WiMAX、Wi-Fi技术升级，勾勒宽带移动愿景

上网时间 : 2006年09月11日
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近几年宽带无线技术领域“亮点”不断涌现，旧有技术更新换代，新技术/标准陆续诞生。例如，在802.16领域，固定WiMAX开始进入部署阶段，而802.16e-2005的颁布又将WiMAX带入了一个新的发展时期。在802.11领域，802.11n有重大突破；无线Mesh技术使Wi-Fi获得更大的扩展性，全球多个城域Mesh网络也给新兴运营商带来了新的希望。
随着各种无线接入技术的发展与应用，宽带网络正在编织一个无线世界。无论走到哪里，不需要寻找网线和“热点”，就可以使用笔记本电脑、手机、PDA等设备随时上网--这样的愿望将随着移动WiMAX技术的发展以及无线Mesh网络的演进与部署等而逐步成为现实，许多新兴的无线宽带应用也会日渐普及。
WiMAX规模部署遭遇频谱瓶颈，移动应用向手机渗透
在短短数年中，WiMAX产业化进程取得了长足发展。在WiMAX组织的推动下，从WiMAX标准制定到芯片制造、设备开发以及测试仪器仪表各环节，多厂商合作开发的环境初步形成，产业链初具规模。今年初首批固定WiMAX产品获得认证可以说是WiMAX产业化进程中一个里程碑。而IEEE802.16e的颁布又为该领域注入新的活力。
移动WiMAX是具有高效频谱利用率的高速数据传输技术，在特定条件下可提供更经济的解决方案。例如，移动WiMAX能在热点地区建立更高的信道容量来满足多媒体应用的需要。再如，城区蜂窝网有很多覆盖范围小的小区，而具有高效率回程性能的移动WiMAX能够解决现有技术中小区内连接问题。
继去年底802.16e标准出台，移动WiMAX市场开始迅速升温。在今年6月香港召开的WiMAX Asia大会上，移动WiMAX成为焦点主题。阿尔卡特、摩托罗拉、北电等厂商均演示了基于移动WiMAX的端到端设备及应用，主要终端产品为PCMCIA卡。摩托罗拉还展示了移动WiMAX在手机上的应用。
早期的WiMAX应用主要是蜂窝和热点回程、企业和公共服务的最后一公里接入、城域以太网接入以及郊区DSL扩展等。而移动WiMAX更多瞄准便携和移动宽带应用。目前，许多供应商已经开始研发各种内嵌WiMAX技术的消费类产品，包括双频/双模手机、笔记本电脑、PDA、智能手机、便携媒体播放器以及PCMCIA卡。据IDC预测，到2010年，全球WiMAX用户将超过5000万；在未来五年内，WiMAX设备的复合年增长率(CAGR)将达到140%。广阔的市场前景激发出业界对WiMAX应用方案的研发热情。
1 主流芯片方案仍为射频/基带分离方式
与WLAN产品设计中将射频(RF)、物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)整合在同一个集成电路中的做法不同，目前WiMAX集成电路尚未整合，“因此，IC设计者面临的挑战是必须决定如何进行功能模块划分。”飞利浦半导体WLAN产品线高级产品经理Teik-Kheong Tan指出，“虽然集成发射器和接收器，并将射频和中低频集成进同一芯片是可行的，但是这种做法目前尚未普及。”因此，现阶段主流WiMAX方案还是采取基带与射频分离的方式。
目前，主要的数字基带IC厂商包括英特尔、富士通微电子、Wavesat、PicoChip以及Sequans等公司。与之相配套的射频器件厂商主要有TI、ADI、Sierra Monolithics、SiGe、美信、RFMagic以及Atmel等。其中大部分厂商的固定WiMAX产品已进入商用化，而移动方案研发方兴未艾。
