WMAN隨著計算機和通信技術的迅猛發展,全球信息網路正在快速向以IP為基礎的下一代網路(NGN)演進。結合未來全球個人多媒體通信的全面覆蓋要求及下一代寬頻無線(NGBW)的概念與發展趨勢看,寬頻無線接入技術已日益呈現出其重要性。運用寬頻無線接入技術,可以將數據、Internet、話音、視頻和多媒體套用傳送到商業和家庭用戶。其中基於IEEE802.16系列標準的寬頻無線城域網技術(WMAN,WirelessMetropolitanAreaNetworks)又以其能夠提供高速數據無線傳輸乃至於實現移動多媒體寬頻業務等優勢,引起廣泛關注。本文在詳細闡述IEEE802.16系列標準的基礎上,介紹了基於這一標準體系的寬頻WMAN技術WiMax及其進展,並討論了其套用狀況。
IEEE802.16系列標準介紹
IEEE802.16標準的研發初衷是在MAN領域提供高性能的、工作於10～66GHz頻段的最後一公里寬頻無線接入技術,正式名稱是“固定寬頻無線接入系統空中接口(AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems)”,又稱為IEEEWirelessMAN空中接口,是一點對多點技術,其工作原理如圖1所示。主要包括空中接口標準:802.16-2001(即通常所說的802.16標準)、802.16a、802.16c、802.16d與802.16e;共存問題標準:802.16.2-2001、802.16.2a;一致性標準:1802.16.1、1802.16.2。這些標準有的已正式發布,有的正在開發制定當中。
上述標準中,起基礎性作用的是空中接口IEEE802.16與802.。802.16主要用於大業務量的業務接入,但由於設備成本高,其市場推廣工作較遲緩。為了在業已廣泛使用的11GHz以下頻帶開發市場,而且由於這一頻段範圍的非視距特性較理想,樹木與建築物等對信號傳輸的影響較小,基站可直接安裝於建築物頂部而不需要架設高大的信號傳輸塔,且工作於2GHz至11GHz的系統基本上可以滿足大多數寬頻無線接入需求,因而更適於最後一公里接入領域。IEEE於2003年1月29日推出了運行於2～11GHz的擴展版本標準———IEEE802.16a,新標準可適用於特許頻段和2.4GHz、5.8GHz等無須許可的頻段。
基於IEEE802.16系列標準的WMAN技術WiMax
為確保不同供應商產品與解決方案的兼容性,802.16技術的部分領先供應商於2003年4月發起並成立了旨在推進無線寬頻接入的WiMax論壇。WiMax全稱為WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess,即全球微波接入互作業系統,其技術標準為IEEE802.16系列。如同Wi-Fi聯盟的強大促進了WLAN的快速發展一樣,WiMax聯盟的目標也是促進IEEE802.16的套用。該聯盟由Intel牽頭,包括西門子、富士通、AT&T、Covad通訊等,我國中興通訊也名列其中,近期,英國電信(BT)、法國電信、Qwest通信公司、Reliance電信和XO通信也加入了WiMax論壇。目前WiMax論壇已經擁有約100個成員,運營商占25%。自今年初Intel宣布下半年開始將會在其生產的晶片中部分採用WiMax標準以來,西門子、阿爾卡特等部分移動設備製造商也相繼宣布將推出支持WiMax標準的設備。當前,WiMax正在成為繼Wi-Fi之後最受業界關注的寬頻無線接入技術。
WiMax採用IEEE802.16系列標準尤其是802.16a,作為物理層及MAC層技術,除最高可達百兆的速率外,WiMax技術還可具備在2～66GHz頻帶範圍內可利用所有需要或不需要許可的頻帶,以及確保服務質量(QoS)等功能。WiMax的工作原理。WiMax設備通常由安裝在建築物上的基站或塔式基站和家庭或辦公場所內的用戶接入終端組成,用戶在區域網路內部可使用任意區域網路技術傳送語音、數據和多媒體信號,對外連線則通過定向天線向服務提供商的蜂窩塔傳送信號在蜂窩塔接收基站接收到多個用戶發來的信號後,進行處理(補償信號失真和衰落等)後,通過無線或有線信道將信號傳送到滿足802.16協定的交換中心,然後交換中心將數位訊號流接入網際網路或電話網進行傳輸。WiMax技術極強的傳輸能力可使信號傳輸距離最高可達50公里,通常情況下單一基站的有效覆蓋範圍也可達6～10公里,在這一範圍內,這一技術的非視距傳輸特性與穿透性都極為理想,可以提供高達75Mbps的頻寬。即使在傳輸過程中超出視距信號,經過反射後也能到達蜂窩塔被接收。與此同時,802.16a還較好地實現與現有公共802.11WLAN及商用無線熱點的互連互通,因而能夠擔當從核心網到家庭無線LAN的橋接重任,進一步提高現行無線熱點的利用效率。
WiMax技術的新進展
在國際上,IEEE802委員會目前正在制定名為”IEEE802.16e”的新標準。2004年5月17～21日,IEEE802.16工作組第31次會議在深圳召開,會議的重點是802.16e(MobileWirelessMAN)的標準化,這是IEEE802在中國召開的第一次會議。IEEE802.15已經制定了固定無線接入標準(FWA),為了實現用戶終端的移動性,IEEE802.16e還將制定MAC層中的基站切換等功能。使用頻帶為6GHz以下,而傳輸速度方面,使用20MHz頻寬時最大可達100Mbps。調製方式採用與原來的IEEE802.16相同的QPSK、16QAM、64QAM。預料,WiMax的移動版本802.16e在移動性上將有較大進步,其日前完成的技術說明已經實現了時速60公里移動下的平滑切換,且在頻譜利用效率、誤差修正、MIMO天線支持、自適應調製等很多方面都表現卓著。另據報導,韓國已經建立了名為“HPi”的802.16e標準,並得到了SK電信、KTF和Hanaro電信等運營商以及三星等設備商的支持,《韓國時報》稱”HPi標準將有可能獲選成為802.16e國際標準”。依據WiMax論壇副主席AdityaAgrawal在2004年3月8日於美國聖地亞哥開幕的無線系統設計會議第12屆年會暨技術博覽會(WSD)上公布的標準化日程,IEEE802.16e規格約在2004年第3季度即可確定下來,計畫2005年最終完成,配備該功能的產品預計2006年前後即可亮相。WiMax論壇今後將制定在IEEE802.16系列標準上運行的上層協定,而且計畫從2004年第4季度就將開始對符合WiMax規格的產品進行認證作業,以及對認證產品進行互聯試驗。
在國內,中國通信標準化協會(CCSA)無線技術委員會(TC5)也非常重視IEEE802.16的研究,在2004年4月的全會上已經確立了相應的標準研究課題,今後CCSA將派固定代表參加會議,組織國內企業和會員參與IEEE的標準化工作,並適時制定我國的相關標準。同時,經過批准,Intel公司2004年開始在成都和大連兩大城市進行WiMax城域網技術的建設和套用試驗。
此外,值得注意的是,802.16內部新近成立的MeshAdHoc委員會開始研究點到點數據傳輸的支持以及信號障礙穿越等問題,如果這些支持得到批准,誕生更為強大的802.16f標準,將推動WiMax獲得更大的發展。
