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新手入门 之 WiMAX详解




关键词:新手教程 802.16

作者:Jeffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh & Rias Muhamed

本文为所有要涉及到WiMAX技术的工程师提供了一些有关WiMAX的基本原理。第二章是对WiMAX的总述,而本部分则是对这些基本原理的一个简单介绍。

经历了多年的发展和不确定,一个面向无线宽带的基于标准的可互操作型方案正在浮出水面。行业联盟微波存取全球互通(WiMAX)论坛已经开始利用一个标准来认证宽带无线产品的可互操作性和兼容性。WiMAX以由IEEE 802.16任务组开发的无线城域网(WMAN)为基础的,并被IEEE和ETSI HIPERMAN组织所接纳。在本章,我们对用于宽带无线领域的新兴WiMAX方案作了一个简单的技术概述,目的是为了在后文详细说明WiMAX之前,让读者先对它有一个大概的认识。

我们首先概括了IEEE 802.16任务组的活动及其和WiMAX的关系,随后讨论了WiMAX的特征,并简述了WiMAX的物理层和MAC层特性。文中还讨论了服务质量、安全和移动性等服务方面的内容,并展示了一个参考网络架构。最后,本章对WiMAX的预期功能作了简要讨论。

IEEE 802.16任务组组建于1998年,宗旨在于开发一个面向无线宽带的空中接口标准。该组织最初的重点是开发一个基于LOS的点到多点无线宽带系统,运行于10GHz--66GHz的毫米波频段。由此而开发出并于2001年12月完成的原始802.16标准,基于了一个单载波物理层(PHY)层和一个突发时分复用(TDM)MAC层。很多来自流行的电缆调制解调器DOCSIS(有线电缆数据服务接口规范)标准、与MAC层相关的概念都被用在了无线领域。

IEEE 802.16和WiMAX的背景

IEEE 802.16任务组随后开发了802.16a,作为对802.16标准的修改版,将2GHz~11GHz 频段的NLOS应用包括在内。这种应用利用了一个基于正交频分复用(ODFM)的物理层,并在MAC层上也增加了对正交频分多址(OFDMA)的支持。2004年,名为IEEE 802.16-2004的最新标准问世,取代了所有先前的版本,并构成了第一个WiMAX方案的基础。这些基于IEEE 802.16-2004标准的早期WiMAX方案,面向的是固定应用,所以我们将之称为固定WiMAX[1]。2005年12月,IEEE组织完成并通过了IEEE 802.16e-2005 - 这是基于IEEE 802.16-2004标准的修改版,添加了对移动应用的支持。IEEE 802.16e-2005构成了如今用于流动和移动应用的WiMAX方案的基础,常被称为移动WiMAX[2]。

表格2.1中总结了各种IEEE 802.16标准的基本特征。必须注意的是,这些标准提供了各种从根本上有所不同的设计选项。例如,其中有多个物理层选项:一个名为Wireless-MAN-SCa的基于单载波的物理层,一个名为WirelessMAN-OFDM的基于OFDM的物理层,和一个名为Wireless-OFDMA的基于OFDMA的物理层。相似地,MAC架构、解复用和工作频段等也有多个选择。这些标准的开发是为了适合各种应用和开发需要,因此为系统设计人员提供了大量的设计选择。实际上,我们可以说IEEE 802.16就是一个标准的集合,而不是单个的可互操作标准。

 由于互操作性的特殊原因,IEEE 802.16标准的范围必须缩减,必须限定一套更少的设计选择。WiMAX论坛规定了几套系统配置和认证配置,实现了这一点。一套系统配置规定了由WiMAX论坛从IEEE 802.16-2004或IEEE 802.16e-2005标准中选出的强制性和备选性物理层及MAC层特征。必须注意的是,某个特别特征在一个WiMAX系统配置中的强制性和备选性状态,可能和它在原始IEEE标准中的状态是不一样的。目前,WiMAX论坛有两套不同的系统配置:一个是基于IEEE 802.16e-2004标准的OFDM PHY,称为固定系统配置;另一个是基于IEEE 802.16e-2005的可升级OFDMA PHY,称为移动系统配置。验证配置是系统配置的一个特别示例,其工作频率、信道带宽和解复用模式都是指定的。目前WiMAX论坛就是依据一个特殊的验证配置来认证WiMAX设备的互操作性的。

 WiMAX论坛迄今为止已经规定了五套固定验证配置和十四套移动验证配置(见图表2.2)。目前已经有两套固定WiMAX配置作为认证设备的标准。这些是3.5GHz的系统,运行于一个3.5MHz的信道,利用基于IEEE 802.16-2004 OFDM物理层和一个点到多点MAC的固定系统配置。其中一套配置采用了频分双工(FDD),另一套配置则采用时分双工(TDD)。

  
图1

 
图2

 随着IEEE 802.16e-2005标准的完成,WiMAX组织内部的兴趣大幅度转向开发和认证基于该标准的移动WiMAX系统配置。所有移动WiMAX配置都采用可升级OFDMA作为物理层。至少在最初时,所有的移动配置都会采用一个点到多点MAC。必须注意的是,所有当前的候选移动验证配置都是基于TDD的。尽管TDD经常更受欢迎,但将来可能会需要FDD配置以便符合某些频段里的强制性配对要求。

 在本章其它部分,我们的焦点只放在了WiMAX上,因此仅仅讨论了可能与现在和将来的WiMAX认证有关的IEEE 802.16系列标准的各个方面。必须注意到,IEEE 802.16e-2004和IEEE 802.16-2005标准规范仅限于空中接口的控制和数据层方面,而有些网络管理的方面是在IEEE 802.16g中规定的。要形成一个完整的端到端系统中,尤其是在移动方面,必须指定多个额外的端到端服务管理规格。这个任务目前正在由WiMAX论坛网络工作组(NWG)来执行。WiMAX NWG如今正在开发一个端到端网络架构,填补着一些空白。

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