WiMAX 无线标准进展概况

提纲

一、 IEEE 802 无线标准系列二、 IEEE 802.16x 标准族三、关于 IEEE 802.20 标准四、未来的关注点

一、 IEEE 802 无线标准系列

• 802 标准委员会已发布或正在制定的无线标准系列有： :

802.11x, 802.15x, 802.16x, 802.20x

Global Wireless Standards

IEEE 802.15 Bluetooth

WAN

MAN

LAN

PAN ETSI HiperPAN

IEEE 802.11 WirelessLAN

ETSI HiperLAN

IEEE 802.16 WirelessMAN

ETSI HiperMAN & HIPERACCESS

IEEE 802.20(proposed)

3GPP, EDGE (GSM)

标准系列

工作频段

工作速率

覆盖距离

网络应用

主要特性与应用

802.20x 3.5GHz以下

16Mbps/

40Mbps

1~15 公里

WWAN 点对多点无线连接，用于高速移动的无线接入，移动中用户的接入速率可达 1Mbps, 面向全球覆盖

802.16x 2~11/

11~66

GHz

70

Mbps

1~50 公里

WMAN 点对多点无线连接，支持基站间的漫游与切换，用于 1 、 WLAN 业务接入，2 、无线 DSL ，面向城域覆盖3 、移动通信基站回程链路及企业接入网

802.11x 2.4/5

GHz

1~54/

108Mbps

100 米 WLAN 点对多点无线连接，支持 AP 间的切换，用于 1 、企业 WLAN ， 2 、 PWLAN ，3 、家庭 /SOHO 无线网关

802.15x 2.4GHz/

3.1~10.6

GHz

0.25/

1~55/

110Mbps

10~75米/10 米

WPAN 点对点短距离连接，工作在个人操作环境，用于家庭及办公室的高速数据网络802.15.4 工作在低速率 , 用于家庭控制网关

802 无线标准系列主要特征比较

与 802 无线标准相关的产业联盟• Wi-Fi—— Wireless Fidelity 与 802.11x 标准相关的产业联盟• WiMAX—— World Interoperability for Microwave Access 与 802.16x 标准相关的产业联盟 SIG—— Blueteooth Special Internet group 与 802.15.1 标准相关的产业联盟 MBOA—— Multiband OFDM Alliance 与 802.15.3a 标准相关的产业联盟 ZigBee—— ZigBee Alliance 与 802.15.4 标准相关的产业联盟

标准 发布时间

芯片推出时间

主要的定义及业务应用

802.16 2001年

—— 定义了工作在 10~66GHz 固定宽带无线接入系统空中接口标准，采用 TDM/TDMA 多址方式，单载波调制。本质上是为 LMDS 实现可互操作性而制定的一个标准，其业务应用与 LMDS 相似。

802.16a 2003年

—— 定义了工作在 2~11GHz 固定宽带无线接入系统空中接口标准，本质上是为 MMDS 实现可互操作性而制定的一个标准，其业务应用与 MMDS相似。

802.16c 2003 10~66GHz 固定宽带无线接入系统空中接口标准增补文件：详细系统框架。

802.16d 2004年

2004年

802.16a 的修改版，用 WiMAX 微型天线取代 802.16a 的室外天线结构，可用于 PC 机网卡等小型设备。 MAC 协议支持 TDM/IP 综合业务。

802.16e 尚未发布

2005年

802.16a 的增补版，是支持客户端移动性的规范，使用户可以在基站之间自由切换和漫游 ,, 进而实现在不同的 802 网络之间自由切换 . （《 6GHz ）

802.16f 尚未发布

固定宽带无线接入系统空中接口 MIB 要求，

802.16g 尚未发布 —— 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，

二、 802.16x 无线标准族

802.16 系列各空中接口标准特征的比较 802.16 802.16a 802.16d 802.16e

使用频段 10~66GHz 〈 11GHz 〈 11GHz

10~66GHz

〈 6GHz

信道条件 视距 非视距 视距 + 非视距 非视距

固定 / 移动性

固定 固定 固定 移动 + 漫游

调制方式 QPSK 、 16QAM 和 64QAM

256OFDM

（ BPSK/QPSK/16QAM/64QAM ）

256OFDM

（ BPSK/QPSK/16QAM/64QAM ）

2048OFDMA

256OFDM

（ BPSK/QPSK/16QAM/64QAM ）128/512/1024/2048

OFDMA

信道带宽 25/28MHz 1.25~20MHz 1.25~20MHz 1.25~20MHz

传输速率( 最佳 S/N)

