作者：汪俊峰  常永宇  萬屹

    IEEE802.20是一種最新的移動寬帶無線接入技術，它是移動性與峰值速率之間的完美結合。

    基于IEEE802.20的性能指標，分析了它在移動性、頻譜效率、系統覆蓋和系統架構等方面的優勢，并著重討論了該標準與其它無線寬帶接入技術和移動通信技術之間的互補性與競爭性，最后介紹了其標準化的最新進展。

    傳統的蜂窩移動通信系統可支持高的移動性，但數據傳輸速率低，難以應對高速下載和實時多媒體的應用。而無線局域網（WLAN）等寬帶無線接入系統，雖然擁有較高的數據傳輸速率，但其移動性能差，只能用于牧游式的無線接入。IEEE802.20技術恰恰可以有效地解決移動性與傳輸速率相互矛盾的問題，使用戶可以在高速移動中享受寬帶接入帶來的樂趣。

    IEEE802.20技術，即移動寬帶無線接入（MBWA：MobileBroadbandWireless access），也被稱之為Mobile-Fi。這個概念最初是由IEEE 802.16工作組于2002年3月提出的，并成立了相應的研究組，其目標是為了實現在高速移動環境下的高速率數據傳輸，以彌補IEEE 802.1x協議族在移動性上的劣勢。隨后，由于在目標市場定位上的分歧，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、技術特性

    IEEE802.20工作組的目標是制定一種適用于高速移動環境下的寬帶無線接入系統的空中接口規范。在技術的制定時間上，IEEE802.20遠遠晚于3G，因而可以充分發揮它的后發優勢：在物理層技術上，以OFDM和MIMO為核心，充分挖掘時域、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架構應對突發性數據業務的性能也優于現有的3G技術，與3.5G（HSDPA、EV-DO）性能相當；另外，在實現、部署成本上也具有較大的優勢。

    IEEE802.20的主要技術特性如下：全面支持實時和非實時業務，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縫切換，以及與其它無線技術（802.16、802.11等）間的切換；融入了對QoS的支持，與核心網級別的端到端QoS相一致；支持IPv4和IPv6等具有QoS保證的協議；支持內部狀態快速轉變的多種MAC協議狀態；為上下行鏈路快速分配所需資源，并根據信道環境的變化自動選擇最優的數據傳輸速率；提供終端與網絡間的認證機制；與現有的蜂窩移動通信系統可以共存，降低網絡部署成本；包含各個網絡間的開放型接口。

    1.系統性能指標

    表1和表2分別給出了IEEE802.20所提出的系統性能指標以及在不同場景下的頻譜效率的指標。

    表1  IEEE802.20系統性能指標

    表2  不同場景下的頻譜效率

    從性能指標中，我們可以看出：

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

    （2）在頻譜效率上，802.20遠遠高于當前的主流移動技術。舉例來說，對于下行鏈路中的頻譜效率，CDMA20001x最高為0.1bit/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，對于運營商來說802.20的到來是個福音——花相同價錢買來的頻譜資源，卻可以提供更高速率的接入服務。這既是802.20自身強有力的“賣點”，更是移動通信技術發展的大勢所趨。

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

    （4）IEEE802.20規定其MAC幀往返時延小于10ms，加上無線鏈路控制層和應用層上產生的處理時延，足以滿足ITU-T的G.114所規定的電話語音傳輸最大往返時延（＜300ms）的要求，因而完全可以基于802.20來提供優質的無線VoIP語音業務。

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

    2.純IP架構

    IEEE802.20秉承了IEEE802協議族的純IP架構。純IP架構，與3GPP和3GPP2所提出的全IP概念有所不同——前者是核心網和無線接入網都基于IP傳輸，而后者僅僅實現了核心網的IP化。設計架構的差異使802.20與其它3G技術相比具有明顯的優勢：

    （1）其物理層和MAC層都專為突發型分組數據業務而設計，并能夠自適應無線信道環境，因此在處理突發性數據業務方面具有與生俱來的優越性。而WCMDA等3G技術雖然對語音業務能夠很好地支持，但因為其設計初衷是要保持與GSM等2.5G技術的兼容，所以對數據業務的支撐力度顯得較為單薄。

    （2）組網方式靈活簡單，便于融合現有的IP網絡和未來的基于IMS的核心網。

    （3）可充分利用現有的基于IP的各種協議，易于實現靈活的業務部署。

    數據業務將逐漸成為未來移動應用的主體，因此與之相對應的純IP架構將是未來移動通信技術發展的方向。實際上，3GPP和3GPP2已經熟悉到他們目前的系統在提供數據業務方面的局限性，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。例如，3GPP的R5引入了HSDPA技術，以大幅提高IP數據下載速率和流媒體速率。

    二、802.20與其它技術間的關系

    當前，移動通信技術標準繁多，不同的技術之間既互補又相互競爭。下面，我們來具體分析一下802.20與當前各種主流技術間的關系。

    1.與802.11、802.16間的關系

    IEEE802.11標準及其子集是無線局域網的主流標準之一，也被稱為Wi-Fi。該標準的制定工作起步較早，技術相對成熟，其中802.11g（峰值速率54Mbit/s）在商用中比較普及，802.11n（峰值速率100Mbit/s）也已經有產品面世。

    IEEE802.16標準及其子集是針對微波和毫米波頻段（2～11GHz）提出的無線城域網（WMAN）技術標準，也被稱為WiMAX。其峰值速率可達70Mbit/s，并具有較強的移動性，因而得到了業界的普遍關注和支持。

