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摘要：文章介绍了支持宽带无线接入系统的空中接口标准IEEE 802.16的制订进程、发展现状和趋势，并重点对标准媒体访问控制(MAC)层和物理层的技术特点进行了分析。文章指出IEEE 802.16标准为宽带无线接入网的开发和应用提供了很好的平台，随着宽带业务的快速增长，将成为未来无线接入技术的发展方向之一。

关键词：IEEE 802.16；宽带无线接入；无线城域网；正交频分复用

Abstract:In this paper, the developing process, the state of arts and trend of IEEE standard 802.16 are introduced and emphasis goes to the main technical characteristics of Media Access Control (MAC) layer and physical layer. It is pointed out that IEEE standard 802.16 has provided a fine development and application platform for broadband wireless access networks. With the rapid growth of broadband services, this standard will become one of the evolution directions of the wireless access technology in the future.

Key words:IEEE 802.16; broadband wireless access; WMAN; OFDM

20世纪90年代，宽带无线接入技术得到了快速发展，主要产品有本地多点分配系统(LMDS)和多信道多点分配技术(MMDS)，其市场定位于小型家庭办公(SOHO)、中小企业、城市商业中心等用户，尤其是中小企业和城市人口密集的高楼商业区应用的成本效益明显。但是这一产业没有更进一步繁荣壮大，一个很重要的原因就是没有统一的全球性宽带无线接入标准。

1999年，IEEE成立了IEEE 802.16工作组来专门研究宽带固定无线接入技术规范，目标就是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。IEEE 802.16工作组的出现大大地推动了宽带无线接入技术在全球的发展。

1 标准制订进程

IEEE 802.16工作组于2002年4月8日正式发布了IEEE 802.16-2001标准[1]，为宽带无线接入(BWA)定义了无线城域网(WMAN)的空中接口规范，它标志着宽带无线接入将作为一个新的主要途径，把各商业机构和家庭接入全球电信核心网。

IEEE 802.16标准被设计为能逐渐发展，具有公共媒体访问控制(MAC)层的一组空中接口，但物理层规范取决于使用频谱和相应的法规。IEEE 802.16-2001工作在10～66 GHz频段，由于这个频段对于像建筑物和树这样的障碍物无穿透能力，故要求基站和用户站是视距(LOS)链路，从而限制了基站的覆盖范围。同时由于用户站天线的安装要求很高，并且系统受雨衰影响较大，一定程度上阻碍了市场的发展。

一个BWA系统能否在市场上取得成功，主要取决于系统的服务质量和价格。运营商应该保证在设定的服务区域内，绝大多数用户都能够得到服务，应该避免相邻的两户人家其中一户可以得到服务而另一户得不到服务的现象，还应避免由于传输条件和干扰的变化而造成服务时好时坏的现象。另外就价格方面来说，一方面用户的终端应该比较便宜；另一方面，用户终端的安装要求简单，用户可以自己安装，甚至可以安装在室内。这就要求基站和用户站之间为非视距传输(NLOS)，需要采用新的物理传输技术。

IEEE 802.16工作组于2003年4月颁布了IEEE 802.16a[2]，该标准支持的工作频段为2～11 GHz，包括了需要发放牌照频段和免牌照的频段。与高频段相比，该频段能以更低的成本提供更大的用户覆盖，系统受雨衰影响不大，系统可以在非视距传输环境下运行，大大降低了用户站安装的要求。另外，IEEE 802.16a的MAC层提供服务质量(QoS)保证机制，可支持语音和视频等实时性业务，增加了对网格拓扑结构网络的支持，能适应各种物理层环境。这些特点使得IEEE 802.16a与IEEE 802.16相比更具有市场应用价值，真正成为可用于城域网的无线接入手段。

IEEE 802.16a标准仅仅是IEEE 802.16-2001标准的修改和扩展，不是一个独立的标准，所以2004年7月IEEE 802.16组织又通过了IEEE 802.16d。IEEE 802.16d对2～66 GHz频段的空中接口物理层和MAC层做了详细规定，定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的MAC层和相对应的多个物理层。该标准对IEEE 802.16-2001和IEEE 802.16a进行了整合和修订，但仍属于固定宽带无线接入规范，是相对比较成熟并且最具实用性的一个标准版本。

IEEE 802.16e[3]是工作在2～6 GHz频段支持移动性的宽带无线接入空中接口标准。制订IEEE 802.16e的目的是为了实现既能提供高速数据业务又使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案。IEEE 802.16e被业界视为目前唯一能与3G竞争的下一代宽带无线技术。IEEE 802.16e的目标是能够向下兼容IEEE 802.16d，因此IEEE 802.16e的标准化工作基本上是在IEEE 802.16d的基础上进行的。在IEEE 802.16d固定无线接入标准研制的基础上，为了支持移动特性，IEEE 802.16e提出了具有移动特性的系统框架结构，并于2004年9月通过了草案，估计2005年年内可以推出正式标准。

除了以上几个标准外，另外还有3个重要标准：第一个是2002年正式发布的IEEE 802.16c，它是对IEEE 802.16-2001的增补，是使用10～66 GHz频段IEEE 802.16系统的兼容性标准，它详细规定了工作于10～66 GHz频段的IEEE 802.16系统在实现上的一系列特性和功能；第二个是IEEE 802.16f，它定义了IEEE 802.16系统MAC层和物理层的管理信息库(MIB)以及相关的管理流程；第三个是IEEE 802.16g，制订它的目的是为了规定标准的IEEE 802.16系统管理流程和接口，从而实现IEEE 802.16设备的互操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。IEEE 802.16f和IEEE 802.16g这两个标准是2004年5月17日在深圳召开的由中兴通讯公司承办的IEEE 802.16工作组第31次会议上提出的，目的是在网络管理层面形成新标准。目前标准的制订工作处于起步阶段，计划在2006年或2007年发布。

2 协议栈参考模型

IEEE 802.16标准描述了一个点到多点的固定宽带无线接入系统的空中接口，包括MAC层和物理层两大部分。IEEE 802.16 MAC层能支持多种物理层规范，以适合各种应用环境。IEEE 802.16协议栈模型如图1所示。

MAC层由特定业务汇聚子层(CS)、MAC公共部分子层(CPS)和加密协议子层3部分组成，其中加密协议子层是可选的。

CS子层主要功能是负责将其业务接入点(SAP)收到的外部网络数据转换和映射到MAC业务数据单元(SDU)，并传递到MAC层业务接入点(SAP)。具体包括对外部网络数据SDU执行分类，并映射到适当的MAC业务流和连接标识符(CID)上，甚至可能包括净荷头抑制(PHS)等功能。协议提供多个CS规范作为与外部各种协议的接口。

MAC CPS是MAC的核心部分，主要功能包括系统接入、带宽分配、连接建立和连接维护等。它通过MAC SAP接收来自各种CS层的数据并分类到特定的MAC连接，同时对物理层上传输和调度的数据实施服务质量(QoS)控制。通常说的MAC层主要指MAC CPS。