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WiMAX与HSDPA的优势比较

内容导读：

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。

　　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（HighSpeedDownlinkPackage 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。

		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		16d：2~11 G 16e：≤6G	上行：1920~1980 下行：2110~2170
信道带宽（信道间隔）		16d：1.25~20 MHz 16e：1.25~20 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		16d：FDD或TDD 16e：TDD	FDD
调制方式	前向/下行	在OFDM上的BIT/SK，QPSK，16QAM，64QAM	QPSK，16QAM
	反向/上行	在OFDM上的BIT/SK，QPSK，16QAM，64QAM	QPSK，16QAM 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 16e： ² 1×3×3（不使用AAS*） ² 1×3×1（使用AAS）	1×3×1或1×6×1
关键技术		OFDM、OFDMA、AMC、AAS、STC、MAC层的快速调度和动态带宽分配机制、MIMO等	HSDPA：AMC、HARQ、FPS HSUPA：MIMO、波束赋形 LTE：OFDM
话音编码		无	无
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*		16d：75 Mbit/s（20MHz带宽下） 16e：30 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		16d：2004年6月 16e： 2006年2月	2004年
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/外CPE、PCMCIA卡、PDA等	部分支持HSDPA的终端已推出，但是PDA、PCMCIA卡有待成熟
产品演进路线		遵循16e标准，提高移动能力	HSDPA－HSUPA－LTE
来源		IEEE	3GPP
参考网站		www.wirelessman.org www.wimaxforum.org	www.3GPP.org

　　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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来源:通信世界作者: 时间:2006/6/13 16:16:00