党梅梅
随着信息产业的飞速发展，通信技术和计算机技术的融合已经成为必然趋势，因特网的出现则更加加快了两种技术的融合。全球通信产业呈现出移动化、宽带化、IP化的趋势。IEEE 802.16e的出现正好迎合了这样的发展趋势，兼具了移动、宽带和IP化的特点，是一种很有发展潜力的无线接入技术。
1 IEEE 802系列标准的比较
IEEE 802主要制定电子工程和计算机领域的标准，又称为LMSC（LAN /MAN Standards Committee，局域网/城域网标准委员会）。IEEE 802下设工作组、研究组，分别就不同的技术领域进行研究，主要开发局域网和城域网的物理层（PHY）和媒质接入控制层（MAC）规范。
IEEE 802在局域网领域推出的最成功的标准为IEEE 802.3，该标准已经被ISO采纳，形成了ISO 8802-3标准，是局域网中应用最广泛的协议。在无线领域，IEEE 802目前主要有四个工作组在进行相关标准研究工作，分别是802.15（无线个域网）、802.11（无线局域网）、802.16（无线城域网）、802.20（无线广域网），这四种技术以覆盖范围的大小进行区分，覆盖范围由小到大。
802.15主要用于短距离设备之间的通信，一般在10m以内，目前802.15中的两种主要技术包括：蓝牙和超宽带（UWB）。便携和移动计算设备，如笔记本电脑、PDA、计算机外设、移动电话、寻呼机和家用电子产品等通过802.15技术形成无线网络。
每种技术都有其应用的场合。802.11 WLAN最大的特点是便携性，主要解决用户“最后100m”的通信需求，定位于热点地区的高速游牧数据接入，不支持高速移动性，主流应用是商务用户在酒店、机场等热点使用便携电脑上网浏览或访问企业的服务器。802.16d定位于为企业用户提供无线传输的手段。802.16e在移动性和覆盖范围上比802.11获得了增强，可以提供更广范围的高速数据接入，主要解决“最后1km”的通信需求。802.20定位于提供一个基于IP的全移动网络，提供高速移动数据接入，业务定位与使用范围与B3G系统相似。由于这几种技术的定位不同，它们在很多方面存在差异，如采用的具体物理层、MAC层技术不同、覆盖范围不同、带宽不同、支持的业务以及市场应用不同等等。具体区别如表1所示。
2 IEEE 802.16的技术发展现状
IEEE 802.16的主要任务是开发工作于2～66GHz频带的无线接入系统空中接口物理层（PHY）和媒质接入控制层（MAC）规范，同时还有与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统之间的共存规范。IEEE 802.16规定的无线系统主要应用于城域网。
2.1 标准化
根据是否支持移动特性，IEEE 802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中802.16、802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准。
802.16d是2～66GHz固定宽带无线接入系统的标准，是对802.16、802.16a和802.16c的修订，已经于2004年6月在IEEE 802委员会获得通过，将以IEEE 802.16-2004名称发布。802.16d可以应用于2～11 GHz 非视距（NLOS）传输和10～66 GHz视距（LOS）传输。
802.16e是2～6GHz支持移动性的宽带无线接入空中接口标准。802.16e的目标是能够向下兼容802.16d，因此802.16e的标准化工作基本上是在802.16d的基础上进行的。在802.16d固定无线接入标准研制的基础上，为了支持移动特性，802.16e目前正在加入新的特性。该标准目前还是草案，预计2005年上半年完成。
2.2 协议栈模型
在IEEE 802.16活动中，主要的工作都围绕空中接口展开。802.16d和802.16e都是空中接口规范，其协议栈模型如下图所示。空中接口由物理层和MAC层组成，MAC层又分成了三个子层：特定服务汇聚子层（Service Specific Convergence Sublayer）、公共部分子层（Common Part Sublayer）、安全子层（Privacy Sublayer）。
2.3 核心技术
802.16d根据使用频段的不同，定义了三种不同的物理层技术：单载波（SC）、OFDM（256点）、OFDMA（2048点）。其中，10～66GHz固定无线接入系统主要采用单载波调制技术，而对于2～11GHz频段的系统，将主要采用OFDM和OFDMA技术。
802.16e的物理层实现方式与802.16d是基本一致的，主要差别是对OFDMA进行了扩展。在802.16d中，仅规定了2048点OFDMA。而在802.16e中，可以支持2048点、1024点、512点和128点，以适应不同地理区域从20MHz到1.25MHz的信道带宽差异。
OFDM（正交频分复用）是一种多载波数字调制技术，该技术已经在ADSL和WLAN中获得了应用。目前人们正在集中精力研究OFDM在移动通信系统中的应用。OFDM具有较高的频谱利用率，且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势。
OFDMA（正交频分多址）是利用OFDM的概念实现上行多址接入。每个用户占用不同的子载波，通过子载波将用户分开。OFDMA允许单个用户仅在部分子载波发送，降低了对发送功率的要求。
OFDM和OFDMA是802.16中的核心物理层技术，也是目前B3G研究的核心技术之一。
2.4 802.16e的系统目标
