（计算机软件与理论专业论文）基于80216e协议mac模块的研究与设计.pdf

摘要 摘要 i e e e8 0 2 1 6 系列标准又称为w i r e l e s s m a n 空中接口标准，是由w i m a x 论坛 主推的宽带无线接入标准，主要应用于无线城域网( w m a n ，w i r e l e s sm e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r k ) 范围。本论文研究了w i m a x 当前最具有发展前景的8 0 2 1 6 e 协议， 并在此基础上设计出了一个高效的媒体接入控制层( m a c ，m e d i u ma c c e s s c o n t r 0 1 ) 软件控制平台。 w i m a x 作为3 g 诞生之后新兴的宽带无线技术，拥有高达7 5 m 带宽和全d 的网络架构，可以简单高效的与现有i n t e r n e t 网络进行无缝结合，在下一代无线网 络传输技术中有着非常强劲的竞争力。无线网络传输与有线网络比较起来，具有 误码率高、信道可靠性差和传输环境变化快等不利因素，如何快速有效的解决这 些传输难题，是保证和提高无线网络传输质量的关键。在8 0 2 1 6 系列协议中，m a c 作为唯一与物理层传输技术紧密结合的软件控制平台，对保证无线网络传输信道 的稳定和效率，起着决定性的作用。 在充分研究协议的基础上，论文在创新方面，归纳如下： 1 给出了8 0 2 1 6 e 协议的入网控制算法解决方案。论文对算法的难点进行了 分析，并结合实际硬件环境设计出了有效的实现方法。在使用很少内存的 情况下，可以支持多达5 1 2 个用户稳定入网运行； 2 在充分研究了现有的切换技术基础上，开发出了高性能的移动切换算法。 论文设计的切换算法完全达到w i m a x 系统设计要求，支持在快速移动情 况下切换的可靠性和稳定性，很好的解决了传统切换算法中存在的用户掉 话问题： 3 完成的m a c 平台具有高可移植性、高性能、运行稳定等等优点，可以支 持l i n u x 和v x w o r k s 等多种操作系统，这些成果现在已经应用到中科院计 算所研制开发的宽带移动通信基站和终端原型系统上。 关键词：i e e e8 0 2 1 6 e ，m a c ，入网，切换 a b s t r a c t a b s t ra c t i e e e8 0 2 16s t a n d a r dc a l l e da i ri n t e r f a c ef o rw i r e l e s s m a ns t a n d a r di ss u p p o r t e d b yw i m a xf o r u m i ta p p l i e st ot h er a n g eo fw m a n ( w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r k ) m a i n l y t h i st h e s i sh a ss t u d i e d8 0 2 16 es t a n d a r d ，t od e s i g nah i g h e f f i c i e n t s o f t w a r ep l a t f o r mt h a th a sa h i 。g ha d a p t i v ec a p a c i t ya n dh i 曲p e r f o r m a n c e i e e e8 0 2 16i st h en e wd e v e l o p i n gw i r e l e s st e c h n o l o g yo fb r o a d b a n db o r na f t e r 3 g ，a n dh a sf r a m e w o r kw i t hb a n d w i d t hu pt o7 5 ma n dt h ew h o l ei p i tc a nb es i m p l e a n dh i g h e f f i c i e n tt oa c c e s st oi n t e r n 吒a n dt h e r ei sv e r yp o w e r f u lc o m p e t i t i v e n e s si n t h ew i r e l e s sn e t w o r kt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yo ft h en e x tg e n e r a t i o n w i r e l e s sn e t w o r k h a v et h ep r o b l e mo fh i 曲e r r o rr a t e ，b a d l yc h a n n e ld e p e n d a b i l i t ya n dt r a n s m i t e n v i r o n m e n tc h a n g