下一代的宽带无线接入技术

2019-11-03 19:04:32

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

陈洁

　　一、引言

　　近年来，随着用户数据业务量的迅猛发展，以ADSL为代表的有线宽带接入技术发展非常迅速，在宽带接入网市场上占据了主导性的地位。但在缺乏有效的有线接入手段的地域内，无需光纤或双绞线等线缆资源的宽带无线接入技术得到了运营商的青睐，通过架设无线网络，用户同样可以便捷地接入到宽带网络。

　　目前，在城域网已经得到广泛应用的宽带无线接入技术包括3.5GHz固定无线接入技术、5.8GHz固定无线接入技术和26GHz本地多点分配系统(LMDS)等，它们一般均采用点到多点的拓扑结构，根据各自所用频段的无线信道性能可提供不同的无线覆盖范围，并主要为商业用户和集团用户提供数据业务和语音业务的接入服务。由于以上三种无线接入技术均属于固定无线接入技术，其用户站在工作时不能移动，因此无法满足用户对移动数据业务的需求。此外，目前市场上这三种技术的产品的空中接口均属于私有接口，标准化程度很低，不同厂商的产品无法实现互通，这限制了无线接入产品的大规模商业化。为了满足用户对具有移动性的高带宽数据业务的需求，下一代的宽带无线接入网络应具有高带宽、多业务和可移动的特点，IEEE802.16技术应运而生。

　　二、IEEE802. 16技术的提出

　　IEEE针对特定市场需求和应用模式提出了一系列不同层次的互补性无线标准，其中已经得到广泛应用的标准系列包括应用于家庭互联的IEEE802.15标准和应用于无线局域网的IEEE802.11标准。而IEEE802.16标准的提出，弥补了IEEE在无线城域网标上的空白。正因为802.16标准主要应用于城域网，因此符合该标准的系统被视为可与DSL竞争的最后一公里宽带接入解决方案。

　　IEEE802.16标准又称为EEE Wireless MAN标准，到目前为止，该系列标准包括802.16，802.16a，802.16d和802.16e四个标准，每个标准依序为前一个标准的扩展和改进。2001年12月颁布的802.16标准，对10～66GHz频段进行了规范，由于其使用的频段较高，因此仅能应用于可视距(Line of Sight，LOS)范围内。2003年1月颁布的802.16a标准对之前颁布的802.16标准进行了扩展，对2～11GHz频段进行了规范，该频段具有非可视距(NLOS)传输的特点，使得该标准与802.16标准相比更具有市场应用价值，真正成为适合应用于城域网的无线接入手段。802.16d标准是802.16标准的一个修订版本，计划在2004年下半年正式发布。该标准对前几个802.16标准进行了整合和修订，对空中接口的物理层和MAC层(媒质接入控制子层)进行了详细规定。同时，为了能够后向平滑过渡到支持用户站以车辆速度移动的802.16e标准，802.16d增加了部分功能以支持用户的移动性。802.16e标准是802.16标准的增强版本，目前也尚未得到正式发布。该标准规定了可同时支持固定和移动无线用户接入的系统，工作在2～6GHz之间适宜于移动性的许可频段，可支持用户站以车辆速度移动同时并不影响其固定无线接入能力。制定802.16e标准的目的是希望能够提出一种既能提供高速数据业务又使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案，该技术被业界视为目前惟一能对3G(第三代移动通信)构成竞争的下一代宽带无线技术。

　　三、IEEE802.16的技术特点

　　在IEEE802.16标准系列中，802.16d是相对比较成熟并且最具有实用性的一个标准版本，是一个主要为固定无接入系统服务的空中接口规范。它根据使用频段的不同定了多种类型的物理层，同时其规定的MAC层具有可支持多种业务类型并能保证QoS的特性。802.16技术的协议分结构如图1所示。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，分别有多种物理层与之相对应(见表1)。802.16的MAC层由特定服务汇聚子层(Service Specific Convergence Sublayer、公共部分子层(Common Part Sublayer)、保密子层(PRivacy Sublayer)三个子层组成，它们分别完成业务映射与资源分配、链路建立和维护以及认证与加密功能。特定服务汇聚子层的存在，保证了802.16系统对ip、实时语音、ATM等不同类型业务QoS的支持能力。

