移动WiMAX-引人瞩目的宽带无线接入技术

　　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。

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。

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