    上述兩種技術標準主要是針對牧游式的無線接入，提供步行速率的移動性。與它們不同的是，802.20的目標市場定位于無線廣域網，強調它對高速移動性的支持。

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

    （1）可以基于802.21（媒質無關切換：MediaIndependentHandover）來實現這三種技術間的無縫切換：當用戶處于熱點地區時，切換到802.11或802.16的網絡以獲得更高的接入速率；當用戶離開熱點地區時，切換到802.20的網絡，這樣可以在保證較高接入速率的前提下，獲得更好的移動性。

    （2）因為這三種技術在系統架構上都是純IP的，所以相互間的接口簡單，只要其共享的核心網是標準的IP網，就可以實現相互間的互聯。

    （3）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802.16e標準的提出（已于2005年12月正式發布），802.20與802.16之間確實存在著一定的競爭關系。這是因為802.16e在802.16a的基礎上增強了移動性，其用戶移動速率可高達150km/h，這使得兩者的目標市場產生了一定的重疊。但從系統覆蓋的角度來看，802.20是廣域網技術，而802.16是城域網技術，所以兩者之間主要體現互補性。

    2.與3G技術間的關系

    所謂3G技術，是指以WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA三大標準為基礎的第三代蜂窩移動通信系統。因為這三大技術標準在技術特性和性能指標上相差無幾，所以將其作為一個整體，來討論它們與802.20之間的關系。

    表3從目標市場和技術特點入手，對802.20和3G兩種技術進行了比較。我們從中可以看出，兩者確實存在較多的相似性，也就導致了它們之間的競爭性：

    表3  IEEE802.20與3G技術的對比

    （1）兩者的目標市場重疊較大。首先，它們都是廣域網技術。其次，802.20具有低時延架構，它可以基于VoIP技術來提供高質量的語音業務，也就是說它可以支持3G所能提供的全部業務。

    （2）在物理層核心技術上802.20更為先進，因而擁有更具吸引力的性能優勢。

    （3）802.20的純IP架構使它在組網成本上具有較明顯的價格優勢。因而在部署廣域網時，性價比高的802.20將更受運營商青睞。

    雖然802.20在技術上優于3G，但是其產品的市場化還尚需時日，在短期內不可能撼動3G的市場地位。另外，目前3G已經取得了實質性進展，制造商和運營商都進行了大量投入，他們不會輕易放棄3G技術。同時，電信監管部門也不會讓已有的投資付諸東流。所以，從市場發展的角度來看，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系。

    3.與3GPPLTE間的關系

    LTE（LongTermEvolution）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技術在寬帶無線接入市場的競爭力。它分為兩個階段：研究項目（StudyItem）階段，將在2006年中期結束，主要完成需求的定義和候選技術的征集、評估工作；工作項目（Work Item）階段，將在2006年中期之前啟動、2007年中期結束，主要是討論和起草標準的細節。

    LTE的市場定位是彌補3G技術在分組接入方面的不足，它的技術特性與802.20極為相似：都是針對廣域網的移動通信技術——LTE支持最高的移動速率為350km/h，并且能在15～120km/h下提供高性能的服務；物理層技術都是基于OFDM和MIMO——頻譜效率都很高，并且擺脫了高通公司的CDMA專利制約；都支持低的時延——LTE的接入網時延在1Oms以內，控制平面時延小于100 ms；都是基于IP的架構——LTE的目標是建立一個無線接入網與固網融合的純IP的核心網，以滿足寬帶無線接入的需求。

    市場定位與技術特性的相似性，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，但優勢不明顯。在業界的影響力上，LTE雖占上風，但802.20受到高通的支持，也不容小視。將來二者在市場上的競爭必然異常激烈。

    三、標準化最新進展

    2005年11月至2006年1月，IEEE802.20工作組開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的會議上，就候選物理層技術進行了投票。最終，FDD模式中，高通的技術提案“MBFDD”獲得通過；TDD模式中，高通和京瓷的綜合提案“MBTDD”（包括MBTDD625k-MC）獲得通過。雖然這兩種提案都遭到一些陣營的強烈反對，但最終在投票結果中仍以較大優勢勝出。

    2006年5月，802.20工作組將再次召開會議，就標準草案進行第二輪投票。按照IEEE的標準通過流程，若支持率達到75%以上，即視為通過。假如投票順利，該草案將于2006年7月被提交至局域網/城域網標準委員會（LMSC）進行發起人投票，若支持率達到90%以上，草案將被提交至IEEE標準組織（IEEE-SA）進行最后的審批，并發布為正式的標準。按照計劃，其標準將于2006年12月正式發布。就目前的情況來看，時間非常緊迫，標準的制定工作相當緊張。

    四、結語

    高移動性和高吞吐量必然是未來無線通信市場的重要需求。IEEE802.20正是為滿足這一需求而專門設計的寬帶無線接入技術，并具有性能好、效率高、成本低和部署靈活等特點。802.20在移動性上優于802.16和802.11，在數據吞吐量上強于3G技術，其設計理念也符合下一代技術的發展方向，因而確實是一種非常有前景的無線技術。但是，它的正式標準還未出臺，產業鏈的形成也尚需時日，同時它還要面對3GPPLTE的競爭，所以現在還很難判定它在未來市場中的位置。不過，802.20的出現，確實在整個移動通信行業產生了“鯰魚效應”，有力地促進了同類技術的不斷更新和發展。對于它今后的技術走向和市場化發展，我們應該繼續保持關注。