802.16标准空中接口规范、协议参考模型及网络构架

IEEE 802标准常见系列通信标准协议IEEE 802是一组由电气和电子工程师协会（IEEE）制定的局域网和城域网标准。

这些标准在局域网技术的标准化方面起到了至关重要的作用，并被广泛应用于各类网络环境，如企业、学校、城市甚至跨地域的网络连接。

本文将对这些标准进行详细的解释和介绍。

IEEE 802标准可以分为以下几个主要的子系列：1.IEEE 802.1：这一系列标准主要关注的是局域网/城域网的体系结构、共存和网络管理。

其中，IEEE 802.1Q是VLAN（虚拟局域网）的标准，它定义了如何在局域网上创建和管理多个独立的广播域。

2.IEEE 802.2：这个系列定义了逻辑链路控制的服务原语和协议数据单元格式。

3.IEEE 802.3：这个系列主要关注的是以太网的标准，包括10BASE-T、100BASE-T（快速以太网）和1000BASE-T（千兆以太网）等。

4.IEEE 802.4：这个标准定义了标记总线访问方法以及物理层规范。

5.IEEE 802.5：这个标准定义了标记环访问方法。

6.IEEE 802.6：这个标准定义了城域网（MAN）的访问方法。

7.IEEE 802.7：这个系列主要关注宽带技术的标准。

8.IEEE 802.8：这个系列主要关注光纤技术的标准。

9.IEEE 802.9：这个系列定义了集成服务访问点接口规范。

10.IEEE 802.10：这个系列主要关注局域网/城域网的安全性。

11.IEEE 802.11：这个系列定义了无线局域网的访问方法和物理层技术规范，包括我们熟知的WiFi技术。

12.IEEE 802.15：这个系列主要关注无线个人局域网（WPAN），如蓝牙和Zigbee等。

13.IEEE 802.16：这个系列定义了无线城域网的访问方法和物理层技术规范。

14.IEEE 802.17：这个系列定义了弹性分组环（RPR）访问方法。

15.IEEE 802.18：这个系列主要关注无线局域网的无线电监管技术。

IEEE802.16a标准及应用一、宽带无线接入系列标准通信系统标准是由专利技术群体所支撑的，每一项专利技术都代表滚滚财源。

不容置疑，标准化已成为通信行业的基础和动力。

产品的标准化可以保护客户的投资，规范运营市场，同时也是设备供应商占领市场的重要手段。

可以这么说，通信标准是通信产业发展的铺路石，未来的通信产业将由一个一个通信标准所导引，更规范地发展。

无线通信是近年来发展最快的产业，从寻呼系统的ＰＯＣＳＡＧ标准，到移动通信的ＧＳＭ、ＣＤＭＡ标准，以及３Ｇ标准之竞争，充分体现出通信标准的巨大影响力。

随着数据业务的日益增长，多媒体业务需求的逐渐显现，对无线接入技术，特别是宽带无线接入技术标准的制工作正在紧锣密鼓地进行。

美国电气和电子工程师协会ＩＥＥＥ和欧洲电信标准化协会ＥＴＳＩ是世界范围内最具影响力的标准组织之一，其无线接入系列标准得到业界的广泛关注。

其中，ＩＥＥＥ８０２．１５和ＨｉｐｅｒＰａｎ构成了ＰＡＮ的无线接入标准，个人区间网用于解决同一地点的终端与终端之间的连接，通常形象描述为“最后１０米”的通信需求，如手机和蓝牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）耳机之间的无线连接。

ＩＥＥＥ８０２．１１和ＨｉｐｅｒＬａｎ构成了ＬＡＮ的无线接入标准，局域网用于解决用户群内部的信息交流和网际接入，形象描述为“最后１００米”的通信需求，如企业网和驻地网。

ＩＥＥＥ８０２．１６和ＨｉｐｅｒＡｃｃｅｓｓ构成了ＭＡＮ的无线接入标准，城域网用于大都市范围内的业务点 信息汇聚点之间的信息交流和网际接入，形象描述为“最后１公里”的通信需求。

