韩国WiBro技术分析

摘 要：WiBro是当前最新的移动宽带无线接入技术之一，它是由韩国业界开发的一项本土技术。WiBro可看作是移动WiMAX，虽然其技术与标准尚处于不断变化之中。给出了WiBro技术的发展历程和技术定位，提出了WiBro系统的基本构成，详细分析了WiBro系统性能(包括频谱范围、数据速率、QoS、双工模式和调制方法)，最后阐述了WiBro技术的应用现状。

关键词：WiBro；WiMAX；QoS；移动WiMAX

中图分类号：TN919 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1701005

Analysis on the WiBro Technology of Korea

HUANG Jianhua1,LANG Weimin2,HU Xifei2,SUN Yueguang2

(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

宽带无线技术［1-3］能够随时、随地获得人们想要的信息，资费较低，受到越来越多的人的关注。在现有技术中，无线数据业务主要采用WLAN或者蜂窝技术。WLAN虽然有低成本、高速率的优势，但其覆盖范围和移动能力非常有限，且在安全性和业务质量方面难以达到运营商的要求，盈利模式也不是特别清晰。蜂窝系统主要用于提供语音业务，在移动性和业务质量上都有很好的保证，但数据传输速率慢、接入成本高，从而使得用户难以接受。WiBro(无线宽带)既能保证数据业务的接入速率、降低接入成本，同时又兼顾安全、质量等不同的业务需求，其特性如图1所示。

WiBro是一项韩国本土标准，由韩国电气通信技术协会(TTA)、韩国三星电子共同发起的高速便携式互联网和韩国主要运营商发起的高速便携式互联网(HPI)项目发展而来。WiBro是一个服务品牌，采用WiMAX技术，完全兼容IEEE 802.16e标准，是世人所关注的移动WiMAX市场开拓者。

2 发展历程

WiBro与移动WiMAX技术(IEEE 802.16e标准)紧密相关，是一项用于在移动环境中随时随地提供高数据速率通信的服务，可提供比无线局域网更广泛的覆盖范围，以及比第三代移动电话技术更快的连接速度，可以在高达120 km/h的速度状态下使用。因此，WiBro与WiMAX是基于802.16标准的不同版本，WiBro将成为下一代移动通信领域中的关键技术之一。WiBro的发展历程如表1所示。

在高速移动环境下，WiBro技术能提供足够高的数据速率，保证人们在火车、汽车以及其他高速运行的交通工具上随时随地连接入网。

3 技术定位

3G之所以成为人们关注的热点，根本原因在于它能提供比2G更快的数据速率，但它们都是工作在静止状态下，一旦在移动环境中，服务质量常常受到一定影响。而WiBro系统，能在移动环境下提供远比3G出色的高速数据通信服务，WiBro宽带无线技术的引入，不会对3G造成威胁，因为WiBro不可能完全替代3G网络，只能是一种补充。3G的目标是提供一个全覆盖、有质量保证的通信网络，可以提供语音和数据业务，数据传输速率高达2 Mb/s，它的定义包括了完整的核心网和接入网。而WiBro致力于移动宽带接人服务，支持70 Mb/s的数据传输速率，主要针对热点地区无线移动宽带业务的接入市场。

由于WiBro只能在特殊条件下(通常是较小范围内)提供高速数据服务，且无线移动系统提供的服务范围比较大，因而对于这样两个市场定位不一样、但又各具特色的系统，若能够将二者有机结合起来，则可较好地解决各种问题，使用户享受到更多、更好的服务。在技术上，若能实现WiBro网络和CDMA、WCDMA(宽带码分多址)等网络的融合，则会大幅度地提高服务质量，增加服务类型，降低重复建网的费用，节省大量的人力物力。

一般来说，WiBro是3G与WLAN的有益补充，它是LAN和WLAN发展轴线的延伸，既可以增大WLAN的传输距离，拓宽WLAN的覆盖范围，获取比WLAN更高的移动性，又可以提供比3G高的数据传输率，且收费更为便宜。WiBro与其他宽带无线接入技术的比较如图2所示。

