下一代的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)

陳潔



　　一、引言



　　近年來(lái)，隨著用戶(hù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的迅猛發(fā)展，以ADSL為代表的有線(xiàn)寬帶接入技術(shù)發(fā)展非常迅速，在寬帶接入網(wǎng)市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)性的地位。但在缺乏有效的有線(xiàn)接入手段的地域內(nèi)，無(wú)需光纖或雙絞線(xiàn)等線(xiàn)纜資源的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)得到了運(yùn)營(yíng)商的青睞，通過(guò)架設(shè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)同樣可以便捷地接入到寬帶網(wǎng)絡(luò)。



　　目前，在城域網(wǎng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)包括3.5GHz固定無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)、5.8GHz固定無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)和26GHz本地多點(diǎn)分配系統(tǒng)(LMDS)等，它們一般均采用點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)各自所用頻段的無(wú)線(xiàn)信道性能可提供不同的無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍，并主要為商業(yè)用戶(hù)和集團(tuán)用戶(hù)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的接入服務(wù)。由于以上三種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)均屬于固定無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，其用戶(hù)站在工作時(shí)不能移動(dòng)，因此無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。此外，目前市場(chǎng)上這三種技術(shù)的產(chǎn)品的空中接口均屬于私有接口，標(biāo)準(zhǔn)化程度很低，不同廠商的產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)互通，這限制了無(wú)線(xiàn)接入產(chǎn)品的大規(guī)模商業(yè)化。為了滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)具有移動(dòng)性的高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，下一代的寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有高帶寬、多業(yè)務(wù)和可移動(dòng)的特點(diǎn)，IEEE802.16技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。



　　二、IEEE802. 16技術(shù)的提出



　　IEEE針對(duì)特定市場(chǎng)需求和應(yīng)用模式提出了一系列不同層次的互補(bǔ)性無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，其中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)系列包括應(yīng)用于家庭互聯(lián)的IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)。而IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的提出，彌補(bǔ)了IEEE在無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)標(biāo)上的空白。正因?yàn)?02.16標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于城域網(wǎng)，因此符合該標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)被視為可與DSL競(jìng)爭(zhēng)的最后一公里寬帶接入解決方案。



　　IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)又稱(chēng)為EEE Wireless MAN標(biāo)準(zhǔn)，到目前為止，該系列標(biāo)準(zhǔn)包括802.16，802.16a，802.16d和802.16e四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)依序?yàn)榍耙粋�(gè)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展和改進(jìn)。2001年12月頒布的802.16標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)10～66GHz頻段進(jìn)行了規(guī)范，由于其使用的頻段較高，因此僅能應(yīng)用于可視距(Line of Sight，LOS)范圍內(nèi)。2003年1月頒布的802.16a標(biāo)準(zhǔn)對(duì)之前頒布的802.16標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了擴(kuò)展，對(duì)2～11GHz頻段進(jìn)行了規(guī)范，該頻段具有非可視距(NLOS)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，使得該標(biāo)準(zhǔn)與802.16標(biāo)準(zhǔn)相比更具有市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值，真正成為適合應(yīng)用于城域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)接入手段。802.16d標(biāo)準(zhǔn)是802.16標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)修訂版本，計(jì)劃在2004年下半年正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)前幾個(gè)802.16標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整合和修訂，對(duì)空中接口的物理層和MAC層(媒質(zhì)接入控制子層)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。同時(shí)，為了能夠后向平滑過(guò)渡到支持用戶(hù)站以車(chē)輛速度移動(dòng)的802.16e標(biāo)準(zhǔn)，802.16d增加了部分功能以支持用戶(hù)的移動(dòng)性。802.16e標(biāo)準(zhǔn)是802.16標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)版本，目前也尚未得到正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可同時(shí)支持固定和移動(dòng)無(wú)線(xiàn)用戶(hù)接入的系統(tǒng)，工作在2～6GHz之間適宜于移動(dòng)性的許可頻段，可支持用戶(hù)站以車(chē)輛速度移動(dòng)同時(shí)并不影響其固定無(wú)線(xiàn)接入能力。制定802.16e標(biāo)準(zhǔn)的目的是希望能夠提出一種既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)又使用戶(hù)具有移動(dòng)性的寬帶無(wú)線(xiàn)接入解決方案，該技術(shù)被業(yè)界視為目前惟一能對(duì)3G(第三代移動(dòng)通信)構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)的下一代寬帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)。



