2004-08-15 作者：黨梅梅
IEEE 802在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域針對不同的市場(chǎng)需求和應用模式制訂了不同的標準，如應用于PAN的IEEE 802.15標準、應用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的IEEE 802.11標準。IEEE 802.16則是為制訂無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)接入的空中接口標準，涉及MMDS、LMDS等技術(shù)，并沒(méi)有引起很大的關(guān)注。但是自從支持移動(dòng)特性的802.16e任務(wù)組成立以及很多主流設備制造商加盟WiMAX后，IEEE 802.16e吸引了越來(lái)越多的目光。
本文主要介紹IEEE 802.16的標準化進(jìn)展，WiMAX與802.16的關(guān)系，并對802.16的技術(shù)特性進(jìn)行了分析。
1 IEEE 802.16工作進(jìn)展
IEEE 802.16的主要任務(wù)是，開(kāi)發(fā)工作于2～66GHz頻帶的無(wú)線(xiàn)接入系統空中接口物理層（PHY）和媒質(zhì)接入控制層（MAC）規范，同時(shí)還有與空中接口協(xié)議相關(guān)的一致性測試以及不同無(wú)線(xiàn)接入系統之間的共存規范。
IEEE 802.16規定的無(wú)線(xiàn)系統主要應用于城域網(wǎng)。
根據是否支持移動(dòng)特性，IEEE 802.16標準可以分為固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準和移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準，其中802.16、802.16a、802.16d屬于固定無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準，而802.16e屬于移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中標準，相應的研究狀態(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(wú)線(xiàn)接入系統空中接口標準（10～66GHz） 2002.04發(fā)布
IEEE 802.16a 固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統空中接口標準（2～11GHz） 2003.04發(fā)布
IEEE 802.16c 固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統的兼容性（10～66GHz） 2002發(fā)布
IEEE 802.16d 固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準（2～66GHz）（對802.16/802.16a/802.16c的修訂） 2004年6月在IEEE 802委員會(huì )獲得通過(guò)，將以IEEE 802.16-2004名稱(chēng)發(fā)布。
IEEE 802.16e 支持固定和移動(dòng)性的寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準（2～6GHz） 草案，預計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(gè)主流空中接口標準：802.16d和802.16e，分別為固定和移動(dòng)設計。
2 WiMAX聯(lián)盟的推進(jìn)
2001年4月，由業(yè)界領(lǐng)先的通信設備公司及器件公司共同成立了一個(gè)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(wú)線(xiàn)接入產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認證。通過(guò)WiMAX認證的產(chǎn)品會(huì )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(wèn)題，比如不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品之間的互操作性和產(chǎn)品成本問(wèn)題。WiMAX將制定一套互操作性的測試規范，用這套規范對相關(guān)廠(chǎng)家的產(chǎn)品進(jìn)行測試和認證，并對那些通過(guò)認證的產(chǎn)品發(fā)放WiMAX認證標志，從而鼓勵所有的無(wú)線(xiàn)寬帶接入相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廠(chǎng)商遵循一個(gè)統一的規范，使各個(gè)產(chǎn)品之間具有良好的互操作性，并希望借此推動(dòng)無(wú)線(xiàn)寬帶接入產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
WiMAX將使用與Wi-Fi聯(lián)盟推動(dòng)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的相同方法，定義和進(jìn)行互操作性測試。Wi-Fi模式已經(jīng)影響了整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)。IEEE 802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的規模應用與Wi-Fi聯(lián)盟的作用是分不開(kāi)的。因此，WiMAX希望通過(guò)它的努力，加快符合IEEE 802.16技術(shù)標準的寬帶無(wú)線(xiàn)接入設備的上市速度，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(dòng)中，主要的工作都圍繞空中接口展開(kāi)。
