IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行于2~11 GHz頻段，是寬帶無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)IEEE 802.16-2001標(biāo)準(zhǔn)的增補(bǔ)方案。IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)將大大提升網(wǎng)絡(luò)的互操作性，不僅適用于點(diǎn)到多點(diǎn)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統(tǒng)，也適用于網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的頒布將加快寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的市場(chǎng)化。

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作為一種接入技術(shù)，無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)已成為傳統(tǒng)的銅線(xiàn)本地環(huán)路技術(shù)的替代技術(shù)，越來(lái)越受到人們的重視。針對(duì)這種情況，IEEE 802委員會(huì)于1999年成立了802.16工作組來(lái)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)寬帶無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，并于2001年12月頒布了IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)，但由于IEEE 802.16的工作頻段較高（10~66 GHz），要求視距發(fā)射塔連接，不利于固定帶寬接入技術(shù)的推廣。為此，IEEE在802.16的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了工作于2~11 GHz頻段新的全球微波接入互操作性（WiMAX）標(biāo)準(zhǔn)--IEEE 802.16a，它可支持非視距連接，是無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)的重大突破。

一、IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)概述

IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)是一種無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)絡(luò)（WMAN）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展。在點(diǎn)到多點(diǎn)（PMP）和可選的網(wǎng)格拓?fù)鋬煞N網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無(wú)線(xiàn)寬帶接入系統(tǒng)空中接口的媒體接入控制（MAC）層和物理（PHY）層，通過(guò)對(duì)MAC層規(guī)范的修改和物理層規(guī)范的增補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)IEEE 802.16的改進(jìn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義的空中接口技術(shù)可用于將采用IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為線(xiàn)纜和數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)（DSL）的無(wú)線(xiàn)擴(kuò)展技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)最后一公里的無(wú)線(xiàn)寬帶接入。預(yù)計(jì)基于IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋48 km的距離，并能以最高達(dá)70 Mb/s的速率傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻圖像。此外，IEEE 802.16a出色的非線(xiàn)性站點(diǎn)性能可顯著提高運(yùn)營(yíng)商目標(biāo)服務(wù)區(qū)域的覆蓋范圍。IEEE 802.16a后來(lái)被整合到IEEE 802.16-2004版本之中。

IEEE 802.16a作為一種理想的廣域網(wǎng)固定和移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入方案，性能優(yōu)于Wi-Fi（無(wú)線(xiàn)保真）技術(shù)。因此，它的一些優(yōu)點(diǎn)，包括增強(qiáng)的安全性、高速率和更高的頻譜利用率，正被引入IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)90年代末興起的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)因?yàn)?/span>IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)而具有出色的性?xún)r(jià)比，最終使WLAN市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。如此的IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的狀況有點(diǎn)類(lèi)似當(dāng)年的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，可以預(yù)見(jiàn)，在今后IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)像當(dāng)年的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)一樣，將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

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考慮到IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的不可限量的發(fā)展前途，英特爾公司于2003年7月宣布將開(kāi)發(fā)基于IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的芯片，提供寬帶無(wú)線(xiàn)接入解決方案，而且該公司和眾多頂級(jí)通信部件、設(shè)備公司組成了非營(yíng)利性機(jī)構(gòu)--WiMAX，致力于推動(dòng)基于IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)寬帶設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)，加速最后一公里的寬帶部署。

二、IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)

1、媒體接入控制層的網(wǎng)格模式

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)共用一個(gè)媒體，就必須提供一個(gè)有效的共享機(jī)制。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和可選的網(wǎng)格拓?fù)溥@兩種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)都是共享無(wú)線(xiàn)媒體。IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)中只定義了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式，在IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)中則增加了可選的網(wǎng)格拓?fù)淠Ｊ健?/span>

點(diǎn)到多點(diǎn)模式與可選的網(wǎng)格拓?fù)淠Ｊ降闹饕獏^(qū)別在于，在點(diǎn)到多點(diǎn)模式中業(yè)務(wù)流只發(fā)生在基站（BS）和用戶(hù)站（SS）之間，而在網(wǎng)格拓?fù)淠Ｊ街袠I(yè)務(wù)流還可以發(fā)生在各個(gè)SS之間，網(wǎng)格拓?fù)渲械拿總€(gè)站點(diǎn)都可以和網(wǎng)絡(luò)中其它的一些站點(diǎn)形成直接的通信鏈路。

通過(guò)使用網(wǎng)格拓?fù)淠Ｊ剑?/span>IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)大大提升了網(wǎng)絡(luò)的互操作性，并提供了較高的靈活性。特別是在帶寬分配的問(wèn)題上，使網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際情況，靈活機(jī)動(dòng)地選擇分布式調(diào)度方式、集中式調(diào)度方式或兩者結(jié)合的方式來(lái)分配帶寬，使系統(tǒng)的資源能得到最合理的分配。

2、媒體接入控制層數(shù)據(jù)格式的優(yōu)化

IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）結(jié)構(gòu)分為一般MAC頭、負(fù)荷和循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），其中負(fù)荷部分可以包括一個(gè)或多個(gè)不同類(lèi)型的MAC子頭。通過(guò)MAC PDU的數(shù)據(jù)格式，既可以傳輸普通數(shù)據(jù)，也可以傳輸BS與SS之間的管理信息。

