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WiMAX技术经济分析及应用探讨0

2019/04/25 来源:虹口信息港

导读

华南理工大学电子与信息工程学院 余勇昌 韦岗中国电信集团有限公司广州研究院 余勇昌1前言WiMAX(worldinteroper

华南理工大学电子与信息工程学院 余勇昌 韦岗

中国电信集团有限公司广州研究院 余勇昌

1前言

WiMAX(worldinteroperabilityformicrowave access,全球微波接入互操作性)的提出初衷是提供在城域多厂商环境下,点对多点的宽带无线接入,因此WiMAX也常被称为IEEE Wireless MAN(metropolitan area network)。WiMAX技术涉及到两个国际组织的工作:IEEE 802标准委员会802.16工作组和WiMAX论坛。IEEE 802.16工作组是标准的制定者,WiMAX论坛是IEEE 802.16技术的推广者。近年来WiMAX遭到业界的广泛关注,它具有以下几个运用特点:

·WiMAX逐步投资和弹性部署的特点使络运营商可以根据用户容量需求的增长,逐步增加投入,逐步扩容到位,实现基本平坦的成本曲线。

·络的计划可以不受地形、地貌的限制,布局灵活,同时用户密度较低的地区可以以较低的本钱实现覆盖,减小早期投资的风险。

·络部署快速,安装和扩容方便,无需复杂的络计划,络结构灵活,特别在临时性和突发性应急通讯中能发挥巨大的作用。

·作为一种小区半径理论上可达50km,接入速率理论上可达70 Mbit/s的宽带无线接入技术,既可作为城域有线方式的无线延伸,也可作为线缆方式的替换方案。特别地,对用户密度或业务量不高且分散的地区比线缆方式更具竞争力。

2 WiMAX技术特点

WiMAX涉及到两个重要的标准:IEEE802.16d和IEEE802.16e。2004年6月IEEE802.16组织通过了IEEE 802.16d,IEEE 802.16d对2~66 GHz频段的空中接口物理层和MAC层做了详细的规定,定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的MAC层和对应的多个物理层,该标准属于固定宽带无线接入规范,是相对比较成熟并且实用性的一个标准版本。

IEEE802.16e是工作在2~6GHz频段支持移动性的宽带无线接入空中接口标准,是IEEE802.16d的进一步延伸,也是IEEE 802.16的增强版本,其目的是在已有标准中增加对用户移动性的支持,可支持以车辆速度移动(通常认为120 km/h)的用户站,同时固定无线接入用户能力并不受影响,该标准还规定了支持基站或扇区间高层切换的功能。

2.1 IEEE802.16d技术特点

IEEE802.16d的物理层和MAC层的技术特点见表1、表2。

2.2 IEEE802.16e技术特点

2.2.1 物理层特点

802.16e标准在802.16d标准中增加了对用户移动性的支持,802.16e前向兼容802.16d。802.16e的物理层实现方式与802.16d基本一致,主要差别是对OFDMA(正交频分多址)进行了扩大,可以支持2048、1024、512和128个子载波,以适应不同载波带宽的需要。OFDMA适合移动信道,因为它能够向多个用户灵活分配子载波,在部署时有可能实现频率复用系数为1。OFDMA中子载波在子信道中的分配无需邻接,有利于实现频率分集,支持对每帧子载波的传输进行优化的功率控制,子载波具有正交性,无需像CDMA系统那样严格控制功率,支持QPSK、16QAM和64QAM调制方式。

2.2.2MAC层特点

MAC层一样包括3个子层:集聚子层、公共部分子层和安全子层。为了支持移动性,802.16e还在MAC层引入了很多新的特性,包括移动台的睡眠(Sleep)模式和闲置(Idle)模式,基站或扇区间高层切换功能等。