　　三、IEEE802.16的技術(shù)特點(diǎn)



　　在IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)系列中，802.16d是相對(duì)比較成熟并且最具有實(shí)用性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本，是一個(gè)主要為固定無(wú)接入系統(tǒng)服務(wù)的空中接口規(guī)范。它根據(jù)使用頻段的不同定了多種類(lèi)型的物理層，同時(shí)其規(guī)定的MAC層具有可支持多種業(yè)務(wù)類(lèi)型并能保證QoS的特性。802.16技術(shù)的協(xié)議分結(jié)構(gòu)如圖1所示。802.16可支持TDD(時(shí)分雙工)和FDD(頻分雙工)兩種無(wú)線(xiàn)雙工方式，根據(jù)使用頻段的不同，分別有多種物理層與之相對(duì)應(yīng)(見(jiàn)表1)。802.16的MAC層由特定服務(wù)匯聚子層(Service Specific Convergence Sublayer、公共部分子層(Common Part Sublayer)、保密子層(Privacy Sublayer)三個(gè)子層組成，它們分別完成業(yè)務(wù)映射與資源分配、鏈路建立和維護(hù)以及認(rèn)證與加密功能。特定服務(wù)匯聚子層的存在，保證了802.16系統(tǒng)對(duì)IP、實(shí)時(shí)語(yǔ)音、ATM等不同類(lèi)型業(yè)務(wù)QoS的支持能力。


表1　802.16空中接口物理層分類(lèi)

物理層類(lèi)型	使用頻段	基本特點(diǎn)
WirelessMAN-SC	10～66GHz許可頻段	采用單載波調(diào)制方式，視距傳輸，典型信道帶寬為25MHz或28MHz，上行采用TDMA方式
WirelessMAN-Sca	2～11GHz許可頻段	采用單載波調(diào)制方式，非視距傳輸， 允許信道帶寬不超過(guò)l.25MHz，上行采用TDMA方式，可選支持自適應(yīng)天線(xiàn)系統(tǒng)(AAS)和空時(shí)編碼(STC)等
WirelessMAN-OFDM	2～11GHz許可頻段	采用256個(gè)子載波的OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制方式，非視距傳輸，可選支持AAS、網(wǎng)格模式(Mesh)和STC等
WirelessMAN-OFDMA	2～11GHz許可頻段	采用2048個(gè)子載波的OFDM調(diào)制方式，非視距傳輸，允許信道帶寬不超過(guò)1.25MHz，可選支持AAS和STC等
WirelessHUMAN	2～11GHz免許可頻段	可選支持AAS，Mesh和STC等

　　在物理層和MAC層協(xié)議的支持下，802.16系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的無(wú)線(xiàn)傳輸性能，即最高傳輸速率可達(dá)70Mbit/s，最大覆蓋范圍可達(dá)50km，并具有很強(qiáng)的多業(yè)務(wù)支持能力。由于所采用的OFDM調(diào)制方式自身的技術(shù)特點(diǎn)，允許子載波間頻譜混疊，使得系統(tǒng)的頻譜利用率大大提高。此外，采用動(dòng)態(tài)頻率選擇來(lái)降低干擾，采用自適應(yīng)天線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)提高覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量，采用空時(shí)編碼方式通過(guò)空間分極在衰落環(huán)境下提高系統(tǒng)性能，這些技術(shù)保證了802.16系統(tǒng)在各種信道環(huán)境下均均具有良好的無(wú)線(xiàn)性能。綜合來(lái)說(shuō)，802.16技術(shù)具有以下幾個(gè)主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：



