEffort)。这些业务对于VoIP、视频直播、流媒体和Internet接入等具有无可比拟的优势。
反观3G系统的QoS,则存在着诸多限制。3G系统只有优先级和非优先级的QoS策略,当业务流量大时,优先级的业务完全挤兑了非优先级的业务。这对于各种数据业务的需求极其不利。
2.2.8先进天线技术
与HSPA和1xEV/DO不同,移动WiMAX因为采用了OFDM/OFDMA和TDD模式,适合采用波束赋形、STC(空时码)、SM(空域多路复用)、AAS(自适应天线系统)和MIMO(多入多出)等先进天线技术。这些天线技术是无线通信技术发展的方向,能够在不增加系统带宽的情况下,大大提高系统的容量、覆盖和无线传输性,将来具有广泛的应用。
这些技术也可以看作3G系统中,智能天线和软件无线电的未来发展演进方向。
3、结论
HSPA和1xEV/DO与WiMAX的本质区别在于它们的无线数据传输的实现方法。3G是一项基于语音的技术,目标是向数据方向演进;而移动WiMAX是一项数据的技术,其目标是向移动化演进。两者各有侧重点。移动WiMAX由于物理层采用了OFDMA技术和多天线等技术,显得极具优势。这些优势是现实的,实在的,甚至已经实现了的。从网络演进来看,HSPA和1xEV/DO和WiMAX互为补充、相互竞争并共存。随着TD-SCDMA在国内的可能大规模部署,移动WiMAX将可能成为TD-HSPA的重要补充。