IEEE 802.16無線接入技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

黨梅梅


　　隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，因特網(wǎng)的出現(xiàn)則更加加快了兩種技術(shù)的融合。全球通信產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出移動(dòng)化、寬帶化、IP化的趨勢(shì)。IEEE 802.16e的出現(xiàn)正好迎合了這樣的發(fā)展趨勢(shì)，兼具了移動(dòng)、寬帶和IP化的特點(diǎn)，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ臒o線接入技術(shù)。



　　1 IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)的比較

　　

　　IEEE 802主要制定電子工程和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，又稱為L(zhǎng)MSC（LAN /MAN Standards Committee，局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）。IEEE 802下設(shè)工作組、研究組，分別就不同的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研究，主要開發(fā)局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的物理層（PHY）和媒質(zhì)接入控制層（MAC）規(guī)范。

　　

　　IEEE 802在局域網(wǎng)領(lǐng)域推出的最成功的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802.3，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被ISO采納，形成了ISO 8802-3標(biāo)準(zhǔn)，是局域網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的協(xié)議。在無線領(lǐng)域，IEEE 802目前主要有四個(gè)工作組在進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究工作，分別是802.15（無線個(gè)域網(wǎng)）、802.11（無線局域網(wǎng)）、802.16（無線城域網(wǎng)）、802.20（無線廣域網(wǎng)），這四種技術(shù)以覆蓋范圍的大小進(jìn)行區(qū)分，覆蓋范圍由小到大。

　　

　　802.15主要用于短距離設(shè)備之間的通信，一般在10m以內(nèi)，目前802.15中的兩種主要技術(shù)包括：藍(lán)牙和超寬帶（UWB）。便攜和移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，如筆記本電腦、PDA、計(jì)算機(jī)外設(shè)、移動(dòng)電話、尋呼機(jī)和家用電子產(chǎn)品等通過802.15技術(shù)形成無線網(wǎng)絡(luò)。

　　

　　每種技術(shù)都有其應(yīng)用的場(chǎng)合。802.11 WLAN最大的特點(diǎn)是便攜性，主要解決用戶“最后100m”的通信需求，定位于熱點(diǎn)地區(qū)的高速游牧數(shù)據(jù)接入，不支持高速移動(dòng)性，主流應(yīng)用是商務(wù)用戶在酒店、機(jī)場(chǎng)等熱點(diǎn)使用便攜電腦上網(wǎng)瀏覽或訪問企業(yè)的服務(wù)器。802.16d定位于為企業(yè)用戶提供無線傳輸?shù)氖侄巍?02.16e在移動(dòng)性和覆蓋范圍上比802.11獲得了增強(qiáng)，可以提供更廣范圍的高速數(shù)據(jù)接入，主要解決“最后1km”的通信需求。802.20定位于提供一個(gè)基于IP的全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，提供高速移動(dòng)數(shù)據(jù)接入，業(yè)務(wù)定位與使用范圍與B3G系統(tǒng)相似。由于這幾種技術(shù)的定位不同，它們?cè)诤芏喾矫娲嬖诓町�，如采用的具體物理層、MAC層技術(shù)不同、覆蓋范圍不同、帶寬不同、支持的業(yè)務(wù)以及市場(chǎng)應(yīng)用不同等等。具體區(qū)別如表1所示。







　　2 IEEE 802.16的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　

　　IEEE 802.16的主要任務(wù)是開發(fā)工作于2～66GHz頻帶的無線接入系統(tǒng)空中接口物理層（PHY）和媒質(zhì)接入控制層（MAC）規(guī)范，同時(shí)還有與空中接口協(xié)議相關(guān)的一致性測(cè)試以及不同無線接入系統(tǒng)之間的共存規(guī)范。IEEE 802.16規(guī)定的無線系統(tǒng)主要應(yīng)用于城域網(wǎng)。

　　

　　2.1 標(biāo)準(zhǔn)化

　　

