无线城域网技术中的IEEE802.16和WiMAX

　　
表1 802.16的物理层特点

上述特点对室外ＢＷＡ的基本运行是必要的要求，特别是一个标准要想真正适应世界各国的情况，就需要灵活的信道宽度。这是因为对设备可以工作在什么频率以及使用什么宽度的信道各国的管理办法并不相同。在需要牌照的频谱上，运营商必须为每一ＭＨｚ付钱，因此所建的系统一定要把所分配的频谱用足，并具有适应蜂窝结构或单基站结构的灵活性。如果运营商获得１４ ＭＨｚ频谱，并为此付了钱，它们就不希望系统的信道宽度为６ ＭＨｚ，因为这将浪费２ ＭＨｚ的频谱。它们希望系统可以采用７ ＭＨｚ、３．５ ＭＨｚ，甚至１．７５ ＭＨｚ的信道来建网。
　　
　　由于各种无线网基本上都是工作在共享媒体上，必然需要一种控制用户单元接入媒体的机制。８０２．１６的ＭＡＣ层使用由基站安排的ＴＤＭＡ协议在点到多点的网络拓扑中给用户分配容量。采用这种ＴＤＭＡ接入机制以后，８０２．１６系统不仅能够提供具有服务水平协定（ＳＬＡ）的高速数据业务，而且还能提供对时延敏感的业务（如话音、视像或数据库访问等），并具备ＱｏＳ控制能力，不仅仅是控制优先等级，而且所设计的ＭＡＣ层还能适应杂乱的物理层环境，即在室外工作时遇到的干扰、快衰落和其他现象（见表２）。
　　

表2 802.16的MAC层特点

二、IEEE 802.16与IEEE 802.11的比较
　　表３列出了ＩＥＥＥ ８０２．１６与ＩＥＥＥ ８０２．１１的比较。从中可以看出，其最大差别在于覆盖、可扩展性和ＱｏＳ。下面分别加以叙述。
　　

表3 IEEE 802.16与IEEE 802.11的比较

１． 覆盖
　　
　　８０２．１６标准是为在各种传播环境（包括视距、近视距和非视距）中获得最优性能而设计的。即使在链路状况最差的情况下，也能提供可靠的性能。ＯＦＤＭ波形在２～４０ ｋｍ的通信距离上支持高频谱效率（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ），在一个射频内速率可高达７０ Ｍｂｉｔ／ｓ。可以采用先进的网络拓扑（网状网）和天线技术（波束成形、ＳＴＣ、天线分集）来进一步改善覆盖。这些先进技术也可用来提高频谱效率、容量、复用以及每射频信道的平均与峰值吞吐量。此外，不是所有的ＯＦＤＭ都是相同的。为ＢＷＡ设计的ＯＦＤＭ具有支持较长距离传输和处理多径或反射的能力。
　　
　　相反，ＷＬＡＮ和８０２．１１系统在它们的核心不是采用基本的ＣＤＭＡ，就是使用设计大不相同的ＯＦＤＭ。它们的设计要求是低功耗，因此必然限制了通信距离。ＷＬＡＮ中的ＯＦＤＭ是按照系统覆盖数十米或几百米设计的，而８０２．１６被设计成高功率，ＯＦＤＭ可覆盖数十公里。
　　
　　２． 可扩展性
　　
　　在物理层，８０２．１６支持灵活的射频信道带宽和信道复用（频率复用），当网络扩展时，可以作为增加小区容量的一种手段。此标准还支持自动发送功率控制和信道质量测试，可以作为物理层的附加工具来支持小区规划和部署以及频谱的有效使用。当用户数增加时，运营商可通过扇形化和小区分裂来重新分配频谱。还有，此标准对多信道带宽的支持使设备制造商能够提供一种手段，以适应各国政府对频谱使用和分配的独特管制办法，这是世界各地的运营商都面临的一个问题。ＩＥＥＥ ８０２．１６标准规定的信道宽度为１．７５～２０ ＭＨｚ，在这中间还可以有许多选择。
　　
　　但是，基于ＷｉＦｉ的产品要求每一信道至少为２０ ＭＨｚ（８０２．１１ｂ中规定在２．４ ＧＨｚ频段为２２ ＭＨｚ），并规定只能工作在不需牌照的频段上，包括２．４ ＧＨｚ ＩＳＭ、５ ＧＨｚ ＩＳＭ和５ ＧＨｚ ＵＮＩＩ。
　　
　　在ＭＡＣ层，８０２．１１的基础是ＣＳＭＡ／ＣＡ，基本上是一个无线以太网协议，其扩展能力较差，类似于以太网。当用户增加时，吞吐量就明显减小。而８０２．１６标准中的ＭＡＣ层却能在一个射频信道内从一个扩展到数百个用户。这是８０２．１１ ＭＡＣ不可能做到的。
　　
　　３． ＱｏＳ
　　
　　８０２．１６的ＭＡＣ层是靠同意／请求协议来接入媒体的，它支持不同的服务水平（如专用于企业的Ｔ１／Ｅ１和用于住宅的尽力而为服务）。此协议在下行链路采用ＴＤＭ数据流，在上行链路采用ＴＤＭＡ，通过集中调度来支持对时延敏感的业务，如话音和视像等。由于确保了无碰撞数据接入，８０２．１６的 ＭＡＣ层改善了系统总吞吐量和带宽效率，并确保数据时延受到控制，不致太大（相反，ＣＳＭＡ／ＣＡ没有这种保证）。ＴＤＭ／ＴＤＭＡ接入技术还使支持多播和广播业务变得更容易。