在WiMAX基带设计方面，一直力捧WiMAX的英特尔推出支持移动WiMAX技术的芯片Rosedale II，预计首先在便携式设备中应用。据悉，目前已有超过10家厂商将会采用Rosedale II芯片，包括阿尔卡特、西门子、Proxim、SR Telecom等。英特尔透露，在2007年晚期或2008年初Rosedale II将被集成到迅驰平台中。
同样十分看好WiMAX前景的Wavesat公司也表现积极。“我们坚信WiMAX将发挥决定性作用，不仅是在固定和漫游市场，而且是在完全移动市场。” 该公司市场和业务拓展副总裁Vijay Dube表示。鉴于此，Wavesat为不同的WiMAX市场提供相应解决方案： DSL扩展的回程，采用固定OFDM解决方案；笔记本电脑等设备移动的高速连接可采用802.16e OFDM Evolutive产品；完全移动应用，则采用面向WiBro/WiMAX应用的802.16e OFDMA UMobile产品系列。
而作为首家推出同时支持802.16d/e产品的厂商，PicoChip公司利用其专利的picoArray多处理器阵列的优势提高芯片性能，产品方案可基于同一种硬件，通过软件升级实现满足不同标准的基站PHY芯片。“这些方案与WiMAX的各种规范完全兼容，而且无论是在未来采用新的WiMAX标准版本，还是增加各种先进功能都能全面升级，例如自适应天线系统(AAS)和多输入多输出系统(MIMO)。”picoChip公司市场副总裁Rupert Baines介绍说。
此外，意法半导体(ST)也加入了WiMAX市场竞争，且动作迅速。该公司在2006年初就发布了支持802.16e标准的基站方案。“该方案解决了采用分立DSP和FPGA方法所带来的成本和功耗问题，同时提高了系统集成度和性能水平。”ST公司亚太区通信设施事业部高级经理Rohit Malhotra表示，“我们下一代芯片Greenside2(STW52000)将具有改善的计算功率、扩展的性能以及更高的集成度。Greenside 2计划采用更小几何尺寸和更为先进的封装进行制造，以使其在获得高集成度的同时还保持低功耗水平。”
与上述基带方案相配套的射频产品包括：TI公司的2.5GHz、3.5GHz与5.8GHz的RF芯片组，这些芯片组均可支持IEEE 802.16d/e标准RF前端，适用于无线基站、接入点设备、3G回程设备、点到点微波与公共安全频段应用等。由于IEEE 802.16e能向下兼容IEEE 802.16d，为同时满足固定与移动整合应用的需求，有些服务供应商考虑跨过802.16d，直接部署802.16e。一些芯片厂商则主张采用DSP等可编程器件开发WiMAX方案，以期适应固定/移动两种市场需求。“对于移动WiMAX，由于标准还在不断变化中，采用DSP是最灵活的办法。”TI公司中国区DSP业务拓展经理李俭表示，“当 802.16e标准成熟时，TI的OMAP处理器/无线芯片组将获得有益的补充，从而带来令人感兴趣的商机。”
此外，ADI、飞利浦、飞思卡尔、SiGe半导体等厂商也都有相关射频方案。例如，ADI的混合信号前端(MxFE)芯片AD9862；飞利浦针对移动WiMAX的RF收发器UXF234xx系列；飞思卡尔的PowerQUICC III通信处理器则被不少WiMAX开发平台采纳用于处理MAC。SiGe半导体开发的2.5和3.5GHz低功率无线射频收发器芯片组。 “这种收发器具有很宽的发射调谐范围和多个基带接口，设备生产商能够重复使用经过验证的 RF 链路来满足全球需求，从而降低成本并缩短上市时间。”SiGe半导体公司无线数据产品总监Andrew Parolin表示，“虽然SiGe 收发器产品最初面向固定应用，但第二代产品将包括用于笔记本电脑和其它便携设备的微型PCI卡。” 具体方案详见WiMAX主流芯片一览表。
