韓國ＷｉＢｒｏ技術分析

摘 要：WiBro是當前最新的移動寬帶無線接入技術之一，它是由韓國業界開發的一項本土技術。WiBro可看作是移動WiMAX，雖然其技術與標準尚處于不斷變化之中。給出了WiBro技術的發展歷程和技術定位，提出了WiBro系統的基本構成，詳細分析了WiBro系統性能(包括頻譜范圍、數據速率、QoS、雙工模式和調制方法)，最后闡述了WiBro技術的應用現狀。

關鍵詞：WiBro；WiMAX；QoS；移動WiMAX

中圖分類號：TN919 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1701005

Analysis on the WiBro Technology of Korea

HUANG Jianhua1，LANG Weimin2，HU Xifei2，SUN Yueguang2

(1.Jiangxi Normal University，Nanchang，330022，China; 2.PLA Institute of Communication Command，Wuhan，430010，China)

Abstract：WiBro is one of the newest mobile broadband wireless access being developed by the Korean telecom industry.WiBro can be thought of as mobile WiMAX，though the technology and its exact specifications will change as it undergoes refinements throughout its preliminary stages.This paper presents the development history and technical orientation of WiBro，then proposes the architecture of WiBro system.Furthermore，It analyzes the performance of WiBro including spectrum range，coverage，data rate，QoS，duplexing mode and modulation method.In conclusion，the status quo of WiBro application is proposed.

Keywords：WiBro;WiMAX;QoS;mobile WiMAX

1 引 言

寬帶無線技術^［1-3］能夠隨時、隨地獲得人們想要的信息，資費較低，受到越來越多的人的關注。在現有技術中，無線數據業務主要采用WLAN或者蜂窩技術。WLAN雖然有低成本、高速率的優勢，但其覆蓋范圍和移動能力非常有限，且在安全性和業務質量方面難以達到運營商的要求，盈利模式也不是特別清晰。蜂窩系統主要用于提供語音業務，在移動性和業務質量上都有很好的保證，但數據傳輸速率慢、接入成本高，從而使得用戶難以接受。WiBro(無線寬帶)既能保證數據業務的接入速率、降低接入成本，同時又兼顧安全、質量等不同的業務需求，其特性如圖1所示。

WiBro是一項韓國本土標準，由韓國電氣通信技術協會(TTA)、韓國三星電子共同發起的高速便攜式互聯網和韓國主要運營商發起的高速便攜式互聯網(HPI)項目發展而來。WiBro是一個服務品牌，采用WiMAX技術，完全兼容IEEE 802.16e標準，是世人所關注的移動WiMAX市場開拓者。

2 發展歷程

WiBro與移動WiMAX技術(IEEE 802.16e標準)緊密相關，是一項用于在移動環境中隨時隨地提供高數據速率通信的服務，可提供比無線局域網更廣泛的覆蓋范圍，以及比第三代移動電話技術更快的連接速度，可以在高達120 km/h的速度狀態下使用。因此，WiBro與WiMAX是基于802.16標準的不同版本，WiBro將成為下一代移動通信領域中的關鍵技術之一。WiBro的發展歷程如表1所示。

在高速移動環境下，WiBro技術能提供足夠高的數據速率，保證人們在火車、汽車以及其他高速運行的交通工具上隨時隨地連接入網。

3 技術定位

3G之所以成為人們關注的熱點，根本原因在于它能提供比2G更快的數據速率，但它們都是工作在靜止狀態下，一旦在移動環境中，服務質量常常受到一定影響。而WiBro系統，能在移動環境下提供遠比3G出色的高速數據通信服務，WiBro寬帶無線技術的引入，不會對3G造成威脅，因為WiBro不可能完全替代3G網絡，只能是一種補充。3G的目標是提供一個全覆蓋、有質量保證的通信網絡，可以提供語音和數據業務，數據傳輸速率高達2 Mb/s，它的定義包括了完整的核心網和接入網。而WiBro致力于移動寬帶接人服務，支持70 Mb/s的數據傳輸速率，主要針對熱點地區無線移動寬帶業務的接入市場。

由于WiBro只能在特殊條件下(通常是較小范圍內)提供高速數據服務，且無線移動系統提供的服務范圍比較大，因而對于這樣兩個市場定位不一樣、但又各具特色的系統，若能夠將二者有機結合起來，則可較好地解決各種問題，使用戶享受到更多、更好的服務。在技術上，若能實現WiBro網絡和CDMA、WCDMA(寬帶碼分多址)等網絡的融合，則會大幅度地提高服務質量，增加服務類型，降低重復建網的費用，節省大量的人力物力。