802.16d是不支持移动性的，而802.16e目前定位的目标速率为车速。虽然没有明确的定义，但是按照目前的设定，一般认为可以支持120km/h的移动速率。当移动速度较高时，会由于多谱勒频移造成系统性能的下降。802.16e的目标带宽可以高达70Mb/s。当采用20MHz载波带宽、64QAM调制方式时，可以达到这样的带宽，但是此时的覆盖距离要比采用QPSK调制方式的距离要近很多。对于802.16系统，必然需要在移动速率、带宽、覆盖之间取得折衷。3G技术强调地域上的全覆盖和高速的移动性，强调“无所不在”的服务，而802.16则牺牲了全覆盖，仅保证在一定区域内实现连续覆盖，换取了数据传输能力的提高。
2.5 MAC层特性
802.16 MAC层是基于“连接”的，每一个“连接”均由一个标识符(CID) 来唯一进行标识。在802.16标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配，标准还定义了四种不同的业务，分别为：非请求的带宽分配业务（UGS）、实时轮询业务（rtPS）、非实时轮询业务（nrtPS）、尽力而为业务（BE）。802.16可以根据业务的需要提供实时、非实时的不同速率要求的数据传输服务。802.16目前主要面向提供宽带数据业务，也可以提供话音业务。802.16系统的QoS机制可以根据业务的实际需要来动态分配带宽，具有较大的灵活性。因此从以上的分析可以看出，802.16可以在无线接入网部分为不同业务提供不同质量的服务。
3 无线工作特性
802.16d和802.16e采用了非常灵活的无线工作机制，对双工方式、工作频段、载波带宽等都未进行强制规定，可以适用于不同的应用场合。
（1）频段
802.16d可以工作在2～11 GHz频段，而802.16e为了确保移动性，希望能工作在2～6 GHz频段。WiMAX正在各个国家寻求较低的频段。根据各个国家频率规划的不同，目前WiMAX已经选定了首先对工作于2.5 GHz许可频段、3.5 GHz许可频段、5.8 GHz免许可频段这三个频段的802.16d设备进行一致性和互操作性测试。
（2）双工方式
802.16系统可以工作在频分双工（FDD）或时分双工（TDD）方式。FDD需要成对的频率，TDD则不需要，而且可以灵活地实现上下行带宽动态调整。在802.16中，还规定了终端可以采用半双工频分双工（H-FDD）方式，降低了对终端收发器的要求，从而降低了终端成本。
（3）载波带宽
802.16并未规定具体的载波带宽，系统可以采用从1.25 MHz～20 MHz之间的带宽。考虑各个国家已有固定无线接入系统的载波带宽划分，802.16规定了几个系列：1.25 MHz的倍数、1.75 MHz的倍数。1.25 MHz系列包括：1.25/2.5/5/10/20 MHz等。1.75 MHz系列包括：1.75/3.5/7/14 MHz等。对于10～66 GHz的固定无线接入系统，还可以采用28 MHz载波带宽，提供更高的接入速率。
（4）调制方式
802.16标准中主要规定了两种调制方式: 单载波和OFDM。
对于10～66 GHz频段的无线接入系统，由于工作波长较短，必须要求视距传输，而多径衰落是可以忽略的，因此802.16规定在该频段采用单载波调制方式，具体可以采用QPSK和16QAM，可选支持64QAM。
对于2～11 GHz频段，必须考虑多径衰落，视距传输则不是必须的。OFDM在频域划分子信道的方式使其在抵抗多径衰落上具有明显的优势。因此，在2～11 GHz频段，优选OFDM调制方式，此时每个子载波的调制方式可以选用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM。
从上面的分析可以看出，IEEE 802.16由于目前还缺乏全球统一的频率，因此很多参数都是不定的。若802.16e最终支持大范围的移动性，必须寻找足够的可用频谱。因此从未来的发展看，倘若没有足够的全球统一频率，势必成为阻碍802.16e大规模应用的重要因素。
4 WiMAX与IEEE 802.16的关系
WiMAX是由业界领先的通信设备公司及器件公司共同成立的非盈利组织，该联盟旨在对基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。
在推进IEEE 802.11无线局域网的应用方面，Wi-Fi联盟的作用是不可低估的。Wi-Fi联盟的兼容性测试，确保了WLAN产品的互通，降低了芯片和设备的成本，也使得市面上基本所有的WLAN产品都贴上了Wi-Fi的标志，确保了WLAN产品的兼容性。这种成功的运作模式影响了整个通信产业，也促使了很多类似的联盟的出现。
WiMAX将使用与Wi-Fi联盟推动无线局域网行业发展的相同方法，定义和进行互操作性测试, 加快符合IEEE 802.16技术标准的宽带无线接入设备的上市速度。WiMAX与IEEE 802.16之间有着非常紧密的联系与合作，同时又有着分工的不同，后者是标准的制定者，而前者是标准的推动者，同时WiMAX还为IEEE 802.16的一致性标准作出了重要的贡献。目前业界谈论的WiMAX技术实际上就是IEEE 802.16技术，涵盖了802.16d和802.16e。
5 结束语
近年来，我国宽带用户增长迅猛，用户已经突破1400万，其中主要以ADSL接入用户为主，这反映出用户对宽带数据需求迫切。目前无线宽带接入的发展还很不理想，虽然GPRS和CDMA 1x都可以提供移动上网，但是由于各种因素，发展还很缓慢。可以肯定的是，无线宽带和移动宽带的发展将呈逐步增长的趋势。作为一种重要的无线接入手段，802.16将会在未来的通信格局中占据一席之地。
摘自 泰尔网
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