2 系统厂商积极备战，推动商用进程
在芯片厂商积极研发的同时，系统厂商在基站和CPE端设备的开发与运作上也采取了相应策略。例如，阿尔卡特与英特尔一起促进游牧和移动WiMAX应用的推广；同时，阿尔卡特还与三星一起提供端到端的设备方案，并且在终端与一些ODM合作。
而摩托罗拉的移动WiMAX PCMCIA卡是采用Beceem通信公司的芯片组，基站方案是摩托罗拉自己基于FPGA设计的方案，在CPE端则与英特尔有合作。据悉，摩托罗拉的移动WiMAX系统(MOTOwi4)已被巴基斯坦运营商Wateen Telecom所采用，将为当地用户提供数据和语音服务。
此外，一线WiMAX设备厂商奥维通(Alvarion)在其移动WiMAX解决方案4Motion中则选用TI的WiMAX局端技术。该方案将于2007年上半年开始商用试验。而先前奥维通发布的可商用的BreezeMAX SI方案则采用英特尔 PRO/Wireless 5116 宽带接口芯片。“该方案采用 OFDM 和 OFDMA 无线技术,”奥维通公司市场副总裁Carlton O‘Neal介绍，“由于消除了安装过程中的问题，并可支持游牧和便携业务，因而该方案可实现广泛的个人宽带业务。”
与国际大厂相比，中国设备厂商在WiMAX领域也表现不俗。中兴和华为在固定WiMAX领域已经取得很大的成绩，成为主要系统厂商，目前已经推出了基于英特尔芯片的固定WiMAX产品，而且积极推动固定WIMAX在全球的商用部署。在移动WiMAX领域，二者更是核心企业。据悉，在移动WiMAX标准方面，中兴通讯提交通过的专利达6项之多，有多项提案得到采纳。而华为在移动WiMAX的核心技术上已有很大突破，尤其是在移动WiMAX标准的制定上处于领先地位。
3 频谱分配成为规模部署最大挑战
WiMAX是在电信网络融合的大趋势下发展起来的城域网无线接入技术，在未来将实现与全IP网络的无缝融合。In-Stat分析师指出，亚洲将是WiMAX/WiBro的最大市场，其次是欧洲，再次为北美洲。市场分析公司iSuppli也预测，2006年全球WiMAX的市场规模约为10亿美元，2009年将达到20亿美元。而中国的WiMAX市场将于2006年开始启动，2010年中国的WiMAX用户数有望达到300万户。

图1 2009年全球WiMAX基带和射频芯片市场规模将达到5亿美元。资料来源：Sequans公司

图2 2010年中国WiMAX用户预计将达5亿。 资料来源：eShip consulting (单位：百万)
尽管业界普遍看好WiMAX的发展前景，相关方案也陆续出台，但不可否认，WiMAX在移动领域的发展依然面临诸多挑战。例如，全球统一的频率、解决802.16e的切换、区域漫游等问题都是其发展的障碍。因而，短期内不会出现真正的WiMAX大规模商用部署。
首先，频率是制约WiMAX发展的最大因素，WiMAX的频率配置是系统走向成熟和应用的关键。802.16e标准为移动WiMAX规定了较为宽泛的频段，但至今国际上还没有统一的WiMAX使用频率，这势必影响到WiMAX方案的开发与部署。目前韩国采用2．3GHz频段，欧盟则倾向于3．5GHz。“将全球零散的WiMAX频段整合在一起是个挑战。”英特尔执行副总裁Sean Maloney指出。英特尔表示要同时展开3个WiMAX系统：在美国和亚洲同时部署2.5和2.3GHz，在欧洲部署3.5 GHz，以适应于不同区域要求。鉴于中国还没有确定的WiMAX频段，中科院数字信号处理、通信技术专家侯自强建议将宽带数据和地面广播结合起来。他指出：“3GPP发展Super 3G意味着WiMAX失去使用3G频带的可能，其发展宽带无线接入的最佳和可能选择是使用TV广播频段。通讯和广播的融合是发展的大趋势。”或许这能为WiMAX的发展另辟蹊径。
