IEEE 802.16技術(shù)簡介.doc

.IEEE 802.16技術(shù)簡介2004-08-15作者：黨梅梅IEEE 802在無線領(lǐng)域針對不同的市場需求和應(yīng)用模式制訂了不同的標準，如應(yīng)用于PAN的IEEE 802.15標準、應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的IEEE 802.11標準。IEEE 802.16則是為制訂無線城域網(wǎng)（Wireless MAN）標準成立的工作組，該工作組自1999年成立后，主要負責固定無線接入的空中接口標準，涉及MMDS、LMDS等技術(shù)，并沒有引起很大的關(guān)注。但是自從支持移動特性的802.16e任務(wù)組成立以及很多主流設(shè)備制造商加盟WiMAX后，IEEE 802.16e吸引了越來越多的目光。本文主要介紹IEEE 802.16的標準化進展，WiMAX與802.16的關(guān)系，并對802.16的技術(shù)特性進行了分析。1 IEEE 802.16工作進展IEEE 802.16的主要任務(wù)是，開發(fā)工作于266GHz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，同時還有與空中接口協(xié)議相關(guān)的一致性測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)。根據(jù)是否支持移動特性，IEEE 802.16標準可以分為固定寬帶無線接入空中接口標準和移動寬帶無線接入空中接口標準，其中802.16、802.16a、802.16d屬于固定無線接入空中接口標準，而802.16e屬于移動寬帶無線接入空中標準，相應(yīng)的研究狀態(tài)如表1。 表 1 IEEE 802.16空中接口相關(guān)標準空中接口標準 頻段狀態(tài)IEEE 802.16 固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標準（1066GHz）2002.04發(fā)布IEEE 802.16a 固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口標準（211GHz）2003.04發(fā)布IEEE 802.16c 固定寬帶無線接入系統(tǒng)的兼容性（1066GHz）2002發(fā)布IEEE 802.16d 固定寬帶無線接入空中接口標準（266GHz）（對802.16/802.16a/802.16c的修訂）2004年6月在IEEE 802委員會獲得通過，將以IEEE 802.16-2004名稱發(fā)布。IEEE 802.16e 支持固定和移動性的寬帶無線接入空中接口標準（26GHz）草案，預(yù)計2005年上半年完成。由于802.16d基本上是對802.16、802.16a和802.16c的修訂，因此可以認為目前802.16包括兩個主流空中接口標準：802.16d和802.16e，分別為固定和移動設(shè)計。 2 WiMAX聯(lián)盟的推進2001年4月，由業(yè)界領(lǐng)先的通信設(shè)備公司及器件公司共同成立了一個非盈利組織微波接入全球互操作性認證聯(lián)盟WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）。該聯(lián)盟旨在對基于IEEE 802.16標準和ETSI HiperMAN標準的寬帶無線接入產(chǎn)品進行一致性和互操作性認證。通過WiMAX認證的產(chǎn)品會擁有“WiMAX CERTIFIED”標識。WiMAX的目標是致力于幫助并解決那些阻礙標準被使用的問題，比如不同廠商的產(chǎn)品之間的互操作性和產(chǎn)品成本問題。WiMAX將制定一套互操作性的測試規(guī)范，用這套規(guī)范對相關(guān)廠家的產(chǎn)品進行測試和認證，并對那些通過認證的產(chǎn)品發(fā)放WiMAX認證標志，從而鼓勵所有的無線寬帶接入相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廠商遵循一個統(tǒng)一的規(guī)范，使各個產(chǎn)品之間具有良好的互操作性，并希望借此推動無線寬帶接入產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。WiMAX將使用與Wi-Fi聯(lián)盟推動無線局域網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的相同方法，定義和進行互操作性測試。Wi-Fi模式已經(jīng)影響了整個通信產(chǎn)業(yè)。IEEE 802.11無線局域網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用與Wi-Fi聯(lián)盟的作用是分不開的。因此，WiMAX希望通過它的努力，加快符合IEEE 802.16技術(shù)標準的寬帶無線接入設(shè)備的上市速度，從而加速全球最后一英里寬帶的部署。3 空中接口特性在IEEE 802.16活動中，主要的工作都圍繞空中接口展開。802.16d是固定無線接入的標準，可以應(yīng)用于211GHz 非視距（NLOS）傳輸和1066GHz視距（LOS）傳輸。802.16d標準已經(jīng)通過并將正式頒布。802.16e的目標是能夠向下兼容802.16d，因此802.16e的標準化工作基本上是在802.16d的基礎(chǔ)上進行的。