《WiMAX技术特点及发展趋势研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《WiMAX技术特点及发展趋势研究（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 - 1 - WiMAX 技术特点及发展趋势研究技术特点及发展趋势研究 张旭 北京邮电大学 北京 100876 摘摘 要：要：本文介绍了无线宽带接入技术 WiMAX 的技术特点及其优势，与 Wi-Fi、HSDPA 技 术作了简单比较，并展望了 WiMAX 的发展前景。 关键词：关键词：WiMAX；IEEE802.16；WMAN 1. 引引 言言 随着通信技术的迅猛发展以及用户需求的不断变化， 传统的固定宽带接入服务和移动服 务在技术和业务上逐步走向融合，宽带移动化和移动宽带化逐渐成为两个领域发展的趋势。 在移动宽带化方面，3GPP/3GPP2 已经制定了 CDMA2000 1xEV-DO、HS
2、DPA 等技术标准， 在移动环境下实现宽带数据传输。在宽带移动化方面，IEEE802 工作组先后制定了 WLAN 和 WiMAX 等技术规范，其中 IEEE802.16 即 WiMAX 宽带无线接入技术是宽带移动的重要 里程碑，极大地促进了宽带移动的演进和发展。 IEEE802.16是一种面向城域网的宽带无线接入技术，能够提供面向互联网的高速连接， 主要用来解决宽带接人“最后一公里”的问题。全球微波存取兼容组织(WiMAX, Worldwide Interoperability for Microwave Access)1是由英特尔主导、基于IEEE802.16a/d/e标准的无线城 域网技术
3、。它可作为线缆和DSL的无线扩展技术，或者用于将IEEE802.1la无线接人热点 (Hotpoint)连接到互联网，也可将公司与家庭等网络连至有线骨干网，从而真正实现无线与 宽带接人的统一。本文将对WiMAX关键技术做具体分析，并与Wi-Fi、HSDPA进行比较， 最后简要分析其发展趋势，希望能为作相关工作的研究人员提供参考。 2. IEEE802.16 技术标准介绍技术标准介绍 IEEE802.16工作组的主要任务是开发工作于2G66GHz频带的无线接入系统空中接口 物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)规范，以及与空中接口协议相关的测试。根据是否支 持移动特性，IEEE802.16
4、标准可以分为固定宽带无线接入(FBWA, Fixed Broadband Wireless Access)空中接口标准和移动宽带无线接入(MBWA, Mobile Broadband Wireless Access)空中 接口标准，其中 IEEE802.16a/d 属于 FBWA，而 IEEE802.16e 属于 MBWA。 空中接口由物理层和 MAC 层组成，MAC 层又分成了三个子层：面向业务的汇聚子层 (Service Specific Convergence Sublayer)、公共部分子层(Common Part Sublayer)、加密子层 (Privacy Sublayer)。该
5、标准的分层参考模型如图 1 所示。接下来从物理层和 MAC 层介绍 IEEE802.16d 和 IEEE802.16e 的主要技术特点。 - 2 - 图 1 IEEE802.16 标准总体架构 2.1 物理层特点物理层特点 目前，IEEE802.16 标准主要包括 IEEE802.16d 和 IEEE802.16e，其主要技术特点可见表 1。在工作频段上，IEEE802.16d 最初是定为固定无线接入空中接口标准，工作在 266GHz 频段。其中 211GHz 用于非视距(NLOS)传输，1066GHz 用于视距(LOS)传输2。而 IEEE802.16e 标准可以向下兼容 IEEE802.1