其次，目前移动WiMAX应用还不够成熟，“这方面的挑战不在于链路层(MAC+PHY)，而在于处理任务的能力，例如区域间的信息传递，无缝漫游等。”picoChip公司的Baines指出。TI公司的李俭也提到，在802.16领域部署VoIP要解决的问题是如何在802.16与蜂窝式网络间实现漫游。这一难题类似于实现Wi-Fi到蜂窝式网络之间的无缝漫游。他表示，TI已经与领先的手持终端制造商共同合作以解决此难题。
SiGe半导体的Parolin还强调，WiMAX面临的最大挑战是在能迅速推出硬件之余，还能确保该技术在每一种环境和条件下都能良好工作，为终端用户提供愉快的使用体验，并实现成本降低但更成熟、更可靠的解决方案。此外，现有解决方案的可扩展性，即从小型试验到全面部署，包括材料清单、软件、障碍因素、不正确的安装以及蜂窝定位等，都是非常重要的。
另外，WiMAX终端设备的成本也需要解决的问19:15 2006-8-14题。目前WiMAX终端价格约为500-1000美元，而发展中国家所能接受的价格是在100-200美元，因此，如何把终端价格控制在市场所能接受的范围内是发展中国家实现WiMAX规模部署的重要课题。
无线Mesh为Wi-Fi应用拓展提供契机
随着集成了Wi-Fi功能的笔记本电脑、手机以及其它电子产品日益增多，人们对无线宽带网络的依赖性也不断增强。现在一些机场、酒店、咖啡厅等公共场所已部署了Wi-Fi“热点”，可为网络用户提供便利的网上冲浪条件。但“热点”数量毕竟有限，覆盖范围和移动性等因素在一定程度上制约着Wi-Fi应用的发展。而无线Mesh技术的成熟，可使Wi-Fi在传输距离和移动性方面获得提升，给Wi-Fi应用扩展带来新的机会。
无线Mesh网是一种基于多跳路由、对等网络技术的新型网络结构，具有移动宽带的特性，同时其本身可以动态地不断扩展，具有自组网、自管理、自动修复、自我平衡等特性，可以保证音频、视频等信号在出现外来影响或内部故障时不至中断。
1 无线Mesh有望跃升为主流技术
与传统的无线网络相比，无线Mesh是一种低成本、高带宽技术，在无线Mesh网络中，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。因而能为网络用户提供更大的覆盖范围、更高的吞吐率和更好的故障恢复性能。无线Mesh技术利用无线宽带接入，可覆盖校园、市区或整个城市。基于此，Wi-Fi应用还可以扩展到无线视频、无线VoIP、无线远程监控等更多领域。
无线Mesh技术的诸多价值点使业界对其寄予厚望。奥维通公司的O‘Neal表示，Mesh是Wi-Fi实现更大领域覆盖的发展趋势。北电公司无线网状网产品部总监Madan M. Jagernauth也指出：“无线Mesh技术是一个飞跃。以前的AP都是需要有线连接，但是现在每个AP之间可以无线从空中连接，这是最大的突破点。”而即将出台的IEEE Mesh网络标准802.11s 无疑将激起又一轮Wi-Fi应用研发热潮。
摩托罗拉公司网中网部门技术副总裁Joe Hamilla表示：“802.11s得到批准后，将会使网状网络的概念无处不在。我们预计明年其需求将会剧增，并很快成为主流。” 预计新的Mesh标准不仅会被城域Wi-Fi系统所采用，而且可能被用于家庭、路由器、网关甚至消费电子设备。
