無線城域網通信技術IEEE802.16協議架構及技術特點

摘要:介紹了無線城域網通信技術中的IEEE802.16協議規范工作發展情況，重點闡述了IEEE802.16系列標準的協議結構和技術特點，同時結合無線通信技術發展的趨勢，闡述了該技術的發展前景。

關鍵詞:無線城域網通信技術;移動寬帶接入;IEEE802.16;WiMAX

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)27-7662-02

The Technology Features and Applications of IEEE 802.16 Protocol in Wireless MAN Network Technology

YE Zhen

(College of Automation Science and Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China)

Abstract: This paper introduces wireless MAN communication technology in the work of the IEEE802.16 protocol specification development， focused on the agreement IEEE802.16 series of standards and technical characteristics of the structure， compared with wireless communications technology development trend， introduced the technology prospects.

Key words: wireless wide-area network technology; mobile broadband access; IEEE802.16; WiMAX

World Interoperability for Microwave Access(WiMax) [1]意即全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16標準的無線城域數據網通信技術。

WiMax是目前受到較多關注的無線城域數據網通信技術，相對其它技術而言，具有較多的優勢。WiMax所能實現的 50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網所不能比擬的，網絡覆蓋面積是3G發射塔的10倍，只要少數基站建設就能實現全城覆蓋，這樣就使得無線網絡應用的范圍大大擴展。WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網絡來說，這的確是一個驚人的進步。作為一種無線城域網技術，它可以將Wi-Fi熱點連接到互聯網，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴展，實現最后一公里的寬帶接入，WiMax可為50公里線性區域內提供服務，用戶無需線纜即可與基站建立寬帶連接。提供多媒體通信服務:由于WiMax較之Wi-Fi具有更好的可擴展性和安全性，從而能夠實現電信級的多媒體通信服務。

IEEE協會的IEEE 802協議族工作組在無線數據通信網領域針對不同的市場需求和應用模式制訂了不同的標準，例如應用于PAN的IEEE 802.15標準、應用于無線局域網的IEEE 802.11標準等。自從支持移動特性的802.16e任務組成立以及很多主流設備制造商加盟WiMAX后，IEEE 802.16e協議標準正受到業界越來越多的關注。

本文主要針對IEEE 802.16的標準化進展、IEEE802.16的技術特性、WiMAX與802.16的關系進行介紹，并對802.16的技術特性進行了分析。

1 IEEE 802.16簡介

IEEE 802.16工作組的主要任務是，開發工作于2-66GHz頻帶的無線接入系統空中接口物理層(PHY)和媒質接入控制層(MAC)規范，同時還有與空中接口協議相關的一致性測試以及不同無線接入系統之間的共存規范。IEEE 802.16規定的無線系統主要應用于城域網。根據是否支持移動特性，IEEE 802.16標準可以分為固定寬帶無線接入空中接口標準和移動寬帶無線接入空中接口標準，其中802.16、802.16a、802.16d屬于固定無線接入空中接口標準，而802.16e屬于移動寬帶無線接入空中標準，相應的協議族狀態如表1所示[2]。

由于802.16d基本上是對802.16、802.16a和802.16c的修訂，因此可以認為目前802.16包括兩個主流空中接口標準:802.16d和802.16e，分別為固定和移動設計。

2001年4月，由業界領先的通信設備公司及器件公司共同成立了一個非盈利組織一微波接入全球互操作性認證聯盟WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)[3]。WiMAX的目標是致力于幫助并解決那些阻礙標準被使用的問題，比如不同廠商的產品之間的互操作性和產品成本問題。WiMAX將制定一套互操作性的測試規范，用這套規范對相關廠家的產品進行測試和認證，并對那些通過認證的產品發放WiMAX認證標志，從而鼓勵所有的無線寬帶接入相關產業的廠商遵循一個統一的規范，使各個產品之間具有良好的互操作性，并希望借此推動無線寬帶接入產業的發展。WiMAX將使用與Wi-Fi聯盟推動無線局域網行業發展的相同方法，定義和進行互操作性測試。Wi-Fi模式已經影響了整個通信產業。IEEE 802.11無線局域網的規模應用與Wi-Fi聯盟的作用是分不開的。