ＩＥＥＥ８０２．２０和２Ｇ、３Ｇ蜂窝移动通信系统构成了ＷＡＮ的无线接入标准，广域网则解决超出一个城市范围的信息交流和网际接入需求。

应用于ＬＡＮ的ＩＥＥＥ８０２．１１ＷｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮ（亦称ＷＬＡＮ）系列标准得到许多大半导体器件 产品制造商的积极支持，已推出多款符合标准ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ的芯片组和相应产品。

移动WiMAX——引人瞩目的宽带无线接入技术[日期：2007-10-09] 来源：作者：[字体：大中小]近两年来WiMAX发展迅速，逐渐成为城域宽带无线接入技术发展的热点。

在2004年1 0月正式发布固定宽带无线接入技术IEEE 802.16-2004标准（802.16d的最终版本）后，为了迎合全球通信产业发展移动化和宽带化结合的趋势，WiMAX论坛于2005年12月推出了支持移动性的宽带无线接入标准IEEE 802.16e-2005，从而使移动终端能够在不同基站间进行切换和漫游。

一、WiMAX的主要标准规范目前，IEEE 802.16空中接口标准主要包括IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e-2005。

IE EE 802.16-2004是固定无线接入标准，对前几个IEEE 802.16标准进行了整合和修订，是相对比较成熟并且最具有实用性的标准版本。

该标准可以应用于2GHz～11GHz非视距（NL OS）传输和10GHz～66GHz视距（LOS）传输，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。

而IEEE 802.16e-2005是802.16-2004的增强版，与前几个802.16系列标准的最大区别在于对移动性的支持。

该标准可同时支持固定和移动宽带无线接入系统，工作在<6GHz适宜于移动性的许可频段，可支持用户终端以车辆速度移动（一般低于120km/h）。

1.1 WiMAX协议体系结构WiMAX的协议体系结构模型如图1所示，包括物理层和媒体接入控制层（MAC）。

MAC层又包含三个子层：特定服务汇聚子层，提供与更高层的接口，通过不同的汇聚方式更好地适配各种上层协议；公共部分子层，负责执行MAC层的核心功能，包括系统接入、带宽分配、连接建立、连接维护等；安全子层，提供加密、鉴权、密钥交换等与安全有关的功能。

图1 WiMAX的协议体系结构模型为了支持移动性，IEEE 802.16e-2005的物理层和MAC层都有一定改进和增强，加入了一些新的特性。

移动宽带无线接入技术IEEE 802.16e 综述- 2007-10-29 15:35:04 来源：解放军理工大学通信工程学院柯贤文张艳摘要：介绍了实现移动宽带无线接入的关键技术、IEEE 802.16e移动无线宽带接入标准及其物理层与MAC 层技术，并与IEEE 802.20移动无线宽带接入标准进行了简单比较。

关键词：移动无线宽带接入媒质接入控制层物理层1 移动宽带无线接入技术简介1.1 什么是宽带无线接入宽带无线接入是一种能够在无线空间环境中提供高速连接的技术，它使得用户终端通过无线的方式以与有线接入技术相近的数据传输速率和通信质量接入核心网络。

宽带无线接入是由基站和多用户终端组成的一种点到多点的通信网络，基站与各用户终端之间并不需要物理连线，而是通过户外天线与各用户终端进行高速的语音和数据通信。

现在发展的宽带无线接入技术可以支持的用户终端构成小规模的具有无中心、自组织、动态拓扑、多跳路由特性的Ad Hoc 网络，因此，宽带无线接入技术在高速Internet接入、信息家电联网、移动办公、军事、救灾、空间探险等领域具有非常广阔的应用空间。

1.2 移动宽带无线接入根据ITU-R 的M.1034-1 建议，无线接入可以分为：静止、步行、典型车速和高速车速四类，移动宽带无线接入(MBWA）就是能够为在典型车速和高速车速状态下提供无线宽带接入的系统，即上述分类中的后两类的系统。