　　根據(jù)是否支持移動(dòng)特性，IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)可以分為固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)和移動(dòng)寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其中802.16、802.16a、802.16d屬于固定無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，而802.16e屬于移動(dòng)寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)。

　　

　　802.16d是2～66GHz固定寬帶無線接入系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)802.16、802.16a和802.16c的修訂，已經(jīng)于2004年6月在IEEE 802委員會(huì)獲得通過，將以IEEE 802.16-2004名稱發(fā)布。802.16d可以應(yīng)用于2～11 GHz 非視距（NLOS）傳輸和10～66 GHz視距（LOS）傳輸。

　　

　　802.16e是2～6GHz支持移動(dòng)性的寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)。802.16e的目標(biāo)是能夠向下兼容802.16d，因此802.16e的標(biāo)準(zhǔn)化工作基本上是在802.16d的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在802.16d固定無線接入標(biāo)準(zhǔn)研制的基礎(chǔ)上，為了支持移動(dòng)特性，802.16e目前正在加入新的特性。該標(biāo)準(zhǔn)目前還是草案，預(yù)計(jì)2005年上半年完成。

　　

　　2.2 協(xié)議棧模型

　　

　　在IEEE 802.16活動(dòng)中，主要的工作都圍繞空中接口展開。802.16d和802.16e都是空中接口規(guī)范，其協(xié)議棧模型如下圖所示�？罩薪涌谟晌锢韺雍蚆AC層組成，MAC層又分成了三個(gè)子層：特定服務(wù)匯聚子層（Service Specific Convergence Sublayer）、公共部分子層（Common Part Sublayer）、安全子層（Privacy Sublayer）。





　　

　　2.3 核心技術(shù)

　　

　　802.16d根據(jù)使用頻段的不同，定義了三種不同的物理層技術(shù)：?jiǎn)屋d波（SC）、OFDM（256點(diǎn)）、OFDMA（2048點(diǎn)）。其中，10～66GHz固定無線接入系統(tǒng)主要采用單載波調(diào)制技術(shù)，而對(duì)于2～11GHz頻段的系統(tǒng)，將主要采用OFDM和OFDMA技術(shù)。

　　

　　802.16e的物理層實(shí)現(xiàn)方式與802.16d是基本一致的，主要差別是對(duì)OFDMA進(jìn)行了擴(kuò)展。在802.16d中，僅規(guī)定了2048點(diǎn)OFDMA。而在802.16e中，可以支持2048點(diǎn)、1024點(diǎn)、512點(diǎn)和128點(diǎn)，以適應(yīng)不同地理區(qū)域從20MHz到1.25MHz的信道帶寬差異。

　　

　　OFDM（正交頻分復(fù)用）是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)在ADSL和WLAN中獲得了應(yīng)用。目前人們正在集中精力研究OFDM在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。OFDM具有較高的頻譜利用率，且在抵抗多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　

　　OFDMA（正交頻分多址）是利用OFDM的概念實(shí)現(xiàn)上行多址接入。每個(gè)用戶占用不同的子載波，通過子載波將用戶分開。OFDMA允許單個(gè)用戶僅在部分子載波發(fā)送，降低了對(duì)發(fā)送功率的要求。

　　

　　OFDM和OFDMA是802.16中的核心物理層技術(shù)，也是目前B3G研究的核心技術(shù)之一。

　　

　　2.4 802.16e的系統(tǒng)目標(biāo)

　　