4 系统组成

WiBro不是3G的取代者，而是一种有效的补充。而且当WiBro和其他蜂窝网络合理结合，则能提供更多、更好、更便捷的服务，使人们可以在更为广阔的空间中、更自由地完成自己想做的事情，真正体验到高科技带来的美好享受。

WiBro系统通常是由RAS(无线接入基站)、PSS(前端业务站)、ACR(接入控制路由器)、HA(本地)、CN(中心节点)和基于IP子网的网络组成的，如图3所示。其中，PSS属于基站前端所服务的末端装置，ACR为基站往上汇集回溯的骨干路由器，CN为移动节点。

WiBro系统的显著特征是子网的网络协议是IPv6，由于IPv6是全IP的网络，因而支持IP层的有效移动管理与WiBro数据链路层的有效移动管理同样重要。在这种环境中，ACR之间的切换需要基于IPv6无缝切换的移动管理。因此，WiBro为了获得移动状态下的无缝切换，需要考虑IP移动管理机理。

ACR之间的切换基于IPv6，典型的IPv6移动管理方案是移动IPv6。这个方案对在切换中时间灵敏和损耗灵敏的申请有严格的限制，也就是当一个移动节点进入另外一个IP网络中，必须更新在HA和CN中的转交地址(CoA)。

在WiBro系统中，当PSS连接到RAS时，PSS能够周期性地接收到从服务RAS(SRAS)发送来的信息，并监控从SRAS发送来的无线信号强度。一旦信号强度比预定的门限值低，PSS给SRAS发送SCN-REQ(扫描间隔分配请求)信息，检查相关的目标RAS(Target RAS，TRAS)是否与CN进行不间断通信。通过扫描后，若PSS确定需要在RAS之间进行切换时，则PSS或者发送PSSHO-REQ(PSS切换请求)信息，此信息包括从TRAS到SRAS的列表，或者从SRAS处接收RASHO-REQ(RAS切换请求)信息。在WiBro系统中，PSS和RAS都可以提出切换要求。当SRAS接收到 PSSHO-REQ信息后，通过HOreq(切换请求)、HOind(切换提示)和HOcnf(切换确认)等信息与TRAS协商是否进行切换。ACR接收到从TRAS发送来的HOcnf信息后，发送HOrsp信息，给SRAS发送一个响应，表示同意切换。于是，SRAS停止下行链路的传输，并且阻塞信息包。此时，PSS给SRAS发送HOind信息，意味着切换开始。PSS携带的信息通过ACIind(访问切入点连接指示)和ACIcnf(访问切入点连接确认)从SRAS传送到TRAS(新的基地台)。ACR给SRAS发送ACIcnf信息，而向TRAS发送所有PSS的信息包。在SRAS中没有传送的、被阻塞的信息包，也从SRAS传输到TRAS，最后，在PSS和TRAS之间通过RNG-REQ(修正请求)、RNG-RSP(修正响应)、REG-REQ(注册请求)和CREGreq(蜂窝注册请求)这些信息进行连接。当这些注册信息在PSS、TRAS、ACR之间全部完成，PSS新的服务开始了，切换顺利结束。由此可见，WiBro系统中的切换与3G中的软切换相似。

上述切换过程是在WiBro系统中进行的，无论在何时何地，WiBro技术都可为各种类型的无线多媒体应用和各种多媒体终端(如PDA、笔记本和智能手机)提供业务支持，都能给用户提供优质服务，不会产生掉话、掉线、时延和抖动等问题，从而让用户真正享受到宽带带来的乐趣。

5 性能分析

WiBro系统支持与其他移动通信系统之间的漫游，保证了业务的可连续性。用户可以根据不同的自身需要，选择不同的业务。

5.1 频谱范围

WiBro的通信频段为2.3～2.4 GHz，即在2.4 GHz ISM频段之前的100 MHz范围，如图4所示。这100 MHz的带宽资源被规划成9个通信信道，每个信道占用9 MHz带宽，虽然各信道并未像IEEE 802.11b般的互叠，但各信道间也不全然都有保护频段(Guard Band，GB)，而是每3个信道间才有一个保护频段，且保护频段占用带宽稍有差别，信道123与信道456之间为4.5 MHz，信道456与信道789之间也是4.5 MHz，但信道789与2.4 GHz ISM之间则有较大的保护距离，为10 MHz，而每连续的3个信道虽不重迭但也相互紧邻。

