IEEE 802.16技術(shù)簡(jiǎn)介.doc

.IEEE 802.16技術(shù)簡(jiǎn)介2004-08-15作者：黨梅梅IEEE 802在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域針對(duì)不同的市場(chǎng)需求和應(yīng)用模式制訂了不同的標(biāo)準(zhǔn)，如應(yīng)用于PAN的IEEE 802.15標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.16則是為制訂無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)（Wireless MAN）標(biāo)準(zhǔn)成立的工作組，該工作組自1999年成立后，主要負(fù)責(zé)固定無(wú)線(xiàn)接入的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)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(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，WiMAX與802.16的關(guān)系，并對(duì)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266GHz頻帶的無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)之間的共存規(guī)范。IEEE 802.16規(guī)定的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)主要應(yīng)用于城域網(wǎng)。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(wú)線(xiàn)接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)和移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其中802.16、802.16a、802.16d屬于固定無(wú)線(xiàn)接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，而802.16e屬于移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)空中接口標(biāo)準(zhǔn) 頻段狀態(tài)IEEE 802.16 固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)（1066GHz）2002.04發(fā)布IEEE 802.16a 固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)（211GHz）2003.04發(fā)布IEEE 802.16c 固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)的兼容性（1066GHz）2002發(fā)布IEEE 802.16d 固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（266GHz）（對(duì)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(biāo)準(zhǔn)（26GHz）草案，預(yù)計(jì)2005年上半年完成。由于802.16d基本上是對(duì)802.16、802.16a和802.16c的修訂，因此可以認(rèn)為目前802.16包括兩個(gè)主流空中接口標(biāo)準(zhǔn)：802.16d和802.16e，分別為固定和移動(dòng)設(shè)計(jì)。 2 WiMAX聯(lián)盟的推進(jìn)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(gè)非盈利組織微波接入全球互操作性認(rèn)證聯(lián)盟WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）。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(wú)線(xiàn)接入產(chǎn)品進(jìn)行一致性和互操作性認(rèn)證。通過(guò)WiMAX認(rèn)證的產(chǎn)品會(huì)擁有“WiMAX CERTIFIED”標(biāo)識(shí)。WiMAX的目標(biāo)是致力于幫助并解決那些阻礙標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試規(guī)范，用這套規(guī)范對(duì)相關(guān)廠(chǎng)家的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證，并對(duì)那些通過(guò)認(rèn)證的產(chǎn)品發(fā)放WiMAX認(rèn)證標(biāo)志，從而鼓勵(lì)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(tǒng)一的規(guī)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(cè)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(guī)模應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線(xiàn)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(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(biāo)準(zhǔn)，可以應(yīng)用于211GHz 非視距（NLOS）傳輸和1066GHz視距（LOS）傳輸。802.16d標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過(guò)并將正式頒布。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(wú)線(xiàn)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。在802.16e的標(biāo)準(zhǔn)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(tái)（MSS）、基站（BS）、認(rèn)證和業(yè)務(wù)授權(quán)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(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)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(duì)U接口進(jìn)行規(guī)范。802.16認(rèn)為IB和A接口屬于其它標(biāo)準(zhǔn)組織的工作范疇，因此并不計(jì)劃開(kāi)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(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(jù)使用頻段的不同，分別有不同的物理層技術(shù)與之相對(duì)應(yīng)：?jiǎn)屋d波（SC）、OFDM（256點(diǎn)）、OFDMA（2048點(diǎn)）。其中，1066GHz固定無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)主要采用單載波調(diào)制技術(shù)，而對(duì)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(shì)，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(duì)于1066GHz的固定無(wú)線(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)化工作的完成，WiMAX已經(jīng)決定，首先對(duì)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(shè)備進(jìn)行一致性和互操作性測(cè)試。802.16e物理層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。當(dāng)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(dāng)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。隨著技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)的發(fā)展，WiMAX將會(huì)按照802.16e定制Profile，對(duì)802.16e產(chǎn)品進(jìn)行一致性測(cè)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(jìn)行的。每一個(gè)“連接”均由一個(gè)標(biāo)識(shí)符(CID) 來(lái)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上行帶寬調(diào)度模式，分別為：非請(qǐng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)對(duì)高優(yōu)先級(jí)的連接造成影響。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VoIP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(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(jié)束語(yǔ)802.16e正處于標(biāo)準(zhǔn)研究和發(fā)展期，標(biāo)準(zhǔn)化工作正在進(jìn)行。為了支持車(chē)速移動(dòng)，該標(biāo)準(zhǔn)還有很多內(nèi)容待補(bǔ)充。802.16e預(yù)計(jì)將在2005年上半年完成。目前的802.16e標(biāo)準(zhǔn)僅涉及空中接口標(biāo)準(zhǔn)，確定的網(wǎng)絡(luò)模型也僅達(dá)到3G系統(tǒng)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(guī)范對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是不夠的。統(tǒng)一的空中接口標(biāo)準(zhǔn)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(cè)的互通。因此，從標(biāo)準(zhǔn)化的角度看，802.16e空中接口和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)已經(jīng)展開(kāi)了對(duì)802.16的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。近年來(lái)