在循環(huán)冗余校驗(yàn)中，增加了自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求（ARQ）機(jī)制來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ摍C(jī)制是MAC層的一個(gè)可選部分，可以使用在每個(gè)連接上。在IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的MAC PDU構(gòu)造和傳輸問(wèn)題上，要對(duì)帶ARQ的連接進(jìn)行特殊的打包。每個(gè)被打包的MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）、MAC SDU片斷或ARQ反饋負(fù)荷都需要各自的打包子頭，一部分子頭在其他子頭重傳的時(shí)候傳輸，可見(jiàn)ARQ機(jī)制使得重發(fā)過(guò)程具有機(jī)動(dòng)性。跟IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)相比，IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)更能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性。

3、物理層的OFDM技術(shù)

IEEE 802.16a的MAC支持3種分別基于單載波（SC）、正交頻分復(fù)用（OFDM）和正交頻分多址（OFDMA）的物理層，其中城域網(wǎng)正交頻分復(fù)用物理層是以OFDM調(diào)制為基礎(chǔ)的，適用于2~11 GHz頻段上非視距范圍內(nèi)的操作。

無(wú)線(xiàn)OFDM技術(shù)是近年來(lái)到推廣的一種多載波調(diào)制技術(shù)，它在頻域把信道分成許多正交子信道，各子信道的載波間保持正交，頻譜相互重疊，這樣減小了子信道間干擾，提高了頻譜利用率。同時(shí)在每個(gè)子信道上信號(hào)帶寬小于信道帶寬，故雖然整個(gè)信道具有非平坦的頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對(duì)平坦的，大大減小了符號(hào)間干擾。

OFDM是適用于無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)。目前除了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（如IEEE 802.11a、HiperLAN/2等）外，OFDM還在寬帶無(wú)線(xiàn)接入（BWA）中也得到了應(yīng)用。IEEE 802.16a的物理層采用OFDM技術(shù)就能高速傳輸數(shù)據(jù)、抵抗多徑衰落并提高頻譜利用率。人們普遍認(rèn)為在寬帶無(wú)線(xiàn)接入領(lǐng)域采用OFDM是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，而且它將成為未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

在IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)里，在OFDM的下行鏈路中，還可以使用時(shí)空碼（STC）來(lái)提供發(fā)送分集。發(fā)送分集技術(shù)可以有效地抵抗無(wú)線(xiàn)信道中的多徑衰弱，如在基站側(cè)使用天線(xiàn)分集，能改善該基站覆蓋范圍內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)的接收信號(hào)質(zhì)量。

4、物理層的OFDMA技術(shù)

OFDMA是一種基于OFDM原理的多址技術(shù)，可支持多用戶(hù)的接入。IEEE 802.16a的城域網(wǎng)OFDMA物理層的頻域表示與OFDM不同。在OFDMA方式里，快速傅里葉變換(FFT)個(gè)數(shù)是2 048，而OFDM的FFT個(gè)數(shù)是256。OFDMA的可用載波被分成若干組，每一組稱(chēng)為一個(gè)子信道。在下行鏈路，子信道可以指定給不同的接收機(jī)，在上行鏈路，發(fā)射機(jī)可以分配一個(gè)或多個(gè)子信道。

OFDMA技術(shù)具有下表2-4所示的優(yōu)勢(shì)。由于OFDMA技術(shù)具有很高的帶寬利用率，同時(shí)匯集了OFDM、跳頻及時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，在IEEE 802.16a的物理層中使用該技術(shù)就能在無(wú)需使用均衡器的情況下，有效地克服碼間干擾，并且能提供較大的容量。

表 2-4：OFDMA技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)

三、IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)

IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)是相當(dāng)有前途的。對(duì)于服務(wù)提供商來(lái)說(shuō)，僅用一個(gè)基站就可以為需要不同服務(wù)等級(jí)的數(shù)千名用戶(hù)提供支持。同普通的寬帶接入解決方案相比，采用IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)大幅度地降低了客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)基礎(chǔ)設(shè)備的成本。對(duì)于普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)，IEEE 802.16a擁有更廣泛的覆蓋范圍，更多的用戶(hù)可以享受到高速無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。寬帶數(shù)據(jù)高速傳輸也是IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)的重要特點(diǎn)之一，企業(yè)用戶(hù)可以采用這種高速度低投入的接入滿(mǎn)足企業(yè)特殊的需要。

總之，就像Wi-Fi技術(shù)對(duì)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)市場(chǎng)產(chǎn)生巨大影響一樣，IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)將極大地推動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入市場(chǎng)的增長(zhǎng)。如果沒(méi)有IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備制造商將一切都得自己來(lái)做，包括基礎(chǔ)芯片、客戶(hù)端設(shè)備、基站和網(wǎng)絡(luò)管理軟件等；有了IEEE 802.16a標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備制造商可以在他們擅長(zhǎng)的領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能價(jià)格比的大幅度提升，從而加快寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的市場(chǎng)化。

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