32~134Mbps

( 载波带宽 28MHz)

75Mbps

( 载波带宽 20MHz)

75Mbps

( 载波带宽 20MHz)

15Mbps

( 载波带宽 5MHz)

额定小区半径

<5Km 5~10Km 5~15Km 1~5Km

Wi-MAX 组织• 2001 年 4 月 9 日成立的非赢利组织 , 旨在对基于 IE

EE802.16 标准和 ETSI HiperMAN 标准的宽带无线接入产品制定一套测试规范和认证体系 ,对其进行一致性和互操作性认证 , 通过 WiMAX 认证的产品会拥有“ WiMAX CERTIFIED” 标识 . 这将有利于广泛应用、开发芯片、降低研发及生产成本。

• IEEE 和 ETSI 是标准的制定者； WiMAX 组织是标准的推动者。

R

固定无线接入技术（ 802.16d) 的空中接口规范

标准范畴

MA

CP

HY

特定服务汇聚子层 CSSAP

公共部分子层 MACSAP

安全子层

物理层 PHYSAP

数据控制平面

管理实体特定服务汇聚子层

管理实体公共部分子层

安全子层

管理实体 物理层

管理平面

网络管理系统

固定无线接入技术的空中接口规范 -物理层

物理层类型 使用频段 基本特点wirelessMAN-SC 10~66GHz

许可频段单载波调制，视距传输，信道带宽 20 、 25 、 28MHz 可选上行 TDMA 方式，双工方式可采用 FDD 或 TDD

wirelessMAN-SCa 〈 11GHz

许可频段单载波调制，非视距传输，信道带宽允许不小于 1.25MHz 上行 TDMA 方式 , 可选支持自适应天线系统 (AAS), 自动请求重发 (ARQ) 和时空编码 (STC) 等 ,双工方式可采用 FDD 或 TDD.

wirelessMAN-OFDM

〈 11GHz

许可频段采用 256 个子载波的 OFDM 调制方式 , 非视距传输 , 可选AAS 、 ARQ 、网格模式（ Mesh ）和 STC 等，双工方式可采用 FDD 或 TDD.

wirelessMAN-OFDMA

〈 11GHz

许可频段. 采用 2048 个子载波的 OFDM 调制方式，非视距传输，信道带宽允许不小于 1.0MHz ，可选支持 AAS 、 ARQ和 STC 等，双工方式可采用 FDD 或 TDD

wirelessHUMAN 〈 11GHz

免许可频段可采用 Sca 、 OFDM 或 OFDMA 调制方式，双工方式为TDD ，必须支持动态频率选择（ DFS ），可选支持 AAS 、ARQ 、 Mesh 、 STC 等。

固定无线接入技术的空中接口规范 -MAC层

• MAC层最显著的特征是：它是基于“连接”的， 所有 SS 的数据业务及与此相关的 QoS 要求都在“连接”

范畴中来实现；每个连接都由一个连接标示符（ 16bit ）来唯一标示（ CID ）；

一个 SS 注册后，连接及相应的服务流提供给这个 SS ；连接需要维护时，维护要求则随着连接的业务类型不同而改变；

一个连接分配一个服务流，服务流将与带宽分配过程联系在一起。服务流的概念是定义了在连接上传输的 PDU （协议数据单元）的 QoS参数；

MAC层包括三个子层

• 特定服务汇聚子层 -CS子层 负责完成外部网络数据与 MAC 公共子层数据之间的映射，

定义了两种接口规范： ATM 和 Packet （ 802.1Q 、 802.3以太网和 IP ）

• 公共子层 -CPS子层 负责提供 MAC 层的核心功能，包括系统接入、带

宽分配、连接建立和维护等。• 安全子层 负责提供认证、密钥交换和加密。

802.16 支持移动性的空中接口规范

• 802.16e 是对 802.16d 的增强 ,它定义了一个结合固定与移动宽带无线接入的系统 , 支持用户站以车速移动和基站或小区间高层切换的功能 ;

• 802.16e 移动宽带无线接入的协议模型是基于 802.16d模型的 ,针对移动性操作定义了一些附加的功能 ,如 : 切换支持、可节电的睡眠模式、寻呼以及增强的安全能力。

