爱华网无线城域网(WMAN)主要用于解决城域网的接入问题，覆盖范围为几千米到几十千米，除提供固定的无线接入外，还提供具有移动性的接入能力，包括多信道多点分配系统(Multichannel Multipoint Distribution System，MMDS)、本地多点分配系统(Local Multipoint Distribution System，LMDS)、IEEE 802.16和ETSI HiperMAN(High Performance MAN，高性能城域网)技术。
WMANWMAN标准的开发主要有两大组织机构:一是IEEE的802.16工作组,开发的主要是IEEE802.16系列标准;二是欧洲的ETSI,开发的主要是HiperAccess。因此,IEEE802.16和HiperAccess构成了宽带MAN的无线接入标准。本文主要考虑基于IEEE802.16系列标准的WMAN技术。
随着计算机和通信技术的迅猛发展,全球信息网络正在快速向以IP为基础的下一代网络(NGN)演进。结合未来全球个人多媒体通信的全面覆盖要求及下一代宽带无线(NGBW)的概念与发展趋势看,宽带无线接入技术已日益呈现出其重要性。运用宽带无线接入技术,可以将数据、Internet、话音、视频和多媒体应用传送到商业和家庭用户。其中基于IEEE802.16系列标准的宽带无线城域网技术(WMAN,WirelessMetropolitanAreaNetworks)又以其能够提供高速数据无线传输乃至于实现移动多媒体宽带业务等优势,引起广泛关注。本文在详细阐述IEEE802.16系列标准的基础上,介绍了基于这一标准体系的宽带WMAN技术WiMax及其进展,并讨论了其应用状况。
IEEE802.16系列标准介绍
IEEE802.16标准的研发初衷是在MAN领域提供高性能的、工作于10～66GHz频段的最后一公里宽带无线接入技术,正式名称是“固定宽带无线接入系统空中接口(AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems)”,又称为IEEEWirelessMAN空中接口,是一点对多点技术,其工作原理如图1所示。主要包括空中接口标准:802.16-2001(即通常所说的802.16标准)、802.16a、802.16c、802.16d与802.16e;共存问题标准:802.16.2-2001、802.16.2a;一致性标准:1802.16.1、1802.16.2。这些标准有的已正式发布,有的正在开发制定当中。
上述标准中,起基础性作用的是空中接口IEEE802.16与802.。802.16主要用于大业务量的业务接入,但由于设备成本高,其市场推广工作较迟缓。为了在业已广泛使用的11GHz以下频带开发市场,而且由于这一频段范围的非视距特性较理想,树木与建筑物等对信号传输的影响较小,基站可直接安装于建筑物顶部而不需要架设高大的信号传输塔,且工作于2GHz至11GHz的系统基本上可以满足大多数宽带无线接入需求,因而更适于最后一公里接入领域。IEEE于2003年1月29日推出了运行于2～11GHz的扩展版本标准―――IEEE802.16a,新标准可适用于特许频段和2.4GHz、5.8GHz等无须许可的频段。
基于IEEE802.16系列标准的WMAN技术WiMax
为确保不同供应商产品与解决方案的兼容性,802.16技术的部分领先供应商于2003年4月发起并成立了旨在推进无线宽带接入的WiMax论坛。WiMax全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess,即全球微波接入互操作系统,其技术标准为IEEE802.16系列。如同Wi-Fi联盟的强大促进了WLAN的快速发展一样,WiMax联盟的目标也是促进IEEE802.16的应用。该联盟由Intel牵头,包括西门子、富士通、AT&T、Covad通讯等,我国中兴通讯也名列其中,近期,英国电信(BT)、法国电信、Qwest通信公司、Reliance电信和XO通信也加入了WiMax论坛。目前WiMax论坛已经拥有约100个成员,运营商占25%。自今年初Intel宣布下半年开始将会在其生产的芯片中部分采用WiMax标准以来,西门子、阿尔卡特等部分移动设备制造商也相继宣布将推出支持WiMax标准的设备。当前,WiMax正在成为继Wi-Fi之后最受业界关注的宽带无线接入技术。
