宽带无线接入技术WiMax

宽带无线接入技术——WiMax

摘要：首先介绍了IEEE802.16系列标准和WiMax,对WiMax宽带无线接入的技术特点以及优势进行分析，并以此为依据对其应用模式、业务应用、市场定位进行了初步的探讨，最后对WiMax发展所面临的挑战和发展前景进行展望。

关键词：WiMax、802.16(d/e)、宽带无线接入、应用模式、业务应用、市场定位、挑战、前景

一、WiMax技术及其发展

1、概述

随着移动通信技术和宽带技术的发展，WiMax（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）已经成为全球电信运营商和设备制造商的关注热点问题之一。技术的发展使得越来越多的多媒体应用进入到人们的生活，运营商提供的服务也随之变化。但是从现网的实践来看，大量的多媒体应用给现有移动网络资源造成巨大消耗，远远超过了相关收入的增加。所以解决如何在保证服务质量的前提下，有效的降低每比特成本以更好的满足用户需求对运营商意义重大。WiMax 正是这样一种极具潜力的应用。

2、IEEE 802.16标准

IEEE 802.11系列标准在无线LAN领域获得巨大成功之后，IEEE进而希望将这种成功的应用模式推向更广阔无线城域网(WMAN)的领域。1999年，IEEE专门成立了IEEE802.16工作组，其主要任务是，开发工作于2-66GHz频带的无线接入系统空中接口物理层(PHY)和媒质接入控制层(MAC)规范，同时还有与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的共存规范。

IEEE 802.16规定的无线系统主要应用于城域网。

根据是否支持移动特性，IEEE 802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中802.16、802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而802.16e属于移动宽带无线接入空中标准。

3、WiMax空中接口特性

在IEEE 802.16活动中，主要的工作都围绕空中接口展开。

802.16d是固定无线接入的标准，可以应用于2-llGHz非视距(NLOS)传输和10-66GHz视距(LOS)传输。802.16d标准已经通过并将正式颁布。

802.16e的目标是能够向下兼容802.16d，因此802.16e的标准化工作基本上是在802.16d的基础上进行的。在802.16d固定无线接入标准研制的基础上，为了支持移动特性，802.16e目前正在加入新的特性。

在802.16e的标准中，定义的参考模型如图1所示：

图1 802.16e参考模型

802.16e网络由移动用户台(MSS)、基站(Bs)、认证和业务授权服务器(ASA)组成，其中ASA服务器实际上就是人们常说的AAA服务器，提供认证、授权和计费等功能。虽然在802.16e草案中定义了U、IB和A接口，但是目前仍然只对U接口进行规范。

协议栈模型

802.16d和802.16e规范的协议栈模型如图2所示。空中接口由物理层和MAC层组成，MAC层又分成了三个子层：特定服务汇聚子层(Service Specific Convergence Sublayer)、公共部分子层(Common Part Sublayer)、安全子层(Privacy Sublayer)。

图2 802.16空中接口协议栈模型

802.16d物理层

802.16可支持TDD(时分双工)和FDD(频分双工)两种无线双工方式，根据使用频段的不同，分别有不同的物理层技术与之相对应：单载波(SC)、OFDM(256点)、

OFDMA(2048点)。其中，10-66GHz固定无线接入系统主要采用单载波调制技术，而对于2-11GHz频段的系统，将主要采用OFDM和OFDMA技术。由于OFDM、OFDMA 具有较高的频谱利用率，且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势，因此OFDM和OFDMA将成为802.16中两种典型的物理层应用方式。

802.16未规定具体的载波带宽，系统可以采用从1.25MHz-20MHz之间的带宽。对于10-66GHz的固定无线接入系统，还可以采用28MHz载波带宽，提供更高的接入速率。

随着802.16d标准化工作的完成，WiMax已经决定，首先对采用256点OFDM 物理层方式、工作在2.5 GHz和3.5 GHz许可频段、5.8 GHz免许可频段的设备进行一致性和互操作性测试。

802.16e物理层

802.16e的物理层实现方式与802.16d是基本一致的，主要差别是对OFDMA进行了扩展。在802.16d中，仅规定了2048点OFDMA。而在802.16e中，可以支持2048点、1024点、512点和128点，以适应不同地理区域从20MHz到1.25MHz的信道带宽差异。

当802.16e物理层采用256点OFDM或2048点OFDMA时，802.16e后向兼容802.16d(物理层)，但是当物理层采用1024、512或128点OFDMA方式时，802.16e 无法后向兼容802.16d。

随着技术、标准、市场的发展，WiMax将会按照802.16e定制Profile，对802.16e 产品进行一致性测试。

MAC层特性

802.16 MAC层是基于“连接”的，即所有终端的数据业务以及与此相关的QoS 要求，都是基于“连接”进行的。每一个“连接”均由一个标识符(CID)来唯一进行标识。在802.16标准中，MAC层定义了较为完整的QOS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的Qos参数，包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，标准还定义了四种不同的上行带宽调度模式，分别为：

非请求的带宽分配业务(UGS)：用于恒定比特率连接。

实时轮询业务(rtPS)：周期性地为终端分配可变长度的上行带宽。

非实时轮询业务(nrtPS)：不定期地为终端分配可变长度的上行带宽。

尽力而为业务(BE)：尽可能地利用空中资源传送数据，但是不会对高优先级的连接造成影响。