eu n f a v o r a b l es o o n , e t c h o wt os o l v et h e s ep r o b l e m sf a s ta n d e f f e c t i v e l y 7 i ti st h ek e yt og u a r a n t e e i n gt r a n s m i t t i n gq u a l i t y i n8 0 2 1 6s e r i a lp r o t o c o l s ， m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) p l a yad e c i s i v er o l ea sa l lo n l ys o f t w a r ep l a t f o r m c o m b i n e dc l o s e l yw i t ht r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yo fp h y s i c s ，t og u a r a n t e et h ew i r e l e s s n e t w o r kt ot r a n s m i tt h es t a b i l i t ya n de f f i c i e n c y o nt h eb a s i so f a b u n d a n tr e s e a r c h i n g8 0 2 16 ep r o t o c o l ，t h em a i ni n n o v a t i o no ft h e t h e s i si sa sf o l l o w s ： 1 p r o v i d es o l u t i o no fe n t r yn e t w o r k t h ed i f f i c u l tp o i n to fe n t r yh a sb e e n a n a l y z e d c o m b i n et h er e a lh a r d w a r ee n v i r o n m e n ta n dd e s i g nt h ee f f e c t i v e i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d i nc a s eo fu s i n gf e wm e m o r y ，i tc a ns u p p o r tu pt o5 12 l l $ f f l st on e t w o r ka n dr b ns t e a d i l y , 2 h a ss m d i e dt h eh i g h - p e r f o r m a n c ea l g o r i t h mo fh a n d o v e r t h ea l g o r i t h mo f h a n d o v e rr e a c h e sw i m a xd e s i g n i n gr e q u i r e m e n t ，a n ds u p p o r t su s e rm o v ef a s t i tr e s o l v e st h ep r o b l e mt h a tu s e rl o s ts i g n a li nt r a d i t i o na l g o r i t h m 3 m a cc o n t r o lp l a t f o r mh a v eal o ta d v a n t a g e ss u c ha sg o o da d a p t i v ec a p a c i t y , h i 曲p e r f o r m a n c e ，r u ns t e a d i l ya n ds oo n i th a sa l r e a d yb e e na p p l i e dt o p r o t o t y p es y s t e mo fi c tb r o a d b a n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o nb a s es t a t i o na n d t e r m i n a ln o w k e yw o r d s ：8 0 2 1 6 e ， m a c ， e n t r yn e t w o r k ，h a n d o v e r 图目录 图目录 图1 - 1i e e e8 0 2 1 6 协议栈结构4 图1 - 2p m p 和m e s h 网络拓扑图5 图2 - 1m a c 层功能划分结构图1 6 图2 - 2t d d 模式帧结构2 1 图2 3m a c 数据单元通用头结构2 2 图2 - 4 微小区组网模式l 2 5 图2 - 5 微小区组网模式2 2 6 图2 6 支持以太网的组网模式2 6 图2 - 78 0 2 1 6 e 无线城域网协议栈模型。