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第5章无线城域网 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内容提要5.1 无线城域网概况5.2 802.16协议体系5.3 802.16的物理层5.4 802.16的MAC层5.5 MAC层的链路自适应机制5.6 802.16系统的QoS架构5.7 802.16系统的移动性5.8 WiMAX与其他技术的比较5.1 无线城域网概况无线城域网概况5.1.1 无线城域网技术的形成无线城域网技术的形成v无线城域网技术是因宽带无线接入(BWA)的需求而来v1999年，IEEE 802局域网(LAN)/城域网(MAN)成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入标准。vIEEE 802.16.1负责制定频率范围在1066GHz的无线接口标准 vIEEE 802.16.2负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准vIEEE 802.16.3负责制定频率范围在211GHz之间无线接口标准 vWiMAX论坛成立，在全球范围内推广802.16协议。5.1.2 WiMAX论坛论坛 在借鉴和学习WLAN的Wi-Fi联盟成功经验的基础上，2001年4月由业界领先的通信设备公司及器件公司共同成立世界微波接入互操作性论坛WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)。该论坛旨在对基于IEEE802.16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。WiMAX使用与Wi-Fi联盟推动无线局域网行业发展的相同方法进行定义和互操作性测试，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。5.2 802.16协议体系协议体系v最终制定的802.16系列标准协议栈按照两层体系结构组织，主要对网络的低层，即MAC层和物理层进行了规范。v802.16系列协议中各协议的MAC层功能基本相同，差别主要体现在物理层上。物理层协议主要解决与工作频率、带宽、数据传输率、调制方式、纠错技术以及收发信机同步有关的问题。5.2.2 标准化进程 标准号相对应的技术领域和频段状态空中接口标准802.161066GGHz固定宽带无线接入系统空中接口2002.04发布802.16a211GHz固定宽带接入系统空中接口2003.04发布802.16c1066GHz固定宽带接入系统的兼容性2002发布802.16d266GHz固定宽带接入系统空中接口(对802.16，802.16a，802.16c的修订)2004年6月在IEEE802委员会获得通过802.16e26GHz固定和移动宽带无线接入系统空中接口管理信息库草案，正在完善中802.16f固定宽带无线接入系统空中接口管理信息库(MIB)要求802.16g固定和移动宽带无线接入系统空中接口管理平面流程和服务要求共存问题标准802.16.21EEE局域网和城域网操作规程建议固定宽带无线接入系统的共存802.16.2a对802.16.2的修正一致性标准1802.16.1802.16一致性标准-第一部分：1066GHz无线MAN-SC空中接口的协议实现一致性说明(PICS)形式1802.16.2802.16一致性标准-第二部分：1066GHz无线MAN-SC空中接口的测试集结构和测试目的(TSS&TP)5.2.3 IEEE 802.16d协议协议vIEEE 802.16d是目前所有标准中相对比较成熟并且最具实用性的一个版本。vIEEE 802.16协议中定义了两种网络结构：点到多点(PMP)结构和网格(Mesh)结构。网络拓扑结构 802.16系统框架图 一个完整的802.16系统应包含的网络实体有：用户设备(UE)，用户站(SS)，基站(BS)，核心网(CN)。802.16d的协议栈模型 5.3 802.16的物理层的物理层vIEEE 802.16的物理层既可以支持单载波又可以支持多载波，即支持OFDM技术。v基于单载波的物理层规范又分为WirelessMAN-SC和WirelessMAN-SCa两种。vWirelessMAN-SC的操作频段为1066 GHz，且为视距(LOS)操作；而WirelessMAN-SCa的操作频段低于11GHz，为非视距(NLOS)操作。v基于多载波的物理层规范则分为WirelessMAN-OFDM和WirelessMAN-OFDMA，两种规范均基于OFDM多载波技术，操作频段均低于11GHz。IEEE 802.16的物理层规范 规范名称规范名称应用频段应用频段可选技术可选技术双工方式双工方式WirelessMAN-SC1066GHzTDD，FDDWirelessMAN-SCa211GH2AAS，ARQ，STCTDD，PDDWirelessMAN-OFDM211GH2AAS，ARQ，Mesh，STCTDD，FDDWirelessMAN-OFDMA21lGH2AAS，ARQ，STCTDD，FDD5.4 802.16的的MAC层层 MAC层包括与高层实体接口的特定服务会聚子层(Convergence Sublayer，CS)，完成MAC层核心功能的公共部分子层(Common Part Sublayer，CPS)，以及安全子层(Security Sublayer)。5.5 MAC层的链路自适应机制层的链路自适应机制v链路自适应技术的基本思想是，在当前的信道条件下，通过对某些传输参数的适配，让链路尽可能高效地运行。v为了维持通信连接，甚至需要对链路质量做出“让步”，通过牺牲带宽来获得传输质量的提高。v在大多数使用链路自适应技术的系统中，这种“让步”就是在链路的“鲁棒性”和带宽的高效性间寻找平衡。v链路自适应技术能够增加链路信息容量，使得系统能够充分利用信道的时变性。常见的链路自适应机制 v自适应调制编码(AMC):根据信道情况的变化来动态地调整调制方式和编码方式 v自动请求重传(ARQ):接收端在正确接收发送端发来的数据包之后，向发送端发送一个确认信息(ACK)，否则发送一个否认信息(NACK)v混合自动请求重传(H-ARQ):将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合的技术 5.6 802.16系统的QoS架构 5.6.1 服务类别的定义v主动授予服务(Unsolicited Grant Service，UGS)v实时查询服务(Real-time Polling Service，RTPS)v非实时查询服务(Non-Real-Time Polling Service，NRTPS)v尽力而为(Best Effort，BE)5.6.2 QoS框架和交互机制框架和交互机制5.7 802.16系统的移动性系统的移动性vIEEE 802.16e是基于IEEE 802.16d标准的，能够后向兼容IEEE 802.16d的功能v为了支持移动性，其工作频段为266Hz，支持车速移动(通常认为是120km/h)。v在物理层技术方面，802.16e除了支持单载波方式、OFDM方式、OFDMA方式以外，还对OFDMA方式进行了扩展。5.8 WiMAX与其他技术的比较与其他技术的比较5.8.1 WiMAX技术与技术与Wi-Fi技术的比较技术的比较v1覆盖覆盖v2可扩展性可扩展性v3QoS机制机制5.8.2 WiMAX技术与技术与3G技术的比较技术的比较目前业界主要存在两种观点：v(1)WiMAX会与3G形成竞争态势，并最终取代3G；v(2)WiMAX只是一种无线接入技术，不可能取代3G，二者可以形成互补。