与此相反，固定和游牧无线接入要求用户终端使用的时候保持静止，也称为便携性系统。

除了移动性分类的区别，移动无线和固定无线还有其他很多的区别，例如，使用的载波、技术支持、频谱分配、数据传输速率、应用业务、用户服务类别和设备等。

移动无线应用的典型频谱是为移动性分配的3.5GHz 以下专用许可频段，而固定无线系统典型应用的是非许可频段或分配给固定无线服务的许可频段。

1.3 移动无线宽带接入的关键技术空中接口部分需要解决的关键技术有：在高速数据传输方面主要有多天线、分集和波束成形技术、多用户检测和干扰抵消技术、自适应调制等；在高频传输的可靠性方面主要有纠错编码(Turbo 编码或LDPC 编码等)、自适应编码、重传机制；在非对称的多址接入和双工方面，由于其存在非对称性问题，可以考虑的双工方式主要有频分双工和时分双工两种模式；业务量和QoS 的MAC 层设计方面主要有业务量设计与QoS 保障的结合。

无线城域网通信技术IEEE802.16协议架构及技术特点摘要：本文介绍了无线城域网通信技术中的ieee802.16协议规范工作发展情况，重点阐述了ieee802.16系列标准的协议结构和技术特点，同时结合无线通信技术发展的趋势，介绍了该技术的发展前景。

关键词：无线城域网通信技术；移动宽带接入；ieee802.16；wimax中图分类号：tn925.93 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2011） 22-0000-02wireless man communications technology ieee802.16 protocol architecture and technical featuressun zhe(peaking fm power company)abstract:this paper introduces the wireless man communication technology in the development of ieee802.16 protocol specification work,focusing on ieee802.16 series of standards and technical characteristics of the protocol structure,combined with wireless communication technology trends,introduced the technology prospects for development.keywords:wireless metropolitan area network communication technology;mobile broadbandaccess;ieee802.16;wimax0引言world interoperability for microwave access（wimax） [1]意即全球微波接入互操作性，是基于ieee802．16标准的无线城域数据网通信技术。

局域网的参考模型和IEEE 802 标准1．局域网参考模型20世纪80年代初期，美国电气和电子工程师学会IEEE 802委员会结合局域网自身的特点，参考OSI/RM，提出了局域网的参考模型（LAN/RM），制定出局域网体系结构，IEEE 802标准诞生于1980年2月，故称为802标准。

由于计算机网络的体系结构和国际标准化组织（ISO）提出的开放的系统互联参考模型（OSI）已得到广泛认同，并提供了一个便于理解、易于开发和加强标准化的统一的计算机网络体系结构，因此局域网参考模型参考了OSI参考模型。

根据局域网的特征，局域网的体系结构一般仅包含OSI参考模型的最低两层：物理层和数据链路层，如图4-1所示。

（1）物理层物理层的主要作用是处理机械、电气、功能和规程等方面的特性，确保在通信信道上二进制位信号的正确传输。

其主要功能包括信号的编码与解码，同步前导码的生成与去除，二进制位信号的发送与接收，错误校验（CRC校验），提供建立、维护和断开物理连接的物理设施等功能。

局域网物理层制定标准规范的主要内容如下：①局域网支持的传输介质及相应的传输距离。

②传输速率。

③物理接口的机械特性、电气特性、性能和规程特性。

④传输信号的编码方案。

局域网的编码方案有曼彻斯特、差分曼彻斯特、4B/5B、8B/6T 和8B/10B等。

⑤错误校验码及同步信号的产生与删除。

⑥拓扑结构。

⑦物理信令（PLS），物理层向介质访问控制子层提供的服务原语，包括请求、证实、指示原语。

（2）数据链路层在ISO/OSI参考模型中，数据链路层的功能简单，它只负责把数据从一个结点可靠地传输到相邻的结点。

在局域网中，多个站点共享传输介质，在结点间传输数据之前必须首先解决由哪个设备使用传输介质，因此数据链路层要有介质访问控制功能。

由于介质的多样性，所以必须提供多种介质访问控制方法。

为此IEEE 802标准把数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层和介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层。