6、6d，为了确保移动性，工作在 26GHz 频段。 表 1 IEEE802.16d/e 主要技术特点 技术参数 802.16d 802.16e 频段(GHz) 211 6 带宽(MHz) 1.7520 1.2520 子载波数 256(OFDM) 2048(OFDMA) 256(OFDM) 128、512、1024、2048(OFDMA) 传输方式 单载波、OFDM 多址方式 OFDMA 结合 TDMA（上行）、TDM（下行） 双工方式 FDD、TDD 调制方式 QPSK、16QAM、64QAM 移动性 固定或便携 中低车速 (120km/h) 数据速率(Mbit/s) 75 1560 在载波带宽
7、分配上，IEEE802.16没有规定固定的载波带宽，可以采用从1.25MHz 2OMHz之间的带宽。其中IEEE802.16d标准的带宽分配在1.7520MHz,IEEE802.16e标准的 带宽分配在1.2520MHz。根据各国家已经应用的固定无线接人系统的载波带宽,划分 IEEE802.16规定了几个系列： 1.25MHz的倍数、 1.75MHz的倍数。 1.25MHz系列包括1.25/2.5/5/l CS SAP MAC SAP PHY SAP 面向业务的汇聚子层(CS) MAC共同部分子层(MAC CPS) 加密子层 物理层(PHY) MACPHY - 3 - 0/20MHz等。1.7
8、5MHz系列包括1.75/3.5/7/14MHz等。对于l066GHz的固定无线接入系统， 还可以采用28MHz载波带宽， 提供更高的接入速率。 载波带宽的可调性不仅可以节省频带资 源，而且使得频率的规划更加容易。 IEEE802.16定义了三种不同的物理层技术：单载波(SC, Single Carrier)、正交频分复用 (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)、正交频分多址(OFDMA, Orthogonal Frequency Division Multiple Access)。 对于IEEE802.16d，其中1066GHz固
9、定无线接人系统 由于工作波长较短，只能进行视距传输，因而主要采用单载波调制技术；对于2llGHz频段 的系统，考虑到多径衰落的影响，主要采用256点的OFDM和2048点的OFDMA技术。而 IEEE802.16e为了在移动环境下灵活适应信道带宽的变化，对OFDMA物理层进行了修改，可 以支持2048点、1024点、5l2点和128点四种不同的子载波数量。但是子载波的间隔不变，信 道带宽与子载波数量成正比，被称为可扩展的OFDMA(Scalable OFDMA)。 在调制方式上，IEEE802.16d/e可以采用 QPSK、16QAM、64QAM调制技术。与蜂窝移 动通信系统HSDPA最高支持
10、16QAM的调制方式相比，IEEE802.16d/e系统采用64QAM调制 方式，在信道条件比较好的情况下可以实现极高的峰值速率。 IEEE802.16物理层定义了两种双工方式3：TDD和FDD，这两种方式都使用突发数据传 输格式。此传输机制支持自适应的突发业务数据，一些传输参数如调制方式、编码方式、发 射功率等都可以针对每个SS进行动态调整。FDD既支持全双工的SS，也支持半双工的SS。 半双工FDD SS不能同时接受和发送数据，因而成本低些。但是支持半双工FDD SS会增加系 统调度的复杂性。 物理层的上行链路采用TDMA和DAMA混合接入方式，上行信道分为许多的小时隙 (mini-slo
11、t)，BS中的MAC层控制这些时隙的分配，并根据不同用户的需求来分配时隙，从而 更好地利用了上行信道资源。 下行链路一般采用TMD方式，发送给各个SS的下行数据被复制成一串数据流采用时分 复用的方式进行传输，数据按稳健性降序排列，各个SS按MAC报头中的目的地址接受发送 给自己的数据。而对于发往半双工FDD方式的SS，下行数据的传输采用TDMA接入方式，每 个TDMA数据部分前面都有前缀，可以防止SS失去同步. 物理层的数据分帧传输，帧长为0.5ms、1ms或2ms。每个上(下)行突发数据包都被一个 唯一的UIUC(DIUC)码所标识， 该UIUC码表征了相应的突发数据包的物理层传输参数。 前
