相关专题：
摘要 移动WiMAX技术是宽带无线通信领域的一个重要分支，市场占有率正在迅速上升。1x EV/DO和HSPA是当前3G领域的最重要组成部分。论文详细分析了移动WiMAX、1x EV/DO和HSPA 3者之间的异同点，重点介绍了移动WiMAX系统的优势所在。
1、引言
HSPA、EV/DO和移动WiMAX是当前的主流无线宽带通信技术。其增强技术特点和商用时间如表1所示：
表1 移动WiMAX、EV/DO和HSPA特点和商用时间表
移动WiMAX、EV/DO和HSPA按照工作方式和空中接口上所采用的技术不同导致了系统工作方式上差异，它们各有特点和侧重点，并以移动WiMAX技术见长。它们的主要区别如表2所示。
表2 移动WiMAX、EV/DO和HSPA区别比较
可以看到，三者既有共同点，也有不同点。EV/DO和HSPA是3G系统的增强技术，主要是为了满足上行或下行数据要求而提出的。而移动WiMAX技术是移动通信的发展方向。
2、移动WiMAX、EV/DO和HSPA比较
2.1 移动WiMAX、EV/DO和HSPA共同特征分析
在增强数据的吞吐量方面，1x EV/DO、HSPA和移动WiMAX在技术实现上存在一些共同点，主要包括：AMC（自适应编码调制）、HARQ（混合自动重传机制）、快速调度等。
2.1.1 AMC
在1x EV/DO和HSPA规范中，AMC已经取代了原有的下行功率控制方式。在1x EV/DO Rev B中可引入64 QAM调制方式来增强下行峰值速率。1x EV/DO Rev A和HSUPA引入AMC来增强其上行数据速率。其方法是将有限数量的传送格式与特定的数据包大小进行映射，超过的部分可以缩减。然而，这种分裂的方式、或者填充到预设的包格式的方式，可能会引起数据包收敛时的过载。
移动WiMAX在上、下行链路上也都支持AMC数据包可变大小的方式。由于采用了OFDMA正交上行子信道，上行链路可以支持64QAM或16QAM调制。尽管这种提前调度方式能很好地支持可变数据包的大小，但还是可能存在过载现象。对于分裂或者填充时存在过载时，可以通过压缩解决。表3是各系统根据自身特点采用AMC后的情况概述对比：
表3 移动WiMAX、1x EV/DO和HSPA采用AMC技术后的情况对比
2.1.2 HARQ
HARQ作为一个重要的提高无线信道数据传输的手段，几乎所有的主流通信系统都支持。但由于系统制式的不同，不同系统支持的具体HARQ方式有所不同。移动WiMAX和HSPA支持HARQ CC（跟踪合并）。因为在HARQ CC中，所有的转发方式是相同的，这很容易扩展到不同的传送技术中（诸如MIMO）；而1xEV/DO支持支持HARQ增量冗余（增量冗余），这是因为在HARQ增量冗余中，所有的数据包都是先分成若干个子数据包，再编码的传送的。这符合1xEV/DO的特点。
3个系统都支持多信道的HARQ。移动WiMAX和HSPA采用完全异步的操作方式。在异步操作时，数据包在接受到一个NACK后，有基站进行调度转发。异步操作允许在转发之间有不同的延迟；而1x EV/DO支持同步操作，即所有的转发都有固定间隔。同步操作允许先于转发进行调度。
2.1.3 多用户快速调度
多用户快速调度由基站执行，并受到流量QoS需求和CQI信道反馈等因素的制约。多用户快速调度的目的是将信道资源用于无线条件最好的用户。HSPA和1x EV/DO、移动WiMAX都使用了快速调度功能。
HSPA与1xEV-DO相同，主要根据信道条件、待发射的数据量和业务的优先级等因素进行调度。HSUPA的快速调度是尽可能抑制上行干扰和功率过载，而1xEV-DO进行多用户快速调度时将综合考虑到AMC和HARQ等因素。
移动WiMAX在上行和下行链路上都应用了快速调度机制。与HSPA、1x EV-DO不同，移动WiMAX能在上、下行链路的每个帧头上组播调度信息到各个子帧，因此其调度效率极高。这尤其适合突发数据业务快、信道质量变化迅速的环境。
2.2 WiMAX、EV/DO和HSPA不同特征比较
EV/DO和HSPA设计的初期主要是为了满足语音业务的需求。与基于CDMA制式的3G系统不同，移动WiMAX的设计主要是用来满足对宽带数据业务的需求，同时兼顾高质量的语音业务。移动WiMAX的物理层进一步改进了OFDMA功能，加入了前导码和小型子信道的划分功能。因而降低了系统的复杂度，并由于移动WiMAX支持全移动IP机制而简化了移动管理。
2.2.1 多径和自干扰允许
在CDMA系统中，RAKE接收机通常用来抵抗多经衰落。然而，除了多经效应外，诸如频偏、多普勒效应、缺乏时间的同步等因素也可能导致CDMA系统同一小区用户的内部干扰。这些干扰尽管可以通过时域均衡器得到缓解，但不能象OFDMA那样彻底解决。
OFDMA物理层还支持子信道化。移动WiMAX的OFDMA物理层在上行和下行均支持子信道化，并根据不同的子信道情况采用不同的调制编码方式，从而提高信道利用率。采用OFDMA方式的改进后，移动WiMAX多径信道内的子信道维持其正交性。正交子信道同时降低了系统的时间同步要求。因此，在多径效应普遍的无线宽带系统中，采用OFDMA的移动WiMAX相比于CDMA系统显得健壮而简单，并允许自干扰的存在。
2.2.2 信道带宽的可扩充特性
