HSDPA和WiMAX的技術(shù)對比分析

1、引言

　　目前在各大通信展與技術(shù)論壇上，兩種后3G技術(shù)——HSDPA和WiMAX正在成為新的技術(shù)焦點。

　　在蜂窩移動通信的陣營中，由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比例不斷增加，移動通信在向提供無線高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的方向演進(jìn)，移動通信設(shè)備制造商也相應(yīng)地優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不斷提高數(shù)據(jù)傳輸速率。例如GSM的演進(jìn)路線，傳輸速率從GPRS的40kbit/s到EDGE的130kbit/s以及UMTS的384kbit/s和即將到來的HSDPA3Mbit/s發(fā)展，最終實現(xiàn)話音和數(shù)據(jù)的移動寬帶。在另一陣營中，一些業(yè)內(nèi)的主要設(shè)備制造商期望用WiMAX標(biāo)準(zhǔn)為固定數(shù)據(jù)通信(如DSL)，即線纜通信中增加無線移動接入功能，允許話音通信通過IP傳輸，并且在WiMAX的下一步擴(kuò)展中增加移動性，最終使WiMAX能夠?qū)崿F(xiàn)話音和數(shù)據(jù)的移動寬帶。HSDPA和WiMAX在標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)特點和市場定位等方面各有千秋，也盡顯移動通信寬帶化和寬帶網(wǎng)絡(luò)無線接入的不同。對于兩者的關(guān)系也引起了業(yè)內(nèi)的熱烈討論，到底是競爭關(guān)系還是互補關(guān)系?本文從兩種技術(shù)的技術(shù)特點、標(biāo)準(zhǔn)、市場發(fā)展及應(yīng)用等幾個角度進(jìn)行對比分析，闡述各自的優(yōu)勢，最后分析總結(jié)兩種技術(shù)的關(guān)系，提出新技術(shù)實踐中仍有待解決的幾個問題。

　　2、HSDPA的技術(shù)特點

　　在3G應(yīng)用里，運營商的主要業(yè)務(wù)和收入都將來自數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，大家尤其看好視頻流媒體和背景下載類業(yè)務(wù)，但這些業(yè)務(wù)對下行傳輸速率的要求非常高。而現(xiàn)在的WCDMA網(wǎng)絡(luò)下行傳輸速率理論上是384kbit/s，實際環(huán)境中的速率為150-250kbit/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。運營商迫切需要提高傳輸速率，HSDPA(HighSpeedDownlinkPacket Access，高速下行分組接入)作為3GPP的Release5中提出的無線解決方案，理論傳輸速率可達(dá)到14Mbit/s。HSDPA是在3GPP R99/R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上自然演進(jìn)，旨在滿足上/下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不對稱的需求而提出的。HSDPA采用的關(guān)鍵技術(shù)包括自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)、混合自動重發(fā)請求(HARQ)、單獨的共享信道和快速調(diào)度(Fast Scheduling)。AMC是根據(jù)無線信道變化選擇合適的調(diào)制和編碼方式，使用戶達(dá)到盡量高的數(shù)據(jù)傳輸速率。不同的編碼和調(diào)制方式的組合，產(chǎn)生不同的傳輸速率。HARQ基于信道條件提供精確的編碼速率調(diào)節(jié)，可自動適應(yīng)瞬時信道條件。HSDPA將AMC和HARQ技術(shù)結(jié)合起來可以達(dá)到更好的鏈路自適應(yīng)效果。HSDPA技術(shù)增加了高速下行共享信道(HS-DSCH)，不同的用戶在時間和碼字空間上共享HS-DSCH信道。調(diào)度算法控制著共享資源的分配，調(diào)度時主要基于信道條件，同時考慮等待發(fā)送的數(shù)據(jù)量以及業(yè)務(wù)的優(yōu)先等級等情況。HSDPA技術(shù)為了能更好地適應(yīng)信道的快速變化，將調(diào)度功能單元放在NodeB而不是RNC，同時也將TTI(Transmission Time Interval)縮短到2ms。采用10類手機(jī)時，用戶峰值理論速率可達(dá)到14Mbit/s。由于HSDPA是在WCDMA網(wǎng)絡(luò)上無線部分的增強(qiáng)技術(shù)，所以不需要升級和改變WCDMA核心網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。
　　3、WiMAX的技術(shù)特點

