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WiMAX專利分析
( 2008年5月1日)
S. Jagannathan博士(Tata Elxsi Limited, Bangalore), T.K. Bandyopadhyay博士(Indian Institute of Technology
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IEEE802.16的標準旨在強化無線都會網路(WMAN)的概念。為了實現這個目標，必須為較大的範圍內的大量用戶提供較高的資料傳輸速率。微波存取全球互通(WiMAX)是實現此目標的技術。對無線寬頻接入的需求正在日益增長，這種需要涵蓋日漸廣泛的應用，如固定、漫遊與行動資料接入，固定與行動語音服務及內容串流媒體等。WiMAX可滿足所有這些應用的需求。它透過提供穩健、增強的架構，可即時提供語音、視訊、傳真及整合資料內部通訊。
作為一種值得投入商業化運行的技術，WiMAX還應得到知識產權(IP)保護。有很多的業內廠商正在開發與利用WiMAX技術。有趣的是，至今還沒有人對WiMAX技術及WiMAX專利做過全面的研究。本文對獲得WiMAX專利的各業內廠商進行了統計分析。
專利分析
WiMAX的基礎技術設施依賴於各種硬體與軟體設備及網路技術，構成WiMAX的重要工具與元素常常需要知識產權保護。WiMAX的知識產權體系(IPR)有兩個重要方面：IPR保護與技術部門相關；以及IPR許可授權與/或分配(包括版稅及利潤分配問題)。
隨著新無線技術的出現，專利、版權、設計與商標其他知識產權部門都會對IPR的保護、實施與侵犯等問題產生重大的影響。因此，不論是技術性IPR還是非技術性IPR，都是很重要的議題。各相關機構已經制定了自己的IPR策略，即使如此，全球IPR保護還是有較強的地區局限性，IPR實施/侵犯問題僅受相關國家的法律制約。這會造成跨國IPR侵犯及訴訟難以解決的問題，凸顯相關業者對對IPR影響的深入瞭解的必要性，本文在這方面進行了嘗試。
專利對WIMAX功能性的貢獻
正交頻分多址技術(OFDMA)
OFDM是一種多載波轉換技術，它使用資料符號來轉換一組並行的純週期性子載波。 為了維持正交性，子載波必須有最低頻率間隔，即兩個連續子載波符號持續時間與頻率間隔的結果必須相等(T * Δf=1)，其中“T”和“Δf”分別為OFDM的符號持續時間和子通道間隔。
OFDM可以簡便地用於具有時間延遲或頻率選擇性的通道上。 頻率選擇性通道具有時延擴展功能。
研究OFDM的業界廠商包括：
1. Qualcomm：150項關於OFDM/OFDMA的專利
2. MakSat
3. Matsushita Electric Industrial Co. Ltd
4. Adaptix Inc.：2項專利
5. Sharp Laboratories of America Inc.
6. Wi-LAN Inc.:重要專利
重要的WiMAX專利
專利號 公司
7,197,022 Wi-LAN
7,177,598 Wi-LAN
7,023,798 Wi-LAN
7,006,530 Wi-LAN
6,963,617 University of Bristol
6,956,834 Wi-LAN
6,944,188 Wi-LAN
6,925,068 Wi-LAN
6,804,211 Wi-LAN
6,728,514 Wi-LAN
6,693,887 Ensemble Communications
6,683,866 Ensemble Communications
6,577,863 Ensemble Communications
6,549,759 Ensemble Communications
Reed-Solomon編碼
Reed-Solomon 編碼是一類線性非二進位的迴圈分組碼。該類是為線性非二進位迴圈BCH 碼的子集，在二進位BCH碼 的伽羅瓦域GF(q)內工作，其中q為素數 p prime的冪，q=pm prime，m 為正整數。這些編碼與二進位編碼不同，後者的碼元來自二進行域GF(2)。
c(x ) = m(x)xn-k - Rg(X)[m(x)x n-k]