一般來說，WiBro是3G與WLAN的有益補充，它是LAN和WLAN發展軸線的延伸，既可以增大WLAN的傳輸距離，拓寬WLAN的覆蓋范圍，獲取比WLAN更高的移動性，又可以提供比3G高的數據傳輸率，且收費更為便宜。WiBro與其他寬帶無線接入技術的比較如圖2所示。

4 系統組成

WiBro不是3G的取代者，而是一種有效的補充。而且當WiBro和其他蜂窩網絡合理結合，則能提供更多、更好、更便捷的服務，使人們可以在更為廣闊的空間中、更自由地完成自己想做的事情，真正體驗到高科技帶來的美好享受。

WiBro系統通常是由RAS(無線接入基站)、PSS(前端業務站)、ACR(接入控制路由器)、HA(本地代理)、CN(中心節點)和基于IP子網的網絡組成的，如圖3所示。其中，PSS屬于基站前端所服務的末端裝置，ACR為基站往上匯集回溯的骨干路由器，CN為移動節點。

WiBro系統的顯著特征是子網的網絡協議是IPv6，由于IPv6是全IP的網絡，因而支持IP層的有效移動管理與WiBro數據鏈路層的有效移動管理同樣重要。在這種環境中，ACR之間的切換需要基于IPv6無縫切換的移動管理。因此，WiBro為了獲得移動狀態下的無縫切換，需要考慮IP移動管理機理。

ACR之間的切換基于IPv6，典型的IPv6移動管理方案是移動IPv6。這個方案對在切換中時間靈敏和損耗靈敏的申請有嚴格的限制，也就是當一個移動節點進入另外一個IP網絡中，必須更新在HA和CN中的轉交地址(CoA)。

在WiBro系統中，當PSS連接到RAS時，PSS能夠周期性地接收到從服務RAS(SRAS)發送來的信息，并監控從SRAS發送來的無線信號強度。一旦信號強度比預定的門限值低，PSS給SRAS發送SCN-REQ(掃描間隔分配請求)信息，檢查相關的目標RAS(Target RAS，TRAS)是否與CN進行不間斷通信。通過掃描后，若PSS確定需要在RAS之間進行切換時，則PSS或者發送PSSHO-REQ(PSS切換請求)信息，此信息包括從TRAS到SRAS的列表，或者從SRAS處接收RASHO-REQ(RAS切換請求)信息。在WiBro系統中，PSS和RAS都可以提出切換要求。當SRAS接收到 PSSHO-REQ信息后，通過HOreq(切換請求)、HOind(切換提示)和HOcnf(切換確認)等信息與TRAS協商是否進行切換。ACR接收到從TRAS發送來的HOcnf信息后，發送HOrsp信息，給SRAS發送一個響應，表示同意切換。于是，SRAS停止下行鏈路的傳輸，并且阻塞信息包。此時，PSS給SRAS發送HOind信息，意味著切換開始。PSS攜帶的信息通過ACIind(訪問切入點連接指示)和ACIcnf(訪問切入點連接確認)從SRAS傳送到TRAS(新的基地臺)。ACR給SRAS發送ACIcnf信息，而向TRAS發送所有PSS的信息包。在SRAS中沒有傳送的、被阻塞的信息包，也從SRAS傳輸到TRAS，最后，在PSS和TRAS之間通過RNG-REQ(修正請求)、RNG-RSP(修正響應)、REG-REQ(注冊請求)和CREGreq(蜂窩注冊請求)這些信息進行連接。當這些注冊信息在PSS、TRAS、ACR之間全部完成，PSS新的服務開始了，切換順利結束。由此可見，WiBro系統中的切換與3G中的軟切換相似。

上述切換過程是在WiBro系統中進行的，無論在何時何地，WiBro技術都可為各種類型的無線多媒體應用和各種多媒體終端(如PDA、筆記本和智能手機)提供業務支持，都能給用戶提供優質服務，不會產生掉話、掉線、時延和抖動等問題，從而讓用戶真正享受到寬帶帶來的樂趣。

5 性能分析

WiBro系統支持與其他移動通信系統之間的漫游，保證了業務的可連續性。用戶可以根據不同的自身需要，選擇不同的業務。

5.1 頻譜范圍

WiBro的通信頻段為2.3～2.4 GHz，即在2.4 GHz ISM頻段之前的100 MHz范圍，如圖4所示。這100 MHz的帶寬資源被規劃成9個通信信道，每個信道占用9 MHz帶寬，雖然各信道并未像IEEE 802.11b般的互疊，但各信道間也不全然都有保護頻段(Guard Band，GB)，而是每3個信道間才有一個保護頻段，且保護頻段占用帶寬稍有差別，信道123與信道456之間為4.5 MHz，信道456與信道789之間也是4.5 MHz，但信道789與2.4 GHz ISM之間則有較大的保護距離，為10 MHz，而每連續的3個信道雖不重迭但也相互緊鄰。

