移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入新技術(shù)——IEEE802.20

　　傳統的蜂窩移動(dòng)通信系統可支持高的移動(dòng)性，但數據傳輸速率低，難以應對高速下載和實(shí)時(shí)多媒體的應用。而無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）等寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統，雖然擁有較高的數據傳輸速率，但其移動(dòng)性能差，只能用于牧游式的無(wú)線(xiàn)接入。IEEE 802.20技術(shù)恰恰可以有效地解決移動(dòng)性與傳輸速率相互矛盾的問(wèn)題，使用戶(hù)可以在高速移動(dòng)中享受寬帶接入帶來(lái)的樂(lè )趣。

　　IEEE 802.20技術(shù)，即移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入（MBWA：Mobile Broadband Wireless Access），也被稱(chēng)之為Mobile-Fi。這個(gè)概念最初是由IEEE 802.16工作組于2002年3月提出的，并成立了相應的研究組，其目標是為了實(shí)現在高速移動(dòng)環(huán)境下的高速率數據傳輸，以彌補IEEE 802.1x協(xié)議族在移動(dòng)性上的劣勢。隨后，由于在目標市場(chǎng)定位上的分歧，該研究組脫離IEEE 802.16工作組，并于同年9月宣告成立IEEE 802.20工作組。目前，IEEE 802.20標準還處于制定階段，其最初版本預計于2006年12月頒布。

一、技術(shù)特性

　　IEEE 802.20工作組的目標是制定一種適用于高速移動(dòng)環(huán)境下的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統的空中接口規范。在技術(shù)的制定時(shí)間上，IEEE 802.20遠遠晚于3G，因而可以充分發(fā)揮它的后發(fā)優(yōu)勢：在物理層技術(shù)上，以OFDM和MIMO為核心，充分挖掘時(shí)域、頻域和空間域的資源，大大提高了系統的頻譜效率；在設計理念上，基于分組數據的純IP架構應對突發(fā)性數據業(yè)務(wù)的性能也優(yōu)于現有的3G技術(shù)，與3.5G（HSDPA、EV-DO）性能相當；另外，在實(shí)現、部署成本上也具有較大的優(yōu)勢。

　　IEEE 802.20的主要技術(shù)特性如下：全面支持實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，在空中接口中不存在電路域和分組域的區分；能保持持續的連通性；頻率統一，可復用；支持小區間和扇區間的無(wú)縫切換，以及與其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)（802.16、802.11等）間的切換；融入了對QoS的支持，與核心網(wǎng)級別的端到端QoS相一致；支持IPv4和IPv6等具有QoS保證的協(xié)議；支持內部狀態(tài)快速轉變的多種MAC協(xié)議狀態(tài)；為上下行鏈路快速分配所需資源，并根據信道環(huán)境的變化自動(dòng)選擇最優(yōu)的數據傳輸速率；提供終端與網(wǎng)絡(luò )間的認證機制；與現有的蜂窩移動(dòng)通信系統可以共存，降低網(wǎng)絡(luò )部署成本；包含各個(gè)網(wǎng)絡(luò )間的開(kāi)放型接口。

　　1.系統性能指標

　　表1和表2分別給出了IEEE 802.20所提出的系統性能指標以及在不同場(chǎng)景下的頻譜效率的指標。

表1　IEEE 802.20系統性能指標

表2　不同場(chǎng)景下的頻譜效率

　　從性能指標中，我們可以看出：

　?。?）在移動(dòng)性上，802.20相比于802.16具有很大的優(yōu)勢——可支持的最高速率為250 km/h，已經(jīng)達到了傳統移動(dòng)通信技術(shù)（如2G和3G）的性能?？梢?jiàn)，它將是IEEE步入移動(dòng)通信領(lǐng)域的基石。

　?。?）在頻譜效率上，802.20遠遠高于當前的主流移動(dòng)技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，對于下行鏈路中的頻譜效率，CDMA 2000 1x最高為0.1 bit/s/Hz/cell，EV-DO最高為0.5 bit/s/Hz/cell，而802.20卻大于1 bit/s/Hz/cell。因此，對于運營(yíng)商來(lái)說(shuō)802.20的到來(lái)是個(gè)福音——花相同價(jià)錢(qián)買(mǎi)來(lái)的頻譜資源，卻可以提供更高速率的接入服務(wù)。這既是802.20自身強有力的“賣(mài)點(diǎn)”，更是移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的大勢所趨。

