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移动WiMAX-引人瞩目的宽带无线接入技术

时间:09-28 来源:电信科学 点击:
引言

  近两年来WiMAX发展迅速,逐渐成为城域宽带无线接入技术发展的热点。在2004年10月正式发布固定宽带无线接入技术IEEE 802.16-2004标准(802.16d的最终版本)后,为了迎合全球通信产业发展移动化和宽带化结合的趋势,WiMAX论坛于2005年12月推出了支持移动性的宽带无线接入标准IEEE 802.16e-2005,从而使移动终端能够在不同基站间进行切换和漫游。

  1 WiMAX的主要标准规范

  目前,IEEE 802.16空中接口标准主要包括IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e-2005。IEEE 802.16-2004是固定无线接入标准,对前几个IEEE 802.16标准进行了整合和修订,是相对比较成熟并且最具有实用性的标准版本。该标准可以应用于2GHz~11GHz非视距(NLOS)传输和 10GHz~66GHz视距(LOS)传输,定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的MAC层和相对应的多个物理层。而IEEE 802.16e-2005是802.16-2004的增强版,与前几个802.16系列标准的最大区别在于对移动性的支持。该标准可同时支持固定和移动宽带无线接入系统,工作在<6GHz适宜于移动性的许可频段,可支持用户终端以车辆速度移动(一般低于120km/h)。

  1.1 WiMAX协议体系结构

  WiMAX的协议体系结构模型如图1所示,包括物理层和媒体接入控制层(MAC)。MAC层又包含三个子层:特定服务汇聚子层,提供与更高层的接口,通过不同的汇聚方式更好地适配各种上层协议;公共部分子层,负责执行MAC层的核心功能,包括系统接入、带宽分配、连接建立、连接维护等;安全子层,提供加密、鉴权、密钥交换等与安全有关的功能。

WiMAX的协议体系结构模型

图1 WiMAX的协议体系结构模型

  为了支持移动性,IEEE 802.16e-2005的物理层和MAC层都有一定改进和增强,加入了一些新的特性。下面具体介绍一下IEEE 802.16e-2005在物理层和MAC层的改进。

  1.2 物理层

  WiMAX系统为满足各种不同应用场合制定了两个使用频段:10GHz~66 GHz与2GHz~11GHz。WiMAX在10GHz~66GHz频带内,定义了一个单载波调制模式的空中接口WirelessMAN-SC;在 2GHz~11GHz频段范围内,定义了三个空中接口规范:

  (1)WirelessMAN-Sca:增强单载波调制模式。

  (2)WirelessMAN-OFDM(正交频分多路复用):使用256载波OFDM方式。这种空中接口通过时分复用接入方式多路访问不同的基站。

  (3)WirelessMAN-OFDMA(正交频分多址接入):使用2048载波OFDM方式。这种接口通过给每个接收机分配载波子集提供多路访问。

  IEEE 802.16e-2005的物理层实现方式与802.16-2004是基本一致的,主要差别是对OFDMA进行了扩展,采用OFDM及其增强版本可扩展的 OFDMA(SOFDMA)。在IEEE 802.16-2004中,仅规定了2048点OFDMA。而在IEEE 802.16e-2005中,可以支持2048点、1024点、512点和128点OFDMA,以适应不同地理区域,适应20MHz到1.25MHz的信道宽带差异。OFDMA采用多载波调制方式,将载波分成若干个组,每个组里又有很多子载波以形成子信道。对于每一个子信道,编码和调制是独立自适应的,以便在更小的范围内优化信道(而不是在整个信道范围内优化)。同时,这种技术对频谱资源的使用进行了优化,并且通过给易受攻击的链路分配一种鲁棒体制加强室内覆盖。OFDMA技术如图2所示。

OFDMA技术

图2 OFDMA技术

  OFDMA和SOFDMA同样有利于固定宽带业务,因为载波能更有效地分配频谱和减少干扰。另一方面,OFDMA和SOFDMA的安装和操作比 OFDM更复杂。将来服务提供商可能倾向于部署802.16e网络为固定和移动用户服务。很多商家已经宣布最初的802.16基站能够通过软件升级到 802.16e。SOFDMA已经得到标准制订者和设备生产商的广泛认可。值得注意的是,基于SOFDMA的韩国标准WiBro(无线宽带)已经使 IEEE相信了SOFDMA的优点。WiBro和802.16e相互补充,这两种技术的产品可共同使用。此外,Intel宣布SOFDMA将会成为室内和移动设备可选择的物理层实现方式。

    1.3 媒质接入控制(MAC)层

WiMAX系统(包括802.16e和802.16-2004)的MAC层最显著的特点是面向连接,即所有业务(包括本身是无连接的业务)在 802.16系统中都将映射到连接上,每条连接都有一个16比特的连接标志(CID)作为唯一标志。WiMAX的MAC层定义了较为完善的QoS机制, MAC层针对每个连接设置不同的QoS参数,包括速率、时延等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配,标准还定义了不同的上行带宽调度模式,针对实时和非实时业务,固定比特率和可变比特率业务的特点采用不同的调度机制,实现带宽的灵活分配。其MAC层的设计既支持点对多点(PMP)结构,又支持网络(Mesh)结构,同

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