2 7 图2 - 8 无线台与基站数据传送流程图2 9 图3 1 - 入网控制过程图3 7 图4 - 1 切换场景图4 4 图4 - 2 扫描过程图4 8 图4 - 3 切换执行过程图5 1 图5 一lp c i o c h i p 开发环境图5 5 图5 - 2 母板结构图5 6 图5 - 3 子板结构图5 6 v i 表目录 表目录 表2 一lm a c 管理消息表2 2 表3 1u c d d c d 消息格式3 8 表5 一lp c i 0 2 性能参数5 8 表5 2 测试环境参数配置5 9 表5 3 测试吞吐量6 0 表5 4 系统内存消耗测试结果6 1 v i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：笙兰整红日期：刃0 6 年5 月2 8 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：辜缱红导师签名：金叁 日期：姗移年箩月乃日 第一章引言 第一章引言 近年来，随着电信市场的开放和通信与信息产业技术的快速发展，各种高速 率的宽带接入技术不断涌现。有线宽带接入虽然可以提供稳定、可靠和快速的网 络服务，但随着社会发展，宽带无线接入( b w a ，b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s ) 现 在无疑已经成为下一阶段宽带接入的发展重点。它凭借其建设速度快、运营成本 低、投资成本回收快等特点，受到了电信运营商的青睐。 目前无线宽带的”最后一公里”接入，使用户最终能够摆脱窄带的瓶颈约束，其 各种技术与方案层出不穷，电信服务商和运营商也推出了各类特色各异的服务， 像8 0 2 1 6 d 、无线局域网( w l a n ，w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 解决方案已经得 到了不同程度的普及与应用。无线局域网主要是针对室内和短距离环境的接入， 传输距离有限且无法满足高速移动的需求，而8 0 2 1 6 系列协议的出现较好的补充 了无线局域网存在的缺陷。 i e e e8 0 2 1 6 标准又称为w i r e l e s s m a n 空中接口标准，是由w i m a x 论坛主推 的一个宽带无线接入标准，主要应用于无线城域网( w m a n ，w i r e l e s sm e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r k ) 范围。8 0 2 1 6 d ( 即8 0 2 1 6 2 0 0 4 ) 是固定无线接入空中接口标准，而 8 0 2 1 6 e 属于移动宽带无线接入标准。8 0 2 1 6 d 对应1 0 g h z 一- - 6 6 g h z 和小于1 1 g h z 的频率范围，可以进行视距和非视距的传输。8 0 2 1 6 e 工作频率小于6 g h z ，支持 车速移动，覆盖范围为几公里，能在5 m h z 信道上提供1 5 m b p s 的速率【l 】。 1 18 0 2 16 e 技术简介 2 0 0 1 年4 月，由业界领先的通信设备公司及器件公司共同成立了一个非盈利 组织微波接入全球互操作性认证联盟w i m a x ( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o r m i c r o w a v ea c c e s s ) 。该联盟旨在对基于i e e e8 0 2 1 6 标准和e t s ih i p e r m a n 标准 的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。通过w i m a x 认证的产品会拥 有“w i m a x c e r t i fl e d ”标识。 w i m a x 论坛的目标是致力于帮助并解决那些阻碍标准被使用的问题，比如不 同厂商的产品之间的互操作性和产品成本问题。w i m a x 论坛将制定一系列互操作 性的测试规范，用这些规范对相关厂家的产品进行测试和认证，并对那些通过认 证的产品发放w i m a x 认证标志，从而鼓励所有的无线宽带接入相关产业的厂商 遵循一个统一的规范，使各个产品之间具有良好的互操作性，并希望借此推动无 电子科技大学硕士学位论文 线宽带接入产业的发展。 w i m a x 将使用与w i f i 联盟推动无线局域网行业发展的相同方法，定义和进 行互操作性测试。w i f i 模式已经影响了整个通信产业。i e e e8 0 2 1 l 无线局域网 的规模应用与w i f i 联盟的作用是分不开的。因此，w i m a x 论坛希望通过它的努 力，加快推动符合i e e e8 0 2 1 6 系列技术标准的宽带无线接入设备的上市速度，从 而加速全球最后一英里宽带接入的部烈2 1 。 