一、引言
近年來，隨著用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的迅猛發(fā)展，以ADSL為代表的有線寬帶接入技術(shù)發(fā)展非常迅速，在寬帶接入網(wǎng)市場上占據(jù)了主導(dǎo)性的地位。但在缺乏有效的有線接入手段的地域內(nèi)，無需光纖或雙絞線等線纜資源的寬帶無線接入技術(shù)得到了運營商的青睞，通過架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，用戶同樣可以便捷地接入到寬帶網(wǎng)絡(luò)。
目前，在城域網(wǎng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的寬帶無線接入技術(shù)包括3.5GHz固定無線接入技術(shù)、5.8GHz固定無線接入技術(shù)和26GHz本地多點分配系統(tǒng)(LMDS)等，它們一般均采用點到多點的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)各自所用頻段的無線信道性能可提供不同的無線覆蓋范圍，并主要為商業(yè)用戶和集團用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)的接入服務(wù)。由于以上三種無線接入技術(shù)均屬于固定無線接入技術(shù)，其用戶站在工作時不能移動，因此無法滿足用戶對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。此外，目前市場上這三種技術(shù)的產(chǎn)品的空中接口均屬于私有接口，標(biāo)準(zhǔn)化程度很低，不同廠商的產(chǎn)品無法實現(xiàn)互通，這限制了無線接入產(chǎn)品的大規(guī)模商業(yè)化。為了滿足用戶對具有移動性的高帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，下一代的寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有高帶寬、多業(yè)務(wù)和可移動的特點，IEEE802.16技術(shù)應(yīng)運而生。
二、IEEE802. 16技術(shù)的提出
IEEE針對特定市場需求和應(yīng)用模式提出了一系列不同層次的互補性無線標(biāo)準(zhǔn)，其中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)系列包括應(yīng)用于家庭互聯(lián)的IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)。而IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的提出，彌補了IEEE在無線城域網(wǎng)標(biāo)上的空白。正因為802.16標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于城域網(wǎng)，因此符合該標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)被視為可與DSL競爭的最后一公里寬帶接入解決方案。
IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)又稱為EEE Wireless MAN標(biāo)準(zhǔn)，到目前為止，該系列標(biāo)準(zhǔn)包括802.16，802.16a，802.16d和802.16e四個標(biāo)準(zhǔn)，每個標(biāo)準(zhǔn)依序為前一個標(biāo)準(zhǔn)的擴展和改進。2001年12月頒布的802.16標(biāo)準(zhǔn)，對10～66GHz頻段進行了規(guī)范，由于其使用的頻段較高，因此僅能應(yīng)用于可視距(Line of Sight，LOS)范圍內(nèi)。2003年1月頒布的802.16a標(biāo)準(zhǔn)對之前頒布的802.16標(biāo)準(zhǔn)進行了擴展，對2～11GHz頻段進行了規(guī)范，該頻段具有非可視距(NLOS)傳輸?shù)奶攸c，使得該標(biāo)準(zhǔn)與802.16標(biāo)準(zhǔn)相比更具有市場應(yīng)用價值，真正成為適合應(yīng)用于城域網(wǎng)的無線接入手段。