　　WiMAX又稱IEEE802.16a標(biāo)準(zhǔn)，即全球微波接入兼容(WorldwideInteroperabilityforMicrowave Access)，使用10-66GHz頻段，是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。WiMAX是一項無線城域網(wǎng)(WMAN)技術(shù)，作為線纜和DSL的無線擴(kuò)展技術(shù)，實現(xiàn)無線寬帶接入。802.16在設(shè)計之初，是定位在固定無線傳輸?shù)囊环N寬帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，WiMAX組織已經(jīng)通過的IEEE認(rèn)證的有802.16a和802.16d(又叫802.16 2004)兩個標(biāo)準(zhǔn)，都不包括移動特性。而802.16e將在原來802.16a的基礎(chǔ)上增加2-6GHz許可頻段的移動性，通過引入0FDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)，可有效對抗微波寬帶傳輸?shù)亩鄰叫?yīng)，進(jìn)而保證802.16e接入設(shè)備能夠在基站之間漫游，從而使終端用戶改進(jìn)以前固定的接入方式而具有游牧式移動漫游的能力。因此，WiMAX也成為新一代WMAN寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)。

　　4、HSDPA與WiMAX的綜合比較

　　盡管WiMAX的理論傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HSDPA，理論覆蓋范圍比HSDPA更大，但實際上如果只是簡單地將傳輸速率和覆蓋范圍做比較是很片面和主觀的，其實兩者在根本上存在巨大的差異。

　　(1)數(shù)據(jù)傳輸速率和覆蓋范圍

　　HSDPA技術(shù)最終將能夠在5MHz頻帶上，為采用MIMO智能天線技術(shù)的系統(tǒng)提供20Mbit/s左右的傳輸速率。在理想狀態(tài)下，WiMAX技術(shù)在50km范圍內(nèi)的最高傳輸速率為70Mbit/s。

　　(2)移動性和網(wǎng)絡(luò)漫游

　　雖然WiMAX提供的傳輸速率高，但更傾向于固定位置的游牧式使用，移動性差，欠缺切換/漫游能力。但802.16e是移動WiMAX標(biāo)準(zhǔn)，增加了一定的移動功能。由于3G/HSDPA移動通信網(wǎng)絡(luò)從設(shè)計之初就是要支持快速切換/漫游，因此實際部署的無線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足高質(zhì)量的無縫覆蓋，這使得其小區(qū)半徑遠(yuǎn)小于WiMAX，投資遠(yuǎn)大于WiMAX，這也是目前一些呼聲稱WiMAX是3G終結(jié)的原因之一。但是從技術(shù)自身的角度來看，WiMAX還不具備像3G/HSDPA這樣的公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)的廣域漫游、安全特性、終端便攜等移動特性，最終將限制其作為公眾移動通信的應(yīng)用。

　　(3)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成熟度

　　盡管WiMAX技術(shù)已經(jīng)成為新的熱點，但兼容WiMAX的設(shè)備卻還沒有在市場上出現(xiàn)。美國IEEE組織至今還沒有批準(zhǔn)移動WiMAX標(biāo)準(zhǔn)——802.16e，IEEE的正式批準(zhǔn)預(yù)計要到2005年年底，而正式產(chǎn)品問世可能要到2007年。據(jù)市場分析人士和設(shè)備供應(yīng)商分析預(yù)測，從移動WiMAX芯片問世到變成廉價產(chǎn)品而嵌入筆記本電腦等將需要數(shù)年時間。而HSDPA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在R5中確定，基本標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)，尤其在最近，各通信設(shè)備制造廠商，包括北電、愛立信和諾基亞等完成了一些在HSDPA上的業(yè)務(wù)演示，隨著終端的陸續(xù)推出，在運營商的配合下，HSDPA的商用時間可能在2005年年底前實現(xiàn)。