有趣的是,与其他网络技术先定标准，后出商用化产品的发展进程相反，Mesh技术商用化产品已出现，而标准才刚开始制定。尽管802.11s的最终标准可能要到2008年才出台，但此前市场上已有不少“准标准化”产品。目前，北电、思科、摩托罗拉等厂商都有相关方案。摩托罗拉还表示，一旦标准草案完成，该公司将计划利用符合802.11s的软件对其MeshConnex城域Mesh网络系统进行升级。
除了上述大厂在积极动作外，一些小型公司和初创公司也逐渐加入Mesh阵营，备战符合802.11s标准的系统产品。例如Strix Systems、Sky Pilot、PacketHop以及Tropos Networks等公司。其中Tropos Networks公司在全球城域Wi-Fi的规模用户已达两百多个。
此外，网络通信厂商智邦科技(Accton)也表示今年第三季度推出支持Mesh的无线系列产品。而阿德利亚科技(北京)公司的无线网状网产品MSR50、MMI-50，可实现智能交通、无线校园、物流、小区宽带等应用解决方案。
2 互操作性等问题仍待解决
尽管无线Mesh技术有着广泛的应用前景，众多厂商也在积极响应，但同样存在影响该技术广泛部署的问题。
首先是互操作性。这是目前影响无线Mesh技术迅速普及的主要障碍。如同任何一种新兴的网络技术刚出现时一样，目前无线Mesh网络还没有统一的技术标准，用户只有两种选择：或者只使用某一厂商的产品；或者准备面对如何与各种不同类型嵌入式无线设备衔接的问题。鉴于此，目前一些公司正在开发能够适应不同无线环境的可配置的无线网络设备，互操作性有望得到一定程度的解决。不过，要想彻底解决互操作性问题，最终还需要统一的技术标准，于是IEEE 802.11s也就备受业界期盼。
其次是通信延迟。由于在Mesh网络中数据通过中间节点进行多跳转发，每一跳至少都会带来一些延迟，因而随着无线Mesh网络规模的扩大，跳接越多，积累的总延迟就会越大。这对于话音或流媒体等对通信延迟要求高的应用来说并不理想。目前解决此问题的方法主要是通过增加Mesh节点以及合适的网络协议。
第三是安全问题。与WLAN的单跳机制相比，无线Mesh网络的多跳机制决定了用户通信要经过更多的节点。而数据通信经过的节点越多，安全问题就愈加显著。其实互联网就是一个Mesh网络结构，其安全隐患众所周知。管有线网络中使用的各种端到端安全技术，如虚拟专用网(VPN)可以用来解决无线Mesh的安全问题,但无线Mesh网络的安全仍是一个不容忽视的问题。
3 从LAN到MAN，无线Mesh部署中国
在部署应用方面，无线Mesh技术的及时性和延展性等优点，使其在区域无线网络连接中获得广泛认可。美国的旧金山、费城等多个城市已经采用该技术建设覆盖整个城市的无线网络，以期实现同时提供无线宽带、市政管理和公共安全等功能。2006德国世界杯期间，Avaya公司采用Firetide公司无线Mesh产品提供的网络语音服务技术，使得此次世界杯成为迄今为止传播速度最为迅速、网络最为稳定，科技含量最高的一次盛会。
在中国，无线Mesh网络的应用部署也已起步。目前清华大学、青岛海洋大学都已完成覆盖。台湾地区的台北、新竹也已经开始了无线Mesh网络的试运行。天津技术开发区也已采用北电的无线Mesh解决方案在全区范围内部署，预计今年9月完成。据悉，部署完成后的天津开发区无线Mesh网络将实现多达200个监控点，覆盖30平方公里范围的无线视频监控。此外，北京也已经开始了无线Mesh网络的实验，并有望在2008奥运会中得到应用。
与仅停留在网络连通和接入服务层面的Mesh网络相比，天津开发区这样大范围的视频监控系统部署还属首例。有业内人士认为，这可能会成为无线Mesh技术专业商用的新开端，延伸到城域级就有可能带来规模效益。也许这才是Mesh技术带给Wi-Fi的最大价值，同时也是提升Wi-Fi技术的关键所在。
作者：胡萍