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

　　傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)可支持高的移動(dòng)性，但數(shù)據(jù)傳輸速率低，難以應(yīng)對(duì)高速下載和實(shí)時(shí)多媒體的應(yīng)用。而無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)，雖然擁有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但其移動(dòng)性能差，只能用于牧游式的無(wú)線接入。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(yīng)的研究組，其目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)在高速移動(dòng)環(huán)境下的高速率數(shù)據(jù)傳輸，以彌補(bǔ)IEEE 802.1x協(xié)議族在移動(dòng)性上的劣勢(shì)。隨后，由于在目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)還處于制定階段，其最初版本預(yù)計(jì)于2006年12月頒布。

一、技術(shù)特性

　　IEEE 802.20工作組的目標(biāo)是制定一種適用于高速移動(dòng)環(huán)境下的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)的空中接口規(guī)范。在技術(shù)的制定時(shí)間上，IEEE 802.20遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于3G，因而可以充分發(fā)揮它的后發(fā)優(yōu)勢(shì)：在物理層技術(shù)上，以O(shè)FDM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(tǒng)的頻譜效率；在設(shè)計(jì)理念上，基于分組數(shù)據(jù)的純IP架構(gòu)應(yīng)對(duì)突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能也優(yōu)于現(xiàn)有的3G技術(shù)，與3.5G（HSDPA、EV-DO）性能相當(dāng)；另外，在實(shí)現(xiàn)、部署成本上也具有較大的優(yōu)勢(shì)。

　　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(qū)分；能保持持續(xù)的連通性；頻率統(tǒng)一，可復(fù)用；支持小區(qū)間和扇區(qū)間的無(wú)縫切換，以及與其它無(wú)線技術(shù)（802.16、802.11等）間的切換；融入了對(duì)QoS的支持，與核心網(wǎng)級(jí)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(nèi)部狀態(tài)快速轉(zhuǎn)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(jù)信道環(huán)境的變化自動(dòng)選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸速率；提供終端與網(wǎng)絡(luò)間的認(rèn)證機(jī)制；與現(xiàn)有的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)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(tǒng)性能指標(biāo)

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

表1　IEEE 802.20系統(tǒng)性能指標(biāo)

表2　不同場(chǎng)景下的頻譜效率

　　從性能指標(biāo)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(shì)——可支持的最高速率為250 km/h，已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前的主流移動(dòng)技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)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(duì)于運(yùn)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(qiáng)有力的“賣(mài)點(diǎn)”，更是移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的大勢(shì)所趨。

　?。?）對(duì)于非視距（NLOS）環(huán)境下的系統(tǒng)覆蓋，802.20的單小區(qū)覆蓋半徑為15 km，屬于廣域網(wǎng)技術(shù)；而802.16的單小區(qū)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(biāo)市場(chǎng)不同，它們不存在直接的競(jìng)爭(zhēng)。直接與802.20形成競(jìng)爭(zhēng)的是WCMDA等3G技術(shù)和HSDPA等3G演進(jìn)技術(shù)。

　　（4）IEEE 802.20規(guī)定其MAC幀往返時(shí)延小于10 ms，加上無(wú)線鏈路控制層和應(yīng)用層上產(chǎn)生的處理時(shí)延，足以滿(mǎn)足ITU-T的G.114所規(guī)定的電話語(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(yuǎn)遠(yuǎn)高于3G技術(shù)的性能指標(biāo)——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(gòu)

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

　　（1）其物理層和MAC層都專(zhuān)為突發(fā)型分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)，并能夠自適應(yīng)無(wú)線信道環(huán)境，因此在處理突發(fā)性數(shù)據(jù)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(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)能夠很好地支持，但因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)初衷是要保持與GSM等2.5G技術(shù)的兼容，所以對(duì)數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)有的基于IP的各種協(xié)議，易于實(shí)現(xiàn)靈活的業(yè)務(wù)部署。

　　數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將逐漸成為未來(lái)移動(dòng)應(yīng)用的主體，因此與之相對(duì)應(yīng)的純IP架構(gòu)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(rèn)識(shí)到他們目前的系統(tǒng)在提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的局限性，并嘗試在原有的系統(tǒng)框架基礎(chǔ)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(shù)據(jù)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(dāng)前，移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)繁多，不同的技術(shù)之間既互補(bǔ)又相互競(jìng)爭(zhēng)。下面，我們來(lái)具體分析一下802.20與當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)及其子集是無(wú)線局域網(wǎng)的主流標(biāo)準(zhǔn)之一，也被稱(chēng)為Wi-Fi。該標(biāo)準(zhǔn)的制定工作起步較早，技術(shù)相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)及其子集是針對(duì)微波和毫米波頻段（2～11 GHz）提出的無(wú)線城域網(wǎng)（WMAN）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也被稱(chēng)為WiMAX。其峰值速率可達(dá)70 Mbit/s，并具有較強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)牧游式的無(wú)線接入，提供步行速率的移動(dòng)性。與它們不同的是，802.20的目標(biāo)市場(chǎng)定位于無(wú)線廣域網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)它對(duì)高速移動(dòng)性的支持。

