移动WiMAX技术评估

一、评估背景

　　IEEE 802.16e又称为移动WiMAX技术，包含很多目前普遍认为性能表现良好的无线通信传输技术，如OFDMA、MIMO、频率复用（Frequency Reuse）等。也正是由于这种原因，在2006年，WiMAX论坛在Intel、北电及三星电子等国际大公司的推助下，展开了全球部署计划。

　　而第三代移动通信系统最早于1985年由国际电信联盟（ITU）提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），1996年更名为IMT-2000，意即该系统工作在2000 MHz频段，最高业务速率可达2000 kbit/s，预期在2000年左右得到商用。从1997年开始，由于第二代移动通信系统的巨大成功，用户的高速增长与有限的系统容量和业务之间的矛盾渐趋明显，第三代移动通信的标准化工作从1997年开始进入实质阶段。

　　在经过详细的技术评估、研究分析及大量的协调和融合工作之后，在2000年5月，ITU-R 2000年全会（RA-2000）批准、通过了IMT-2000的无线接口技术规范（RSPC）建议，它分为CDMA和TDMA两大类共五种技术，其中主流技术为以下三种CDMA技术：WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA。

　　虽然时至今日距IMT-2000的标准出炉已有7年的时间，但是WiMAX的支持者们仍希望移动WiMAX（IEEE 802.16e）能够成为IMT-2000的标准之一，使移动WiMAX在更多国家可以得到频谱牌照，获得更加合法的身份。

　　2006年11月，在美国德克萨斯州达拉斯召开的全体会议上，美国IEEE 802委员会的执行委员会正式向ITU-R提出要将IEEE 802.16e技术作为IMT-2000的一种标准方案的请求。2007年2月，ITU-R WP8F工作组发出通函，希望展开对IEEE 802.16e是否能够成为IMT-2000的标准之一的评估工作。

二、IEEE 802.16e评估系统参数的设计

　　笔者很荣幸全程参与了本次中国评估小组（CHEG：Chinese Evaluation Group）对802.16e的评估工作。基于ITU-R组织规定的评估准则和一些802.16e支持者提供的技术资料，CHEG通过三个月的集中技术评估，对仿真场景予以实现，并对该系统进行了全面的评估。最后收集、整理评估性能结果，在进行相应的分析后输出评估报告。

图1　功能模块构架

　　图1显示了整个评估过程中各个功能模块的架构。

　　评估主要分为三个部分进行，第一部分是参数的设计，其中包括链路级信道调制编码等所采用的技术和参数的设定，系统级功率控制、干扰计算等参数的设计。除此之外，我们还对传播信道模型环境、业务模型和天线类型进行了规定。具体参数如表1～3所示。

表1　IEEE 802.16e仿真参数

表2　IEEE 802.16e仿真参数-快衰状况

表3　VoIP业务的空口参数

　　作的第二、三部分的工作，主要是逐一实现仿真架构、方法以及仿真详细流程和系统性能输出。

三、IMT-2000的技术需求和评估结果分析

　　经过上面的一系列工作流程，以及移动WiMAX支持公司提供的相应技术信息，我们作出了相应的评估意见，并对表示怀疑的问题做了相应的解释。下面将从技术需求、普遍性需求和主观需求三个方面提出IMT-2000系统的标准要求和评估结果分析。

　　表4主要是从技术需求标准方面来验证802.16e技术是否符合IMT-2000的技术标准。

表4　候选技术的相应技术需求以及目标

　　表5主要给出了候选技术是否满足一般性的需求标准方面的评估结果。

表5　候选技术的相应一般需求以及目标

　　表6给出了候选技术是否满足用户主观需求的评估。

表6　候选技术的相应主观需求以及目标

　　从表4～6可以看到，对于多数的功能需求，CHEG的观点和支持者的观点是相符合的，移动WiMAX技术能够满足IMT-2000系统的性能要求，但是也存在一定数量的不满足的功能需求项。

　　从技术需求及目标的满足状况看，移动WiMAX技术存在较多的不满足情况。例如，通过仿真我们发现，IEEE 802.16e无法应用于超大小区的通信场景。端到端的时延也不能完全满足所有应用的传输时延都小于40 ms。

　　图2所示即为VoIP业务模型下的用户端到端传输时延的CDF曲线。

图2　用户的端到端包时延分布曲线

　　又比如，在IMT-2000系统的一般需求以及目标中，由于IEEE 802.16e的帧结构和IMT-2000通信系统的帧结构不同、双工方式在不同系统中也不尽相同，所以也无法确认IEEE 802.16e可以完美实现同IMT-2000通信系统的无缝切换。

　　另外，从CHEG的评估输出IOT曲线中显示，系统平均IOT=9.1 dB（CDF曲线如图3所示）。

图3　IEEE 802.16e系统IOT分布曲线

　　要高出3GPP2给出的5～7 dB的一般通信系统IOT性能参考值，这说明系统中的干扰状况比较严重。

　　基于以上各方面的叙述，可以看到移动WiMAX技术还是具有相当的应用价值，不过在有些方面还需要进一步的完善，以满足IMT-2000通信系统的要求。