在802.16d固定無線接入標準研制的基礎(chǔ)上，為了支持移動特性，802.16e目前正在加入新的特性。在802.16e的標準中，定義的參考模型如圖 1所示：802.16e網(wǎng)絡(luò)由移動用戶臺（MSS）、基站（BS）、認證和業(yè)務(wù)授權(quán)服務(wù)器（ASA）組成，其中ASA服務(wù)器實際上就是人們常說的AAA服務(wù)器，提供認證、授權(quán)和計費等功能。雖然在802.16e草案中定義了U、IB和A接口，但是目前仍然只對U接口進行規(guī)范。802.16認為IB和A接口屬于其它標準組織的工作范疇，因此并不計劃開發(fā)IB和A接口的規(guī)范。 協(xié)議棧模型802.16d和802.16e規(guī)范的協(xié)議棧模型如圖2所示?？罩薪涌谟晌锢韺雍蚆AC層組成，MAC層又分成了三個子層：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）。802.16d物理層802.16可支持TDD（時分雙工）和FDD（頻分雙工）兩種無線雙工方式，根據(jù)使用頻段的不同，分別有不同的物理層技術(shù)與之相對應(yīng)：單載波（SC）、OFDM（256點）、OFDMA（2048點）。其中，1066GHz固定無線接入系統(tǒng)主要采用單載波調(diào)制技術(shù)，而對于211GHz頻段的系統(tǒng)，將主要采用OFDM和OFDMA技術(shù)。由于OFDM、OFDMA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，因此OFDM和OFDMA將成為802.16中兩種典型的物理層應(yīng)用方式。802.16未規(guī)定具體的載波帶寬，系統(tǒng)可以采用從1.25MHz20MHz之間的帶寬。對于1066GHz的固定無線接入系統(tǒng)，還可以采用28MHz載波帶寬，提供更高的接入速率。隨著802.16d標準化工作的完成，WiMAX已經(jīng)決定，首先對采用256點OFDM物理層方式、工作在2.5 GHz和3.5 GHz許可頻段、5.8 GHz免許可頻段的設(shè)備進行一致性和互操作性測試。802.16e物理層802.16e的物理層實現(xiàn)方式與802.16d是基本一致的，主要差別是對OFDMA進行了擴展。在802.16d中，僅規(guī)定了2048點OFDMA。而在802.16e中，可以支持2048點、1024點、512點和128點，以適應(yīng)不同地理區(qū)域從20MHz到1.25MHz的信道帶寬差異。當802.16e物理層采用256點OFDM或2048點OFDMA時，802.16e后向兼容802.16d（物理層），但是當物理層采用1024、512或128點OFDMA方式時，802.16e無法后向兼容802.16d。隨著技術(shù)、標準、市場的發(fā)展，WiMAX將會按照802.16e定制Profile，對802.16e產(chǎn)品進行一致性測試。MAC層特性802.16 MAC層是基于“連接”的，即所有終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及與此相關(guān)的QoS要求，都是基于“連接”進行的。每一個“連接”均由一個標識符(CID) 來唯一進行標識。在802.16標準中，MAC層定義了較為完整的QOS機制。MAC層針對每個連接可以分別設(shè)置不同的Qos參數(shù)，包括速率、延時等指標。為了更好地控制上行數(shù)據(jù)的帶寬分配，標準還定義了四種不同的上行帶寬調(diào)度模式，分別為：非請求的帶寬分配業(yè)務(wù)（UGS）：用于恒定比特率連接。實時輪詢業(yè)務(wù)（rtPS）：周期性地為終端分配可變長度的上行帶寬。非實時輪詢業(yè)務(wù)（nrtPS）：不定期地為終端分配可變長度的上行帶寬。盡力而為業(yè)務(wù)（BE）：盡可能地利用空中資源傳送數(shù)據(jù)，但是不會對高優(yōu)先級的連接造成影響。802.16可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要提供實時、非實時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VoIP業(yè)務(wù)。802.16系統(tǒng)的Qos機制可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實際需要來動態(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)。4 結(jié)束語802.16e正處于標準研究和發(fā)展期，標準化工作正在進行。為了支持車速移動，該標準還有很多內(nèi)容待補充。802.16e預(yù)計將在2005年上半年完成。目前的802.16e標準僅涉及空中接口標準，確定的網(wǎng)絡(luò)模型也僅達到3G系統(tǒng)中定義的無線接入網(wǎng)（RAN）層面。從電信網(wǎng)的角度出發(fā)，僅僅有空中接口規(guī)范對于一個網(wǎng)絡(luò)是不夠的。統(tǒng)一的空中接口標準僅僅能保證基站和用戶站的互通，但是無法保證基站到網(wǎng)絡(luò)側(cè)的互通。因此，從標準化的角度看，802.16e空中接口和網(wǎng)絡(luò)標準還有待完善。目前在CCSA無線技術(shù)工作委員會的WG3工作組內(nèi)已經(jīng)展開了對802.16的標準化研究工作。近年來