HSDPA和WiMAX的技术对比分析

1、引言

　　目前在各大通信展与技术论坛上，两种后3G技术——HSDPA和WiMAX正在成为新的技术焦点。

　　在蜂窝移动通信的阵营中，由于数据业务的比例不断增加，移动通信在向提供无线高速数据业务的方向演进，移动通信设备制造商也相应地优化系统结构，不断提高数据传输速率。例如GSM的演进路线，传输速率从GPRS的40kbit/s到EDGE的130kbit/s以及UMTS的384kbit/s和即将到来的HSDPA3Mbit/s发展，最终实现话音和数据的移动宽带。在另一阵营中，一些业内的主要设备制造商期望用WiMAX标准为固定数据通信(如DSL)，即线缆通信中增加无线移动接入功能，允许话音通信通过IP传输，并且在WiMAX的下一步扩展中增加移动性，最终使WiMAX能够实现话音和数据的移动宽带。HSDPA和WiMAX在标准、技术特点和市场定位等方面各有千秋，也尽显移动通信宽带化和宽带网络无线接入的不同。对于两者的关系也引起了业内的热烈讨论，到底是竞争关系还是互补关系?本文从两种技术的技术特点、标准、市场发展及应用等几个角度进行对比分析，阐述各自的优势，最后分析总结两种技术的关系，提出新技术实践中仍有待解决的几个问题。

　　2、HSDPA的技术特点

　　在3G应用里，运营商的主要业务和收入都将来自数据业务。在数据业务中，大家尤其看好视频流媒体和背景下载类业务，但这些业务对下行传输速率的要求非常高。而现在的WCDMA网络下行传输速率理论上是384kbit/s，实际环境中的速率为150-250kbit/s，远远不能满足要求。运营商迫切需要提高传输速率，HSDPA(HighSpeedDownlinkPacket Access，高速下行分组接入)作为3GPP的Release5中提出的无线解决方案，理论传输速率可达到14Mbit/s。HSDPA是在3GPP R99/R4网络结构上自然演进，旨在满足上/下行数据业务不对称的需求而提出的。HSDPA采用的关键技术包括自适应调制编码(AMC)、混合自动重发请求(HARQ)、单独的共享信道和快速调度(Fast Scheduling)。AMC是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式，使用户达到尽量高的数据传输速率。不同的编码和调制方式的组合，产生不同的传输速率。HARQ基于信道条件提供精确的编码速率调节，可自动适应瞬时信道条件。HSDPA将AMC和HARQ技术结合起来可以达到更好的链路自适应效果。HSDPA技术增加了高速下行共享信道(HS-DSCH)，不同的用户在时间和码字空间上共享HS-DSCH信道。调度算法控制着共享资源的分配，调度时主要基于信道条件，同时考虑等待发送的数据量以及业务的优先等级等情况。HSDPA技术为了能更好地适应信道的快速变化，将调度功能单元放在NodeB而不是RNC，同时也将TTI(Transmission Time Interval)缩短到2ms。采用10类手机时，用户峰值理论速率可达到14Mbit/s。由于HSDPA是在WCDMA网络上无线部分的增强技术，所以不需要升级和改变WCDMA核心网络的设备。
　　3、WiMAX的技术特点

　　WiMAX又称IEEE802.16a标准，即全球微波接入兼容(WorldwideInteroperabilityforMicrowave Access)，使用10-66GHz频段，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。WiMAX是一项无线城域网(WMAN)技术，作为线缆和DSL的无线扩展技术，实现无线宽带接入。802.16在设计之初，是定位在固定无线传输的一种宽带技术标准。目前，WiMAX组织已经通过的IEEE认证的有802.16a和802.16d(又叫802.16 2004)两个标准，都不包括移动特性。而802.16e将在原来802.16a的基础上增加2-6GHz许可频段的移动性，通过引入0FDM(正交频分复用)技术，可有效对抗微波宽带传输的多径效应，进而保证802.16e接入设备能够在基站之间漫游，从而使终端用户改进以前固定的接入方式而具有游牧式移动漫游的能力。因此，WiMAX也成为新一代WMAN宽带无线接入标准。

