發展,IEEE 802. 16 系列標準介紹,基於IEEE802. 16 系列標準的WMAN技術WiMax,WiMax 技術的新進展,CCSA,802. 16 WMAN技術的套用與發展,在國內,本地和IP 電話,WiMax,個人化、分組化是大勢所趨,
發展
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(N GN)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(N GBW) 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IEEE 802. 16 系列標準的寬頻無線城域網技術(WMAN ,Wireless Metropolitan Area Networks) 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IEEE 802. 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。
IEEE 802. 16 系列標準介紹
WMAN 標準的開發主要有兩大組織機構:一是IEEE 的802. 16 工作組,開發的主要是IEEE 802.16 系列標準; 二是歐洲的ETSI , 開發的主要是HiperAccess。因此, IEEE 802. 16 和HiperAccess 構成了寬頻MAN 的無線接入標準。本文主要考慮基於IEEE 802. 16 系列標準的WMAN 技術。
IEEE 802. 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(Air Interface for Fixed BroadbandWireless Access Systems) ”, 又稱為IEEE WirelessMAN 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, 如表1 所示。
上述標準中,起基礎性作用的是空中接口IEEE802. 16 與802. 16a ,主要區別如表2 所示。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———IEEE 802. 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World Interoperability for MicrowaveAccess ,即全球微波接入互作業系統,其技術標準為IEEE 802. 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IEEE 802. 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IEEE 802. 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 的工作原理如圖1 所示。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, IEEE 802. 16 工作組第31 次會議在深圳召開,會議的重點是802. 16e (Mobile Wireless MAN) 的標準化,這是IEEE 802 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Aditya Agrawal 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IEEE 802. 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。
CCSA
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IEEE 802. 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Mesh Ad Hoc 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。
802. 16 WMAN技術的套用與發展
在網路構成上,以IEEE 802. 16 系列標準為代表的寬頻WMAN 主要用於本地多點連線,既可將802. 11 系列無線接入熱點等連線到網際網路,也可連結企業與家庭等環境至有線骨幹線路。如圖2 所示。由於IEEE802. 16a 標準的實用性,一般預計它首先將在無線城域網上套用。Intel 正在大力推廣WiMax ,日前該公司還和阿爾卡特宣布將聯合提供WiMax 端到端解決方案。尤其是自2003 年7 月10日Intel 公司宣布將開發支持高速無線通信標準IEEE802. 16a 的晶片組以來,富士通等也已宣布開發相應的晶片組,並將於2004 年下半年投入市場,屆時,有關WMAN 設備市場的價格將會有一個大幅度的下降,其市場推廣力度將進一步加大。
在國內
信息產業部將3. 5 GHz (3400～3430MHz、3500 ～ 3530 MHz) 、5. 8 GHz ( 5725 ～ 5850MHz) 兩個頻帶規劃為城域網無線接入專用頻帶,截至2004 年上半年已進行過三輪頻率評選招標。3. 5 GHz 城域網無線接入試驗網已於兩年前開通,目前已推廣到國內幾十個城市。5. 8 GHz 城域網無線接入試驗網也已進入實施階段。專家認為,隨著WMAN 設備市場價格的下滑,國內幾大電信運營商特別是新興的寬頻運營商將會加速對其寬頻無線的建設投入。據估計,2006 年,我國對WMAN 市場的需求量將達到20 億元。
本地和IP 電話
由信息產業部無線電管理局、電信管理局、電信研究院共同組成的調研組發現,目前運營商運用寬頻無線城域網技術傾向於提供的業務主要包括:語音接入業務(本地和IP 電話) 、數據專線業務、Internet 接入業務等。在商業領域,新興運營商還可以將WiMax 作為在城市密集區提供寬頻無線服務的首選標準,與傳統大型運營商一爭高下;在企業和家庭寬頻無線接入領域,它可以作為xDSL 或光纖的延伸,成為提供“最後一公里”或“最初一公里”的優選技術。如圖3 所示。當然,WiMax 也面臨著傳統運營商所提供的xDSL 、光纖或傳統T1 線路的競爭。
WiMax
但隨著WiMax 技術的日益完善,一旦得到廣泛認可,網路效應將進一步加速該技術的普及。此外,考慮到Wi2Fi 解決的是寬頻無線區域網路的接入問題,而WiMax 解決的是寬頻無線城域網的問題,一些專家已經把“WiMax + Wi2Fi”看作3G 的強大挑戰者之一。因為在理想情況下,WiMax 比3G 網路的數據傳輸快30 倍以上,而覆蓋範圍也比3G大10 倍。雖然從總體上說,受其自身移動性和話音支持能力的限制,WiMax 不大可能完全取代3G,但WiMax在高速數據傳輸能力方面的優勢仍是顯而易見的,因而在公眾移動通信網路領域,它可能成為未來3G網路的補充手段。而在面向IP 為主的高速數據業務領域潛力巨大,極具競爭力,有望得到廣泛套用。