表1　802.16空中接口物理层分类

物理层类型	使用频段	基本特点
WirelessMAN-SC	10～66GHz许可频段	采用单载波调制方式，视距传输，典型信道带宽为25MHz或28MHz，上行采用TDMA方式
WirelessMAN-Sca	2～11GHz许可频段	采用单载波调制方式，非视距传输，允许信道带宽不超过l.25MHz，上行采用TDMA方式，可选支持自适应天线系统(AAS)和空时编码(STC)等
WirelessMAN-OFDM	2～11GHz许可频段	采用256个子载波的OFDM(正交频分复用)调制方式，非视距传输，可选支持AAS、网格模式(Mesh)和STC等
WirelessMAN-OFDMA	2～11GHz许可频段	采用2048个子载波的OFDM调制方式，非视距传输，允许信道带宽不超过1.25MHz，可选支持AAS和STC等
WirelessHUMAN	2～11GHz免许可频段	可选支持AAS，Mesh和STC等

　　在物理层和MAC层协议的支持下，802.16系统表现出优异的无线传输性能，即最高传输速率可达70Mbit/s，最大覆盖范围可达50km，并具有很强的多业务支持能力。由于所采用的OFDM调制方式自身的技术特点，允许子载波间频谱混叠，使得系统的频谱利用率大大提高。此外，采用动态频率选择来降低干扰，采用自适应天线系统来提高覆盖范围和网络容量，采用空时编码方式通过空间分极在衰落环境下提高系统性能，这些技术保证了802.16系统在各种信道环境下均均具有良好的无线性能。综合来说，802.16技术具有以下几个主要的技术优势：

　　(1)　高带宽，覆盖范围广；

　　(2)频谱利用率高；

　　(3)业务类型多样化，并能保障QoS；

　　(4)空中接口标准化程度高，易得到芯片厂商的支持，有利于产业化，形成规模经济；

　　(5)可从固定无线接入系统平滑过渡到移动无线接入系统，在网络演进方面极具优势。

　　因此，802.16技术被视为目前最有发展前景的宽带无线接入技术，是下一代网络(NGN)发展中重要的组成部分。但是为了与有线接入技术竞争，802.16无线技术必须在衰落信道提供与有线服务质量相当的高速率无线接入服务，并最终为用户提供端到端的连接。从目前的技术发展来看，有很多技术问题仍然需要进一步研究，这包括提高系统的频谱利用率(如利用STC+OFDM技术或超宽带调制技术等)，降低小区间的干扰；提高系统容量(如采用动态频率选择和自适应天线技术等)；改进MAC层，研究在宽带无线传输条件下资源管理机制等；增强安全性能，解决目前协议中的安全漏洞问题。

　　四、802.16技术的应用前景

　　802.16技术作为下一代理想的宽带无线接入技术，可根据不同的业务需求应用在不同的场合。

　　(1)在缺乏线缆资源的城市中，在业务量集中、用户群集中的地区，运营商尤其是新兴运营商可以通过802.16技术为企业用户和集团用户提供高带宽的数据和语音接入服务，解决长期以来受制于线缆资源而无法发展新用户的困扰。

　　(2)在临时的展会和会议场所，802.16无线技术可为临时活动提供即时可配置的“按需”高速连接，并能在极短时间内根据用户需求改变服务等级，活动结束后还可迅速改变无线网络拓扑结构。服务提供商利用802.16技术实现了以较短时间、低廉的成本提供可媲美有线解决方案速度的服务。