　　(4)無線頻譜

　　國外的運營商已經(jīng)進(jìn)行了3G牌照的拍賣，國內(nèi)的運營商為了得到3G網(wǎng)絡(luò)的頻率營運執(zhí)照，也已經(jīng)投入了大量人力、財力用于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前期工作。而WiMAX無線頻譜可能是免費的，對于申請不到3G頻率的運營商，這是他們青睞WiMAX的理由之一。然而，目前WiMAX最主要的問題是沒有一個統(tǒng)一的全球頻段范圍，所以目前整個業(yè)內(nèi)都致力于實現(xiàn)WiMAX頻段的統(tǒng)一化，最起碼形成幾個有限的選擇，以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)無線寬帶市場各種頻譜、各樣結(jié)構(gòu)充斥的局面，否則會導(dǎo)致市場的規(guī)模小、成本高，影響應(yīng)用的普及。HSDPA是在WCDMAR99/R4網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的無線增強(qiáng)技術(shù)，采用的仍然是WCDMA的頻譜，無需額外的頻譜資源，初期高速數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)量要求不高時，也可以與R99共載波。

　　(5)市場應(yīng)用定位

　　3G/HSDPA網(wǎng)絡(luò)的基本市場定位是提供公眾語音及多媒體業(yè)務(wù)，實現(xiàn)個人手機(jī)終端全球、區(qū)域和國家漫游。HSDPA的典型應(yīng)用是Internet瀏覽和視頻點播。WiMAX市場定位從長期而言，可以支持“最后1km”以及攜帶式寬帶無線，有效延伸WLAN的連接，也更加適合部署在城郊、農(nóng)村和邊緣一類xDSL以及CableModem不能有效覆蓋的區(qū)域。在802.16a基礎(chǔ)上增強(qiáng)改進(jìn)的802.16e標(biāo)準(zhǔn)更有助于有效延伸WLAN的連接，實現(xiàn)步行速度具有有限的切換能力，主要面向家庭接入和企業(yè)市場，容量較大。總之，HSDPA旨在覆蓋廣域，而WiMAX更多針對核心城市地區(qū)。

　　(6)市場發(fā)展

　　HSDPA的商用率先在亞洲實現(xiàn)，美國、歐洲的運營商也在商討HSDPA從2006年開始進(jìn)入商業(yè)建設(shè)階段。相對而言，作為WiMAX領(lǐng)頭羊的英特爾認(rèn)為移動802.16e問世還需要一段時間，2006年下半年將進(jìn)行技術(shù)測試，因此802.16e版本的商用將明顯晚于HSDPA。另據(jù)悉，韓國固定電話運營商KT已經(jīng)決定在2006年4月啟動WiBro計劃，即基于802.16e的商用網(wǎng)絡(luò)，并計劃到2006年年底覆蓋漢城、釜山等10個城市，到2008年計劃完全覆蓋全國84個主要城市;韓國移動運營商SKT也計劃在2006年6月啟動WiBro計劃，用4年的時間使網(wǎng)絡(luò)覆蓋到全國84個城市。這無疑對WiMAX陣營是個好消息。
另外，兩種技術(shù)設(shè)備在成本方面也有較大的區(qū)別，HSDPA不需要任何新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，只是在現(xiàn)有的WCDMAR99的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上平滑地軟件升級而已;WiMAX則需要全新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　5、兩種技術(shù)相互的關(guān)系和展望

　　近來關(guān)于WCDMA和WiMAX之爭的討論日益激烈，有的認(rèn)為兩者是冤家聚頭，必然有競爭;有的則認(rèn)為兩者是各自不同領(lǐng)域的技術(shù)，在應(yīng)用市場相互補充。