12、向 纠错的选项和调制方式的选择可组合生成很多种具有不同突发业务参数的数据包， 不同的突 发业务参数有着各自不同的稳健性和高效性。 2.2 MAC 层特点层特点 2.2.1 MAC 层结构层结构 MAC 层分为三层（如图 1），从上到下依次是面向业务的汇聚子层、公共部分子层和 加密子层（可选）。 面向业务的汇聚子层负责映射高层业务到MAC层，区分业务数据单元并转换成MAC层 业务数据单元SDU，关联到适当的MAC业务流和连接标志符(CID)上。IEEE802.16协议提供 - 4 - 了两种汇聚子层作为与高层的协议接口4：一是ATM 汇聚子层，映射ATM 业务；另一是 分组汇聚子层，映射IPv4
13、,IPv6,Ethernet和本地虚拟网业务。 公共部分子层是MAC层中关键部分，包括系统接入、带宽分配、连接建立及维护等。 它通过MAC SAP(Medium Access Control Layer Service Access Point)接收汇聚子层(CS)传来 的数据，形成MAC CPS层的SDU（服务数据单元）数据包。数据包的长度视上层数据来源 而定，可为固定长度，也可为变长。这些SDU可以被划分，也可以合并一个或多个SDU ， 形成新的MAC CPS层的PDU(协议数据单元)，并把这些数据分类到特定的业务流上，实现不 同的QoS。 加密子层提供了SS与BS之间的安全保密性5，包括
14、两部分：一是加密封装协议，负责空 中传输的分组数据的加密，包括加密算法和算法在MAC PDU分组数据中的应用规则。二是 密钥管理协议，它负责BS到SS之间密钥的安全分发、密钥数据的同步以及业务接入的鉴权。 2.2.2 MAC 层管理消息层管理消息 CPS中定义了用于上下行信道描述、系统接入、注册、连接建立、资源申请、动态服务 管理、接入认证等功能的30种管理信息，BS对SS的一些控制功能就是通过发送这些管理消 息来实现的。通过管理消息的发送，基站BS和SS间充分协商，达到最优化连接。以5种类型 的上下行管理信息传输连接发送：广播连接、初始化连接、基本连接、基本管理连接和第二 类管理连接。 不同
15、的连接方式对应不同的QoS。 MAC管理消息SDU 由2字节的管理消息类型 域和可选的负荷域组成，广播、初始化及基本连接的SDU都不能被拆分或合并，但基本管理 和第二类管理连接SDU可以被拆分或合并成新的PDU。 2.2.3 带宽分配和带宽分配和 QoS MAC层的一个重要功能是带宽请求和分配，它使用了一种带宽自动适应请求准许方 案，可以消除确认消息的开销和延时，而且有更好的QoS操作。为了支持不同类型的业务， IEEE802.16结合使用单播、多播、广播三种查询方式来支持不同的QoS，在此标准中定义了 四种类型的业务,分别为：主动带宽分配业务(UGS)、实时轮询业务(rtPS)、非实时轮询业
16、务 (nrtPS)、尽力而为业务(BE)。IEEE802.16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。 在IEEE802.16标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制。对数据提供QoS可以将传输 该数据的“连接”与一特定的服务流联系在一起，针对每个连接可以分别设置不同的QoS参 数，包括抖动、延时、吞吐量等指标。终端有多种方式保证它可以根据QoS和业务的传输参 数发出带宽请求。 终端可以单独轮询或者群体轮询， 并占用已经分配的带宽用于请求或做其 它工作。终端也可以发送轮询的请求，并附带请求带宽。由此可见，IEEE802.16标准可以 针对不同的业务提供不同的QoS。 3 WiMAX 与与 HSDPA 、Wi-Fi 的技术比较的技术比较 3.1 WiMAX 与与 Wi-Fi 的比较的比较 Wi-Fi基于无线局域网(WLAN)标准， 主要用于户内、 办公室或热点地区的近距离分布式 - 5 - 的Interne