802.16d標(biāo)準(zhǔn)是802.16標(biāo)準(zhǔn)的一個修訂版本，計劃在2004年下半年正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)對前幾個802.16標(biāo)準(zhǔn)進行了整合和修訂，對空中接口的物理層和MAC層(媒質(zhì)接入控制子層)進行了詳細(xì)規(guī)定。同時，為了能夠后向平滑過渡到支持用戶站以車輛速度移動的802.16e標(biāo)準(zhǔn)，802.16d增加了部分功能以支持用戶的移動性。802.16e標(biāo)準(zhǔn)是802.16標(biāo)準(zhǔn)的增強版本，目前也尚未得到正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了可同時支持固定和移動無線用戶接入的系統(tǒng)，工作在2～6GHz之間適宜于移動性的許可頻段，可支持用戶站以車輛速度移動同時并不影響其固定無線接入能力。制定802.16e標(biāo)準(zhǔn)的目的是希望能夠提出一種既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案，該技術(shù)被業(yè)界視為目前惟一能對3G(第三代移動通信)構(gòu)成競爭的下一代寬帶無線技術(shù)。
三、IEEE802.16的技術(shù)特點
在IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)系列中，802.16d是相對比較成熟并且最具有實用性的一個標(biāo)準(zhǔn)版本，是一個主要為固定無接入系統(tǒng)服務(wù)的空中接口規(guī)范。它根據(jù)使用頻段的不同定了多種類型的物理層，同時其規(guī)定的MAC層具有可支持多種業(yè)務(wù)類型并能保證QoS的特性。802.16技術(shù)的協(xié)議分結(jié)構(gòu)如圖1所示。802.16可支持TDD(時分雙工)和FDD(頻分雙工)兩種無線雙工方式，根據(jù)使用頻段的不同，分別有多種物理層與之相對應(yīng)(見表1)。802.16的MAC層由特定服務(wù)匯聚子層(Service Specific Convergence Sublayer、公共部分子層(Common Part Sublayer)、保密子層(Privacy Sublayer)三個子層組成，它們分別完成業(yè)務(wù)映射與資源分配、鏈路建立和維護以及認(rèn)證與加密功能。特定服務(wù)匯聚子層的存在，保證了802.16系統(tǒng)對IP、實時語音、ATM等不同類型業(yè)務(wù)QoS的支持能力。
表1 802.16空中接口物理層分類
物理層類型
使用頻段
基本特點
WirelessMAN-SC
10～66GHz許可頻段
采用單載波調(diào)制方式，視距傳輸，典型信道帶寬為25MHz或28MHz，上行采用TDMA方式
WirelessMAN-Sca
2～11GHz許可頻段
采用單載波調(diào)制方式，非視距傳輸，
允許信道帶寬不超過l.25MHz，上行采用TDMA方式，可選支持自適應(yīng)天線系統(tǒng)(AAS)和空時編碼(STC)等
WirelessMAN-OFDM
2～11GHz許可頻段
采用256個子載波的OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制方式，非視距傳輸，可選支持AAS、網(wǎng)格模式(Mesh)和STC等
WirelessMAN-OFDMA
2～11GHz許可頻段
采用2048個子載波的OFDM調(diào)制方式，非視距傳輸，允許信道帶寬不超過1.25MHz，可選支持AAS和STC等
WirelessHUMAN
2～11GHz免許可頻段
可選支持AAS，Mesh和STC等
在物理層和MAC層協(xié)議的支持下，802.16系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的無線傳輸性能，即最高傳輸速率可達70Mbit/s，最大覆蓋范圍可達50km，并具有很強的多業(yè)務(wù)支持能力。由于所采用的OFDM調(diào)制方式自身的技術(shù)特點，允許子載波間頻譜混疊，使得系統(tǒng)的頻譜利用率大大提高。此外，采用動態(tài)頻率選擇來降低干擾，采用自適應(yīng)天線系統(tǒng)來提高覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量，采用空時編碼方式通過空間分極在衰落環(huán)境下提高系統(tǒng)性能，這些技術(shù)保證了802.16系統(tǒng)在各種信道環(huán)境下均均具有良好的無線性能。綜合來說，802.16技術(shù)具有以下幾個主要的技術(shù)優(yōu)勢：
(1) 高帶寬，覆蓋范圍廣；
(2)頻譜利用率高；