基站中含有一个调度器,由它决定哪个终端什么时候发送数据,调度器响应用户站(SS)的带宽要求信息,通过调度或轮询上下行数据传输来决定如何满足每一个连接的QoS要求,上行连接通过轮询来获得信道的接入,上行连接有4种类型:UGS(非要求的带宽分配任务),它用于恒定比特率连接;rtPS(实时轮询业务),它可以周期性地为终端分配可变的上行带宽;nrtPS(非实时轮询业务),它可以不定期地为终端分配可变的上行带宽;BE(尽力而为),它尽量地利用空中资源传送数据,但是不会对高优先级的连接造成影响。

802.16e协议为了适应移动通讯系统的特点,增加了终端睡眠模式和闲置模式。

Sleep模式的目的在于减少SS的能量消耗并下降对ServingBS空中资源的使用。Sleep模式是SS在预先协商的指定周期内暂时终止ServingBS服务的一种状态。从ServingBS的角度视察,处于这类状态下的SS处于不可用状态。Idle模式为SS提供了一种比Sleep模式更加省电的工作模式,在进入Idle模式后,SS只是在离散的间隔周期性地接收下行广播数据,并且在穿越多个BS的移动进程中,不需要进行切换和络重新进入。

3 WiMAX经济分析

目前WiMAX关注的应用领域主要有以下几方面:

·中小企业(SME)语音接入(VoIP语音);

·中小企业数据接入;

·家庭用户语音接入(VoIP语音);

·家庭用户数据接入。

目前在国内应用和测试的装备主要是802.16d装备,所以以下的经济分析以802.16d装备为例。假设基站单扇区本钱为15万元,单个CPE设备为1万元,其带宽能力、数据接入速率、VoIP接入业务速率、ARPU值的假定见表4~表7。

3.1中小企业数据和VoIP业务经济分析

3.1.1中小企业语音业务投资分析

在中小企业语音业务中,单扇区理论能支持的并发语音数为71个,单扇区满负荷需要的少CPE数为2个,以1∶4收敛比计算能接入的用户数为284个。

VoIP用户数假设为284个(ARPU值为80元),投资回收期计算以下:

设备投资=15+2=17(万元);

年均收入=284×80×12=272640(元);

投资回收期=装备投资/年均收入=170000/272640=0.62(年)。

假设ARPU值为80元的情况下,投资回收期与接入中小企业VoIP用户数之间的关系如图1所示,由此可以看出,当接入的用户数越多,投资回收期就越短,当接入的VoIP用户数到达200个/扇区时,投资回收期小于1年。

图1 投资回收期与接入中小企业VoIP用户数之间的关系

假定用户数为200个的情况下,投资回收期与ARPU值之间的关系如图2所示,由此可以看出,当ARPU值越大,投资回收期就越短,当ARPU值达到70元时,投资回收期接近于1年。

图2 投资回收期与ARPU值之间的关系

3.1.2中小企业数据接入业务投资分析

在中小企业数据接入业务中,单扇区能支持的用户数为16个,单扇区满负荷需要的少CPE数为2个。

假定中小企业数据接入用户数为16个(ARPU值为1000元),投资回收期计算如下:

装备投资=15+2=17(万元);

年均收入=16×1000×12=192000(元);

投资回收期=设备投资/年均收入=170000/192000=0.885(年)。

假定中小企业数据接入ARPU值为1000元,投资回收期与中小企业数据接入用户数之间的关系如图3所示,由此可以看出,当数据接入用户数为6个时,投资回收期超过2年,当数据接入用户数为14个时,投资回收期小于1年。

图3 投资回收期与中小企业用户数之间的关系

当数据接入用户数为12个时,投资回收期与ARPU值之间的关系如图4所示。由此可以看出,ARPU值越小,投资回收期越长,当ARPU值为600元时,投资回收期接近2年,当ARPU值为1200元时,投资回收期小于1年。

图4 投资回收期与ARPU值之间的关系

3.2家庭数据和VoIP业务经济分析

3.2.1家庭语音业务投资分析

在家庭语音业务中,单扇区理论能支持的并发语音数为71个,单扇区满负荷需要的少CPE数为2个,以1∶4收敛比计算能接入的话机数为284个。

假定家庭用户数为284个(ARPU值为50元),投资回收期计算以下:

装备投资=15+2=17(万元);

年均收入=284×50×12=170400(元);

投资回收期=设备投资/年均收入=170000/170400≈1.0(年)。

假设家庭语音接入的ARPU值为50元,投资回收期与家庭VoIP用户数的关系如图5所示,由此可以看出,只有当用户数几乎到达280个即差不多扇区满负荷的情况下,投资的回收期才接近1年,所以目前来看,802.16d的设备其实不适合将全部带宽用于家庭VoIP业务接入。

图5 投资回收期与接入家庭VoIP用户数之间的关系

假定家庭VoIP用户数为200个,投资回收期与ARPU值之间的关系如图6所示,由此可以看出,当家庭VoIP业务的ARPU值到达70元时,投资回收期接近1年,一样可以看出802.16d的装备其实不适合将全部带宽用于家庭VoIP业务接入。

图6 投资回收期与接入家庭VoIPARPU值之间的关系

3.2.2家庭数据接入业务投资分析

在家庭数据接入中,单扇区能支持的家庭数为40个,单扇区满负荷需要的少CPE数为2个,以1∶2收敛比计算能接入的家庭数为80个。

假定家庭用户数为80(ARPU值为80个)的情况下,投资回收期计算如下:

设备投资=15+2=17(万元);

年均收入=80×80×12=76800(万元);

投资回收期=设备投资/年均收入=170000/76800=2.21(年)。

假定ARPU值为80元,投资回收期与家庭数据接入用户数之间的关系如图7所示。由此可以看出,即使接入的家庭用户数达到满负荷80元,投资回收期依然需要2.58年。因此,802.16d的装备不适合将全部带宽用于家庭用户数据接入业务。

图7 投资回收期与接入家庭用户数之间的关系

假设家庭数据接入用户数为50个,投资回收期与ARPU值之间的关系如图8所示,由此可以看出,当ARPU值为100元时,投资回收期为2.83年。

图8 投资回收期与家庭用户ARPU值之间的关系

从以上的分析可以看出,对固定无线宽带的WiMAX802.16d来讲:

·中小企业的语音接入投资回收在设备满负荷(单扇区284个用户)、ARPU值一定(80元)的情况下,投资回收期可少于1年(0.6235年),所以在此种情形下,只要VoIP用户数足够,802.16d在商业上就具有一定的可行性。

·作为家庭数据接入,由于装备无线带宽容量所限,接入用户数量较少,ARPU值也不可能太高,所以投资回收期将会在两年以上,目前不具备商业推行条件。

·中小企业数据接入和家庭语音接入只有在一定的条件下(用户数满负荷,ARPU值分别为1000元和50元),投资回收可以在1年左右,因此在商业上具有一定的可行性。

4 WiMAX运用分析

虽然WiMAX技术在理论上具有传输距离较远、数据速率较高、支持数据和语音等多种业务等优势,尤其是在双绞线和同轴电缆难以覆盖的区域和临时通信需要的领域,具有较大的优势。但WiMAX的发展从商用模式到与3G的关系,业界一直在进行剧烈的讨论,因此WiMAX要得到大规模的发展,必须面临以下几个挑战:

·频率资源的挑战。虽然近年来各国都在对WiMAX分配频段的问题进行讨论,一些国家已发放了相干频率及许可证,不过从全球来看WiMAX仍然没有一个全球统一的频段,而且很多国家考虑到其与3G可能形成竞争而迟迟无法制定出相应的政策。我国政府只是指出在3.5GHz的频段上无线宽带可以使用,但并没有正式公布该频率将应用在WiMAX技术上,这对我国在WiMAX技术上的研究方面无疑是一个大的阻力。

·来自政府部门的监管。政府对WiMAX的监管方式和许可证的发放方式会直接影响竞争格局,发放许可证如果给新的竞争者,它就有可能跟原有的移动运营商进行竞争,如果把这个牌照给现有的移动运营商,他们就会采取WiMAX与原来的络进行互补。