U PHY 、 MAC （包括 CS ）操作，包括提供移动性支持的消息交换

IB 基站到基站消息传输协议（尚未定义）

A 鉴权与服务授权功能的消息（尚未定义）

802.16 支持移动性的空中接口规范 -物理层

• 802.16e 的物理层实现方式与 802.16d 是基本一致的 ,差别是对 OFDMA 进行了扩展 , 可以支持 2048 、 1024 、 512 和 128个子载波，以适应不同载波带宽的要求；

• 在三种物理层制式中， OFDMA更适合移动信道，因为它能够向多个用户灵活分配子载波，在部署时有可能实现频率复用系数为 1 。

• OFDMA 中子载波在子信道中的分配无需邻接，有利于实现频率分集。

• 支持对每帧子载波的传输进行优化的功率控制，子载波具有正交性，无需像 CDMA 系统那样严格控制功率。

• 支持 QPSK 、 16QAM 和 64QAM 调制以及 FEC ，包括卷积编码（ CC ）、卷积 Turbo码（ CTC ）和分组 Turbo码（ BTC ）。

802.16 支持移动性的空中接口规范 -MAC层

• 同样包括三个子层：汇聚子层、公共部分子层和安全子层。• 移动性支持： 邻域广播列表（保证高效率的基站扫描） 切换信令（在基站间切换 SS 的连接） 周期性扫描（ SS 周期性地寻找它可能切换的基站） 休眠模式（ SS周期性地进入低供电模式已延长电池的供电时间） 空闲模式（ SS断开与网络的连接，但是能够周期性地侦听网络消息并根据所在位置更新网络，当有呼叫进来时网络能够呼叫到用户）• 调度和服务质量保证 基站中含有一个调度器，由它决定哪个终端什么时候发送数据，调度器响应 SS 站的带宽请求信息，通过调度或轮询上下行数据传输来决定如何满足每个连接的 QoS 要求，

上行连接通过轮询来获得信道的接入，上行连接有四种类型： UGS 、 rtPS nrtPS 、 BE ，对每种类型调度器安排不同的轮询方式。

802.16 的基本业务• UGS(Unsolicited Grant Service)

– 非请求的带宽分配业务，如 T1/E1 及话音 Over IP

– 基站可为实时业务提供固定尺寸的时隙 .

• rtPS(Real-Time Polling Service)– 实时轮询业务，如MPEG 视频，用于周期性的、数据包大小

不固定、比特率可变的传输。• nrtPS(Non-Real-Time Polling Service)

– 非实时轮询业务，如高带宽的 FTP.轮询周期长，容许 SS 利用竞争请求机制。

• BE(Best Effort service)– 提供尽力而为的业务， SS必须用上行竞争请求机制传输数据。

SCDMA TD-SCDMA WCDMA 802.16e

载 波 间隔

0.5MHz 1.6MHz 5MHz 5/10/20MHz 可选

每 载 波用户数

话音用户： 30 个码道 /音速率 32K/ 最大约 30 个 用户；

最多约 24 个音频用户；

理论上 ， 单 载 波宽度情况下： 98个 （ AMR 7.95 kbps ） 或 49 个（ AMR 12.2kbps ）

支持 60 个用户接入

速 率 单载 波 最大

每用户使用 4 个载波，最大速率可达3Mbit/s ； （ QAM64 ）

初期最高达 384kbit/s ； 最 高 可到 2Mbit/s （单载波）

R99 ：最大下行 384kbit/s ；R5 ：最大下行（HSDPA ） 10Mbit/s （ 标 准 制订中）；

5MHz 载 波 最大速率为 15Mbps

单 用 户最 大 带宽

2~3Mbit/s ； 最高 2Mbit/s ； WCDMA （ HSDPA ）方式可以到8~10 Mbit/s

20MHz 载波时最大 25Mbps

高 速 运动 时 的数 据 速率

60~80km/h,大于 1Mbit/s ；

120km/h 时 ， 最低 144 kbit/s ； 30km/h, 384kbps

500km/h 时 ， 最低 144 kbit/s ；30km/h, 384kbps;

120km/ 时 2~4Mbps

         

BWA Application Map

FixedFixedLicensed and UnlicensedLicensed and Unlicensed

DSL and T1/ T3 Level DSL and T1/ T3 Level ServicesServices

PortablePortableLicensed and UnlicensedLicensed and Unlicensed

Wireless DSLWireless DSLServicesServices

MobileMobileLicensed Broadband Licensed Broadband

and Widebandand WidebandServicesServices

WiMAXWiMAX802.16d802.16d

WiMAXWiMAX802.16d802.16d

2.5G, 3G2.5G, 3GWiMAXWiMAX802.16e+802.16e+

WiFiWiFi802.11802.11

WiMAXWiMAX802.16e802.16e

局域网回传 住宅接入 指定区域 漫游 Broadband CellularWideband

Source: Intel Corp.