(3)業(yè)務(wù)類型多樣化，并能保障QoS；
(4)空中接口標(biāo)準(zhǔn)化程度高，易得到芯片廠商的支持，有利于產(chǎn)業(yè)化，形成規(guī)模經(jīng)濟；
(5)可從固定無線接入系統(tǒng)平滑過渡到移動無線接入系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)演進方面極具優(yōu)勢。
因此，802.16技術(shù)被視為目前最有發(fā)展前景的寬帶無線接入技術(shù)，是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)發(fā)展中重要的組成部分。但是為了與有線接入技術(shù)競爭，802.16無線技術(shù)必須在衰落信道提供與有線服務(wù)質(zhì)量相當(dāng)?shù)母咚俾薀o線接入服務(wù)，并最終為用戶提供端到端的連接。從目前的技術(shù)發(fā)展來看，有很多技術(shù)問題仍然需要進一步研究，這包括提高系統(tǒng)的頻譜利用率(如利用STC+OFDM技術(shù)或超寬帶調(diào)制技術(shù)等)，降低小區(qū)間的干擾；提高系統(tǒng)容量(如采用動態(tài)頻率選擇和自適應(yīng)天線技術(shù)等)；改進MAC層，研究在寬帶無線傳輸條件下資源管理機制等；增強安全性能，解決目前協(xié)議中的安全漏洞問題。
四、802.16技術(shù)的應(yīng)用前景
802.16技術(shù)作為下一代理想的寬帶無線接入技術(shù)，可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求應(yīng)用在不同的場合。
(1)在缺乏線纜資源的城市中，在業(yè)務(wù)量集中、用戶群集中的地區(qū)，運營商尤其是新興運營商可以通過802.16技術(shù)為企業(yè)用戶和集團用戶提供高帶寬的數(shù)據(jù)和語音接入服務(wù)，解決長期以來受制于線纜資源而無法發(fā)展新用戶的困擾。
(2)在臨時的展會和會議場所，802.16無線技術(shù)可為臨時活動提供即時可配置的“按需”高速連接，并能在極短時間內(nèi)根據(jù)用戶需求改變服務(wù)等級，活動結(jié)束后還可迅速改變無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。服務(wù)提供商利用802.16技術(shù)實現(xiàn)了以較短時間、低廉的成本提供可媲美有線解決方案速度的服務(wù)。
(3)在農(nóng)村和人口密度較低的偏遠(yuǎn)地區(qū)，802.16無線技術(shù)是服務(wù)提供商向用戶提供Internet接入服務(wù)和語音服務(wù)的最佳選擇。相對于需要花費大量人力物力鋪設(shè)有線基礎(chǔ)設(shè)施的有線解決方案，802.16網(wǎng)絡(luò)初始投資更少，網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)開展更為迅速。
(4)802.16無線城域網(wǎng)與802.11無線局域網(wǎng)相結(jié)合，實現(xiàn)室外遠(yuǎn)距離無線連接與室內(nèi)游牧式高速數(shù)據(jù)連接的結(jié)合，將無線網(wǎng)絡(luò)從局域網(wǎng)擴展到城域網(wǎng)。
(5)802.16e技術(shù)對移動性的支持，使得用戶可以獲得漫游和切換服務(wù)，在非歸屬地也能靈活地接入到當(dāng)?shù)氐膶拵ЬW(wǎng)絡(luò)。這種應(yīng)用是802.16技術(shù)對3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的最大競爭方式，它可提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬是3G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的幾倍甚至十幾倍。
(6)802.16無線技術(shù)作為下一代寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟新增長點，受到了芯片廠商的高度重視，Intel公司已經(jīng)計劃在2004年下半年大規(guī)模推出符合802.16標(biāo)準(zhǔn)的集成芯片，這為該技術(shù)形成良好的產(chǎn)業(yè)鏈打下了穩(wěn)定的關(guān)鍵一環(huán)。在標(biāo)準(zhǔn)化和市場化工作取得很大進展的同時，802.16技術(shù)想要在未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)中取得類似蜂窩移動通信的巨大成功，還有很多工作要做，有漫長的路要走。