　　(3)在农村和人口密度较低的偏远地区，802.16无线技术是服务提供商向用户提供Internet接入服务和语音服务的最佳选择。相对于需要花费大量人力物力铺设有线基础设施的有线解决方案，802.16网络初始投资更少，网络部署和业务开展更为迅速。

　　(4)802.16无线城域网与802.11无线局域网相结合，实现室外远距离无线连接与室内游牧式高速数据连接的结合，将无线网络从局域网扩展到城域网。

　　(5)802.16e技术对移动性的支持，使得用户可以获得漫游和切换服务，在非归属地也能灵活地接入到当地的宽带网络。这种应用是802.16技术对3G网络服务的最大竞争方式，它可提供的数据业务带宽是3G网络服务的几倍甚至十几倍。

　　(6)802.16无线技术作为下一代宽带无线网络的经济新增长点，受到了芯片厂商的高度重视，Intel公司已经计划在2004年下半年大规模推出符合802.16标准的集成芯片，这为该技术形成良好的产业链打下了稳定的关键一环。在标准化和市场化工作取得很大进展的同时，802.16技术想要在未来的无线通信网络中取得类似蜂窝移动通信的巨大成功，还有很多工作要做，有漫长的路要走。

　　(7)继续完善802.16无线技术的标准化工作。目前，已有的无线接入系统由于缺乏标准，价格相对较为昂贵，技术的标准化可以极大降低设备成本，建立良好的产业链。但目前在802.16无线技术的标准化过程中，仍有一些技术细节尚未得到解决，这在一定程度上滞后了该技术的发展。

　　(8)频谱分配策略和频谱兼容问题。802.16技术主要工作在2～11GHz的许可频段，在网络部署时需要获得政府部门的频率许可。政府无线管理部门所采取的频谱分配策略对802.16技术的发展有着决定性的作用。

　　(9)802.16无线技术应与其它技术相结合，为用户提供更加方便灵活的服务。众所周知，没有一种宽带接入技术能够惟一占据市场，每一种技术均有其各自最适合的应用场合。在同一区域，多种宽带接入技术将会共存，应当努力做到多种技术优势互补，通过集成这些技术，为用户无缝、透明的提供高度灵活的服务。

　　(10)互操作性问题。解决不同厂商设备之间的兼容性和互操作性问题，是推动宽带无线网络部署的巨大动力，802.16无线技术也不例外。WiMAX(全球微波接入互操作性论坛)正致力于解决在宽带无线接入系统间实现互操作性，推广IEEE802.16标准设备在运营商的宽带无线接入系统中的应用。

　　(11)进一步降低设备价格，用户设备更加易于安装、使用和维护。价格是决定宽带无线接入技术能否取得成功的关键因素之一。同时，对于IEEE802.16这样的宽带无线接入技术，用户设备能否易于安装和使用也是其能够大规模应用的重要影响因素。

　　(12)向移动网络的平滑过渡。802.16固定无线接入技术与现有的其他固定无线接入技术在应用场合上有很大的相似性，虽然标准化的空中接口、更高的传输速率等级和更远的覆盖范围使其据有一定的技术优势，但是真正能够吸引运营商特别是固定网络运营商的是802.16技术能够从固定无线接入网络平滑过渡到移动网络。因此，积极研究802.16e技术，开发其对移动业务的支持能力，是802.16技术是否能最终获得成功的关键。

　　五、结束语

　　在人们对下一代通信网络怀有美好憧憬的今天，802.16无线技术已经俨然成为能够实现未来无线网络发展蓝图的重要手段之一。随着IEEE标准化工作的进一步开展，以及产业界对符合802.16标准的系统的研制和开发，相信802.16无线技术一定能够解决目前仍然存在的技术和应用问题，构建出理想的下一代宽带无线接入网。

　　
摘自　泰尔网

上一篇：下一代网络中分组话音接入的实现

下一篇：宽带无线接入技术的发展