Broadband Wireless “Sweet Spot”

Bro

adb

and

Nar

row

ban

d

Fixed Metro AreaLocal Area Mobile Wide Area

Typ

ical

Us

er D

ata

Ra

te

1G

2.5G

Bluetooth

Wi-Fi

Satellite

专用网 3G

拨号上网

Cable/DSL

BWA

Cellular

WiMAX 的产业动态• WiMAX 产业联盟目前已有近百家公司参加， 9 月份 Cisco

和 Motolora 最新加入该组织，中兴是国内加入较早的成员之一，华为在 2002 年就完成了 BWA项目评估，全球已有5大电信运营商加入了该组织。

• Intel事实上早在 2001 年就开始了针对该项标准的芯片研究，主要的合作伙伴是以色列 Alvarion 公司、英国 Airspan 公司等，用于固定无线接入的 802.16d 芯片已商用化 , 系统级产品预计在 2005 年 5 月会进入市场； Intel 最近推出的 Rosedale 芯片将主要用于掌上终端，预计 2006 年融入笔记本电脑芯片组，（ Intel 现已宣布停止Wi-Fi 芯片在笔记本电脑中的集成） 2007 年将用于智能电话终端。

• WiMAX 芯片是一种MAC/PHY集成式的基带“ SOC” 芯片，它包含了 802.16d/e 的 MAC层与物理层，其中，物理层的 OFDM技术是采用的 DSP 技术和快速傅立叶 /快速傅立叶逆变换实现的。

• 全球在 WiMAX 芯片上与 Intel竞争的公司主要有： 日本富士通微电子公司 法国 Sequans 通信公司 加拿大Wavesat 公司

• WiMAX 产品的市场销售目标是 : 基站每载频 1万美圆， CPE每端 300美圆。

• Intel 在 04 年与大连和成都市政府签署了部署WiMAX网络的合作协议（ 802.16d 固定无线城域网接入）。

• 中国的运营商在 WiMAX 技术上的态度尚不明朗，其中主要的原因是：目前更多的资源都投入到 3G 上，

但据了解有些运营商在 2005 年有开展WiMAX 试验网的计划。

• 预测 WiMAX 的大规模商用至少还需 2 年多的时间。

三、关于 IEEE 802.20 标准• 是移动宽带无线接入（ MBWA) 空中接口规范• 全面支持实时和非实时业务，支持从MBWA到WLAN 的漫

游及切换• 支持 IPV4 和 IPV6

• 空中接口融入了对 QoS 的支持，与核心网级别的端到端 QoS相一致

• 自动判断是否需要优化用户数据速率以满足对射频环境的匹配

• 空中接口具有各网络间的开放型接口，并可提供相互鉴权信息

• 可为 250km/ 小时的高速移动车辆提供每用户 1Mbps 的宽带无线接入业务

四、未来的关注点• QoS 的研究 有线网络 QoS 研究是在网络层以上提供服务质量保证，如：综合服务 /资源预约、区分服务、多协议标签交换、流量工程、约束路由、子网带宽管理等，但上述机制不能用于无线网络里，原因是；

无线传输受串扰及多径影响，速率比有线网络低，误码率高； 802 系列无线标准为了灵活性和兼容性，协议标准只制定了 MAC层和 PHY层，因此， WiMAX 是一个底层技术，网络上层与无线链路层分离，对端到端业务的 QoS 无法得到发挥。

在异质网络中不解决这个问题就解决不了端到端的 QoS问题。

• IPV6 的研究 下一代网络必然向 IPV6 过度，无线产品支持 IPV6 是大势所趋。

• 安全机制的问题

802 无线标准的技术定位• 在无线通信技术中的位置

4G?

本报告仅反映 802 无线标准的一些动态所有观点仅供参考

谢谢大家！