1 1 1协议介绍 i e e e8 0 2 1 6 系列协议的主要任务是，开发工作于2 - 6 6 g h z 频带的无线接入系 统空中接口物理层( p h y ，p h y s i c a ll a y e r ) 和媒体接入控制层( m a c ，m e d i u ma c c e s s c o n t r 0 1 ) 规范，同时还有与空中接口协议相关的一致性测试以及不同无线接入系统 之间的共存规范。i e e e8 0 2 1 6 规定的无线系统主要应用于城域网。 根据是否支持移动特性，i e e e8 0 2 1 6 标准可以分为固定宽带无线接入空中接 口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，8 0 2 1 6 、8 0 2 1 6 a 、8 0 2 1 6 d 属于固定 无线接入空中接口标准，而8 0 2 1 6 e 属于移动宽带无线接入空中标准。 i e e e8 0 2 1 6 工作组于2 0 0 2 年4 月8 日正式发布了i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 1 标准，为 宽带无线接入定义了无线城域网的空中接7 1 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。i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 1 工作在1 0 - - 6 6g h z 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( l o s ) 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，在一定程度上阻碍了 市场的发展。 i e e e8 0 2 1 6 工作组在2 0 0 3 年4 月颁布了i e e e8 0 2 1 6 a ，该标准支持的工作频 段为2 1 1g h z ，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，可以在非视距传 输环境下运行，大大降低了对用户站安装的要求。另外，i e e e8 0 2 1 6 a 的m a c 层 提供了服务质量( q o s ) 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i e e e8 0 2 1 6 a 与i e e e 8 0 2 1 6 2 0 0 1 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。 i e e e8 0 2 1 6 a 标准仅仅是i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 1 标准的修改和扩展，不是一个独立的标 准，所以2 0 0 4 年7 月i e e e8 0 2 1 6 组织又通过了i e e e8 0 2 1 6 d 。i e e e8 0 2 1 6 d 对2 2 第一章引言 6 6g h z 频段的空中接口物理层和m a c 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m a c 层和相对应的多个物理层。该标准对i e e e 8 0 2 1 6 2 0 0 1 和i e e e8 0 2 1 6 a 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。 i e e e8 0 2 1 6 e 是工作在2 - - - 6g h z 频段支持移动性的宽带无线接入空中接口标 准。制订i e e e8 0 2 1 6 e 的目的是为了实现既能提供高速数据业务又能使用户具有 移动性的宽带无线接入解决方案。i e e e8 0 2 1 6 e 被业界视为目前唯- - i i 与3 g 竞争 的下一代宽带无线技术。i e e e8 0 2 1 6 e 的设计目标之一是能够向下兼容i e e e 8 0 2 1 6 d ，因此i e e e8 0 2 1 6 e 的标准化工作基本上是在i e e e8 0 2 1 6 d 的基础上进行 的。在i e e e8 0 2 1 6 d 固定无线接入标准研制的基础上，为了支持移动特性，i e e e 8 0 2 1 6 e 提出了具有移动特性的系统框架结构，并于2 0 0 4 年9 月通过了草案，并 最终在2 0 0 6 年2 月发布。 另外除了以上几个标准外，还有3 个重要标准：第一个是2 0 0 2 年正式发布的 i e e e8 0 2 1 6 c ，它是对i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 1 的增补，是使用1 0 - 6 6g h z 频段i e e e 8 0 2 1 6 系统的兼容性标准，它详细规定了工作于1 0 - - - 6 6g h z 频段的i e e e8 0 2 1 6 系统在实现上的一系列特性和功能；第二个是i e e e8 0 2 1 6 f , 它定义了i e e e8 0 2 1 6 系统m a c 层和物理层的管理信息库( m i b ) 以及相关的管理流程；第三个是i e e e 8 0 2 1 6 9 ，制订它的目的是为了规定标准的i e e e8 0 2 1 6 系统管理流程和接口，从而 实现i e e e8 0 2 1 6 设备的互操作性和对网络资源、移动性和频谱的有效管理。