目前,IEEE 802.16工作组有两个正在进行的项目:802.16 Rev. 2和802.16m。802.16 Rev. 2是IEEE 802.16的近期演进版本,而802.16m是IEEE 802.16的长期演进版本。
华为专注于WiMAX的开发,并对IEEE 802.16标准的发展作出了巨大的贡献。到目前为止,华为已经为802.16 Rev. 2提交了30多篇文稿,文稿涉及持续指配、H-FDD、WiMAX/Wi-Fi共存等内容。华为也为802.16m提交了30多篇文稿,涵盖帧结构、控制信道、导频结构等内容。
802.16标准的演进
WiMAX产业正面临着一个极好的市场机会,因为它是目前唯一进入商用的基于MIMO OFDM的系统。IEEE 802.16e-2005的开发先于其它后3G标准,如3GPP的LTE和3GPP2的UMB。IEEE 802.16系统可以在一些关键的地方加以改进,从而使系统性能得到提升。
802.16 Rev. 2项目的启动不仅是为了整合所有的修订项,而且也是为了明确这些关键的技术。基于802.16 Rev.2的系统有望于2009-2010年实现商用,而这仍然比LTE的商用时间要早。
IEEE 802.16的m任务工作组(Task Group m,TGm)正在开发802.16m,以显著提升系统性能,满足WiMAX产业的长远需求。802.16m一个关键的目标是要满足IMT- Advanced的要求。802.16m基于IEEE 802.16e-2005,其吞吐率有望比现有WiMAX系统提高两倍。802.16m系统必须能平滑演进,以支持原有的WMAN-OFDMA设备,包括移动台(Mobile Station)和基站。同时,802.16m系统必须支持绿色节能,以消除原来的高耗能模式。
802.16 Rev. 2和802.16m相关标准活动的进度安排如图1所示。
维护任务工作组(Maintenance Task Group)正在开发802.16 Rev. 2,目前小组已完成了大部分标准的制定,后续还需增加额外细节,并澄清新特性。802.16 Rev. 2的标准制定工作预计在2008年9月完成。802.16 Rev. 2的另外一个重要意义在于:它是其它修订版的基础,例如16h、16j,甚至16m。
目前,TGm已经完成了两个主要里程碑。第一是确定了系统的需求文件(System Requirements Document ,SRD),第二是完成了评估方法论。802.16m标准将提交给IMT-Advanced。SRD描述了一个需求集,如果这个需求集能被实现,将满足 IMT-Advanced的要求。
TGm已经启动系统描述文件(System Description Document,SDD)的撰写,即802.16m标准制定工作的第二阶段。这一阶段有望在2008年11月完成。一旦SDD完成,TGm将进入标准制定工作的第三阶段,即开发802.16m Stage 3的协议文本。同时,TGm开始准备IMT-Advanced的提案,这些提案有望被国际电信联盟(ITU)在2009年1月到10月期间采纳。 802.16m Stage 3的协议文本计划在2010年3月完成。
802.16 Rev. 2的亮点
优化VoIP
移动通讯网络正在向ALL IP网络转型。对运营商来说,VoIP仍是一项重要的业务。与电路交换移动网络相比,移动分组网络如HSPA和CDMA2000 1xEV-DO,能更有效地支持语音业务。随着新一代移动网络的发展,将会有持续的兴趣进一步扩大VoIP的容量。
与802.16e开发初期相比,现在的移动网络对VoIP性能更为重视。语音业务依然是运营商主要的收入来源,因而IEEE 802.16也拓展了移动应用场景。
802.16 Rev. 2关注的领域包括提升VoIP容量。移动通讯系统的VoIP容量与相关的开销是反向关联的。由于频繁的传输和VoIP小分组,使得开销对于VoIP应用来说显得十分重要。
由于802.16e系统采用动态调度来支持VoIP,与VoIP流量相关的大部分开销出现于MAP消息之中。为了减少这些开销,802.16 Rev. 2引入了持续指配(Persistent Assignment)这一概念。这时,周期性出现的资源和调制/编码任务将一次性地或非频繁地发送给用户。对单纯的VoIP流量来说,持续指配可以减少 40-50%的MAP开销,双向VoIP容量可以增加15-20%。