什么是IEEE 802 标准IEEE(电气和电子工程师协会)是由业内人士组成的技术协会,这些人普遍对推进整个通信技术具有浓厚的兴趣。

LAN/MAN标准委员会(LMSC)开发了主要用于OSI 参考模型中最低两层的LAN(局域网)和MAN(城域网)标准。

LMSC也称为IEEE 802项目,因此它开发的标准也称为IEEE 802标准(如下所述)。

标准中的大部分是在80年代由委员会制订的，当时个人计算机联网刚刚兴起。

通常,IEEE802标准定义物理网络接口,如网卡、网桥、路由器、连接器、电缆及所有与物理网络连接相关的信令和接入方法。

这个委员会为所有的802标准定义了48位的LAN站地址，这样每一个适配器就有唯一地址。

IEEE记录了网络接口卡的供应商们，并把地址开始的三个字节赋予每一个供应商，然后每一个供应商负责为他的每个产品建立一个唯一的地址。

802.1较高层LAN协议工作组该工作组定义IEEE 802标准与其他参考模型之间的关系。

它主要从事桥接/交换的LAN优化并与IETF和ATM论坛进行合作。

它还致力于VLAN(虚拟LAN)标准的开发。

请参阅“网桥和桥接”和“VLAN(虚拟LAN)”。

802.2逻辑链路控制工作组(无活动)该工作组定义IEEE LLC(逻辑链路控制)协议,该协议提供到较低层MAC(媒体接入控制)网络的连接(如IEEE 802标准所述)，确保数据在一条通信链路上可靠地传输。

OSI协议栈中的数据链路层被分成了介质访问控制（MAC）子层和LLC子层。

LLC协议是由高级数据链路控制（HDLC）协议派生而来的，并且两者在操作上类似。

LLC提供了服务访问点（SAP）地址，而MAC子层提供了一个设备的物理网络地址。

802.3以太网工作组该工作组定义CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)方法如何工作在各种媒体,如同轴电缆、双绞线电缆和光纤媒体上。

最初的传输速率是10Mbps，但最新的应用已经在数据级（data－grade）双绞线电缆上达到100Mbps的传输率。

802.16e规范的网络体系结构简介WiMAX网络体系架构WiMAX网络体系如图1所示，包括：核心网、用户基站（SS）、基站（BS）、接力站（RS）、用户终端设备（TE）和网管。

图1WiMAX网络体系结构（1）核心网络：WiMAX连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。

WiMAX提供核心网络与基站间的连接接口，但WiMAX系统并不包括核心网络。

（2）基站BS：基站提供用户基站与核心网络间的连接，通常采用扇形/定向天线或全向天线，可提供灵活的子信道部署与配置功能，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。

（3）用户基站SS：属于基站的一种，提供基站与用户终端设备间的中继连接，通常采用固定天线，并被安装在屋顶上。

基站与用户基站间采用动态适应性信号调制模式。

（4）接力站RS：在点到多点体系结构中，接力站通常用于提高基站的覆盖能力，也就是说充当一个基站和若干个用户基站（或用户终端设备）间信息的中继站。

接力站面向用户侧的下行频率可以与其面向基站的上行频率相同，当然也可以采用不同的频率。

（5）用户终端设备：WiMAX系统定义用户终端设备与用户基站间的连接接口，提供用户终端设备的接入。

但用户终端设备本身并不属于WiMAX系统。

（6）网管系统：用于监视和控制网内所有的基站和用户基站，提供查询、状态监控、软件下载、系统参数配置等功能。

IEEE 802在无线领域针对不同的市场需求和应用模式制订了不同的标准，如应用于PAN的IEEE802.15标准、应用于无线局域网的IEEE 802.11标准。

IEEE 802.16则是为制订无线城域网(WirelessMAN)标准成立的工作组，该工作组自1999年成立后，主要负责固定无线接入的空中接口标准，涉及MMDS、LMDS等技术，并没有引起很大的关注。

但是自从支持移动特性的802.16e任务组成立以及很多主流设备制造商加盟WiMAX后，IEEE 802.16e吸引了越来越多的目光。

电信科学２００６年第７期本文主要介绍移动宽带无线接入空中接口标准ＩＥＥＥ８０２．１６－２００５的协议模型，物理层、ＭＡＣ层的关键技术，以及其支持移动性的增强技术，如接入管理、终端管理、移动性管理等。

随后对８０２．１６ｄ和８０２．１６ｅ的主要技术特征进行了比较，并简要介绍了８０２．１６设备及产业的发展情况。

关键词移动宽带无线接入；ＩＥＥＥ８０２．１６－２００５；物理层；ＭＡＣ层；ＯＦＤＭＡ；ＷｉＭＡＸＩＥＥＥ８０２．１６－２００５移动宽带无线接入空中接口技术张莉（信息产业部电信研究院通信标准研究所北京１０００４５）专题：宽带接入近年来，宽带无线接入（ＢＷＡ）凭借其在初期投资、业务承载与提供服务的速度方面具有的独特优势及广泛的市场应用前景，成为近几年通信市场发展的一个热点。