韓國政府目前已為WiBro在2.3 GHz頻率中配置了100 MHz的使用頻段。在WiBro中，頻率復用因子FRF=1，即在多蜂窩環境中所有扇區都使用相同的載波。WiBro基于OFDMA技術，利用多信道發送和接收數據，因而干擾較?。籛iBro系統通過使用TDD調制模式，可以大大提高頻譜的利用率。相比之下，3G技術(如1xEV-DO和HSDPA)的干擾較大。

5.2 傳輸速率

不同的網絡，受到各種因素的影響，覆蓋的范圍有所不同。而判斷一個網絡的好壞，覆蓋范圍是個很重要的因素。3G采用WCDMA技術時，帶寬為5.00MHz，最大傳輸速率為14.4 Mb/s(固定或者移動)；CDMA2000帶寬為1.25MHz、最大的傳輸速率為3.2 Mb/s(固定或者移動)；而WiBro的信號帶寬是8 447MHz，傳輸速率能達到70 Mb/s，在時速60 km的高速移動狀態下仍可正常工作，支持不小于60 km/h的移動速度。由此可見，WiBro是一項不受時間和地點限制的超高速攜帶互聯網技術，其數據速率要高于3G技術。

根據不同的蜂窩類型，WiBro業務覆蓋區域在如下范圍內必須支持每個用戶的最低速率要求：微微蜂窩(100 m)，微蜂窩(400 m)，宏蜂窩(1km)。WiBro與ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非對稱數字用戶線)相似，其上行、下行的傳輸速率并不對稱，下行比上行快，在使用單一信道的情況下，WiBro基站的最大下行數據速率可達18 Mb/s，最大上行數據速率可達6 Mb/s；而對單一WiBro用戶端來看，其最大下行數據速率為3 Mb/s，最大上行數據速率為1 Mb/s。當用戶在WiBro系統不同蜂窩之間移動或者與其他網絡系統(如WLAN)進行切換時，WiBro也能提供如下數據速率：每個用戶的最小數據速率為下行鏈路512 kb/s，上行鏈路128 kb/s；每個用戶的最大數據速率為下行鏈路3 Mb/s，上行鏈路1 Mb/s。WiBro的上下行數據速率也可再進行比率調整(如2∶1、1∶1或5∶1等)。

5.3 QoS

在WiBro中，業務是指在靜止或者移動的環境中，隨時隨地都能通過PSS提供高速無線互聯網接入的便攜互聯網業務。目前，WiBro業務主要包括視頻、音樂、游戲、教育、新聞、會議等。

WiBro的QoS設計與WiMAX相近。WiMAX將分組數據傳輸的優先權進行4種分級：主動授權業務(UGS)、實時輪詢業務(rtPS)、非實時輪詢業務(nrtPS)和盡力而為(BE)業務。與WiMAX相比，WiBro則是分成三級，具有rtPS、nrtPS以及BE，沒有UGS。

一般而言，rtPS用于視頻電話、互動式視頻游戲(在線游戲)和視頻點播等實時應用，nrtPS則用于高速文件傳輸、多媒體短信和網站瀏覽等應用，BE業務主要包括E-mail、傳統文字短信和低速文件傳輸等應用。

WiBro對QoS的要求比WiMAX更高。以對傳輸時延要求最嚴苛的rtPS為例，WiBro要求其延遲不能超過600 ms，更高標準則要求不能超過300 ms，分組丟失率要求不能超過5%，更高標準要求不能超過1%。

所有的業務都能支持靜止、游牧和中速移動用戶，并滿足不低于1 Mb/s的無線數據速率。所有基于IP的業務在蜂窩之間能夠進行無縫切換，且支持鑒權和加密功能。我們可以根據不同的業務級別提供不同的服務質量(QoS)，并且根據用戶不同的需求，提供不同的計費費率。針對不同用戶業務，根據連接時間、分組數量、服務級別、服務質量和連接中斷等，收取不同的費用。

WiBro技術在和無線局域網或其他移動網絡之間進行切換時，采用無縫切換的方式。因此，用戶在使用過程中，不會因不同網絡之間的相互切換而受到影響，使用戶真正享受到先進技術帶來的無窮樂趣和無盡方便。