由于IEEE 802.16系统采用异步混合自动重传请求(HARQ),基站可以随时调度一个特定的HARQ重传。为了在一个特定的起始传输和对应的重传间建立一个关联,持续指配使用了一套HARQ信道标识,这些标识采用隐式方式进行循环,如图2。
图2中,基站可以在连续出现的HARQ信道标识之间的间隙为某个分组调度重传。循环采用了与802.16e一致的方案,因此,基站可以用现有消息为持续指配进行调度重传。
因为重传是动态调度的,基站可以通过新的持续指配或重传来利用空闲资源。在某些情况下,需要在时频空间里对用户重新进行定位以利用空闲资源。
持续指配极大地减少了VoIP相关的开销,并能将VoIP的总体容量提升大约15-20%。
华为是技术工作组(Technical Working Group,TWG)中持续指配技术的Editor,同时也是IEEE中持续指配技术的报告起草人,并已经向TWG和IEEE提交了10多篇相关的文稿。这些文稿还包括了隐式HARQ信道循环(Implicit HARQ Channel Cycling)、MAP ACK信道等核心内容。
FDD系统
虽然IEEE 802.16e-2005标准为部署TDD进行了优化,但优化并没有针对FDD系统。然而,FDD系统为WiMAX产业提供了一个巨大的市场机会。
为了有效竞争、简化实现、缩短面市时间,802.16 Rev. 2重点发展半双工FDD(H-FDD)系统。在H-FDD系统中,移动台并不同时发送和接收信息,而基站则以全双工模式连续地发送和接收信息。
为了最大限度地提高UL的利用率,802.16 Rev. 2定义了两组H-FDD系统。通过MAP消息中的配置参数,每组H-FDD的大小可以逐帧改变。在典型的应用中,两组H-FDD的大小可大致相当并维持不变。
华为已经向TWG和IEEE提交了15篇有关H-FDD的文稿,这些文稿包含基本帧结构、帧分割信令、组交换信令、网络登录和越区切换等内容。
WiMAX与Wi-Fi共存
当WiMAX和蓝牙或Wi-Fi集成时,射频接口的性能有可能会严重降低,即使采用射频滤波器也无法解决这个问题。802.16 Rev. 2在MAC层引入了一个方案来解决这一问题。通过修改睡眠模式的定义,802.16 Rev. 2能有效地支持WiMAX与Wi-Fi的集成。为了满足高QoS和大吞吐率的需求,采用了与资源指配关联的睡眠模式(Sleep Mode Follows MAP Relevance),这时,侦听和睡眠间隔由MAP相关性来决定。这一方案对于满足高QoS业务和大吞吐率的需求尤为有效。
到目前为止,华为已经向TWG和IEEE提交了8篇与WiMAX/Wi-Fi共存相关的文稿,文稿包含双帧结构、与资源指配关联的睡眠模式等核心内容。
802.16m
802.16m系统正在开发,其目的是为了提高频谱效率、提升VoIP容量、减少时延、增强对基于定位业务的支持、改进组播广播业务。802.16m的开发正处于其早期阶段,下面我们概述一下802.16m最近的工作和未来计划。
在2008年5月召开的IEEE 802.16大会上,对802.16m的完整系统进行了讨论。每个会议周期涵盖若干个技术主题。这次会议重点对DL MIMO方案、UL控制结构、UL导频结构、UL物理资源分配单元、前导、HARQ定时等进行了讨论,相关决议出来后,将会被添加到系统描述文件中。
802.16m的第一个任务是定义帧结构。在802.16e中,5ms的帧周期对于调度、HARQ延迟、反馈、微睡眠等来说是一个限制因素。为了解决这些问题,802.16m采用了同一种帧结构,并且每帧分为8个子帧,每个子帧有6个OFDM符号的持续时间(大约0.625ms)。另外,为了减少控制信道开销,802.16m的帧结构将会采用超级帧的概念,每4个帧定义为一个超级帧。
华为在802.16m帧结构、下行链路控制结构、MIMO导频结构、信道化等开发方面处于领导地位。到目前为止,华为已经向IEEE提交了30多篇与这些主题相关的文稿,并且提供了详尽的模拟结果,用以说明下行控制结构和MIMO导频结构的性能。