　　4、HSDPA与WiMAX的综合比较

　　尽管WiMAX的理论传输速率远远大于HSDPA，理论覆盖范围比HSDPA更大，但实际上如果只是简单地将传输速率和覆盖范围做比较是很片面和主观的，其实两者在根本上存在巨大的差异。

　　(1)数据传输速率和覆盖范围

　　HSDPA技术最终将能够在5MHz频带上，为采用MIMO智能天线技术的系统提供20Mbit/s左右的传输速率。在理想状态下，WiMAX技术在50km范围内的最高传输速率为70Mbit/s。

　　(2)移动性和网络漫游

　　虽然WiMAX提供的传输速率高，但更倾向于固定位置的游牧式使用，移动性差，欠缺切换/漫游能力。但802.16e是移动WiMAX标准，增加了一定的移动功能。由于3G/HSDPA移动通信网络从设计之初就是要支持快速切换/漫游，因此实际部署的无线网络能够满足高质量的无缝覆盖，这使得其小区半径远小于WiMAX，投资远大于WiMAX，这也是目前一些呼声称WiMAX是3G终结的原因之一。但是从技术自身的角度来看，WiMAX还不具备像3G/HSDPA这样的公众移动通信网络的广域漫游、安全特性、终端便携等移动特性，最终将限制其作为公众移动通信的应用。

　　(3)技术标准成熟度

　　尽管WiMAX技术已经成为新的热点，但兼容WiMAX的设备却还没有在市场上出现。美国IEEE组织至今还没有批准移动WiMAX标准——802.16e，IEEE的正式批准预计要到2005年年底，而正式产品问世可能要到2007年。据市场分析人士和设备供应商分析预测，从移动WiMAX芯片问世到变成廉价产品而嵌入笔记本电脑等将需要数年时间。而HSDPA标准已经在R5中确定，基本标准已经冻结，尤其在最近，各通信设备制造厂商，包括北电、爱立信和诺基亚等完成了一些在HSDPA上的业务演示，随着终端的陆续推出，在运营商的配合下，HSDPA的商用时间可能在2005年年底前实现。

　　(4)无线频谱

　　国外的运营商已经进行了3G牌照的拍卖，国内的运营商为了得到3G网络的频率营运执照，也已经投入了大量人力、财力用于网络建设的前期工作。而WiMAX无线频谱可能是免费的，对于申请不到3G频率的运营商，这是他们青睐WiMAX的理由之一。然而，目前WiMAX最主要的问题是没有一个统一的全球频段范围，所以目前整个业内都致力于实现WiMAX频段的统一化，最起码形成几个有限的选择，以避免出现传统无线宽带市场各种频谱、各样结构充斥的局面，否则会导致市场的规模小、成本高，影响应用的普及。HSDPA是在WCDMAR99/R4网络基础上的无线增强技术，采用的仍然是WCDMA的频谱，无需额外的频谱资源，初期高速数据的业务量要求不高时，也可以与R99共载波。

　　(5)市场应用定位

　　3G/HSDPA网络的基本市场定位是提供公众语音及多媒体业务，实现个人手机终端全球、区域和国家漫游。HSDPA的典型应用是Internet浏览和视频点播。WiMAX市场定位从长期而言，可以支持“最后1km”以及携带式宽带无线，有效延伸WLAN的连接，也更加适合部署在城郊、农村和边缘一类xDSL以及CableModem不能有效覆盖的区域。在802.16a基础上增强改进的802.16e标准更有助于有效延伸WLAN的连接，实现步行速度具有有限的切换能力，主要面向家庭接入和企业市场，容量较大。总之，HSDPA旨在覆盖广域，而WiMAX更多针对核心城市地区。