i e e e 8 0 2 1 6 f 和i e e e8 0 2 1 6 9 这两个标准目的是在网络管理层面形成新标准。 1 1 2 协议栈分析 8 0 2 1 6 系列协议主要定义了网络物理层( p h y ，p h y s i c a ll a y e r ) 和媒体接入控制 层( m a c ，m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) s 1 关的内容。协议栈结构模型如图1 1 所示。 3 电子科技大学硕士学位论文 厂数警警、 朗釉 ； 厂 f 、e el c 厂一 - l i ! ：理实体 定服务汇聚子层 定服务汇聚子层一 m a c a p 卜 i 理实体 共部分子层 二 共部分子层 全子层 曩两 r p h y a p 卜! l i 理实体 一 九 j 理层 理层 一i 卜1e e e0 2 1 6 协议栈结构 e e e0 2 1 6 e 物理层可采用时分双工( t d d ) 和频分双工( f d d ) 两种双工方 ，采用1 2 5 m 2 0 m 之间的带宽，根据频段的不同使用不同的物理层技术与之对 ，括单载波s c ) ，交频分复用技术o f d m ， n h o g o n a lr e q u 朗c yi v i s i o nu l t i p l e x i n g ) ，交频分多址 o f d m a ， n h o g o n a lr e q u e n c yi v i s i o nu l t i p l ec c e s s ) 。 a c 层被分为三个子层，分别是业务汇聚子层( c s ，s e i c e s s p e c i f i c o n v e r g e n c eu b l a y e r ) 、m a c 通用子层( c p s ，c o n l i l l o na nu b l a y e r ) 和安全子 ( s e c 谢t yu b l a y e r ) 。m a c 业务汇聚子层目的是把上层不同的网络协议数据包 部纳入到8 0 2 1 6 的协议框架中，屏蔽各种不同网络传输协议之问的差异性。m a c 用子层是i e e e0 2 1 6 协议的核心部分，主要包括入网控制、网络切换、数据链 的建立和维护、用户带宽的分配和信道资源的管理等等。安全子层是8 0 2 1 6 为 强网络的安全性而专门在m a c 层设立的一个功能子层，用来处理和完成数据的 全传输，包括用户设备的签权认证、加密密匙的分配和管理以及传输数据的加 密等。 第章引言 il _ 38 0 2 1 6 e 网络拓扑结构 8 0 21 6 e 协议定义了两种类型的刚络拓扑结构：点对多点( p m p ，p o i n tt o m u l t i - p o i n t ) 和网状网( m e s h ) 结构，如图1 - 2 所示。 陶i - 2 附p 和m e s l 网络拓扑幽 p m p 网络采用集中式管理方法，基站( b s ，b a s es t a t i o n ) 负责所有用户移动 终端( m s ，m o b i l es t a t i o n ) 上下行链路的管理和控制，技术相对简单，所以目前 讨论晟多的是p m p 结构。 无线网状网r m n s ，w i r e l e s sm e s hn e t w o r k s ) ，是由网格路由器( m e s hr o u t e r ) 和网格客户端( m e s hc l i e n t s ) 组成，基于多跳踏由、对等网络技术的新型网络结构 具有移动宽带的特性，同时它本身可以动态地不断扩展、自组网、自管理、自动 修复和自我平衡。其中网格路由器是构成无线网状网的骨干，提供网格客户端和 传统客户端( c o n v e n t i o n a lc l i e n t s ) 对网络的访问服务。网状结构比较复杂，它的多 跳特性现在仍处于关键技术研究阶段。 1l48 0 2 1 6 e 网络应用 长期以来，解决“最后一公里”接八问题主要依赖于有线接八技术，如电缆、 数字用户线( d s l ，d i g i t a ls u b s c r i b e r l i n e ) 、光纤等。随着无线通信产业的快速发 电子科技大学硕士学位论文 展，宽带无线接入技术也加入到这一竞争行列来。8 0 2 1 6 e 标准定义的无线系统覆 盖范围在公里量级，目标定位在解决网络的“最后一公里 接入问题，为宽带数 据接入提供新的解决方案。8 0 2 1 6 e 标准可以提供以下五种应用场剽3 】： 固定( f i x e d ) 一终端固定； 一由网络控制更换接入的b s 。 