基于IEEE 802.20标准构建无线城域网

  在IEEE 802标准的基础上，目前形成了包括短距离无线接入的IEEE 802.11标准、固定宽带无线接入的IEEE 802.16 标准和完全应用于移动宽带无线接入的IEEE 802.20 标准。随着技术的发展，应用的不断增加，上述标准和市场上的其他技术相互结合，正各自发挥着特定的技术应用。
  IEEE 802.20标准为基于IP 的移动宽带无线接入技术而制定，结合已经提出的移动数据通信技术标准(如GPRS、3G 等)，将形成移动宽带无线接入比较完整的标准体系结构[1,2]。

1 IEEE 802.20标准
  2002 年3 月根据Cisco、Flarion、HP和Nextel 等厂商提出的建议，IEEE 协会决定在IEEE 802.16工作组内成立专门的移动宽带无线接入(MBWA)研究小组；2002 年7 月，形成IEEE 802.16和MBWA 两个独立的工作组，并达成协议，各自针对不同的市场，同时MBWA 工作组执行委员会研究小组(ECSG )成立；2002年11月，IEEE 802.20和IEEE 802.16e工作组宣告成立。

1.1 基本特性
  每一种新标准的出台都需要明确地界定自身的特性，用以指导标准的走向，体现标准的技术优势。IEEE 802.20的特性在工作会议的早期就被明确提出。IEEE定义IEEE 802.20标准的基本特性为：具有广阔的市场潜力空间，具有兼容性，具有共存性，具有独特性，具有技术灵活性和经济灵活性。

(1)广阔的市场潜力空间
  无线媒体对于移动性的支持能力是有线宽带接入网络永远无法做到的。基于IP移动特性，MBWA将在世界的每一个角落架起通往因特网的桥梁，这也就意味着世界上所有提供IP业务和需要IP服务的用户均是其潜在的服务对象。
  由于移动基站和终端设备由多个国际设备厂商提供，且采用大规模集成化的设计，从而将使得以IP为中心的终端设备和相关装置的芯片得以从大批量的生产中获益，大规模降低造价。另外，通过同3GPP和3GPP2合作开发MBWA与3G网络的接口规范，移动宽带无线接入的未来市场潜力将得到进一步增加。

(2)兼容性
  移动宽带无线接入标准具有完善的功能要求，包括定义管理信息库(MIB)，支持物理层和媒体访问控制(MAC)层能力。在整个标准制定的过程中兼容性问题被特别提出，并有严格的鉴定指标：

• 遵循IEEE 802 概述和体系结构
• 遵循IEEE 802.1D(媒体访问桥)和IEEE 802.1F(虚拟局域网桥)
• 遵循IEEE 802.1F和兼容管理对象定义
• 标识任何不一致
  

(3)共存性
  移动宽带无线接入标准适用于许可频谱频段，所有共存问题将服从于频谱许可的强制约束，相关的共存性问题将在标准提案的发展中得到解决。

(4)独特性
  移动宽带无线接入标准是一个独立的标准，具有明确的定义范围。
移动宽带无线接入标准倾向于通过第三方为公网接入提供操作，其典型的规定是当用户处于移动情况时，将通过接入网来使用广域网(WAN)资源。
  MBWA不同于无线局域网(WLAN)，WLAN应用于小范围的环境，而移动宽带无线接入标准将灵活有效地支持各种业务，其中的一些业务可能具有严格的限制时延要求。移动宽带无线接入标准将支持流量工程(TE)和具有QoS的业务，提供实时和非实时数据流量。

(5)技术灵活性
  IEEE 802.20标准的技术灵活性已被开展试验的私人系统所论证。移动宽带无线接入系统可使用众所周知的扩频技术、OFDM技术、自适应天线技术和蜂窝体系结构，这些技术和体系结构已经在局域网/城域网和移动通信应用中得到了验证和应用。如何更加有效地使用这些新技术，使其更加具备技术灵活性，是标准下一步需要重点讨论的问题。

(6)经济灵活性
  移动宽带无线接入系统可比现存的移动网解决方案提供更好的性能/价格比，因为它是基于以包交换为基础的接入网络，具有最佳的频谱功效，而且由于移动宽带无线接入用户具有需求突发的特点，因此通过包交换技术能够得到最好的处理。IEEE 802标准的共享媒体包系统可有效地服务于用户，用户需求的资源可在总的可用资源的限制下变化，达到最大化。移动宽带无线接入系统可通过设计尽可能提高空中接口的频率复用系数来提高每基站支持的用户数，减少基站的数量以及削减频率计划，从而降低系统造价。

1.2 主要研究课题
  截至2004年1月，IEEE 802.20工作组共举行过7次全会，最近一次全会于2004年1月12—15日在加拿大召开，会议的主要研究课题如下：

• 针对MBWA信道环境添加室内微蜂窝覆盖
• 室外到室内传输模型下的MIMO技术研究
• 空间信道参数确定
• 对在各种MBWA信道环境下产生的信道模型参数提供详细算法
• 研究和确定信道模型参数间的相关值
• 蜂窝内和蜂窝间的干扰模型
• 系统等级的判定标准以及方法
• 在天线极化发生变化的情况下提供生成信道模型的算法
  