移动WiMAX的信道带宽可扩充性是系统采用了OFDMA技术后最重要的优点之一。可扩充特性是指在调整子载波频率间距时，通过调整FFT大小来适应信道带宽（见表2）。当调整子载波频率间距和符号的持续时间时，物理上的时间和频率资源是固定的。因此，扩充信道带宽对上层的影响有限。OFDMA采用多个子载波（sub-carrier）捆绑为1个子信道（sub-channel）的方法，可以使无线频谱资源得到灵活使用，可扩充性的带宽给移动WiMAX带来了高性能的小区吞吐量和QoS能力。
而1xEV/DO和HSPA在给定的信道带宽内（由表2可知），对信道的带宽变化非常敏感，这是因为信号占满了整个信道，而在频域上没有与OFDMA信号类似的调制特性来适应可扩展特性。事实上，CDMA码和帧结构都可以通过优化来适应新的信道带宽，这也是LTE（长期演进）发展所考虑的一部分。
2.2.3 正交上行链路多址接入
移动WiMAX由于采用了OFDMA技术，其子信道的正交性相比于CDMA具有无可比拟的优势。因为OFDMA系统中用户被分配到信道的不同子部分，多用户之间压根不存在MAI（多址干扰）问题。因此，OFDMA支持上行高阶调制，并能获得上行高效频谱效率。
CDMA系统的每个用户信息是基于整个信道的转发，在目前比较盛行的同步CDMA系统中，用户之间的多址接入和MAI大大制约了其上行链路的频谱效率（国产的3G标准TD-SCDMA除外，这主要是由于TD-SCDMA系统的核心技术特点充分提高了频谱效率）。而采用OFDMA技术的移动WiMAX系统能在上、下行链路的数据吞吐方面进行平衡。正交的子信道还能为上行链路提供更好的控制调度和资源分配。因此，其上行链路的性能可以得到很好的预期效果，QoS也能更好地执行。
2.2.4 支持TDD频谱效率
移动WiMAX支持时分双工（TDD）、频分双工（FDD），同时也支持半双工频分（HFDD）。而且更倾向于支持TDD模式，这主要是由于TDD模式的优异性能所决定的。这也是移动WiMAX能够有效地与TD-SCDMA技术结合的原因。
2.2.5 频率的选择性调度
1x EV/DO和HSPA的信号占用了整个带宽，而移动WiMAX的信号只占用带宽的一部分。在无线宽带信道中，传播条件随着不同环境下的用户而不断改变，移动WiMAX支持频率的选择性调度来充分利用多用户频率差异，从而提高服务质量。移动WiMAX的相邻子载波可以交换，这为基于相同信号长度的移动用户分配相同的子载波成为可能。这与TDMA/CDMA相比大大增加了容量和服务质量。
2.2.6 频率复用与干扰解决
HSPA、1xEV/DO和移动WiMAX都支持频率复用。例如将所有小区或扇区操作放在同一个频率信道上以最大化频谱利用率。然而，由于频率再利用存在的严重干扰，小区边界的用户可能无法满足链路质量要求。HSPA和1x EV/DO通过调整网络的负载来解决此类干扰问题。但是这种调整造成了系统容量的损失和业务的下降。移动WiMAX系统中，用户是基于子信道操作的，子信道只占用整个信道带宽的一小部分，小区边界存在干扰时，系统通过子信道使用情况进行重配置。避免了负载调整造成的容量损失问题。在移动WiMAX中，子信道的分裂和可交换功能使得其再利用功能灵活多变。
2.2.7 QoS
为了满足宽带无线业务的市场需求，WiMAX技术应运而生。同时，面向连接的QoS必须在空中接口上提供精准的业务控制。尽管空中接口通常是移动网络的瓶颈，移动WiMAX网络面向连接的QoS还是能提供有效的端到端的控制。业务流参数可以通过MAC消息对动态业务需求自动适应地进行动态管理。业务流在上行和下行方向提供相同的控制机制。此外，由于子信道是正交的，上行和下行都不存在内部干扰问题。因此，基站可以轻易地控制上行和下行方向的链路质量和QoS。
WiMAX的空中接口定义了5种QoS等级：主动授予业务（UGS）、实时轮询业务（rtPS）、实时轮询业务（rtPS）、非实时轮询业务（NrtPS）、和BE（Best Effort）。这些业务对于VoIP、视频直播、流媒体和Internet接入等具有无可比拟的优势。
反观3G系统的QoS，则存在着诸多限制。3G系统只有优先级和非优先级的QoS策略，当业务流量大时，优先级的业务完全挤兑了非优先级的业务。这对于各种数据业务的需求极其不利。
2.2.8 先进天线技术
与HSPA和1xEV/DO不同，移动WiMAX因为采用了OFDM/OFDMA和TDD模式，适合采用波束赋形、STC（空时码）、SM（空域多路复用）、AAS（自适应天线系统）和MIMO（多入多出）等先进天线技术。这些天线技术是无线通信技术发展的方向，能够在不增加系统带宽的情况下，大大提高系统的容量、覆盖和无线传输性，将来具有广泛的应用。
这些技术也可以看作3G系统中，智能天线和软件无线电的未来发展演进方向。
3、结论
HSPA和1x EV/DO与WiMAX的本质区别在于它们的无线数据传输的实现方法。3G是一项基于语音的技术，目标是向数据方向演进；而移动WiMAX是一项数据的技术，其目标是向移动化演进。两者各有侧重点。移动WiMAX由于物理层采用了OFDMA技术和多天线等技术，显得极具优势。这些优势是现实的，实在的，甚至已经实现了的。从网络演进来看，HSPA和1xEV/DO和WiMAX互为补充、相互竞争并共存。随着TD-SCDMA在国内的可能大规模部署，移动WiMAX将可能成为TD-HSPA的重要补充。