802.16d是固定無(wú)線(xiàn)接入的標準，可以應用于2~11GHz 非視距（NLOS）傳輸和10～66GHz視距（LOS）傳輸。802.16d標準已經(jīng)通過(guò)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的基礎上進(jìn)行的。在802.16d固定無(wú)線(xiàn)接入標準研制的基礎上，為了支持移動(dòng)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(dòng)用戶(hù)臺（MSS）、基站（BS）、認證和業(yè)務(wù)授權服務(wù)器（ASA）組成，其中ASA服務(wù)器實(shí)際上就是人們常說(shuō)的AAA服務(wù)器，提供認證、授權和計費等功能。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(jìn)行規范。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(kāi)發(fā)IB和A接口的規范。
協(xié)議棧模型
802.16d和802.16e規范的協(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(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）。
802.16d物理層
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，根據使用頻段的不同，分別有不同的物理層技術(shù)與之相對應：?jiǎn)屋d波（SC）、OFDM（256點(diǎn)）、OFDMA（2048點(diǎn)）。其中，10~66GHz固定無(wú)線(xiàn)接入系統主要采用單載波調制技術(shù)，而對于2~11GHz頻段的系統，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、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用方式。
802.16未規定具體的載波帶寬，系統可以采用從1.25MHz~20MHz之間的帶寬。對于10~66GHz的固定無(wú)線(xiàn)接入系統，還可以采用28MHz載波帶寬，提供更高的接入速率。
隨著(zhù)802.16d標準化工作的完成，WiMAX已經(jīng)決定，首先對采用256點(diǎn)OFDM物理層方式、工作在2.5 GHz和3.5 GHz許可頻段、5.8 GHz免許可頻段的設備進(jìn)行一致性和互操作性測試。
802.16e物理層
802.16e的物理層實(shí)現方式與802.16d是基本一致的，主要差別是對OFDMA進(jìn)行了擴展。在802.16d中，僅規定了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)，以適應不同地理區域從20MHz到1.25MHz的信道帶寬差異。
當802.16e物理層采用256點(diǎn)OFDM或2048點(diǎn)OFDMA時(shí)，802.16e后向兼容802.16d（物理層），但是當物理層采用1024、512或128點(diǎn)OFDMA方式時(shí)，802.16e無(wú)法后向兼容802.16d。
隨著(zhù)技術(shù)、標準、市場(chǎng)的發(fā)展，WiMAX將會(huì )按照802.16e定制Profile，對802.16e產(chǎn)品進(jìn)行一致性測試。
MAC層特性
802.16 MAC層是基于“連接”的，即所有終端的數據業(yè)務(wù)以及與此相關(guān)的QoS要求，都是基于“連接”進(jìn)行的。每一個(gè)“連接”均由一個(gè)標識符(CID) 來(lái)唯一進(jìn)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(gè)連接可以分別設置不同的Qos參數，包括速率、延時(shí)等指標。為了更好地控制上行數據的帶寬分配，標準還定義了四種不同的上行帶寬調度模式，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(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)（rtPS）：周期性地為終端分配可變長(cháng)度的上行帶寬。
● 非實(shí)時(shí)輪詢(xún)業(yè)務(wù)（nrtPS）：不定期地為終端分配可變長(cháng)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據，但是不會(huì )對高優(yōu)先級的連接造成影響。
802.16可以根據業(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據傳輸服務(wù)。802.16目前主要面向提供寬帶數據業(yè)務(wù)，也可以提供VoIP業(yè)務(wù)。802.16系統的Qos機制可以根據業(yè)務(wù)的實(shí)際需要來(lái)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(wú)線(xiàn)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 結束語(yǔ)
802.16e正處于標準研究和發(fā)展期，標準化工作正在進(jìn)行。為了支持車(chē)速移動(dòng)，該標準還有很多內容待補充。802.16e預計將在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系統中定義的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)（RAN）層面。從電信網(wǎng)的角度出發(fā)，僅僅有空中接口規范對于一個(gè)網(wǎng)絡(luò )是不夠的。統一的空中接口標準僅僅能保證基站和用戶(hù)站的互通，但是無(wú)法保證基站到網(wǎng)絡(luò )側的互通。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(wú)線(xiàn)技術(shù)工作委員會(huì )的WG3工作組內已經(jīng)展開(kāi)了對802.16的標準化研究工作。
近年來(lái)，我國寬帶用戶(hù)增長(cháng)迅猛，主要以有線(xiàn)接入如ADSL用戶(hù)為主，這反映出用戶(hù)對寬帶數據需求迫切。802.16e可以提供移動(dòng)寬帶數據業(yè)務(wù)，初期面向的用戶(hù)將主要是對移動(dòng)寬帶數據需求較大的高端用戶(hù)。雖然目前一直在質(zhì)疑用戶(hù)是否真正需要在移動(dòng)中上網(wǎng)，但是可以肯定的是，無(wú)線(xiàn)寬帶和移動(dòng)寬帶的發(fā)展將呈逐步增長(cháng)的趨勢。移動(dòng)和寬帶的融合將是電信業(yè)的必經(jīng)之路，相信802.16e將會(huì )在這種融合的過(guò)程中發(fā)揮較大作用。