游牧( n o m a d i c ) 一在一次服务当中，终端固定在某处； 一在重定位( r e l o c a t i o n ) 之后，更换接入的b s ： 一在一次服务当中，由网络控制更换接入的b s ； 一该模式是在固定应用的基础上增加属性定义的。 便携( p o r t a b l e ) 一步速移动； 一不要求切换： 一尽力而为的网络再进入。 简单移动( s i m p l em o b i l i t y ) 一车载移动速率； 一支持非实时的数据业务的切换； 一支持节电模式； 一此应用模式是为了简化全移动模式下的复杂度。 全移动( f u l lm o b i l i t y ) 一高速的车载移动速率； 一支持实时业务( 数据+ 话音) 的切换； 一支持节电模式。 1 1 58 0 2 1 6 e 技术国内外发展现状 w i m a x 是2 0 0 7 年的一大热点，尤其是移动w i m a x 。在这一年中w i m a x 不断升温，开始在全球部署。虽然如此，但w i m a x 在全球的发展并非一帆风顺， 而是面临着挑战与阻力。首先是作为移动接入，w i m a x 面临着其他移动宽带技术 的竞争，如h s p a 和e v - d o 等。与这两种技术相比，由于w i m a x 原来没有用户 基础，作为新进入者去竞争难度还是较大的。其次，在一些主要的潜在市场，没 6 第一章引言 有可供w i m a x 使用的频谱。例如，在欧洲有些国家对w i m a x 还没有定位，监 管部门还在分配频谱，需要作些清频工作。有些国家( 如法国与德国) 还不准 许拥有w i m a x 牌照的运营商提供移动w i m a x ，以保护本世纪初在3 g 上的大量 投资。再有，最近有些曾经对w i m a x 十分热心的运营商和设备商打退堂鼓了。 例如，德国电信已经声称，它不再参与德国的w i m a x 频谱竞拍，准备退出w i m a x 领域。爱立信认为：“w i m a x 能提供的服务，3 g 同样可以提供”，于2 0 0 7 年3 月宣布退出w i m a x 产品的研发和制造，成为首家退出w i m a x 研发的主要电信 设备制造商。这些在某种程度上会对w i m a x 产生消极影响。韩国投入商用的 w i b r o ( 韩国版本的移动w i m a x ) 运营效果不好同样也起到消极作用。迄今，为 w i b r o 投资1 8 6 亿美元的s k 电信只得到了1 5 1 个用户，投资4 9 2 亿美元的k t 也只有9 0 6 个用户，总计才1 0 5 7 个用户，与原来到2 0 0 6 年底有3 5 0 万用户的预 言大相径庭。 尽管面临挑战和阻力，但w i m a x 没有停步不前，一些重量级企业( 包括设 备商和运营商) 仍在奋力推进。i n t e l 计划自2 0 0 8 年开始在笔记本电脑中嵌入 w i m a x 芯片，到2 0 1 0 年使w i m a x 与w i f i 一样无所不在( i n t e l 把w i f i 嵌入多 数笔记本电脑大约花了2 年半的时间) 。i n t e l 不仅是w i m a x 的主要推动者，也 是若干w i m a x 运营商的投资者。这些运营商包括美国的c l e a r w i r e ( i n t e l 在2 0 0 6 年7 月投入了6 亿美元) 、德国的d b d ( d e u t s c h eb r e i t b a n dd i e n s t e ) 、荷兰的 w o f l d m a x 、英国的p i p e xw i r e l e s s 和巴西的n e o v i a t e l e c o m u n i c a c o e s 。 加拿大设备商北电网络干脆放弃了3 g ，全力以赴推动w i m a x ，甚至认为运 营商应该把w i m a x 看作第四代的移动标准。 准备投资3 0 亿美元在全美国建移动w i m a x 网的美国运营商s p r i n tn e x t e l 宣 布，在2 0 0 7 年将投入8 亿美元建设其w i m a x 网络的一部分，首先在芝加哥、华 盛顿开始商用；2 0 0 8 年再全面铺开，建成覆盖全国的网络，在美国1 9 个城市向1 亿人口提供w i m a x 服务，包括芝加哥、底特律、印第安纳波利斯、堪萨斯、明 尼阿波利斯、巴尔的摩、波士顿、费城、普罗维登斯、华盛顿、达拉斯、丹佛、 波特兰、盐湖城、圣地亚哥、西雅图等。故2 0 0 7 年将是s p r i n tn e x t e l 开创w i m a x 业务的关键年，将对w i m a x 的发展起到推波助澜的作用。 s p r i n tn e x t e l 的合作伙伴摩托罗拉最近声明，它获得了关于部署8 0 2 1 6 e w i m a x 网络的9 份合同，以及参与了全球2 5 处w i m a x 网络的试验。它特别看 好移动w i m a x 的发展前景及其新兴市场。 世界主要移动运营商v o d a f o n e 也一直在试验w i m a x 技术。