应对基于802.16e 的WiMAX基础设施设计挑战

ALTERA北中国现场应用技术经理 李健
从目前的通信技术发展看来，可以看到无线技术给用户带来的便利和好处，所以无线技术一直是通信技术中人们谈论的焦点。图1介绍了目前个人无线网络上的各种标准，包括越来越热门的蓝牙技术，无线局域网上面广泛应用的802.11标准，以及广域网上应用很多的GSM，和现在正在开发马上要建设的3GPP、 GPS技术等。而在此将围绕个人无线城域网802.16进行讨论。
802.16标准
802.16标准在全球无线通信标准中成长得非常迅速，自2004年标准诞生开始，最初的供应商、系统提供商等由46家成长到今天的332家参与。回顾一下802.16标准，最早在2001年12月标准制定时，频谱在10~66GHz频段，主要传统应用面向链路传输数据等。因为应用频谱比较高，所以带来很多的限制，如只限于直视的传输方式，并且数据率较高。至2004年这个标准演变成802.16d，降低了标准所在频谱段，由此带来非视距的传播，应用于无线DSL以及链路传输，并采用QFDM调制方式。在2005年标准演进到802.16e，它在802.16d的基础上没有进行太多的改变，只是带来更多的移动性，支持有局限的移动以及数据的移动传输。
针对WIMAX特性，可以看到它在系统目标市场的不同应用。首先在发展中国家，可以解决在传统网络花费太高的情况下，用无线网络帮助客户接入和数据传输的需求。在发达国家或者经济非常发达沿海地带，可以用WIMAX支持热点数据的接入和传输的需求。如用来支持一些SOHO DSL，或终端和数据传输的需求等以及带来便利的移动Internet的接入。
图1　目前个人无线网络上各种标准（略）
WIMAX系统架构与挑战
在WIMAX系统里面有物理PHY层和媒体访问层，在物理层的上行下行链路中，其中涉及大量数字信号处理的技术来解决前面谈到无线信道的复杂性，以及要提高频谱利用率，采用大量数字信号处理提高数字信号传输的效率。媒体访问层也相应分上行和下行链路。如图2、图3所示。
图2　WIMAX系统特理层PHY（略）
图3　WIMAX媒体访问层（略）
在PHY层和MAC层具有不同的挑战，由于PHY层数据速率和吞吐率非常高，需要非常复杂的DSP设计技术，并需要有编码、FFT/IFFT工作在非常快的频率下，为数字处理过程带来一些设计挑战。同时如何快速应对市场需求，怎么把相应IP参考设计进行有效整合，也是需要面对的挑战。
另外灵活性上面也是有非常高的需求，整个WIMAX系统标准的建立和完善需要一个过程，802.16e也是2005年刚刚确立的标准。回顾从3GPP的开始到目前HSDPA，智能芯片技术等，整个无线标准的发展是需要很长的过程，也需要做系统的时候有相应的灵活性来面对无线系统的标准不断发展，在做设计的时候保持现场可编程性和灵活性。
WIMAX系统必然对以往系统带来性能上提升以及价格上降低，给用户用户更多便利。在低成本应用WIMAX上，如何兼容灵活性以及成本做一个很好的均衡也有非常大的挑战。
Altera的无线解决方案
Altera公司推出很多解决方案保持灵活性和相应的均衡，首先提供可编程逻辑器件、提供相应的开发工具、相应的开发IP来帮助用户实现自己的系统。从0.13微米到90纳米的今天，目前第二代最新产品已经出货可以帮助用户建立起自己无线系统。
在公司的内部也是根据不同的市场分不同的领域：在无线领域分不同的子系统，包括基站、基站控制器、GPS服务网关、媒体网关等等。在无线宽带接入方面，包括无线系统、无线本地环路一些系统。在市场内部根据不同领域进行分割，目标是为了很好理解市场的变化以及动态，针对市场的热点和应用，开发出相应的解决方案来满足客户的需求，同时进行大量跟合作伙伴的合作带来给用户更多的便利，以及客户更多选择的解决方案，这是Altera在无线领域上面的策略。
Altera目前提供一整套的WIMAX解决方案。 在IP方面，可以提供相应的模块来帮助用户利用IP构建自己的无线系统。同时也提供一系列参考设计，包括信道的估计、频率的同步等等，同时极坐标办法，数字功放里面数字预示针技术都有相应的参考设计，这些参考设计在国内很多客户正在研发的WIMAX大的通信厂家都得到广泛的应用。
Altera还提供了完整的802.16e的物理层完整解决方案，以及802.16d的物理层完整解决方案。在Altera的802.16d标准中，包含很多相应的低成本的解决方案。而在802.16e标准性能上，就要求解决方案的集成度更高。
总结
Altera通过提供可变成高性能的器件、可伸缩可配置的IP参考设计、以及整合相应的第三方合作伙伴，来提供非常便利的完整的WIMAX解决方案及低成本解决方案，应对客户针对不断变化的无线系统的需求。