　?。?）對于非視距（NLOS）環(huán)境下的系統覆蓋，802.20的單小區覆蓋半徑為15 km，屬于廣域網(wǎng)技術(shù)；而802.16的單小區覆蓋半徑小于5 km，屬于城域網(wǎng)技術(shù)。這說(shuō)明802.20與802.16的目標市場(chǎng)不同，它們不存在直接的競爭。直接與802.20形成競爭的是WCMDA等3G技術(shù)和HSDPA等3G演進(jìn)技術(shù)。

　?。?）IEEE 802.20規定其MAC幀往返時(shí)延小于10 ms，加上無(wú)線(xiàn)鏈路控制層和應用層上產(chǎn)生的處理時(shí)延，足以滿(mǎn)足ITU-T的G.114所規定的電話(huà)語(yǔ)音傳輸最大往返時(shí)延（＜300 ms）的要求，因而完全可以基于802.20來(lái)提供優(yōu)質(zhì)的無(wú)線(xiàn)VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

　?。?）在下行鏈路，802.20可以提供大于1 Mbit/s的峰值速率，遠遠高于3G技術(shù)的性能指標——步行環(huán)境下384 kbit/s，高速移動(dòng)環(huán)境下144 kbit/s。

　　2.純IP架構

　　IEEE 802.20秉承了IEEE 802協(xié)議族的純IP架構。純IP架構，與3GPP和3GPP2所提出的全IP概念有所不同——前者是核心網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)都基于IP傳輸，而后者僅僅實(shí)現了核心網(wǎng)的IP化。設計架構的差異使802.20與其它3G技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢：

　?。?）其物理層和MAC層都專(zhuān)為突發(fā)型分組數據業(yè)務(wù)而設計，并能夠自適應無(wú)線(xiàn)信道環(huán)境，因此在處理突發(fā)性數據業(yè)務(wù)方面具有與生俱來(lái)的優(yōu)越性。而WCMDA等3G技術(shù)雖然對語(yǔ)音業(yè)務(wù)能夠很好地支持，但因為其設計初衷是要保持與GSM等2.5G技術(shù)的兼容，所以對數據業(yè)務(wù)的支撐力度顯得較為單薄。

　?。?）組網(wǎng)方式靈活簡(jiǎn)單，便于融合現有的IP網(wǎng)絡(luò )和未來(lái)的基于IMS的核心網(wǎng)。

　?。?）可充分利用現有的基于IP的各種協(xié)議，易于實(shí)現靈活的業(yè)務(wù)部署。

　　數據業(yè)務(wù)將逐漸成為未來(lái)移動(dòng)應用的主體，因此與之相對應的純IP架構將是未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的方向。實(shí)際上，3GPP和3GPP2已經(jīng)認識到他們目前的系統在提供數據業(yè)務(wù)方面的局限性，并嘗試在原有的系統框架基礎上，在下行鏈路中采用分組接入技術(shù)。例如，3GPP的R5引入了HSDPA技術(shù)，以大幅提高IP數據下載速率和流媒體速率。

二、802.20與其它技術(shù)間的關(guān)系

　　當前，移動(dòng)通信技術(shù)標準繁多，不同的技術(shù)之間既互補又相互競爭。下面，我們來(lái)具體分析一下802.20與當前各種主流技術(shù)間的關(guān)系。

　　1.與802.11、802.16間的關(guān)系

　　IEEE 802.11標準及其子集是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的主流標準之一，也被稱(chēng)為Wi-Fi。該標準的制定工作起步較早，技術(shù)相對成熟，其中802.11g（峰值速率54 Mbit/s）在商用中比較普及，802.11n（峰值速率100 Mbit/s）也已經(jīng)有產(chǎn)品面世。

　　IEEE 802.16標準及其子集是針對微波和毫米波頻段（2～11 GHz）提出的無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)（WMAN）技術(shù)標準，也被稱(chēng)為WiMAX。其峰值速率可達70 Mbit/s，并具有較強的移動(dòng)性，因而得到了業(yè)界的普遍關(guān)注和支持。