由v o d a f o n e 与 7 电子科技大学硕士学位论文 n e u fc e g e t e l 共同拥有的法国第二大移动运营商s f r 在巴黎南部部署了一个固定 w i m a x 网。此外，v o d a f o n e 在2 0 0 6 年还收购了希腊的一个w i m a x 牌照，现正 在m a l t a 建网，同时还在新西兰试验w i m a x 业务。 在监管方面，情况也发生了变化。目前德国政府正在修改法律，允许w i m a x 运营商建8 0 2 1 6 e 网来提供移动业务。欧洲的一些监管部门已经签署称作“电子通 信业务无线接入政策( w a p e c ) 的欧洲倡议，它提倡在业务和技术中立的基础 上分配频谱，而不是规定哪些运营商只能在哪些频段上提供业务。虽然2 6g h z 已经预留给u m t s 业务，但欧盟认为对2 5 - - 2 7g h z 频段，监管部门应该采取灵 活开放的办法来加以分配和使用。 目前全球已有许多地方在部署w i m a x 。今后还会有许多新老运营商不断加 入。英国的b t 和意大利的f a s t w e b 都在考虑于2 0 0 7 年年末竞标w i m a x 牌照。 如果b t 能够拿到w i m a x 牌照，英国将成为一个非常令人关注的市场。f a s t w e b 声称，如果它能成功拿到牌照，它将在今后三四年间在w i m a x 上投入4 亿英镑， 用w i m a x 去覆盖a d s l 和光纤网没有覆盖到的地区。 目前，虽然在美国有s p r i n t ，在欧洲也颁发了不少w i m a x 牌照，但真正的商 机是在新兴市场。在新兴市场上，亚洲将成为w i m a x 的一个重要市场。据i n s t a t 预测，到2 0 0 9 年全球w i m a x 的设备市场将达到2 0 亿美元，其中亚洲将占大约 4 5 ，用户达到3 0 0 万左右。诸如印度这样的新兴市场，人口众多但固话普及率与 互联网普及率低，为w i m a x 实现规模经济提供了最好的商机，它们可使网络设 备和用户设备的成本下降，惠及全世界的运营商。从长远看，印度是非常有吸引 力的一个市场，因为它人口多，又缺乏固定宽带设施，给w i m a x 运营商提供了 从宽带增长期一开始就切入的好机会，有可能获得宽带接入市场的很大份额。由 于在印度的大量中小城镇和村庄敷设光纤和铜缆是一项十分艰巨的任务，将来印 度也许就靠诸如w i m a x 这样的无线技术来提高互联网普及率。 在其他地区，对w i m a x 反应最强烈的是拉美，其次是俄罗斯和中东国家。 m t c v o d a f o n e 在巴林赢得一张w i m a x 牌照，v o d a f o n e 还希望在埃及和沙特阿 拉伯赢得w i m a x 牌照。o r a n g e 已经在罗马尼亚使用w i m a x ，同时还在考虑向 非洲进军。由于w i m a x 可以逐步分阶段部署，故可先向有急需的企业用户提供 早期比较贵的w i m a x 连接，尔后再用比较便宜的设备逐渐把固定和游牧w i m a x 推向住宅市场。例如，墨西哥传统运营商t e l m e x 在智利的子公司正在智利建一个 覆盖9 8 智利人口的w i m a x 网。f e l m e xc h i l e 准备在不到一年的时间内用 w i m a x 覆盖智利人口的8 0 ，向5 0 万家中小企业提供高速宽带连接。阿富汗的 8 第一章引言 移动运营商r o s h a n 正期待着用标准化的w i m a x 去取代现有的俄罗斯无线技术， 成为世界上首批提供移动w i m a x 的一家公司。 还有一种可能是，内容提供商成为w i m a x 的新加入者。例如，g o o g l e 和d i s n e y 现在已经把宽带确立为它们的核心战略。g o o g l e 目前正在核心网中测试w i m a x ， 在接入网中测试w i f i ，旨在为加州提供“个人宽带 接入。 进入2 0 0 7 年，w i m a x 在全球范围内不断升温。日前在北京举行的第三届全 球w i m a x 高峰会议上，全球w i m a x 论坛理事兼副主席m o h a m m a ds h a k o u r i 透 露，在w i m a x 方面，中国力量正不断壮大，除了原来的中兴、华为、上海贝尔 阿尔卡特、中国电信、中国网通、信息产业部电信研究院、u t 斯达康、上海微电 子研究所、北京交通大学等会员，联想、烽火、展讯等公司已于近期加入w i m a x 论坛，以抢占w i m a x 的市场先机。但在中国，w i m a x 发展的政策“坚冰未破， 以低成本和高带宽见长的w i m a x 一直在以“私生子”身份成长，缺乏“根正苗 红 的发展根基。目前，w i m a x 论坛共有超过4 7 0 家会员，中国是全球发展w i m a x 最具诱惑力的市场之一，w i m a x 论坛对此极为重视，不会轻言放弃。因此，w i m a x 在中国的未来与发展充满悬念。 