　　802.16d是不支持移動(dòng)性的，而802.16e目前定位的目標(biāo)速率為車速。雖然沒有明確的定義，但是按照目前的設(shè)定，一般認(rèn)為可以支持120km/h的移動(dòng)速率。當(dāng)移動(dòng)速度較高時(shí)，會(huì)由于多譜勒頻移造成系統(tǒng)性能的下降。802.16e的目標(biāo)帶寬可以高達(dá)70Mb/s。當(dāng)采用20MHz載波帶寬、64QAM調(diào)制方式時(shí)，可以達(dá)到這樣的帶寬，但是此時(shí)的覆蓋距離要比采用QPSK調(diào)制方式的距離要近很多。對(duì)于802.16系統(tǒng)，必然需要在移動(dòng)速率、帶寬、覆蓋之間取得折衷。3G技術(shù)強(qiáng)調(diào)地域上的全覆蓋和高速的移動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)“無所不在”的服務(wù)，而802.16則犧牲了全覆蓋，僅保證在一定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，換取了數(shù)據(jù)傳輸能力的提高。

　　

　　2.5 MAC層特性

　　

　　802.16 MAC層是基于“連接”的，每一個(gè)“連接”均由一個(gè)標(biāo)識(shí)符(CID) 來唯一進(jìn)行標(biāo)識(shí)。在802.16標(biāo)準(zhǔn)中，MAC層定義了較為完整的QoS機(jī)制。MAC層針對(duì)每個(gè)連接可以分別設(shè)置不同的QoS參數(shù)，包括速率、延時(shí)等指標(biāo)。為了更好地控制上行數(shù)據(jù)的帶寬分配，標(biāo)準(zhǔn)還定義了四種不同的業(yè)務(wù)，分別為：非請(qǐng)求的帶寬分配業(yè)務(wù)（UGS）、實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)（rtPS）、非實(shí)時(shí)輪詢業(yè)務(wù)（nrtPS）、盡力而為業(yè)務(wù)（BE）。802.16可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要提供實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)的不同速率要求的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。802.16目前主要面向提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也可以提供話音業(yè)務(wù)。802.16系統(tǒng)的QoS機(jī)制可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來動(dòng)態(tài)分配帶寬，具有較大的靈活性。因此從以上的分析可以看出，802.16可以在無線接入網(wǎng)部分為不同業(yè)務(wù)提供不同質(zhì)量的服務(wù)。



　　3 無線工作特性

　　

　　802.16d和802.16e采用了非常靈活的無線工作機(jī)制，對(duì)雙工方式、工作頻段、載波帶寬等都未進(jìn)行強(qiáng)制規(guī)定，可以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　

　�。�1）頻段

　　

　　802.16d可以工作在2～11 GHz頻段，而802.16e為了確保移動(dòng)性，希望能工作在2～6 GHz頻段。WiMAX正在各個(gè)國(guó)家尋求較低的頻段。根據(jù)各個(gè)國(guó)家頻率規(guī)劃的不同，目前WiMAX已經(jīng)選定了首先對(duì)工作于2.5 GHz許可頻段、3.5 GHz許可頻段、5.8 GHz免許可頻段這三個(gè)頻段的802.16d設(shè)備進(jìn)行一致性和互操作性測(cè)試。

　　

　�。�2）雙工方式

　　

　　802.16系統(tǒng)可以工作在頻分雙工（FDD）或時(shí)分雙工（TDD）方式。FDD需要成對(duì)的頻率，TDD則不需要，而且可以靈活地實(shí)現(xiàn)上下行帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整。在802.16中，還規(guī)定了終端可以采用半雙工頻分雙工（H-FDD）方式，降低了對(duì)終端收發(fā)器的要求，從而降低了終端成本。

　　

　�。�3）載波帶寬

　　

　　802.16并未規(guī)定具體的載波帶寬，系統(tǒng)可以采用從1.25 MHz～20 MHz之間的帶寬�？紤]各個(gè)國(guó)家已有固定無線接入系統(tǒng)的載波帶寬劃分，802.16規(guī)定了幾個(gè)系列：1.25 MHz的倍數(shù)、1.75 MHz的倍數(shù)。1.25 MHz系列包括：1.25/2.5/5/10/20 MHz等。1.75 MHz系列包括：1.75/3.5/7/14 MHz等。對(duì)于10～66 GHz的固定無線接入系統(tǒng)，還可以采用28 MHz載波帶寬，提供更高的接入速率。

