城域?qū)拵�無線接入技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)

摘要　闡述了無線城域網(wǎng)(WMAN)中BWA的原理，介紹了IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)制定的最新狀況，并探討了基于IEEE 802.16a、IEEE 802.16e及IEEE 802.20標(biāo)準(zhǔn)的下一代WMAN BWA系統(tǒng)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞　寬帶無線接入(BWA)，無線城域網(wǎng)(WMAN)，IEEE 802.16

寬帶無線接入(BWA)是無線通信革命中最具挑戰(zhàn)性的部分，它能解決從客戶網(wǎng)到核心網(wǎng)之間的接入瓶頸問題，IEEE 802.16正是為實現(xiàn)這一應(yīng)用而制定的最新標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.16 BWA系統(tǒng)以最低的成本提供各種寬帶通信業(yè)務(wù)。在家庭和小企業(yè)范圍內(nèi)，BWA將與電纜和數(shù)字用戶線(DSL)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行競爭；在中等規(guī)模企業(yè)樓宇內(nèi)，BWA支持高速率連接，將與光纖連接進(jìn)行競爭。它能使數(shù)以千計的用戶在無線城域網(wǎng)(WMAN)中共享數(shù)據(jù)、話音和視頻服務(wù)，隨著信道、帶寬和用戶需求的增加，運營商還可使系統(tǒng)擴容。

1　BWA系統(tǒng)原理

BWA典型系統(tǒng)包括基站、用戶站、用戶終端設(shè)備、核心網(wǎng)設(shè)備、小區(qū)間鏈路及中繼站等設(shè)備，在組建城域網(wǎng)時，還包括網(wǎng)管系統(tǒng)和光纜等基礎(chǔ)設(shè)施。其中：基站提供系統(tǒng)到核心網(wǎng)的SNI接口，用戶站根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求提供相應(yīng)的UNI接口，當(dāng)基站和用戶站不具有視距(LOS)條件或要擴展基站的覆蓋范圍時，采用中繼站中繼基站信號。通用系統(tǒng)參考模型[1]如圖1所示。

BWA系統(tǒng)通常采用點到多點(PMP)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個基站覆蓋一個蜂窩小區(qū)。下行采用點到多點方式，基站以TDM的廣播方式發(fā)送信號；上行采用點對點方式，用戶站以TDMA或FDMA等多址方式接入系統(tǒng)。所謂“多點”，包括“點到多點”和“多點到多點(MP-MP或Mesh)”兩種拓?fù)浞绞健?/p>

2　WMAN中BWA標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

2.1　IEEE 802.16a

IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的WMAN媒體訪問控制(MAC)層為BWA提供了基礎(chǔ)，但其物理層不適用于較低頻率，分配的可用頻率較窄，并要求非視距傳輸。因此，產(chǎn)生了IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的修正草案IEEE 802.16a，以解決較低頻率的無線連接問題。

IEEE 802.16a對原協(xié)議的MAC層和物理層做了部分修改，把空中接口擴展到2GHz-11 GHz頻段。在這個頻段，系統(tǒng)受雨衰的影響較小。

該協(xié)議物理層支持以下3種空中接口規(guī)范[2]：

(a)基于頻域自適應(yīng)均衡器的單載波系統(tǒng)WMAN-SC，下行采用TDM方式，上行采用TDMA方式；

(b)基于OFDM技術(shù)的WMAN-OFDM系統(tǒng)，采用256個子載波，下行采用TDM方式，上行采用TDMA方式；

(c)基于OFDMA技術(shù)的WMAN-OFDMA系統(tǒng)，采用2 048個子載波的OFDM。

基于IEEE 802.16a的BWA系統(tǒng)最大通信距離為50km，可顯著提高運營商目標(biāo)服務(wù)區(qū)域的覆蓋范圍，頻率覆蓋范圍為2 GHz-11 GHz，頻譜效率高達(dá)5 bit/(s.Hz)，每個扇區(qū)的最大數(shù)據(jù)速率高達(dá)70 Mbit/s。MAC層的服務(wù)質(zhì)量(QoS)支持不同的服務(wù)等級，從而可同時支持采用Tl類型連接的企業(yè)用戶和采用DSL類型連接的家庭用戶，還支持話音和視頻。IEEE 802.16a中的MAC機制提供不同的QoS，以支持不同應(yīng)用的不同需求，同時支持自適應(yīng)調(diào)制，有效平衡不同的數(shù)據(jù)率和鏈路質(zhì)量，可以在瞬間調(diào)整調(diào)制方法，實現(xiàn)最佳數(shù)據(jù)傳輸。自適應(yīng)調(diào)制可以有效利用帶寬，更好地滿足用戶需求。

IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)展現(xiàn)了寬帶無線通信新的前景，為用戶應(yīng)用多媒體業(yè)務(wù)提供了容易安裝、無須有線連接核心網(wǎng)絡(luò)的新方法。此外，IEEE 802.16a將城域網(wǎng)技術(shù)與IEEE 802.11無線局域網(wǎng)集成，基站將成為以無線方式連接互聯(lián)網(wǎng)中熱點業(yè)務(wù)的理想手段，在有線基礎(chǔ)設(shè)施不發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)揮重要作用。

2.2　IEEE 802.16e

由于1EEE 802.16a中BWA系統(tǒng)只支持固定接入或慢速移動接入，不支持高速移動業(yè)務(wù)，使其應(yīng)用范圍受到一定限制。因此，在IEEE 802.16a基礎(chǔ)上制定的支持車載移動速度的IEEE 802.16e應(yīng)運而生。

IEEE 802.16e是在2 GHz-6 GHz的許可帶寬內(nèi)增加了移動性，針對WMAN接入方式提出的新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，它采用OFDM技術(shù)，大大改進(jìn)了非視距性，增加了傳輸距離，支持移動性，降低了運營成本。

2.3　IEEE 802.20

2002年11月，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)委員會成立了IEEE 802.20----移動寬帶無線接入(MBWA)工作組，致力于為移動用戶開發(fā)一個標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)支持在3 GHz頻帶高可靠地進(jìn)行高速無線數(shù)據(jù)傳輸，還有望為以250 km/h速度移動的移動用戶提供高達(dá)1 Mbit/s的高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，使高速列車上的用戶能使用視頻會議等對時間敏感的應(yīng)用。

IEEE 802.20 MBWA系統(tǒng)是新的適合移動無線Internet分組IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)腗BWA系統(tǒng)，它所支持的用戶數(shù)據(jù)速率、有效用戶數(shù)及頻譜效率均大于現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)，能提供更高的QoS保障，實現(xiàn)高頻譜效率和更小的延時，給用戶帶來可與有線連接效果媲美的高速數(shù)據(jù)應(yīng)用。

IEEE 802.20標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋范圍與目前的移動電話系統(tǒng)一樣，都是全球范圍的，而傳輸速度卻達(dá)到了Wi-Fi水平，比目前的移動通信網(wǎng)絡(luò)具有明顯的優(yōu)勢，與3G標(biāo)準(zhǔn)相比也具有優(yōu)勢。

IEEE 802.16e與IEEE 802.20從表面上看有些相似[3]，實際上它們之間有很大區(qū)別：

(a)IEEE 802.16e在2 GHz-6 GHz的許可帶寬內(nèi)增加了移動性，而IEEE 802.20則工作在3.5GHz以下執(zhí)照頻帶，支持城域網(wǎng)環(huán)境下250km/h高移動性車載通信，在1.25 MHz帶寬可支持的每個用戶的口峰值數(shù)據(jù)速率大于l Mbit/s，頻譜效率可達(dá)1 bit/(s.Hz.cell)以上。

(b)IEEE 802.20的空中接口在蜂窩小區(qū)范圍為15 km或更大的WMAN中能夠推進(jìn)實時數(shù)據(jù)傳輸，與傳統(tǒng)的DSL網(wǎng)絡(luò)和電纜進(jìn)行競爭，甚至當(dāng)移動用戶以250 km/h速度行進(jìn)時仍可進(jìn)行正常通信。而IEEE 802.16e只限于車載速度的系統(tǒng)中，仿真試驗表明可進(jìn)行正常通信的最大移動速度為120km/h-150km/h。

(c)更重要的是，IEEE 802.16e是在已有的IEEE 802.16a基礎(chǔ)上制定的，而1EEE 802.20則是按MBWA草案重新制定的。IEEE 802.16e適用于步行用戶手中的個人數(shù)字代理(PDA)或膝上電腦，而IEEE 802.20則適用于高速移動的系統(tǒng)。

3　結(jié)束語

寬帶化、無線化是通信發(fā)展的必然趨勢。IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)是針對WMAN接入方式提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，它采用OFDM技術(shù)，大大改進(jìn)了非視距性，增加了傳輸距離，降低了運營成本。MBWA的最大特點是高移動性、高頻譜效率和高數(shù)據(jù)速率，MBWA系統(tǒng)填補了當(dāng)前IEEE 802的低移動性高數(shù)據(jù)速率與高移動性蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間的性能空間，該解決方案以基于分組的接入網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，并按最佳頻譜效率設(shè)計，因此它將提供比包括3G系統(tǒng)在內(nèi)的現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)解決方案更好的性價比特性。

參考文獻(xiàn)

1　IEEE 802.16.2,Coexistence of Fixed Broadband Wireless Access Systems.2001

2　IEEE 802.16a.IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16:Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems Medium Access Control Modifications and Additional Physicall Layer Specifications for 2 GHz-11 GHz.2003

3　Vikki Lipset,802.16e vs 802.20.Wi-Fi Planet