　　(1)　高帶寬，覆蓋范圍廣；



　　(2)頻譜利用率高；



　　(3)業(yè)務(wù)類(lèi)型多樣化，并能保障QoS；



　　(4)空中接口標(biāo)準(zhǔn)化程度高，易得到芯片廠商的支持，有利于產(chǎn)業(yè)化，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)；



　　(5)可從固定無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)平滑過(guò)渡到移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方面極具優(yōu)勢(shì)。



　　因此，802.16技術(shù)被視為目前最有發(fā)展前景的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)發(fā)展中重要的組成部分。但是為了與有線(xiàn)接入技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)必須在衰落信道提供與有線(xiàn)服務(wù)質(zhì)量相當(dāng)?shù)母咚俾薀o(wú)線(xiàn)接入服務(wù)，并最終為用戶(hù)提供端到端的連接。從目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，有很多技術(shù)問(wèn)題仍然需要進(jìn)一步研究，這包括提高系統(tǒng)的頻譜利用率(如利用STC+OFDM技術(shù)或超寬帶調(diào)制技術(shù)等)，降低小區(qū)間的干擾；提高系統(tǒng)容量(如采用動(dòng)態(tài)頻率選擇和自適應(yīng)天線(xiàn)技術(shù)等)；改進(jìn)MAC層，研究在寬帶無(wú)線(xiàn)傳輸條件下資源管理機(jī)制等；增強(qiáng)安全性能，解決目前協(xié)議中的安全漏洞問(wèn)題。



　　四、802.16技術(shù)的應(yīng)用前景



　　802.16技術(shù)作為下一代理想的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求應(yīng)用在不同的場(chǎng)合。



　　(1)在缺乏線(xiàn)纜資源的城市中，在業(yè)務(wù)量集中、用戶(hù)群集中的地區(qū)，運(yùn)營(yíng)商尤其是新興運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)802.16技術(shù)為企業(yè)用戶(hù)和集團(tuán)用戶(hù)提供高帶寬的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音接入服務(wù)，解決長(zhǎng)期以來(lái)受制于線(xiàn)纜資源而無(wú)法發(fā)展新用戶(hù)的困擾。



　　(2)在臨時(shí)的展會(huì)和會(huì)議場(chǎng)所，802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)可為臨時(shí)活動(dòng)提供即時(shí)可配置的“按需”高速連接，并能在極短時(shí)間內(nèi)根據(jù)用戶(hù)需求改變服務(wù)等級(jí)，活動(dòng)結(jié)束后還可迅速改變無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。服務(wù)提供商利用802.16技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以較短時(shí)間、低廉的成本提供可媲美有線(xiàn)解決方案速度的服務(wù)。



　　(3)在農(nóng)村和人口密度較低的偏遠(yuǎn)地區(qū)，802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)是服務(wù)提供商向用戶(hù)提供Internet接入服務(wù)和語(yǔ)音服務(wù)的最佳選擇。相對(duì)于需要花費(fèi)大量人力物力鋪設(shè)有線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的有線(xiàn)解決方案，802.16網(wǎng)絡(luò)初始投資更少，網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)開(kāi)展更為迅速。



　　(4)802.16無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)與802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)室外遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)連接與室內(nèi)游牧式高速數(shù)據(jù)連接的結(jié)合，將無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)從局域網(wǎng)擴(kuò)展到城域網(wǎng)。



　　(5)802.16e技術(shù)對(duì)移動(dòng)性的支持，使得用戶(hù)可以獲得漫游和切換服務(wù)，在非歸屬地也能靈活地接入到當(dāng)?shù)氐膶拵ЬW(wǎng)絡(luò)。這種應(yīng)用是802.16技術(shù)對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的最大競(jìng)爭(zhēng)方式，它可提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬是3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的幾倍甚至十幾倍。