一直以来，业内关于w i m a x 与3 g 两大技术是竞争还是互补关系的争论不绝 于耳，目前中国政府将大部分的精力投向了t d s c d m a 的部署，w i m a x 的应用 前景不明朗。尽管w i m a x 晋升3 g 国际标准遭到中国的反对，但该技术的推进组 织w i m a x 论坛仍在中国积极游说，一方面声称w i m a x 是t d s c d m a 的补充技 术，另一方面则呼吁中国政府分配w i m a x 频谱。 “w i m a x 是未来3 g 的补充，”，m o h a m m a ds h a k o u r i 特别提出，“w i m a x + t d 就是1 + 1 = 3 。m o h a m m a ds h a k o u r i 提出该等式的理由很简单：中国经济发 展令世界瞩目，对无线宽带接入的需求将更为广泛。因此，他相信，二者相融合 所带来的不仅仅是1 + 1 = 2 的效应，双方在语音和数据业务以及农村信息化方面的 互补前景，将远远超出人们的预期。 “w i m a x 不是第二个t d s c d m a ，它实际是无线互联网的补充技术，中国 消费者和中国市场在宽带发展上需要这一技术。m o h a m m a ds h a k o u r i 表示， 希望中国在未来2 3 年内开放宽带市场，“为w i m a x 提供机遇。 事实上，目前w i m a x 已经开始其在中国的布道和铺路过程。w i m a x 论 坛中国实验室于2 0 0 7 年第四季度在信息产业部电信研究院正式落成，认证的目的 是保证产品与规范i e e e8 0 2 1 6 具有一致性，并保证产品间的互操作性。此次实验 室的落成将提高w i m a x 技术在中国的认证、发展利用和创新能力，也将吸引更 9 电子科技大学硕士学位论文 多优秀的运营商、芯片商和设备商加入。首次登陆中国的w i m a x 论坛认证培训 也即将于1 0 月正式开课，将打造“无线宽带产业高层全球通行证 。此外，中国 电信、中国网通、联想集团、烽火集团、展讯公司等均加入w i m a x 论坛，这意 味着中国力量正异军突起。w i m a x 论坛正在与中国政府达成发展共识，目前已取 得了一些积极进展。 随着w i m a x 走向大规模的商业部署，w i m a x 将为广大的终端用户带来经 济、便捷的业务体验。由于政策等方面的原因，目前中国的w i m a x 市场还没有 得到快速发展，但等到t d s c d m a 产业成熟以后，w i m a x 将会迎来新的发展空 间。英特尔、诺基亚西门子、摩托罗拉、北电等国外企业积极推进，国内设备企 业也不甘示弱，加入了全球w i m a x 技术发展的第一梯队。在w i m a x 方面，华 为的投入非常坚决，研发人员已超过1 2 0 0 多人。2 0 0 7 年年底，华为推出w i m a x 全系列终端，这标志着华为已经可以提供包括系统设备和终端在内的端到端解决 方案。在移动w i m a x 部署方面，华为宣布将在中东地区部署首个基于8 0 2 1 6 e 标 准的w i m a x 商用网络，为沙特电信在3 个主要城市的用户提供无线宽带接入服 务。2 0 0 7 年年内华为将有6 个基于8 0 2 1 6 e 标准的商用w i m a x 网络开通，走在 业界前列。2 0 0 7 年7 月中兴通讯与s p r i n tn e x t e l 正式签署w i m a x 终端供货合同， 提供家庭用w i m a xm o d e m ，以及e x p r e s s 接口和u s b 接口的p c 数据卡。 1 28 0 2 1 6 e 关键技术 为了很好的实现高带宽和支持以上的应用场景，8 0 2 1 6 e 采用了很多被认为将 是第四代无线接入使用的关键技术。8 0 2 1 6 e 的关键技术主要包括以下几个方面【5 】。 1 2 1正交频分复用技术 正交频分复用技术( o f d m ，o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 正 交频分多址( o f d m a ，o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 是一种高 速传输技术，是未来无线宽带接入系统和下一代蜂窝移动系统的关键技术之一， 3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 已将o f d m 技术作为其l t e ( l o n gt e r m e v o l u t i o n ) 研究的主要候选技术。在w i m a x 系统中，o f d m 技术为物理层技术， 主要应用的方式有两种：o f d m 物理层和o f d m a 物理层【6 1 。无线城域网o f d m 物理层采用o f d m 接入方式，o f d m 正交载波集由单一用户产生，为多用户并行 传送数据流。支持t d d( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g )和 f d