·市场定位一样存在风险。运营模式直接决定一项技术能否成功地长时间商用和长时间发展,如果WiMAX只是定位在固定,应用将会非常有限,如果是移动,单独组实现全覆盖,代价将非常大,风险也比较高。

·其他技术的挑战。与WiMAX技术性能相近的还有HSDPA(高速下行分组业务)、802.20等技术,这些技术在WiMAX的快速发展刺激下也开始加速前进,将来在移动宽带接入技术上,多种技术的竞争将不可避免,同时也应该注意到,WiMAX较难成为未来主流的无线接入技术,原因以下:WiMAX作为无线热门覆盖技术一方面与WiIFi各有所长,如在本钱方面,WiFi要大大低于WiMAX;另一方面,WiMAX与HSDPA和3G相比在移动性等方面也有较大的局限性,所以,从这些比较指标可以看出,WiMAX取代HSDPA等主流技术存在着不现实性。从中国的国情来看,一旦3G牌照发放,对于中国电信等固运营商来讲,络建设的重点将会是3G络而不是WiMAX络,WiMAX充其量也只能成为3G的补充。所以,将来WiMAX在固上的发展有可能是作为热门覆盖或者一些应急通讯等方面的推敲,成为主导技术的补充。

针对WiMAX具有的特点,有机地将WiMAX技术融会到现有的和行将建设的WiFi、3G、有线接入中,根据优势互补的原则,全面考虑。WiMAX的应用建议以下:

·WiFi络可以与WiMAX络同步建设,以减少有线线路的投入,在没有WiFi络的地区,用户数如果足够的话,可以直接利用WiMAX络开展数据业务。

·对双绞线和同轴电缆难以覆盖的地区,可以利用WiMAX快速展开宽带接入业务或作为有线宽带接入的补充。

·当WiMAX技术中的802.16e标准成熟后,并且可以保证用户在低速移动的前提下,进行高速数据接入,可以斟酌建设WiMAX络与3G络相融合,成为其有力的补充。

·在展会、运动会或应急通讯等需要较大范围的无线接入场合,可以推敲采取WiMAX技术作为一种保障方式。

·通过前面的经济分析,目前对中小企业的VoIP业务和数据接入业务,在满足用户数到达一定的条件下可以斟酌采取WiMAX技术来提供。

参考文献

1沈嘉.3G、WiMAX与半路杀出的E3G. 通信产业报,2005年12月29日

2杨天喜,宋洪江.WiMAX技术全球发展及所面临的问题分析——释疑WiMAX发展中的阻碍因素.中国无线电,2005(9)

3何廷润.WiMAX在我国的市场前景及市场规模分析.当代通讯,2005(8)

4IEEEP802.16-REVd-2004. IEEE standard for local and metro- politan area networks part 16: air interface for fixed broadband wireless access systems,2004

[作者简介]余勇昌,华南理工大学电子与信息工程学院博士研究生,中国电信广州研究院项目经理,主要研究方向为宽带接入、无线传感器络;韦岗,华南理工大学电子与信息工程学院院长、教授、博士生导师,主要研究方向为无线传感器络等。

EconomicAnalysisandApplication Research on WiMAX

YuYongchang1,2,WeiGang1

(hoolofElectronicand Information Engineering, SCUT, Guangzhou 510641,China;

angzhouResearchInstitute,China Telecom Co. Ltd., Guangzhou 510630,China)

AbstractWiMAXcatches people’s eye during recent years. In this paper, we introduce technical characteristic of WiMAX briefly. Then, our economic analysis focuses on two popular application areas that are small and medium enterprise (SME) data and VoIP services and home data and VoIP services. WiMAX can be deployed in some specific situation according to our analysis. Finally, we introduce the advantages and challenges that WiMAX needs to face.

KeywordsWiMAX, technical characteristic, economic analysis, application research

(收稿日期:)

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