WiBro基站在術語上稱為RAS，RAS后端的實線匯接處則是ACR，之后再與各種異質網絡接軌(如WLAN、3G)，與信息應用系統整合(如AAA)。

5.4 雙工與多址方式

WiBro采用的是時分雙工模式，而非頻分雙工模式；在多址方式上，WiBro并不是采用傳統GSM(全球移動通信系統)的頻分多址接入、時分多址接入，也不是采用3G的碼分多址接入，而是正交頻分多址(OFDMA)。事實上，WiMAX(IEEE 802.16d)與移動WiMAX(IEEE 802.16e)技術也都支持OFDMA。

WiBro之所以選用TDD模式，原因在于該技術能將保護頻段的開銷降至最小，從而大大提高頻譜利用率。WiBro使用OFDMA技術的目標是最大限度地降低多徑干擾的影響，并提高頻譜效率。目前GSM，GPRS(通用分組無線業務)，CDMA2000和WCDMA等都采用頻分雙工方式，而Wi-Fi，WiMAX，WiBro則多采用時分雙工方式。

5.5 調制方法

WiBro可采用三種調制模式，包括QPSK，16QAM和64QAM，而信道編碼上使用卷積Turbo碼(CTC)。相比之下，WiMAX可用的信道錯編碼方式比較多樣，除CTC之外也可選擇塊狀Turbo碼(BTC)或Reed-Solomon法以及前向糾錯(FEC)碼。WiBro選擇CTC信道編碼的原因在于該編碼方法涉及到的數據量少，可以降低傳輸冗余，進而提高數據傳輸速率。

WiBro雖然在傳輸距離、覆蓋范圍和移動性等方面優于WLAN，但卻遜于3G；數據傳輸速率和服務費用雖優于3G，但仍無法與WLAN相提并論。因此，WiBro更像是一種在多項性能中折衷的產物，一旦3G或WLAN有新的發展突破，WiBro必然會受到一定沖擊。作為3G和WLAN的有益補充，WiBro除了扮演移動寬帶的角色外，也能提供3G、WiBro和WLAN三網間的平滑漫游功能，使通信服務達到最廣闊、最連續的效果。另外，WiBro的折衷性也體現在QoS方面，3G的QoS性能最佳，現有IEEE 802.11b和IEEE 802.11g不存在QoS機制，而WiBro的QoS性能居中。WiBro，WLAN和3G的性能比較如圖5所示。

6 應用現狀

韓國政府將移動寬帶接入業務作為韓國新的增長點。韓國電信KT已經在國內部分地區開通了WiBro業務。除了在國內使用之外，韓國還在積極把WiBro推向海外。2006年，WiBro在意大利都靈冬奧會上正式亮相；2007年，韓國三星與意大利電信公司簽約，在意大利部署WiBro網絡；與委內瑞拉的移動運營商Omnivision簽約部署WiBro網絡；與美國Sprint Nextel公司簽約，組建一個WiBro試驗網。韓國市場需求與WiBro優勢分析如圖6所示。

依靠WiBro系統，運營商可以實現由三星電子提出的PTA業務，即語音數據和圖像的同時傳送。作為WiBro技術的先驅，從2003年開始，三星電子就與韓國TTA和各運營商合作開發WiBro設備；2004年，三星電子研發出原型系統；2005年，三星電子與世界上諸多大型運營商開始對WiBro系統進行測試和實驗。作為WiMAX論壇移動技術組的主席，三星電子對WiMAX標準的貢獻率達到了30％。

7 結 語

目前，韓國成為世界上第一個頒發WiBro商用牌照的國家。固網運營商KT和移動運營商SKT都得到了這種牌照。顯而易見，KT會利用WiBro技術來延伸其DSL網絡，并與SKT爭奪移動數據業務用戶，而SKT則會利用WiBro技術來增強其線數據業務的熱點或熱區。

目前，KT商用的設備從系統到終端全部采用三星提供的產品，包括基站(RAS)和基站控制路由器(ACR)以及PDA式終端等。這一系列成果表明，韓國在WiMAX上已經開始領先于世界，這不僅會對韓國信息產業發展起到良好的促進作用，而且對于WiMAX陣營來說，絕對也是一個利好消息。

參 考 文 獻

［1］劉衡萍.韓國電信KT的戰略轉型規劃和具體舉措［J］.網絡電信，2007，9(8): 12-14.

［2］任周煥.WiBro：下一代的增長引擎將很快商業化［J］.網絡與信息， 2007(4): 31-32.

［3］郎為民.WiMAX技術原理與應用［M］.北京: 機械工業出版社，2008.