韩国政府目前已为WiBro在2.3 GHz频率中配置了100 MHz的使用频段。在WiBro中，频率复用因子FRF=1，即在多蜂窝环境中所有扇区都使用相同的载波。WiBro基于OFDMA技术，利用多信道发送和接收数据，因而干扰较小；WiBro系统通过使用TDD调制模式，可以大大提高频谱的利用率。相比之下，3G技术(如1xEV-DO和HSDPA)的干扰较大。

5.2 传输速率

不同的网络，受到各种因素的影响，覆盖的范围有所不同。而判断一个网络的好坏，覆盖范围是个很重要的因素。3G采用WCDMA技术时，带宽为5.00MHz，最大传输速率为14.4 Mb/s(固定或者移动)；CDMA2000带宽为1.25MHz、最大的传输速率为3.2 Mb/s(固定或者移动)；而WiBro的信号带宽是8 447MHz，传输速率能达到70 Mb/s，在时速60 km的高速移动状态下仍可正常工作，支持不小于60 km/h的移动速度。由此可见，WiBro是一项不受时间和地点限制的超高速携带互联网技术，其数据速率要高于3G技术。

根据不同的蜂窝类型，WiBro业务覆盖区域在如下范围内必须支持每个用户的最低速率要求：微微蜂窝(100 m)，微蜂窝(400 m)，宏蜂窝(1km)。WiBro与ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线)相似，其上行、下行的传输速率并不对称，下行比上行快，在使用单一信道的情况下，WiBro基站的最大下行数据速率可达18 Mb/s，最大上行数据速率可达6 Mb/s；而对单一WiBro用户端来看，其最大下行数据速率为3 Mb/s，最大上行数据速率为1 Mb/s。当用户在WiBro系统不同蜂窝之间移动或者与其他网络系统(如WLAN)进行切换时，WiBro也能提供如下数据速率：每个用户的最小数据速率为下行链路512 kb/s，上行链路128 kb/s；每个用户的最大数据速率为下行链路3 Mb/s，上行链路1 Mb/s。WiBro的上下行数据速率也可再进行比率调整(如2∶1、1∶1或5∶1等)。

5.3 QoS

在WiBro中，业务是指在静止或者移动的环境中，随时随地都能通过PSS提供高速无线互联网接入的便携互联网业务。目前，WiBro业务主要包括视频、音乐、游戏、教育、新闻、会议等。

WiBro的QoS设计与WiMAX相近。WiMAX将分组数据传输的优先权进行4种分级：主动授权业务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业务(nrtPS)和尽力而为(BE)业务。与WiMAX相比，WiBro则是分成三级，具有rtPS、nrtPS以及BE，没有UGS。

一般而言，rtPS用于视频电话、互动式视频游戏(在线游戏)和视频点播等实时应用，nrtPS则用于高速文件传输、多媒体短信和网站浏览等应用，BE业务主要包括E-mail、传统文字短信和低速文件传输等应用。

WiBro对QoS的要求比WiMAX更高。以对传输时延要求最严苛的rtPS为例，WiBro要求其延迟不能超过600 ms，更高标准则要求不能超过300 ms，分组丢失率要求不能超过5%，更高标准要求不能超过1%。

所有的业务都能支持静止、游牧和中速移动用户，并满足不低于1 Mb/s的无线数据速率。所有基于IP的业务在蜂窝之间能够进行无缝切换，且支持鉴权和加密功能。我们可以根据不同的业务级别提供不同的服务质量(QoS)，并且根据用户不同的需求，提供不同的计费费率。针对不同用户业务，根据连接时间、分组数量、服务级别、服务质量和连接中断等，收取不同的费用。

WiBro技术在和无线局域网或其他移动网络之间进行切换时，采用无缝切换的方式。因此，用户在使用过程中，不会因不同网络之间的相互切换而受到影响，使用户真正享受到先进技术带来的无穷乐趣和无尽方便。