2 IEEE 802.20标准的技术特点

2.1 主要功能及性能要求

• 支持实时和非实时的应用。
• 支持时时在线的连接性。
• 支持频率复用。
• 支持由MBWA 到WLAN 的无缝链接。
• 支持网络蜂窝间无缝链接。
• 支持采用不同技术的系统间的漫游和切换，如从MBWA到WLAN。
• 支持多种MAC 层协议状态，支持状态间的快速转换。
• 对上行和下行链路的资源可根据需要进行快速分配。
• 支持用户数据速率自动最优化选择、根据射频环境的限制自动控制等用户数据速率管理功能。
• 实现同现存的蜂窝系统协同配置，与现在和将来的移动通信系统合作发展。
• 向企业，包括运营商和制造商，公开所有网络实体的接口协议，并尽可能考虑和采用IETF协议。

2.2 主要技术参数
表1列出了IEEE 802.20标准的主要技术参数。

3 与其他移动无线通信标准的比较
表2 给出了IEEE 802.20标准与其他移动无线通信技术的比较。

4 IEEE 802.20设备的应用
  根据IEEE 802.20的技术特点可知，由于数据带宽的限制，决定了在城域网的构架中，基于IEEE 802.20的设备主要用于城域网的接入层，即通过丰富灵活的业务接口，为最终用户(主要是移动用户)提供多种业务需求。可以预见，未来的无线城域网构架是现行的多种无线技术的融合。融合后的网络可以充分满足各种用户的个性化需求。

4.1 无线接入技术应用分类
  城域网的用户类型可以划分为固定用户和移动用户，进一步按照业务类型又可以划分为话音业务和数据业务(包括高速率数据业务和中低速率数据业务)，表3是根据这一划分原则，结合用户的最终需求，列举的当前主要无线技术的典型应用。表3中所提及的应用主要针对无线接入技术特点本身，由于移动接入本身可以涵盖相当部分的固定接入，所以与固定接入相关部分没有讨论；基于IP业务之上的电路仿真业务，此处也没有详细讨论。

4.2 无线接入技术在城域网中的应用
  按照通信网络的基本结构，城域网主要由骨干网、汇聚网和边缘接入网组成。
对于接入网，由于需要满足用户需求，实现业务提供的灵活性，可以考虑大量采用现有的多种无线接入技术，如基于3G标准、IEEE 802.20标准、IEEE 802.16标准、IEEE 802.11标准的无线接入技术，或采用其他出于安全考虑(主要对专网或军网)的自定义无线接入技术。
  图１给出了一种未来无线城域网架构模型。图１中采用了多种无线接入技术进行混合组网，可以看出IEEE 802.20主要针对的客户群是移动的高速数据用户，包括个人移动用户、公共商业移动用户(如移动商务、医疗、教育、公安、网吧、娱乐等)。还有一些新的业务目前可能还难以清析地定位，但可以肯定的是随着需求和服务的进一步拓展，随时可能被市场有效激活。从图１可以看到，IEEE 802.20技术与其他技术有部分重合区域，其竞争力的强弱主要取决于技术的完善性、设备价格的合理性以及需求和业务开展的有效性，可以逐步由技术和市场的发展来检验。

4.3  基于IEEE 802.20的无线业务提供商网络
  电信运营在相当多的国家和地区还存在着管制，大多电信运营商不能开展全业务服务，特别是无线因特网业务提供商(WISP)在组建既提供因特网业务又提供无线接入设备的网络时，可采用的接入手段十分有限。比如目前国内部分因特网业务提供商(ISP)，如中华通信、厦门金桥、武汉三江等，只能通过租用基础运营商的骨干网络，采用3.5 GHz—BWA设备组建自己的业务平台。对于ISP而言，采用IEEE 802.20设备组建自己的业务网也是一种很好的选择，比较可取的方案是通过租用基础电信运营商的骨干网络，利用具有许可牌照的IEEE 802.20设备来构架自己的城域网，通过有竞争力的业务提供，建立自己有特色的运营模式，以赢得市场空间。

  图2为针对这种情况给出的一种单纯利用IEEE 802.20设备构架无线城域网的模型。图2中设有业务控制点(SCP)，ISP通过SCP为用户提供各种服务。

5 结论
  IEEE 802.20技术标准现在尚处于讨论阶段，计划在2004年下半年完成初稿。目前看来需要具体明确的功能定义和技术指标还相当多，但从上面的讨论中可以看出，该标准的关键技术和需求定位是目前无线接入技术中异常明显的亮点，有可能大大激活数据业务市场的需求。加之IEEE 802系列标准已有相当长的生命周期，热衷于该系列技术标准的生产厂商规模可观，故此，在将来的产业化进程中潜力巨大。此外，如果考虑到将来能进一步与3GPP和3GPP2达成协议，使MBWA网络与3G网络合作发展，市场潜力更是不可估量。

6 参考文献
[1] IEEE 802.20 PD-03. Mobile Broadband Wireless Access Systems[S].
[2] IEEE 802.20 PD-04. Introduction to IEEE 802.20 Technical and Procedural Orientation[S].

收稿日期：2004-03-15

[摘要] IEEE 802.20作为一种新的移动无线通信技术标准虽然尚处于讨论阶段，但该标准有可能大大激活数据业务的市场需求。文章介绍了IEEE 802.20标准的制定进程、技术发展趋势以及主要技术特点，并根据IEEE 802.20的技术特点，给出了未来无线城域网架构以及单纯利用IEEE 802.20设备构建无线城域网的模型。

[关键词] IEEE 802.20协议；移动宽带无线接入；无线城域网

[Abstract] The application of IEEE 802.20 will probably activate greater demands for data services, although the standard itself is still under discussion. The paper introduces the progress of IEEE 802.20, its development trend and main technological characteristics. It also discusses a possible WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) architecture based on IEEE 802.20, and finally sets up a WMAN model that makes use of IEEE 802.20 alone.

[Keywords] IEEE 802.20; mobile broadband wireless access; WMAN