其中：
c(x)為碼字多項式 (RS 編碼器的輸出),
m(x)為RS編碼器的多項式輸入
Rg(X)[y]表示運算用“g(x)”除以“y”後，取其餘數
g(x)是產生的多項式
Reed–Solomon解碼器
Reed-Solomon編碼遵照以幾個基本步驟：
- 校驗子的計算
- 使用Berlekamp-Massey 演算法確定誤差定位多項式
- 用Chien search確定誤差定位多項式的根
- 使用Forney演算法確定誤差值
研究誤差校正代碼的業者
1. 4i2i Communications Ltd
1. Actel Corp.
1. Altera Corp.
專利
專利號 公司
7162679 Analog Devices
5838728 AT&T Wireless Services
6131178 Mitsubishi Electric
卷積碼編碼器
資訊位元並不直接流入碼流中，也就是說，編碼是非系統性的。在使用Viterbi解碼時，非系統碼比統碼效果更好。編碼器透過將modulo-2輸入位從輸出添加到前一輸入位儲存的值上進行緩存，以備傳輸。然後輸入位移入移位寄存器中，所有其他所有位向輸出。
Viterbi解碼器
Viterbi algorithm(VA)可執行最大可能限度的解碼，施加到一組網格卷積碼中，利用後者的屬性可方便地用於實施此演算法。最大可能限度的解碼所面臨的一個問題是，在所有可能碼序中需要完成的計算數量過大。VA解碼器不必考慮所有可能的碼序，降低了計算的複雜程度。解碼過程要計算在ti時接收以特定的網格狀態的碼序與在ti時到達該狀態每個碼序間的海明距離。
要對所有網格狀態進行連續地計算，以確定最小海明距離的碼序。最小海明距離的碼序為在AWGN通道完成傳輸時，最可能與所接收碼序相同的碼序。
研究卷積碼編碼器和Viterbi 解碼器的業內廠家
National Semiconductor Corp.
專利
專利號 公司
7055088 Paradyne
5511082 General Instrument Corp. of Delaware
5633881 Qualcomm:
5832001 Daewoo Electronics
梳狀濾波器
梳狀濾波是數位通訊中廣泛使用的一種技術。梳狀濾波器將一組特定順序的符號進行處理，以不同的順序排列其位置。梳狀濾波器的基本目標是打亂資料順序。 在用於防止突發誤碼時，梳狀濾波器可將包含長序列串列誤差資料的誤碼類型轉化為更隨機的誤碼類型，從而打亂了許多碼向量中的誤碼。突發誤碼是無線通道的特點。.
專利
專利號
業內廠商
1779800 W.O. Hickok Manufacturing Co.
EP0026050
The Marconi Co.
20060107171 Kabushiki Kaisha Toshiba
QPSK轉換
載波經歷四個階段(符號) 變化，每個符號可代表兩個二進位位元的資料。儘管轉換方案在初始階段好象沒什麼意義，但可以讓載波傳輸2個位的資訊，而不是1個位，因此有效地增加了一倍載波頻寬。用一個相同頻率的正弦訊號來放大接收的訊號，可以相移解調制為非頻變的電壓級別。
研究QPSK的業內廠商
MITEQ
專利
專利號 業內廠商
WO/2006/066445 ZTE
WO/2005/066445 Nokia
測距
以上的專利提供了一種睡眠模式下的無線接入系統中，在基地台(BS)和行動設備(MS)間測距的方法。
BS向MS提供一個初始通知的週期測距時間(在睡眠間隔出現的)，在此睡眠間隔內MS完成測距過程。 初始通知包括在首個消息中，該消息表明MS是否應該終止睡眠模式來接收DL資料。 在此過程中，BS向MS提供後續的週期測距時間通知，該時間在睡眠時間間隔內。 此時第二個消息發射到MS，讓MS 在睡眠時間間隔內執行多個測距過程。
這種測距方法要求接入終端透過無線網路向一個接入點提出測距請求，並根據來自接入點的回應進行測距。
MAC管理
MAC管理包括了MAC消息管理，支援有線系統中的上行資料通信寬頻動態資源保留。
上行與下行鏈路映射消息(UL-MAP/DL-MAP)
接入終端接收並分析UL-MAP/DL-MAP，並且：
- 在產生測距事件時，從UL-MAP 中選擇一個特定的上行鏈路子通道號和一個符號數；
- 透過發射CDMA 編碼提出一個測距請求；
- 從接入點接收一個測距響應消息廣播；
- 從接收的測距回應消息中提取CDMA 編碼、子通道號及符號號，將所提取的結果與保存的測距參數比較，根據所提取的資料或放棄測距回應消息來調節發射功率、時序和頻率偏移，然後
- 終止測距回應消息的接收。
設定WiMAXIP間距有助無線寬頻接取
設定WiMAXIP間距可滿足對無線寬頻接取的需求，包括固定、漫遊、可攜與行動資料存取、固定與行動語音服務及內容串流媒體等多種應用。
參考資料
• 技術規範白皮書， “Broadband Radio Access Networks (BRAN) HiperMan Physical (PHY) Layer”
• 技術規範白皮書 “OFDMProcessing Survey”
• Communication Block Set for use with Simulink, The Mathworks Inc.
• Learning Simulink6, The Mathworks Inc.
• IEEE Communication Magazine, Vol. 43, No.1, 2, January 2005
• IEEE Networks Magazine, Vol. 27, No.2, January 2005
• Andreas F. Molisch, “Wireless Digital Communication”, Second Edition, Pearson Education
• IEEE Wireless Communication Magazine, Vol. 43, No. 1, January 2005
• Scientific American Journal, Vol. 25, No. 6, March 2004
• www.WiMAXforum.com
• www.ieeeexplore.com
• www.acm.com
• www.mathworks.com.
• www.google.com
• www.edaboard.com
• www.altera.com
• www.drdobbs.com
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Figure 1, Figure 2, Table 1, Table 2, Table 3, Table 4, Table 5
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