移动宽带无线接入新技术——IEEE802.20
IEEE 802.20是一种最新的移动宽带无线接入技术,它是移动性与峰值速率之间的完美结合。基于IEEE 802.20的性能指标,分析了它在移动性、频谱效率、系统覆盖和系统架构等方面的优势,并着重讨论了该标准与其它无线宽带接入技术和移动通信技术之间的互补性与竞争性,最后介绍了其标准化的最新进展。
传统的蜂窝移动通信系统可支持高的移动性,但数据传输速率低,难以应对高速下载和实时多媒体的应用。而无线局域网(WLAN)等宽带无线接入系统,虽然拥有较高的数据传输速率,但其移动性能差,只能用于牧游式的无线接入。IEEE 802.20技术恰恰可以有效地解决移动性与传输速率相互矛盾的问题,使用户可以在高速移动中享受宽带接入带来的乐趣。
IEEE 802.20技术,即移动宽带无线接入(MBWA:Mobile Broadband Wireless Access),也被称之为Mobile-Fi。这个概念最初是由IEEE 802.16工作组于2002年3月提出的,并成立了相应的研究组,其目标是为了实现在高速移动环境下的高速率数据传输,以弥补IEEE 802.1x协议族在移动性上的劣势。随后,由于在目标市场定位上的分歧,该研究组脱离IEEE 802.16工作组,并于同年9月宣告成立IEEE 802.20工作组。目前,IEEE 802.20标准还处于制定阶段,其最初版本预计于2006年12月颁布。
一、技术特性
IEEE 802.20工作组的目标是制定一种适用于高速移动环境下的宽带无线接入系统的空中接口规范。在技术的制定时间上,IEEE 802.20远远晚于3G,因而可以充分发挥它的后发优势:在物理层技术上,以OFDM和MIMO为核心,充分挖掘时域、频域和空间域的资源,大大提高了系统的频谱效率;在设计理念上,基于分组数据的纯IP架构应对突发性数据业务的性能也优于现有的3G技术,与3.5G(HSDPA、EV-DO)性能相当;另外,在实现、部署成本上也具有较大的优势。
IEEE 802.20的主要技术特性如下:全面支持实时和非实时业务,在空中接口中不存在电路域和分组域的区分;能保持持续的连通性;频率统一,可复用;支持小区间和扇区间的无缝切换,以及与其它无线技术(802.16、802.11等)间的切换;融入了对QoS的支持,与核心网级别的端到端QoS相一致;支持IPv4和IPv6等具有QoS保证的协议;支持内部状态快速转变的多种MAC协议状态;为上下行链路快速分配所需资源,并根据信道环境的变化自动选择最优的数据传输速率;提供终端与网络间的认证机制;与现有的蜂窝移动通信系统可以共存,降低网络部署成本;包含各个网络间的开放型接口。
1.系统性能指标
表1和表2分别给出了IEEE 802.20所提出的系统性能指标以及在不同场景下的频谱效率的指标。
表1 IEEE 802.20系统性能指标
表2 不同场景下的频谱效率
从性能指标中,我们可以看出:
(1)在移动性上,802.20相比于802.16具有很大的优势--可支持的最高速率为250 km/h,已经达到了传统移动通信技术(如2G和3G)的性能。可见,它将是IEEE步入移动通信领域的基石。
(2)在频谱效率上,802.20远远高于当前的主流移动技术。举例来说,对于下行链路中的频谱效率,CDMA 2000 1x最高为0.1 bit/s/Hz/cell,EV-DO最高为0.5 bit/s/Hz/cell,而802.20却大于1 bit/s/Hz/cell。因此,对于运营商来说802.20的到来是个福音--花相同价钱买来的频谱资源,却可以提供更高速率的接入服务。这既是802.20自身强有力的"卖点",更是移动通信技术发展的大势所趋。
(3)对于非视距(NLOS)环境下的系统覆盖,802.20的单小区覆盖半径为15 km,属于广域网技术;而802.16的单小区覆盖半径小于5 km,属于城域网技术。这说明802.20与802.16的目标市场不同,它们不存在直接的竞争。直接与802.20形成竞争的是WCMDA等3G技术和HSDPA等3G演进技术。
(4)IEEE 802.20规定其MAC帧往返时延小于10 ms,加上无线链路控制层和应用层上产生的处理时延,足以满足ITU-T的G.114所规定的电话语音传输最大往返时延(<300 ms)的要求,因而完全可以基于802.20来提供优质的无线VoIP语音业务。
(5)在下行链路,802.20可以提供大于1 Mbit/s的峰值速率,远远高于3G技术的性能指标--步行环境下384 kbit/s,高速移动环境下144 kbit/s。
2.纯IP架构
IEEE 802.20秉承了IEEE 802协议族的纯IP架构。纯IP架构,与3GPP和3GPP2所提出的全IP概念有所不同--前者是核心网和无线接入网都基于IP传输,而后者仅仅实现了核心网的IP化。设计架构的差异使802.20与其它3G技术相比具有明显的优势:
(1)其物理层和MAC层都专为突发型分组数据业务而设计,并能够自适应无线信道环境