　　(6)市场发展

　　HSDPA的商用率先在亚洲实现，美国、欧洲的运营商也在商讨HSDPA从2006年开始进入商业建设阶段。相对而言，作为WiMAX领头羊的英特尔认为移动802.16e问世还需要一段时间，2006年下半年将进行技术测试，因此802.16e版本的商用将明显晚于HSDPA。另据悉，韩国固定电话运营商KT已经决定在2006年4月启动WiBro计划，即基于802.16e的商用网络，并计划到2006年年底覆盖汉城、釜山等10个城市，到2008年计划完全覆盖全国84个主要城市;韩国移动运营商SKT也计划在2006年6月启动WiBro计划，用4年的时间使网络覆盖到全国84个城市。这无疑对WiMAX阵营是个好消息。
另外，两种技术设备在成本方面也有较大的区别，HSDPA不需要任何新的网络设备，只是在现有的WCDMAR99的网络基础上平滑地软件升级而已;WiMAX则需要全新的网络设备。

　　5、两种技术相互的关系和展望

　　近来关于WCDMA和WiMAX之争的讨论日益激烈，有的认为两者是冤家聚头，必然有竞争;有的则认为两者是各自不同领域的技术，在应用市场相互补充。

　　持有竞争关系观点的人认为：虽然目前两者之间还没有直接的冲突，HSDPA侧重在移动性数据和语音服务方面，WiMAX侧重于企业用户无线宽带数据接入，为企业和业务达不到的区域提供宽带业务。但着重于无线宽带接入市场的HSDPA会对WiMAX阵地有所冲击，源于IP技术的WiMAX在数据速率与成本上的优势又是HSDPA所不能及的，伴随移动终端用户数据需求的日益增长，两者必然与对方形成竞争关系。虽然WiMAX需要新的网络设备，前期的投资和时间相对HSDPA较长，但是一旦网络实施，WiMAX能提供更高的速率。最重要的是，WiMAX基于IEEE802.16的标准，采取的是开放模式，与采用传统专有路线发展的3G/HSDPA具备明显的成本优势，同时又因为WiMAX产业的进入门槛低，可以迅速引入竞争。终究两种技术争夺的是同样的用户群，WiMAX一定会对3G/HSDPA形成威胁，因为两者都是面向未来且都是提供高速移动数据业务的。

　　但多数人认为：两者的市场定位不同，各有技术优势，互相补充的关系更加恰如其分。HSDPA完全可以支持与WiMAX相当的带宽，同时具有WiMAX无法比拟的完全移动性，以及广泛的产业链和终端用户基础。因此，WiMAX将主要作为固定宽带接入的补充和替代，两者的补充关系可以细化到服务覆盖区域、终端和移动性等方面。HSDPA实施的是宏蜂窝广泛覆盖，满足用户在各种移动环境下享受服务，实现全球漫游;WiMAX是MAN无线城域网，基于互联网通过多点基站游牧式的移动接入，在低速环境下提供应用服务，如步行和在办公室中等，它的优势在于更高带宽、更好的稳定性，用以衔接Wi-Fi热点区域。在终端方面，HSDPA主要是移动电话，以支持话音业务为主;WiMAX则是PDA和便携式计算机，以支持高速数据业务为主。在移动性方面，HSDPA可以支持用户快速移动，而WiMAX在802.16e后续版本才支持有限的低速移动。

　　虽然两者可以互相取长补短，但不容乐观的事实是，现在预测WiMAX的成功可能还为时过早。在标准方面，802.16e标准目前尚未最后完成，距离真正商用还有较长的路要走。WiMAX标准未定义核心网规范，各厂商设备之间的互操作性测试需要时间。另外，商业运作方面也有很多不确定性因素，同时，WiMAX还需要完整的解决方案以及相对于Wi-Fi新的建设性的商业模式。如果双模终端(支持HSDPA和WiMAX)出现，也要考虑两个网络的互连以及联合计费问题。

　　6、总结

　　总而言之，由于WCDMA/HSDPA早已具备了移动通信所需的移动性、安全性以及付费基础设施，同时考虑到网络建设成本、用户成本以及将技术应用于手机的成本，HSDPA具有明显的成本优势，所以HSDPA更适合大范围、全移动性的无线高速数据业务，WiMAX适于低速环境下提供高速和高稳定性的接入。两种技术的着眼点不同，服务的用户群、业务类别、移动范围都存在差异，但两者可以相互补充、和谐发展。虽然在覆盖、业务上难免有重叠和竞争，但是正因为重叠交叉的存在，才能够保证用户在任何地方都能实现有效通信。