2 IEEE802.16接口和協議

2.1 IEEE802.16接口

在IEEE 802.16活動中，主要的工作都圍繞空中接口展開。 802.16d是固定無線接入的標準，可以應用于2-llGHz非視距(NLOS)傳輸和10-66GHz視距(LOS)傳輸。802.16d標準已經通過并將正式頒布。802.16e的目標是能夠向下兼容802.16d，因此802.16e的標準化工作基本上是在802.16d的基礎上進行的。在802.16d固定無線接入標準研制的基礎上，為了支持移動特性，802.16e目前正在加入新的特性。在802.16e的標準中，定義的參考模型如圖1所示。

802.16e網絡由移動用戶臺(MSS)、基站(Bs)、認證和業務授權服務器(ASA)組成，其中ASA服務器實際上就是AAA服務器，提供認證、授權和計費等功能。雖然在802.16e草案中定義了U、IB和A接口，但是目前仍然只對U接口進行規范，802.16工作小組認為IB和A接口屬于其它標準組織的工作范疇，因此并不計劃開發IB和A接口的規范。

2.2IEEE802.16協議棧模型

802.16主要包括802.16d和802.16e規范。空中接口由物理層和MAC層組成，MAC層又分成了三個子層:特定服務匯聚子層(Service Specific Convergence Sublayer)、公共部子層(Common Part Sublayer)、安全子層(Privacy Sublayer)。

802.16d可支持TDD(時分雙工)和FDD(頻分雙工)兩種無線雙工方式，根據使用頻段的不同，分別有不同的物理層技術與之相對應:單載波(SC)、OFDM(256點)、OFDMA(2048點)。其中，10-66GHz固定無線接入系統主要采用單載波調制技術，而對于2-11GHz頻段的系統，將主要采用OFDM和OFDMA技術。802.16未規定具體的載波帶寬，系統可以采用從1.25MHz-20MHz之間的帶寬。對于10-66GHz的固定無線接入系統，還可以采用28MHz載波帶寬，提供更高的接入速率。隨著802.16d標準化工作的完成，WiMAX已經決定，首先對采用256點OFDM物理層方式、工作在2.5 GHz和3.5 GHz許可頻段、5.8 GHz免許可頻段的設備進行一致性和互操作性測試。

802.16e的物理層實現方式與802.16d是基本一致的，主要差別是對OFDMA進行了擴展。在802.16d中，僅規定了2048點OFDMA。而在802.16e中，可以支持2048點、1024點、512點和128點，以適應不同地理區域從20MHz到1.25MHz的信道帶寬差異。當802.16e物理層采用256點OFDM或2048點OFDMA時，802.16e后向兼容802.16d(物理層)，但是當物理層采用1024、512或128點OFDMA方式時，802.16e無法后向兼容802.16d[4]。

3 存在的問題和應用前景

802.16e技術的主要特點是在提供無線用戶接入覆蓋范圍方面擁有較高的性能優勢，在用戶接入速率方面，存在如802.11n(速率最高達300M bit/s)技術與之競爭，在商用的前景方面，有主要面向移動無線接入的802.20技術，其應用前景應主要在發揮其覆蓋范圍的優勢方面展開，對于無線運營商以及業界廠商而言，技術需要迎合市場的需求才有投資發展的必要。因此，802.16e技術需充分發揮自身的特長，在滿足用戶需求的前提下促進技術本身的發展。802.16e技術應主要用于無線城域網用戶“最后一公里”的接入，其最佳應用環境應為城域網內。

4 結束語

802.16e正處于標準研究和發展期，標準化工作正在進行。為了支持高速移動(如車速)，該標準還有很多內容待補充。802.16e在2006年上半年完成協議發布。目前的802.16e標準僅涉及空中接口標準，確定的網絡模型也僅達到3G系統中定義的無線接入網(RAN)層面。從電信網的角度出發，僅僅有空中接口規范對于一個網絡是不夠的。統一的空中接口標準僅僅能保證基站和用戶站的互通，但是無法保證基站到網絡側的互通。因此，從標準化的角度看，802.16e空中接口和網絡標準還有待完善。

參考文獻:

[1] 彭木根，李茗，路楊，王文博.IEEE 802.16 標準和WiMAX組網技術分析[J].無線電工程，2006，(2).

[2] 黨梅梅.IEEE 802.16無線接入技術的發展現狀[J].中國無線電，2004(7):11-15.

[3] 張昊，倪衛明.網羅無線通信技術之下一代無線廣域網技術全解析[J].中國計算機報，2007，(34).

[4] 張云勇，劉韻潔，張智江.無線廣域網:趨勢和發布[J].Internet:共創軟件，2002，(6).