WiBro基站在术语上称为RAS，RAS后端的实线汇接处则是ACR，之后再与各种异质网络接轨(如WLAN、3G),与信息应用系统整合(如AAA)。

5.4 双工与多址方式

WiBro采用的是时分双工模式，而非频分双工模式；在多址方式上，WiBro并不是采用传统GSM(全球移动通信系统)的频分多址接入、时分多址接入，也不是采用3G的码分多址接入，而是正交频分多址(OFDMA)。事实上，WiMAX(IEEE 802.16d)与移动WiMAX(IEEE 802.16e)技术也都支持OFDMA。

WiBro之所以选用TDD模式，原因在于该技术能将保护频段的开销降至最小，从而大大提高频谱利用率。WiBro使用OFDMA技术的目标是最大限度地降低多径干扰的影响，并提高频谱效率。目前GSM,GPRS(通用分组无线业务),CDMA2000和WCDMA等都采用频分双工方式，而Wi-Fi,WiMAX,WiBro则多采用时分双工方式。

5.5 调制方法

WiBro可采用三种调制模式，包括QPSK,16QAM和64QAM，而信道编码上使用卷积Turbo码(CTC)。相比之下，WiMAX可用的信道错编码方式比较多样，除CTC之外也可选择块状Turbo码(BTC)或Reed-Solomon法以及前向纠错(FEC)码。WiBro选择CTC信道编码的原因在于该编码方法涉及到的数据量少，可以降低传输冗余，进而提高数据传输速率。

WiBro虽然在传输距离、覆盖范围和移动性等方面优于WLAN，但却逊于3G；数据传输速率和服务费用虽优于3G，但仍无法与WLAN相提并论。因此，WiBro更像是一种在多项性能中折衷的产物，一旦3G或WLAN有新的发展突破，WiBro必然会受到一定冲击。作为3G和WLAN的有益补充，WiBro除了扮演移动宽带的角色外，也能提供3G、WiBro和WLAN三网间的平滑漫游功能，使通信服务达到最广阔、最连续的效果。另外，WiBro的折衷性也体现在QoS方面，3G的QoS性能最佳，现有IEEE 802.11b和IEEE 802.11g不存在QoS机制，而WiBro的QoS性能居中。WiBro，WLAN和3G的性能比较如图5所示。

6 应用现状

韩国政府将移动宽带接入业务作为韩国新的增长点。韩国电信KT已经在国内部分地区开通了WiBro业务。除了在国内使用之外，韩国还在积极把WiBro推向海外。2006年，WiBro在意大利都灵冬奥会上正式亮相；2007年，韩国三星与意大利电信公司签约，在意大利部署WiBro网络；与委内瑞拉的移动运营商Omnivision签约部署WiBro网络；与美国Sprint Nextel公司签约，组建一个WiBro试验网。韩国市场需求与WiBro优势分析如图6所示。

依靠WiBro系统，运营商可以实现由三星电子提出的PTA业务，即语音数据和图像的同时传送。作为WiBro技术的先驱，从2003年开始，三星电子就与韩国TTA和各运营商合作开发WiBro设备；2004年，三星电子研发出原型系统；2005年，三星电子与世界上诸多大型运营商开始对WiBro系统进行测试和实验。作为WiMAX论坛移动技术组的主席，三星电子对WiMAX标准的贡献率达到了30％。

7 结 语

目前，韩国成为世界上第一个颁发WiBro商用牌照的国家。固网运营商KT和移动运营商SKT都得到了这种牌照。显而易见，KT会利用WiBro技术来延伸其DSL网络，并与SKT争夺移动数据业务用户，而SKT则会利用WiBro技术来增强其线数据业务的热点或热区。

目前，KT商用的设备从系统到终端全部采用三星提供的产品，包括基站(RAS)和基站控制路由器(ACR)以及PDA式终端等。这一系列成果表明，韩国在WiMAX上已经开始领先于世界，这不仅会对韩国信息产业发展起到良好的促进作用，而且对于WiMAX阵营来说，绝对也是一个利好消息。

参 考 文 献

［1］刘衡萍.韩国电信KT的战略转型规划和具体举措［J］.网络电信,2007,9(8): 12-14.

［2］任周焕.WiBro：下一代的增长引擎将很快商业化［J］.网络与信息, 2007(4): 31-32.

［3］郎为民.WiMAX技术原理与应用［M］.北京: 机械工业出版社,2008.