　　(6)802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)作為下一代寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)，受到了芯片廠商的高度重視，Intel公司已經(jīng)計(jì)劃在2004年下半年大規(guī)模推出符合802.16標(biāo)準(zhǔn)的集成芯片，這為該技術(shù)形成良好的產(chǎn)業(yè)鏈打下了穩(wěn)定的關(guān)鍵一環(huán)。在標(biāo)準(zhǔn)化和市場(chǎng)化工作取得很大進(jìn)展的同時(shí)，802.16技術(shù)想要在未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中取得類(lèi)似蜂窩移動(dòng)通信的巨大成功，還有很多工作要做，有漫長(zhǎng)的路要走。



　　(7)繼續(xù)完善802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前，已有的無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，價(jià)格相對(duì)較為昂貴，技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化可以極大降低設(shè)備成本，建立良好的產(chǎn)業(yè)鏈。但目前在802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中，仍有一些技術(shù)細(xì)節(jié)尚未得到解決，這在一定程度上滯后了該技術(shù)的發(fā)展。



　　(8)頻譜分配策略和頻譜兼容問(wèn)題。802.16技術(shù)主要工作在2～11GHz的許可頻段，在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)需要獲得政府部門(mén)的頻率許可。政府無(wú)線(xiàn)管理部門(mén)所采取的頻譜分配策略對(duì)802.16技術(shù)的發(fā)展有著決定性的作用。



　　(9)802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)與其它技術(shù)相結(jié)合，為用戶(hù)提供更加方便靈活的服務(wù)。眾所周知，沒(méi)有一種寬帶接入技術(shù)能夠惟一占據(jù)市場(chǎng)，每一種技術(shù)均有其各自最適合的應(yīng)用場(chǎng)合。在同一區(qū)域，多種寬帶接入技術(shù)將會(huì)共存，應(yīng)當(dāng)努力做到多種技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，通過(guò)集成這些技術(shù)，為用戶(hù)無(wú)縫、透明的提供高度靈活的服務(wù)。



　　(10)互操作性問(wèn)題。解決不同廠商設(shè)備之間的兼容性和互操作性問(wèn)題，是推動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署的巨大動(dòng)力，802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)也不例外。WiMAX(全球微波接入互操作性論壇)正致力于解決在寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)互操作性，推廣IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備在運(yùn)營(yíng)商的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)中的應(yīng)用。



　　(11)進(jìn)一步降低設(shè)備價(jià)格，用戶(hù)設(shè)備更加易于安裝、使用和維護(hù)。價(jià)格是決定寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)能否取得成功的關(guān)鍵因素之一。同時(shí)，對(duì)于IEEE802.16這樣的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，用戶(hù)設(shè)備能否易于安裝和使用也是其能夠大規(guī)模應(yīng)用的重要影響因素。



　　(12)向移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的平滑過(guò)渡。802.16固定無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)與現(xiàn)有的其他固定無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)在應(yīng)用場(chǎng)合上有很大的相似性，雖然標(biāo)準(zhǔn)化的空中接口、更高的傳輸速率等級(jí)和更遠(yuǎn)的覆蓋范圍使其據(jù)有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是真正能夠吸引運(yùn)營(yíng)商特別是固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的是802.16技術(shù)能夠從固定無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)平滑過(guò)渡到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。因此，積極研究802.16e技術(shù)，開(kāi)發(fā)其對(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)的支持能力，是802.16技術(shù)是否能最終獲得成功的關(guān)鍵。



　　五、結(jié)束語(yǔ)



　　在人們對(duì)下一代通信網(wǎng)絡(luò)懷有美好憧憬的今天，802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)儼然成為能夠?qū)崿F(xiàn)未來(lái)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展藍(lán)圖的重要手段之一。隨著IEEE標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)一步開(kāi)展，以及產(chǎn)業(yè)界對(duì)符合802.16標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)，相信802.16無(wú)線(xiàn)技術(shù)一定能夠解決目前仍然存在的技術(shù)和應(yīng)用問(wèn)題，構(gòu)建出理想的下一代寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)。


　　
摘自　泰爾網(wǎng)