　　

　�。�4）調(diào)制方式

　　

　　802.16標(biāo)準(zhǔn)中主要規(guī)定了兩種調(diào)制方式: 單載波和OFDM。

　　

　　對(duì)于10～66 GHz頻段的無線接入系統(tǒng)，由于工作波長(zhǎng)較短，必須要求視距傳輸，而多徑衰落是可以忽略的，因此802.16規(guī)定在該頻段采用單載波調(diào)制方式，具體可以采用QPSK和16QAM，可選支持64QAM。

　　

　　對(duì)于2～11 GHz頻段，必須考慮多徑衰落，視距傳輸則不是必須的。OFDM在頻域劃分子信道的方式使其在抵抗多徑衰落上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，在2～11 GHz頻段，優(yōu)選OFDM調(diào)制方式，此時(shí)每個(gè)子載波的調(diào)制方式可以選用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM。

　　

　　從上面的分析可以看出，IEEE 802.16由于目前還缺乏全球統(tǒng)一的頻率，因此很多參數(shù)都是不定的。若802.16e最終支持大范圍的移動(dòng)性，必須尋找足夠的可用頻譜。因此從未來的發(fā)展看，倘若沒有足夠的全球統(tǒng)一頻率，勢(shì)必成為阻礙802.16e大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。



　　4 WiMAX與IEEE 802.16的關(guān)系

　　

　　WiMAX是由業(yè)界領(lǐng)先的通信設(shè)備公司及器件公司共同成立的非盈利組織，該聯(lián)盟旨在對(duì)基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和ETSI HiperMAN標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認(rèn)證。

　　

　　在推進(jìn)IEEE 802.11無線局域網(wǎng)的應(yīng)用方面，Wi-Fi聯(lián)盟的作用是不可低估的。Wi-Fi聯(lián)盟的兼容性測(cè)試，確保了WLAN產(chǎn)品的互通，降低了芯片和設(shè)備的成本，也使得市面上基本所有的WLAN產(chǎn)品都貼上了Wi-Fi的標(biāo)志，確保了WLAN產(chǎn)品的兼容性。這種成功的運(yùn)作模式影響了整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)，也促使了很多類似的聯(lián)盟的出現(xiàn)。

　　

　　WiMAX將使用與Wi-Fi聯(lián)盟推動(dòng)無線局域網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的相同方法，定義和進(jìn)行互操作性測(cè)試, 加快符合IEEE 802.16技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入設(shè)備的上市速度。WiMAX與IEEE 802.16之間有著非常緊密的聯(lián)系與合作，同時(shí)又有著分工的不同，后者是標(biāo)準(zhǔn)的制定者，而前者是標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)者，同時(shí)WiMAX還為IEEE 802.16的一致性標(biāo)準(zhǔn)作出了重要的貢獻(xiàn)。目前業(yè)界談?wù)摰腤iMAX技術(shù)實(shí)際上就是IEEE 802.16技術(shù)，涵蓋了802.16d和802.16e。



　　5 結(jié)束語

　　

　　近年來，我國(guó)寬帶用戶增長(zhǎng)迅猛，用戶已經(jīng)突破1400萬，其中主要以ADSL接入用戶為主，這反映出用戶對(duì)寬帶數(shù)據(jù)需求迫切。目前無線寬帶接入的發(fā)展還很不理想，雖然GPRS和CDMA 1x都可以提供移動(dòng)上網(wǎng)，但是由于各種因素，發(fā)展還很緩慢�？梢钥隙ǖ氖�，無線寬帶和移動(dòng)寬帶的發(fā)展將呈逐步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。作為一種重要的無線接入手段，802.16將會(huì)在未來的通信格局中占據(jù)一席之地。


　　
摘自　泰爾網(wǎng)