　　上述兩種技術(shù)標準主要是針對牧游式的無(wú)線(xiàn)接入，提供步行速率的移動(dòng)性。與它們不同的是，802.20的目標市場(chǎng)定位于無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)，強調它對高速移動(dòng)性的支持。

　　可見(jiàn)，這三種技術(shù)存在很強的互補性。若將它們混合組網(wǎng)，取長(cháng)補短，將是一種非常好的全網(wǎng)覆蓋解決方案，原因是：

　?。?）可以基于802.21（媒質(zhì)無(wú)關(guān)切換：Media Independent Handover）來(lái)實(shí)現這三種技術(shù)間的無(wú)縫切換：當用戶(hù)處于熱點(diǎn)地區時(shí)，切換到802.11或802.16的網(wǎng)絡(luò )以獲得更高的接入速率；當用戶(hù)離開(kāi)熱點(diǎn)地區時(shí)，切換到802.20的網(wǎng)絡(luò )，這樣可以在保證較高接入速率的前提下，獲得更好的移動(dòng)性。

　?。?）因為這三種技術(shù)在系統架構上都是純IP的，所以相互間的接口簡(jiǎn)單，只要其共享的核心網(wǎng)是標準的IP網(wǎng)，就可以實(shí)現相互間的互聯(lián)。

　?。?）同樣因為三者的純IP架構，使得它們具有較強的相似性，所以其多模終端可以達到較高的集成度，從而降低成本。

　　但是，隨著(zhù)802.16e標準的提出（已于2005年12月正式發(fā)布），802.20與802.16之間確實(shí)存在著(zhù)一定的競爭關(guān)系。這是因為802.16e在802.16a的基礎上增強了移動(dòng)性，其用戶(hù)移動(dòng)速率可高達150 km/h，這使得兩者的目標市場(chǎng)產(chǎn)生了一定的重疊。但從系統覆蓋的角度來(lái)看，802.20是廣域網(wǎng)技術(shù)，而802.16是城域網(wǎng)技術(shù)，所以?xún)烧咧g主要體現互補性。

　　2.與3G技術(shù)間的關(guān)系

　　所謂3G技術(shù)，是指以WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三大標準為基礎的第三代蜂窩移動(dòng)通信系統。因為這三大技術(shù)標準在技術(shù)特性和性能指標上相差無(wú)幾，所以將其作為一個(gè)整體，來(lái)討論它們與802.20之間的關(guān)系。

　　表3從目標市場(chǎng)和技術(shù)特點(diǎn)入手，對802.20和3G兩種技術(shù)進(jìn)行了比較。我們從中可以看出，兩者確實(shí)存在較多的相似性，也就導致了它們之間的競爭性：

表3　IEEE 802.20與3G技術(shù)的對比

　?。?）兩者的目標市場(chǎng)重疊較大。首先，它們都是廣域網(wǎng)技術(shù)。其次，802.20具有低時(shí)延架構，它可以基于VoIP技術(shù)來(lái)提供高質(zhì)量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，也就是說(shuō)它可以支持3G所能提供的全部業(yè)務(wù)。

　?。?）在物理層核心技術(shù)上802.20更為先進(jìn)，因而擁有更具吸引力的性能優(yōu)勢。

　?。?）802.20的純IP架構使它在組網(wǎng)成本上具有較明顯的價(jià)格優(yōu)勢。因而在部署廣域網(wǎng)時(shí)，性?xún)r(jià)比高的802.20將更受運營(yíng)商青睞。

　　雖然802.20在技術(shù)上優(yōu)于3G，但是其產(chǎn)品的市場(chǎng)化還尚需時(shí)日，在短期內不可能撼動(dòng)3G的市場(chǎng)地位。另外，目前3G已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，制造商和運營(yíng)商都進(jìn)行了大量投入，他們不會(huì )輕易放棄3G技術(shù)。同時(shí)，電信監管部門(mén)也不會(huì )讓已有的投資付諸東流。所以，從市場(chǎng)發(fā)展的角度來(lái)看，802.20只能作為3G的補充，它們之間主要體現互補與合作的關(guān)系。