　　持有競爭關(guān)系觀點的人認(rèn)為：雖然目前兩者之間還沒有直接的沖突，HSDPA側(cè)重在移動性數(shù)據(jù)和語音服務(wù)方面，WiMAX側(cè)重于企業(yè)用戶無線寬帶數(shù)據(jù)接入，為企業(yè)和業(yè)務(wù)達(dá)不到的區(qū)域提供寬帶業(yè)務(wù)。但著重于無線寬帶接入市場的HSDPA會對WiMAX陣地有所沖擊，源于IP技術(shù)的WiMAX在數(shù)據(jù)速率與成本上的優(yōu)勢又是HSDPA所不能及的，伴隨移動終端用戶數(shù)據(jù)需求的日益增長，兩者必然與對方形成競爭關(guān)系。雖然WiMAX需要新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，前期的投資和時間相對HSDPA較長，但是一旦網(wǎng)絡(luò)實施，WiMAX能提供更高的速率。最重要的是，WiMAX基于IEEE802.16的標(biāo)準(zhǔn)，采取的是開放模式，與采用傳統(tǒng)專有路線發(fā)展的3G/HSDPA具備明顯的成本優(yōu)勢，同時又因為WiMAX產(chǎn)業(yè)的進(jìn)入門檻低，可以迅速引入競爭。終究兩種技術(shù)爭奪的是同樣的用戶群，WiMAX一定會對3G/HSDPA形成威脅，因為兩者都是面向未來且都是提供高速移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的。

　　但多數(shù)人認(rèn)為：兩者的市場定位不同，各有技術(shù)優(yōu)勢，互相補充的關(guān)系更加恰如其分。HSDPA完全可以支持與WiMAX相當(dāng)?shù)膸?，同時具有WiMAX無法比擬的完全移動性，以及廣泛的產(chǎn)業(yè)鏈和終端用戶基礎(chǔ)。因此，WiMAX將主要作為固定寬帶接入的補充和替代，兩者的補充關(guān)系可以細(xì)化到服務(wù)覆蓋區(qū)域、終端和移動性等方面。HSDPA實施的是宏蜂窩廣泛覆蓋，滿足用戶在各種移動環(huán)境下享受服務(wù)，實現(xiàn)全球漫游;WiMAX是MAN無線城域網(wǎng)，基于互聯(lián)網(wǎng)通過多點基站游牧式的移動接入，在低速環(huán)境下提供應(yīng)用服務(wù)，如步行和在辦公室中等，它的優(yōu)勢在于更高帶寬、更好的穩(wěn)定性，用以銜接Wi-Fi熱點區(qū)域。在終端方面，HSDPA主要是移動電話，以支持話音業(yè)務(wù)為主;WiMAX則是PDA和便攜式計算機(jī)，以支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。在移動性方面，HSDPA可以支持用戶快速移動，而WiMAX在802.16e后續(xù)版本才支持有限的低速移動。

　　雖然兩者可以互相取長補短，但不容樂觀的事實是，現(xiàn)在預(yù)測WiMAX的成功可能還為時過早。在標(biāo)準(zhǔn)方面，802.16e標(biāo)準(zhǔn)目前尚未最后完成，距離真正商用還有較長的路要走。WiMAX標(biāo)準(zhǔn)未定義核心網(wǎng)規(guī)范，各廠商設(shè)備之間的互操作性測試需要時間。另外，商業(yè)運作方面也有很多不確定性因素，同時，WiMAX還需要完整的解決方案以及相對于Wi-Fi新的建設(shè)性的商業(yè)模式。如果雙模終端(支持HSDPA和WiMAX)出現(xiàn)，也要考慮兩個網(wǎng)絡(luò)的互連以及聯(lián)合計費問題。

　　6、總結(jié)

　　總而言之，由于WCDMA/HSDPA早已具備了移動通信所需的移動性、安全性以及付費基礎(chǔ)設(shè)施，同時考慮到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、用戶成本以及將技術(shù)應(yīng)用于手機(jī)的成本，HSDPA具有明顯的成本優(yōu)勢，所以HSDPA更適合大范圍、全移動性的無線高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，WiMAX適于低速環(huán)境下提供高速和高穩(wěn)定性的接入。兩種技術(shù)的著眼點不同，服務(wù)的用戶群、業(yè)務(wù)類別、移動范圍都存在差異，但兩者可以相互補充、和諧發(fā)展。雖然在覆蓋、業(yè)務(wù)上難免有重疊和競爭，但是正因為重疊交叉的存在，才能夠保證用戶在任何地方都能實現(xiàn)有效通信。