一、引言
近年來，隨著用戶數(shù)據(jù)業(yè)務量的迅猛發(fā)展，以ADSL為代表的有線寬帶接入技術發(fā)展非常迅速，在寬帶接入網(wǎng)市場上占據(jù)了主導性的地位。但在缺乏有效的有線接入手段的地域內，無需光纖或雙絞線等線纜資源的寬帶無線接入技術得到了運營商的青睞，通過架設無線網(wǎng)絡，用戶同樣可以便捷地接入到寬帶網(wǎng)絡。
目前，在城域網(wǎng)已經(jīng)得到廣泛應用的寬帶無線接入技術包括3.5GHz固定無線接入技術、5.8GHz固定無線接入技術和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撲結構，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)務和語音業(yè)務的接入服務。由于以上三種無線接入技術均屬于固定無線接入技術，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)務的需求。此外，目前市場上這三種技術的產(chǎn)品的空中接口均屬于私有接口，標準化程度很低，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)務的需求，下一代的寬帶無線接入網(wǎng)絡應具有高帶寬、多業(yè)務和可移動的特點，IEEE802.16技術應運而生。
二、IEEE802. 16技術的提出
IEEE針對特定市場需求和應用模式提出了一系列不同層次的互補性無線標準，其中已經(jīng)得到廣泛應用的標準系列包括應用于家庭互聯(lián)的IEEE802.15標準和應用于無線局域網(wǎng)的IEEE802.11標準。而IEEE802.16標準的提出，彌補了IEEE在無線城域網(wǎng)標上的空白。正因為802.16標準主要應用于城域網(wǎng)，因此符合該標準的系統(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標準又稱為EEE Wireless MAN標準，到目前為止，該系列標準包括802.16，802.16a，802.16d和802.16e四個標準，每個標準依序為前一個標準的擴展和改進。2001年12月頒布的802.16標準，對10～66GHz頻段進行了規(guī)范，由于其使用的頻段較高，因此僅能應用于可視距(Line of Sight，LOS)范圍內。2003年1月頒布的802.16a標準對之前頒布的802.16標準進行了擴展，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，使得該標準與802.16標準相比更具有市場應用價值，真正成為適合應用于城域網(wǎng)的無線接入手段。802.16d標準是802.16標準的一個修訂版本，計劃在2004年下半年正式發(fā)布。該標準對前幾個802.16標準進行了整合和修訂，對空中接口的物理層和MAC層(媒質接入控制子層)進行了詳細規(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標準，802.16d增加了部分功能以支持用戶的移動性。802.16e標準是802.16標準的增強版本，目前也尚未得到正式發(fā)布。該標準規(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標準的目的是希望能夠提出一種既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務又使用戶具有移動性的寬帶無線接入解決方案，該技術被業(yè)界視為目前惟一能對3G(第三代移動通信)構成競爭的下一代寬帶無線技術。
三、IEEE802.16的技術特點
在IEEE802.16標準系列中，802.16d是相對比較成熟并且最具有實用性的一個標準版本，是一個主要為固定無接入系統(tǒng)服務的空中接口規(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)務類型并能保證QoS的特性。802.16技術的協(xié)議分結構如圖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(見表1)。802.16的MAC層由特定服務匯聚子層(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)務映射與資源分配、鏈路建立和維護以及認證與加密功能。特定服務匯聚子層的存在，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(正交頻分復用)調制方式，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)務支持能力。由于所采用的OFDM調制方式自身的技術特點，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，采用自適應天線系統(tǒng)來提高覆蓋范圍和網(wǎng)絡容量，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技術具有以下幾個主要的技術優(yōu)勢：
(1) 高帶寬，覆蓋范圍廣；
(2)頻譜利用率高；
(3)業(yè)務類型多樣化，并能保障QoS；
(4)空中接口標準化程度高，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)絡演進方面極具優(yōu)勢。
