无线城域网技术中的IEEE802.16和WiMAX

摘要：无线城域网技术是继无线局域网之后出现的又一项宽带无线接入技术。就无线城域网技术为何会紧跟无线局域网技术之后出现，８０２．１６标准的基本内容，以及ＷｉＭＡＸ|0">ＷｉＭＡＸ论坛的使命等问题展开深入讨论。首先详细介绍了ＩＥＥＥ ８０２．１６标准的由来、应用范围、物理层特点以及ＭＡＣ层特点等，然后从覆盖、可扩展性和ＱｏＳ三个方面与８０２．１１标准做了比较。在对ＷｉＭＡＸ论坛进行了详尽的介绍后，从多个角度分析了８０２．１６标准的应用前景。
　　
　　关键词：８０２．１６，ＷｉＭＡＸ，８０２．１１，互操作，ＢＷＡ
　　
　　在无线局域网（ＷＬＡＮ）势头正劲之际，最近又出现了无线城域网（ＭＡＮ）技术。与为无线局域网制定８０２．１１标准一样，ＩＥＥＥ为无线城域网推出了８０２．１６标准，同时业界也成立了类似ＷｉＦｉ联盟的ＷｉＭＡＸ论坛。无线城域网技术为何会紧跟ＷＬＡＮ之后出现？８０２．１６是一个什么样的标准？ＷｉＭＡＸ的使命又是什么？这些就是本文所关注的要点。
　　
　　一、IEEE 802.16标准
　　最早的ＩＥＥＥ ８０２．１６标准是在２００１年１２月获得批准的，是针对１０～６６ ＧＨｚ高频段视距（ＬＯＳ）环境而制定的无线城域网标准。但目前所说的８０２．１６标准主要包括８０２．１６ａ、８０２．１６ＲｅｖＤ和８０２．１６ｅ三个标准。８０２．１６ａ是为工作在２～１１ ＧＨｚ频段的非视距（ＮＬＯＳ）宽带固定接入系统而设计的，在２００３年１月被ＩＥＥＥ批准通过；８０２．１６ＲｅｖＤ是８０２．１６ａ的增强型，主要目的是支持室内用户驻地设备（ＣＰＥ），预期将在２００４年第三季度得到批准；８０２．１６ｅ是ＩＥＥＥ ８０２．１６ ａ／ｄ的进一步延伸，其目的是在已有标准中增加数据移动性，估计要到２００５年下半年才能被批准。
　　
　　无线城域网的推出是为了满足日益增长的宽带无线接入（ＢＷＡ）市场需求。虽然多年来８０２．１１ｘ技术一直与许多其他专有技术一起被用于ＢＷＡ，并获得很大成功，但是ＷＬＡＮ的总体设计及其提供的特点并不能很好地适用于室外的ＢＷＡ应用。当其用于室外时，在带宽和用户数方面将受到限制，同时还存在着通信距离等其他一些问题。基于上述情况，ＩＥＥＥ决定制定一种新的、更复杂的全球标准，这个标准应能同时解决物理层环境（室外射频传输）和ＱｏＳ两方面的问题，以满足ＢＷＡ和"最后一英里"接入市场的需要。有了这样一个全球标准，就能使通信公司和服务提供商通过建设新的无线城域网来为目前仍然缺少宽带服务的企业与住宅提供服务。
　　
　　符合８０２．１６标准的设备可以在"最后一英里"宽带接入领域替代Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ、ＤＳＬ和Ｔ１／Ｅ１，也可以为８０２．１１热点提供回传。新标准规范了一个支持诸如话音和视像等低时延应用的协议，在用户终端和基站（ＢＴＳ）之间允许非视距的宽带连接，一个基站可支持数百上千个用户，在可靠性和ＱｏＳ方面提供电信级的性能。总之，它充分考虑了为全世界通信公司和服务提供商设计一个可扩展、长距离、大容量"最后一英里"无线通信系统的需要，可支持一整套的服务，从而使服务提供商能够在降低设备成本和投资风险的同时提高系统性能和可靠性，有助于加速无线宽带设备向市场的投放以及"最后一英里"宽带在世界各地的部署。ＢＷＡ应用包括住宅宽带接入、用于ＳＯＨＯ和小企业的ＤＳＬ级业务、用于企业的Ｔ１／Ｅ１级业务（所有这些不仅支持数据，而且还支持话音和视像），还包括用于热点的无线回传和蜂窝小区基站回传业务等，如图１所示。
　　

　　
图1 802.16的BWA应用

　　８０２．１６ａ、８０２．１６ＲｅｖＤ和８０２．１６ｅ这三个标准的物理层（ＰＨＹ）和媒体接入控制层（ＭＡＣ）是相同的。目前它们所选定的物理层规范是２５６点ＦＦＴ ＯＦＤＭ ＰＨＹ（与ＥＴＳＩ ＮｉｐｅｒＭＡＮ相同）。其他物理层规范将在今后市场需要时再制定。
　　
　　选用ＯＦＤＭ是由于它在保持高频谱效率、最大限度利用可用频谱的同时还具备支持非视距性能的能力。在ＣＤＭＡ的情况下，为了保证处理增益能够克服干扰，射频带宽必须比数据吞吐量大许多。这对低于１１ ＧＨｚ的宽带无线显然是不切实际的，因为如果数据速率高达７０ Ｍｂｉｔ／ｓ，就需要射频带宽超过２００ ＭＨｚ才能提供相应的处理增益和非视距能力。
　　
　　为了在各种信道环境下提供可靠的性能，８０２．１６物理层还具备以下一些特点：灵活的信道宽度、自适应突发信号轮廓、采用Ｒｅｅｄ－Ｓｏｌｏｍｏｎ与卷积级联码的前向纠错、任选的先进天线系统（ＡＡＳ）（可改善距离／容量）、动态频率选择（ＤＦＳ）（可帮助减小干扰）、空时编码（ＳＴＣ）（通过空间分集提高在衰落环境下的性能）。表１给出了ＩＥＥＥ ８０２．１６标准的一些物理层特点。