ＩＥＥＥ于２００４年发布了ＩＥＥＥ８０２．１６－２００４（即８０２．１６ｄ），该标准只支持固定终端的通信。

为了满足用户对移动性的需求，ＩＥＥＥ８０２工作组在８０２．１６ｄ的基础上，又提出了增补方案８０２．１６ｅ。

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ支持移动终端，填补了高速率无线局域网和高移动性蜂窝通信系统之间的空白，为企业和用户提供了对固定和移动业务的双重支持。

２００５年１２月，ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ正式发布为ＩＥＥＥ８０２．１６－２００５标准。

１８０２．１６－２００５的协议模型８０２．１６－２００５规范的协议栈模型和８０２．１６－２００４相同，如图１所示。

其空中接口由物理层和ＭＡＣ层组成，ＭＡＣ层又分成了３个子层：特定服务汇聚子层（ｓｅｒｖｉｃｅｓｐｅｃｉｆｉｃｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｓｕｂｌａｙｅｒ，ＣＳ子层）、公共部分子层（ｃｏｍｍｏｎｐａｒｔｓｕｂｌａｙｅｒ，ＣＰＳ子层）、安全子层（ｐｒｉｖａｃｙｓｕｂｌａｙｅｒ，ＰＳ子层）。

图１中ＳＡＰ为业务接入点。

１．１物理层８０２．１６－２００５协议定义了单载波ＳＣ（工作在１０～６６ＧＨｚ）、单载波ＳＣａ（工作在１１ＧＨｚ以下频段）、ＯＦＤＭ、ＯＦＤＭＡ等４种物理层标准，协议重点关注ＯＦＤＭＡ物理层标准，下面谈到的都是基于ＯＦＤＭＡ物理层标准。

图1 IEEE802系列宽带无线接入标准1 短距无线通信IEEE802.15准确的说，I E E E802.15致力于个人区域网络（PAN）的标准化，其目的是使人们的便携装置随时接入网络。

802.15协议下面分为5个标准：802.15.1是蓝牙标准；802.15.2解决了蓝牙与Wi Fi共存于2.4G频段的互干扰问题；802.15.3是超宽带（UWB）标准；802.15.4是特3 无线城域网IEEE802.16IEEE 802.16标准定义了适用于IEEE Wireless MAN从表3我们可以看出，IEEE802系列宽带无线接入标准在不同的覆盖范围内发挥着不同的作用。

WLAN的应用目前较多，也比较成熟，如公司、校园基本上都有WLAN 的覆盖，正朝着更高速率的方向迈进。

WPAN以低功率、低成本可以内嵌入到很多的终端设备中，组建家庭网络，WLAN的有效补充。

而随着WLAN热点的快速增加，用户通常希望在离开热点区后延伸服务连接，802.16e的出现就是解决这类用户的需求，使其离开家中或办公场所热点地区后仍可以保持与无线ISP网络的连接，甚至可以方便的接入另一个城市的另一家无线ISP。

而与802.16e虽然都是具有移动性的宽带无线接入，有其相似性，但是802.20能达到更高的移动速率，能提供比802.16e更好的接入功能。

6 总结宽带无线接入将成为近一段时间乃至未来一段时间的研究热点。

除开上面讨论的基于IEEE802准的宽带无线接入技术，还有诸如多路微波分配系统（MMDS）、本地多点分配系统（LMDS）、无线光接入（FSO）、卫星接入等。

可以预见的是，随着IP技术的进一步推广、固定网络分组化进程的推动、固定网络和无线网络升级换代需求的增加，各个标准宽带无线接入技术将演进并相互渗透和，逐渐实现接入网的融合。

但在各个网络融合之前，必将经历网络异构的过程，IEEE802.21（下转第图3 MMSE在不同噪声功率下的性能比较（下行）HA A中弱信道冲激响应用户所对应的非对角线元素值可能比对角线元素值还大，这样弱信道冲激响应用户信息是不可靠的，所以MMSE-BLE法的性能仍然会下降。