IEEE802.16(WiMAX)解析

IEEE802.16标准主讲人：张博文专业：通信与信息系统电话：[phone]前言IEEE802.16标准是一种无线城域网(WMAN)技术,它能为固定和游牧的设备提供低成本、高效率和大范围的宽带无线接入,作为“最后一英里”接入解决方案,是对传统的有线和无线接入方式的补充。目前,IEEE802.16主要包括IEEE802.16d和IEEE802.16e2个主流空中接口标准。其中,IEEE802.16d是固定无线接入的标准,IEEE802.16e则是支持移动特性的标准。IEEE802.16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。我们通常所说的WiMAX(全球微波接入互操作性--WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)是IEEE802.16系列标准的统称,是一项基于IEEE802.16标准的新的宽带无线接入城域网技术。2007年10月19日，国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。WiMAX是一项新兴的无线通信技术，能提供面向互联网的高速连接。WiMAX的无线信号传输距离最远可达50公里，其网络覆盖面积是3G基站的10倍。前言4问题引入1.WiMAX作为“最后一公里”的宽带无线连接方案，它有哪些特点和优势？2.WiMAX的参考模型?3.WiMAX发展趋势如何？这都是我们应该了解的基础内容。51、WiMAX的主要特点2、WiMAX的参考模型3、WiMAX的发展趋势1WiMAX的主要特点WiMAX的主要特点可以简要概括为以下几点：（1）传输距离远WiMAX的无线信号传输距离最远可达50公里，是无线局域网所不能比拟的，其网络覆盖面积是3G（3rdGeneration，第三代移动通信）基站的10倍，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。1WiMAX的主要特点（2）接入速度高WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbps，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。WiMAX采用与无线LAN（LocalAreaNetwork，局域网）标准802.11a和11g相同的OFDM（正交频分复用）调制方式，每个频道的带宽为20MHz。这也和11a和11g几乎相同。1WiMAX的主要特点（3）无“最后一公里”瓶颈限制作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi热点连接到互联网，也可作为DSL（DigitalSubscriberLine，数字用户线）等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。WiMAX可为50公里线性区域内的用户提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。1WiMAX的主要特点（4）提供广泛的多媒体通信服务由于WiMAX较之Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现良好的多媒体通信服务。101、WiMAX的主要特点2、WiMAX的参考模型3、WiMAX的发展趋势IEEE802.16标准定义了一个物理层和一个MAC层，其参考模型如图1所示。最底层是物理层，该层的协议主要是关于频率带宽、调制模式、纠错技术以及发射机同接收机之间的同步、数据传输率和时分复用结构等方面的。在物理层之上是媒体接入控制(MAC)层，主要负责控制用户接入到共享的无线媒质和将数据组成帧格式来传输图1WiMAX的参考模型。MAC层又分成了三个子层：特定服务汇聚子层(CS)、公共部分子层(CPS)和安全子层(SS)。2WiMAX的参考模型特定服务汇聚子层(CS)负责与网络层进行交互,汇聚上层各种业务数据;公共部分子层(CPS)实现MAC的各种复杂的功能,可分为数据平面和控制平面;安全子层(SS)负责MAC层鉴权认证和加密功能,协议中系统架构认为安全子层(SS)是CPS子层的一部分,如图2所示。图2IEEE802.16协议栈模型2WiMAX的参考模型IEEE802.16dMAC层特性由于各种无线网基本上都是工作在共享媒体上,必然需要一种控制用户单元接入媒体的机制。802.16d的MAC层使用由基站安排的TDMA协议在点到多点的网络拓扑中给用户分配容量。采用这种TDMA接入机制具有以下好处,如表1所示。表1802.16的MAC层特点特点好处TDMA安排上行链路/下行链路的帧带宽有效利用可从一个用户扩展到数百个用户允许成本有效地部署,按需支持足够的用户即可面向连接每连接均有QoS,快速分组选路和转发支持自适应调制能根据信道条件使数据速率达到最高,提高系统容量安全和保密保护用户隐私2WiMAX的参考模型141、WiMAX的主要特点2、WiMAX的参考模型3、WiMAX的发展趋势3WiMAX的发展趋势（1）WiMAX与3G、WLAN融合是大势所趋就3G与WiMAX、WLAN等宽带无线技术而言，它们之间虽然存在着局部竞争，但融合已是大势所趋。当前已经得到规模化商用的3G网络，不仅在产业化和规模化方面拥有其他无线技术无法比拟的优势，而且它还具有广域覆盖、全球漫游、电信级安全性等优势，这使得3G当仁不让地成为多元融合的公共无线通信平台。WiMAX由于具有超高的数据传输速率，可以构建一个完全覆盖城域的宽带无线网络，WLAN则在局域网领域大有用武之地。同时，以3G为代表的公众移动通信网络在向B3G／4G演进的过程中，网络带宽将得到全面扩展；而WiMAX则在技术演进的过程中，致力于全面增强移动性和安全性。可以预见，将来在无线城市、电子政务、企业应用以及教育等领域，WiMAX与3G、WLAN的融合(移动+宽带)，将使得人们在不同的网络环境中，享受到更加灵活的、更加丰富多彩的应用服务。3WiMAX的发展趋势（2）WiMAX的下一步演进目标是IMT-AdvancedIMT-Advanced是ITU-R(国际电信联盟无线电通信标准化组织)给超3G(B3G)或4G移动通信系统的正式命名，其目标是成为3G和B3G之后的下一代移动通信系统。IMT-Advanced技术需要实现更高的数据速率和更大的系统容量，其传输目标是固定状态下传输速率达到lGbit/s，移动状态下达到l00Mbit/s。WiMAX的下一步演进将是迈向IMT-Advanced，与其他B3G技术相融合，成为IMT-Advanced家族成员之一。这一步演进，就是通过制定IEEE802.16m新标准来实现的。IEEE802.16m项目的主要目标有两个：一是满足IMT-Advanced的技术要求；二是保证与802.16e兼容。注：InternationalMobileTelecommunications-Advanced:高级国际移动通信3WiMAX的发展趋势目前，基于IEEE802.16e的移动WiMAX技术物理层采用了MIMO/波束赋形以及OFDMA等先进技术，可以提供较好的移动宽带无线接入。由于采用了MIMO/OFDM等4G的核心技术，移动WiMAX在某些方面已经具有了4G的特征，因而IEEE802.16m完全可以在移动WiMAX技术的基础上进行修改而得来，如图3所示。图3移动WiMAX和3G向IMT-Advanced演进的路线