WiMax采用IEEE802.16系列标准尤其是802.16a,作为物理层及MAC层技术,除最高可达百兆的速率外,WiMax技术还可具备在2～66GHz频带范围内可利用所有需要或不需要许可的频带,以及确保服务质量(QoS)等功能。WiMax的工作原理。WiMax设备通常由安装在建筑物上的基站或塔式基站和家庭或办公场所内的用户接入终端组成,用户在局域网内部可使用任意局域网技术传送语音、数据和多媒体信号,对外连接则通过定向天线向服务提供商的蜂窝塔发送信号在蜂窝塔接收基站接收到多个用户发来的信号后,进行处理(补偿信号失真和衰落等)后,通过无线或有线信道将信号传送到满足802.16协议的交换中心,然后交换中心将数字信号流接入互联网或电话网进行传输。WiMax技术极强的传输能力可使信号传输距离最高可达50公里,通常情况下单一基站的有效覆盖范围也可达6～10公里,在这一范围内,这一技术的非视距传输特性与穿透性都极为理想,可以提供高达75Mbps的带宽。即使在传输过程中超出视距信号,经过反射后也能到达蜂窝塔被接收。与此同时,802.16a还较好地实现与现有公共802.11WLAN及商用无线热点的互连互通,因而能够担当从核心网到家庭无线LAN的桥接重任,进一步提高现行无线热点的利用效率。
WiMax技术的新进展
在国际上,IEEE802委员会目前正在制定名为”IEEE802.16e”的新标准。2004年5月17～21日,IEEE802.16工作组第31次会议在深圳召开,会议的重点是802.16e(MobileWirelessMAN)的标准化,这是IEEE802在中国召开的第一次会议。IEEE802.15已经制定了固定无线接入标准(FWA),为了实现用户终端的移动性,IEEE802.16e还将制定MAC层中的基站切换等功能。使用频带为6GHz以下,而传输速度方面,使用20MHz带宽时最大可达100Mbps。调制方式采用与原来的IEEE802.16相同的QPSK、16QAM、64QAM。预料,WiMax的移动版本802.16e在移动性上将有较大进步,其日前完成的技术说明已经实现了时速60公里移动下的平滑切换,且在频谱利用效率、误差修正、MIMO天线支持、自适应调制等很多方面都表现卓著。另据报道,韩国已经建立了名为“HPi”的802.16e标准,并得到了SK电信、KTF和Hanaro电信等运营商以及三星等设备商的支持,《韩国时报》称”HPi标准将有可能获选成为802.16e国际标准”。依据WiMax论坛副主席AdityaAgrawal在2004年3月8日于美国圣地亚哥开幕的无线系统设计会议第12届年会暨技术博览会(WSD)上公布的标准化日程,IEEE802.16e规格约在2004年第3季度即可确定下来,计划2005年最终完成,配备该功能的产品预计2006年前后即可亮相。WiMax论坛今后将制定在IEEE802.16系列标准上运行的上层协议,而且计划从2004年第4季度就将开始对符合WiMax规格的产品进行认证作业,以及对认证产品进行互联试验。
在国内,中国通信标准化协会(CCSA)无线技术委员会(TC5)也非常重视IEEE802.16的研究,在2004年4月的全会上已经确立了相应的标准研究课题,今后CCSA将派固定代表参加会议,组织国内企业和会员参与IEEE的标准化工作,并适时制定我国的相关标准。同时,经过批准,Intel公司2004年开始在成都和大连两大城市进行WiMax城域网技术的建设和应用试验。
此外,值得注意的是,802.16内部新近成立的MeshAdHoc委员会开始研究点到点数据传输的支持以及信号障碍穿越等问题,如果这些支持得到批准,诞生更为强大的802.16f标准,将推动WiMax获得更大的发展。