　　可見(jiàn)，這三種技術(shù)存在很強(qiáng)的互補(bǔ)性。若將它們混合組網(wǎng)，取長(zhǎng)補(bǔ)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(xiàn)這三種技術(shù)間的無(wú)縫切換：當(dāng)用戶(hù)處于熱點(diǎn)地區(qū)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(dāng)用戶(hù)離開(kāi)熱點(diǎn)地區(qū)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?yàn)檫@三種技術(shù)在系統(tǒng)架構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)的IP網(wǎng)，就可以實(shí)現(xiàn)相互間的互聯(lián)。

　?。?）同樣因?yàn)槿叩募僆P架構(gòu)，使得它們具有較強(qiáng)的相似性，所以其多模終端可以達(dá)到較高的集成度，從而降低成本。

　　但是，隨著802.16e標(biāo)準(zhǔn)的提出（已于2005年12月正式發(fā)布），802.20與802.16之間確實(shí)存在著一定的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。這是因?yàn)?02.16e在802.16a的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了移動(dòng)性，其用戶(hù)移動(dòng)速率可高達(dá)150 km/h，這使得兩者的目標(biāo)市場(chǎng)產(chǎn)生了一定的重疊。但從系統(tǒng)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(xiàn)互補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。因?yàn)檫@三大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)特性和性能指標(biāo)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(biāo)市場(chǎng)和技術(shù)特點(diǎn)入手，對(duì)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(dǎo)致了它們之間的競(jìng)爭(zhēng)性：

表3　IEEE 802.20與3G技術(shù)的對(duì)比

　　（1）兩者的目標(biāo)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(gòu)，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(shì)。

　?。?）802.20的純IP架構(gòu)使它在組網(wǎng)成本上具有較明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。因而在部署廣域網(wǎng)時(shí)，性?xún)r(jià)比高的802.20將更受運(yùn)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(nèi)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(yùn)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(jiān)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(bǔ)充，它們之間主要體現(xiàn)互補(bǔ)與合作的關(guān)系。

　　3.與3GPP LTE間的關(guān)系

　　LTE（Long Term Evolution）是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP在2004年底提出的研究計(jì)劃，旨在提高3G技術(shù)在寬帶無(wú)線接入市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。它分為兩個(gè)階段：研究項(xiàng)目（Study Item）階段，將在2006年中期結(jié)束，主要完成需求的定義和候選技術(shù)的征集、評(píng)估工作；工作項(xiàng)目（Work Item）階段，將在2006年中期之前啟動(dòng)、2007年中期結(jié)束，主要是討論和起草標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)。

　　LTE的市場(chǎng)定位是彌補(bǔ)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(duì)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)?nèi)，控制平面時(shí)延小于100 ms；都是基于IP的架構(gòu)——LTE的目標(biāo)是建立一個(gè)無(wú)線接入網(wǎng)與固網(wǎng)融合的純IP的核心網(wǎng)，以滿(mǎn)足寬帶無(wú)線接入的需求。

　　市場(chǎng)定位與技術(shù)特性的相似性，最終導(dǎo)致了802.20與LTE之間的完全競(jìng)爭(zhēng)性。在標(biāo)準(zhǔn)化歷程中，802.20雖占先機(jī)，但優(yōu)勢(shì)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(jìng)爭(zhēng)必然異常激烈。

三、標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的起草工作，并于2006年1月15日在美國(guó)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，F(xiàn)DD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(qiáng)烈反對(duì)，但最終在投票結(jié)果中仍以較大優(yōu)勢(shì)勝出。

　　2006年5月，802.20工作組將再次召開(kāi)會(huì)議，就標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行第二輪投票。按照IEEE的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)流程，若支持率達(dá)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(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（LMSC）進(jìn)行發(fā)起人投票，若支持率達(dá)到90%以上，草案將被提交至IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織（IEEE-SA）進(jìn)行最后的審批，并發(fā)布為正式的標(biāo)準(zhǔn)。按照計(jì)劃，其標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的制定工作相當(dāng)緊張。

四、結(jié)語(yǔ)

　　高移動(dòng)性和高吞吐量必然是未來(lái)無(wú)線通信市場(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(shè)計(jì)的寬帶無(wú)線接入技術(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(shù)據(jù)吞吐量上強(qiáng)于3G技術(shù)，其設(shè)計(jì)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)線技術(shù)。但是，它的正式標(biāo)準(zhǔn)還未出臺(tái)，產(chǎn)業(yè)鏈的形成也尚需時(shí)日，同時(shí)它還要面對(duì)3GPP LTE的競(jìng)爭(zhēng)，所以現(xiàn)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(xiàn)，確實(shí)在整個(gè)移動(dòng)通信行業(yè)產(chǎn)生了“鯰魚(yú)效應(yīng)”，有力地促進(jìn)了同類(lèi)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展。對(duì)于它今后的技術(shù)走向和市場(chǎng)化發(fā)展，我們應(yīng)該繼續(xù)保持關(guān)注。