　　3.與3GPP LTE間的關(guān)系

　　LTE（Long Term Evolution）是國際標準化組織3GPP在2004年底提出的研究計劃，旨在提高3G技術(shù)在寬帶無(wú)線(xiàn)接入市場(chǎng)的競爭力。它分為兩個(gè)階段：研究項目（Study Item）階段，將在2006年中期結束，主要完成需求的定義和候選技術(shù)的征集、評估工作；工作項目（Work Item）階段，將在2006年中期之前啟動(dòng)、2007年中期結束，主要是討論和起草標準的細節。

　　LTE的市場(chǎng)定位是彌補3G技術(shù)在分組接入方面的不足，它的技術(shù)特性與802.20極為相似：都是針對廣域網(wǎng)的移動(dòng)通信技術(shù)——LTE支持最高的移動(dòng)速率為350 km/h，并且能在15～120 km/h下提供高性能的服務(wù)；物理層技術(shù)都是基于OFDM和MIMO——頻譜效率都很高，并且擺脫了高通公司的CDMA專(zhuān)利制約；都支持低的時(shí)延——LTE的接入網(wǎng)時(shí)延在1O ms以?xún)?，控制平面時(shí)延小于100 ms；都是基于IP的架構——LTE的目標是建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)與固網(wǎng)融合的純IP的核心網(wǎng)，以滿(mǎn)足寬帶無(wú)線(xiàn)接入的需求。

　　市場(chǎng)定位與技術(shù)特性的相似性，最終導致了802.20與LTE之間的完全競爭性。在標準化歷程中，802.20雖占先機，但優(yōu)勢不明顯。在業(yè)界的影響力上，LTE雖占上風(fēng)，但802.20受到高通的支持，也不容小視。將來(lái)二者在市場(chǎng)上的競爭必然異常激烈。

三、標準化最新進(jìn)展

　　2005年11月至2006年1月，IEEE 802.20工作組開(kāi)始了標準的起草工作，并于2006年1月15日在美國夏威夷召開(kāi)的會(huì )議上，就候選物理層技術(shù)進(jìn)行了投票。最終，FDD模式中，高通的技術(shù)提案“MBFDD”獲得通過(guò)；TDD模式中，高通和京瓷的綜合提案“MBTDD”（包括MBTDD 625k-MC）獲得通過(guò)。雖然這兩種提案都遭到一些陣營(yíng)的強烈反對，但最終在投票結果中仍以較大優(yōu)勢勝出。

　　2006年5月，802.20工作組將再次召開(kāi)會(huì )議，就標準草案進(jìn)行第二輪投票。按照IEEE的標準通過(guò)流程，若支持率達到75%以上，即視為通過(guò)。如果投票順利，該草案將于2006年7月被提交至局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標準委員會(huì )（LMSC）進(jìn)行發(fā)起人投票，若支持率達到90%以上，草案將被提交至IEEE標準組織（IEEE-SA）進(jìn)行最后的審批，并發(fā)布為正式的標準。按照計劃，其標準將于2006年12月正式發(fā)布。就目前的情況來(lái)看，時(shí)間非常緊迫，標準的制定工作相當緊張。

四、結語(yǔ)

　　高移動(dòng)性和高吞吐量必然是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信市場(chǎng)的重要需求。IEEE 802.20正是為滿(mǎn)足這一需求而專(zhuān)門(mén)設計的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，并具有性能好、效率高、成本低和部署靈活等特點(diǎn)。802.20在移動(dòng)性上優(yōu)于802.16和802.11，在數據吞吐量上強于3G技術(shù)，其設計理念也符合下一代技術(shù)的發(fā)展方向，因而確實(shí)是一種非常有前景的無(wú)線(xiàn)技術(shù)。但是，它的正式標準還未出臺，產(chǎn)業(yè)鏈的形成也尚需時(shí)日，同時(shí)它還要面對3GPP LTE的競爭，所以現在還很難判定它在未來(lái)市場(chǎng)中的位置。不過(guò)，802.20的出現，確實(shí)在整個(gè)移動(dòng)通信行業(yè)產(chǎn)生了“鯰魚(yú)效應”，有力地促進(jìn)了同類(lèi)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展。對于它今后的技術(shù)走向和市場(chǎng)化發(fā)展，我們應該繼續保持關(guān)注。