(7)繼續(xù)完善802.16無線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前，已有的無線接入系統(tǒng)由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，價格相對較為昂貴，技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化可以極大降低設(shè)備成本，建立良好的產(chǎn)業(yè)鏈。但目前在802.16無線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化過程中，仍有一些技術(shù)細(xì)節(jié)尚未得到解決，這在一定程度上滯后了該技術(shù)的發(fā)展。
(8)頻譜分配策略和頻譜兼容問題。802.16技術(shù)主要工作在2～11GHz的許可頻段，在網(wǎng)絡(luò)部署時需要獲得政府部門的頻率許可。政府無線管理部門所采取的頻譜分配策略對802.16技術(shù)的發(fā)展有著決定性的作用。
(9)802.16無線技術(shù)應(yīng)與其它技術(shù)相結(jié)合，為用戶提供更加方便靈活的服務(wù)。眾所周知，沒有一種寬帶接入技術(shù)能夠惟一占據(jù)市場，每一種技術(shù)均有其各自最適合的應(yīng)用場合。在同一區(qū)域，多種寬帶接入技術(shù)將會共存，應(yīng)當(dāng)努力做到多種技術(shù)優(yōu)勢互補，通過集成這些技術(shù)，為用戶無縫、透明的提供高度靈活的服務(wù)。
(10)互操作性問題。解決不同廠商設(shè)備之間的兼容性和互操作性問題，是推動寬帶無線網(wǎng)絡(luò)部署的巨大動力，802.16無線技術(shù)也不例外。WiMAX(全球微波接入互操作性論壇)正致力于解決在寬帶無線接入系統(tǒng)間實現(xiàn)互操作性，推廣IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備在運營商的寬帶無線接入系統(tǒng)中的應(yīng)用。
(11)進一步降低設(shè)備價格，用戶設(shè)備更加易于安裝、使用和維護。價格是決定寬帶無線接入技術(shù)能否取得成功的關(guān)鍵因素之一。同時，對于IEEE802.16這樣的寬帶無線接入技術(shù)，用戶設(shè)備能否易于安裝和使用也是其能夠大規(guī)模應(yīng)用的重要影響因素。
(12)向移動網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡。802.16固定無線接入技術(shù)與現(xiàn)有的其他固定無線接入技術(shù)在應(yīng)用場合上有很大的相似性，雖然標(biāo)準(zhǔn)化的空中接口、更高的傳輸速率等級和更遠(yuǎn)的覆蓋范圍使其據(jù)有一定的技術(shù)優(yōu)勢，但是真正能夠吸引運營商特別是固定網(wǎng)絡(luò)運營商的是802.16技術(shù)能夠從固定無線接入網(wǎng)絡(luò)平滑過渡到移動網(wǎng)絡(luò)。因此，積極研究802.16e技術(shù)，開發(fā)其對移動業(yè)務(wù)的支持能力，是802.16技術(shù)是否能最終獲得成功的關(guān)鍵。
五、結(jié)束語
在人們對下一代通信網(wǎng)絡(luò)懷有美好憧憬的今天，802.16無線技術(shù)已經(jīng)儼然成為能夠?qū)崿F(xiàn)未來無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展藍(lán)圖的重要手段之一。隨著IEEE標(biāo)準(zhǔn)化工作的進一步開展，以及產(chǎn)業(yè)界對符合802.16標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)的研制和開發(fā)，相信802.16無線技術(shù)一定能夠解決目前仍然存在的技術(shù)和應(yīng)用問題，構(gòu)建出理想的下一代寬帶無線接入網(wǎng)。C+OFDM技術(shù)或超寬帶調(diào)制技術(shù)等)，降低小區(qū)間的干擾；提高系統(tǒng)容量(如采用動態(tài)頻率選擇和自適應(yīng)天線技術(shù)等)；改進MAC層，研究在寬帶無線傳輸條件下資源管理機制等；增強安全性能，解決目前協(xié)議中的安全漏洞問題。