因此，802.16技術被視為目前最有發(fā)展前景的寬帶無線接入技術，是下一代網(wǎng)絡(NGN)發(fā)展中重要的組成部分。但是為了與有線接入技術競爭，802.16無線技術必須在衰落信道提供與有線服務質量相當?shù)母咚俾薀o線接入服務，并最終為用戶提供端到端的連接。從目前的技術發(fā)展來看，有很多技術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技術或超寬帶調制技術等)，降低小區(qū)間的干擾；提高系統(tǒng)容量(如采用動態(tài)頻率選擇和自適應天線技術等)；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技術的應用前景
802.16技術作為下一代理想的寬帶無線接入技術，可根據(jù)不同的業(yè)務需求應用在不同的場合。
(1)在缺乏線纜資源的城市中，在業(yè)務量集中、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，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，并能在極短時間內根據(jù)用戶需求改變服務等級，活動結束后還可迅速改變無線網(wǎng)絡拓撲結構。服務提供商利用802.16技術實現(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。
(3)在農(nóng)村和人口密度較低的偏遠地區(qū)，802.16無線技術是服務提供商向用戶提供Internet接入服務和語音服務的最佳選擇。相對于需要花費大量人力物力鋪設有線基礎設施的有線解決方案，802.16網(wǎng)絡初始投資更少，網(wǎng)絡部署和業(yè)務開展更為迅速。
(4)802.16無線城域網(wǎng)與802.11無線局域網(wǎng)相結合，實現(xiàn)室外遠距離無線連接與室內游牧式高速數(shù)據(jù)連接的結合，將無線網(wǎng)絡從局域網(wǎng)擴展到城域網(wǎng)。
(5)802.16e技術對移動性的支持，使得用戶可以獲得漫游和切換服務，在非歸屬地也能靈活地接入到當?shù)氐膶拵ЬW(wǎng)絡。這種應用是802.16技術對3G網(wǎng)絡服務的最大競爭方式，它可提供的數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬是3G網(wǎng)絡服務的幾倍甚至十幾倍。
(6)802.16無線技術作為下一代寬帶無線網(wǎng)絡的經(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標準的集成芯片，這為該技術形成良好的產(chǎn)業(yè)鏈打下了穩(wěn)定的關鍵一環(huán)。在標準化和市場化工作取得很大進展的同時，802.16技術想要在未來的無線通信網(wǎng)絡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無線技術的標準化工作。目前，已有的無線接入系統(tǒng)由于缺乏標準，價格相對較為昂貴，技術的標準化可以極大降低設備成本，建立良好的產(chǎn)業(yè)鏈。但目前在802.16無線技術的標準化過程中，仍有一些技術細節(jié)尚未得到解決，這在一定程度上滯后了該技術的發(fā)展。
(8)頻譜分配策略和頻譜兼容問題。802.16技術主要工作在2～11GHz的許可頻段，在網(wǎng)絡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技術的發(fā)展有著決定性的作用。
(9)802.16無線技術應與其它技術相結合，為用戶提供更加方便靈活的服務。眾所周知，沒有一種寬帶接入技術能夠惟一占據(jù)市場，每一種技術均有其各自最適合的應用場合。在同一區(qū)域，多種寬帶接入技術將會共存，應當努力做到多種技術優(yōu)勢互補，通過集成這些技術，為用戶無縫、透明的提供高度靈活的服務。
(10)互操作性問題。解決不同廠商設備之間的兼容性和互操作性問題，是推動寬帶無線網(wǎng)絡部署的巨大動力，802.16無線技術也不例外。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標準設備在運營商的寬帶無線接入系統(tǒng)中的應用。
(11)進一步降低設備價格，用戶設備更加易于安裝、使用和維護。價格是決定寬帶無線接入技術能否取得成功的關鍵因素之一。同時，對于IEEE802.16這樣的寬帶無線接入技術，用戶設備能否易于安裝和使用也是其能夠大規(guī)模應用的重要影響因素。
(12)向移動網(wǎng)絡的平滑過渡。802.16固定無線接入技術與現(xiàn)有的其他固定無線接入技術在應用場合上有很大的相似性，雖然標準化的空中接口、更高的傳輸速率等級和更遠的覆蓋范圍使其據(jù)有一定的技術優(yōu)勢，但是真正能夠吸引運營商特別是固定網(wǎng)絡運營商的是802.16技術能夠從固定無線接入網(wǎng)絡平滑過渡到移動網(wǎng)絡。因此，積極研究802.16e技術，開發(fā)其對移動業(yè)務的支持能力，是802.16技術是否能最終獲得成功的關鍵。
五、結束語
在人們對下一代通信網(wǎng)絡懷有美好憧憬的今天，802.16無線技術已經(jīng)儼然成為能夠實現(xiàn)未來無線網(wǎng)絡發(fā)展藍圖的重要手段之一。隨著IEEE標準化工作的進一步開展，以及產(chǎn)業(yè)界對符合802.16標準的系統(tǒng)的研制和開發(fā)，相信802.16無線技術一定能夠解決目前仍然存在的技術和應用問題，構建出理想的下一代寬帶無線接入網(wǎng)。C+OFDM技術或超寬帶調制技術等)，降低小區(qū)間的干擾；提高系統(tǒng)容量(如采用動態(tài)頻率選擇和自適應天線技術等)；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。
