Стандарты беспроводной широкополосной связи IEEE 802.16

Введение

Серия стандартов беспроводной широкополосной связи

IEEE 802.16 – это серия стандартов беспроводной широкополосной связи, разработанных Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE). Совет по стандартам IEEE создал рабочую группу в 1999 году для разработки стандартов широкополосной связи для беспроводных сетей городского масштаба. Эта рабочая группа является подразделением комитета IEEE 802 по стандартам локальных и городских сетей. Хотя семейство стандартов 802.16 официально называется WirelessMAN в IEEE, оно было коммерциализировано под названием "WiMAX" (от "Worldwide Interoperability for Microwave Access" – всемирная совместимость для микроволнового доступа) отраслевым альянсом WiMAX Forum. Форум продвигает и сертифицирует совместимость и взаимодействие продуктов, основанных на стандартах IEEE 802.16. Поправка 802.16e 2005 года была внедрена и развернута по всему миру. Версия IEEE 802.16 2009 года была дополнена стандартом IEEE 802.16j 2009.

Стандарты

Проекты публикуют черновики и предлагаемые стандарты с буквой "P" в начале обозначения. После ратификации и публикации стандарта, эта "P" удаляется и заменяется дефисом в конце и годом публикации.

Проекты

Стандартное описание Статус 802.16Фиксированный широкополосный беспроводной доступ (10–66 ГГц)Прекращен802.16.2Рекомендованная практика по совместному использованиюПрекращен802.16cПрофили системы для 10–66 ГГцПрекращен802.16aФизический уровень и определения MAC для 2–10 ГГцПрекращенP802.16bЧастоты, не требующие лицензирования(Проект отозван)ОтозванP802.16dПрофили обслуживания и системы для 2–11 ГГц(Проект объединен в 802.16 2004)Объединен802.16Воздушный интерфейс для фиксированного широкополосного беспроводного доступа (объединение 802.16–2001, 802.16a, 802.16c и P802.16d)ПрекращенP802.16.2aСовместное использование диапазонов 2–11 ГГц и 23.5–43.5 ГГц(Проект объединен в 802.16.2 2004)Объединен802.16.2IEEE Рекомендованная практика для локальных и городских сетейСовместное использование систем фиксированного широкополосного беспроводного доступа(Обслуживание и объединение 802.16.2–2001 и P802.16.2a)Выпущена 17 марта 2004 г. Действующая802.16fБаза информации управления (MIB) для 802.16 2004Прекращена802.16 2004/Cor 1–2005Исправления для фиксированных операций(опубликовано совместно с 802.16e 2005)Прекращена802.16eМобильная широкополосная беспроводная система доступаПрекращена802.16kIEEE Стандарт для локальных и городских сетей: мосты управления доступом к среде (MAC)Поправка 2: соединение IEEE 802.16(Поправка к IEEE 802.1D)Выпущена 14 августа 2007 г. Действующая802.16gПроцедуры и службы плоскости управленияПрекращенаP802.16iБаза информации управления мобильными устройствами(Проект объединен в 802.16 2009)Объединен802.16 2009Воздушный интерфейс для фиксированной и мобильной широкополосной системы беспроводного доступа (объединение 802.16–2004, 802.16 2004/Cor 1, 802.16e, 802.16f, 802.16g и P802.16i)Прекращена802.16jМногохопповый ретрансляторПрекращена802.16hУлучшенные механизмы совместного использования для работы без лицензииПрекращена802.16mУсовершенствованный воздушный интерфейс со скоростями передачи данных 100 Мбит/с для мобильных устройств и 1 Гбит/с для фиксированных устройств. Также известен как Mobile WiMAX Release 2 или WirelessMAN Advanced. Ориентирован на выполнение требований ITU R IMT Advanced к системам 4G. Прекращена802.16 2012IEEE Стандарт для воздушного интерфейса широкополосных беспроводных систем доступа.Это объединение 802.16h, 802.16j и Std 802.16m (но исключая радиоинтерфейс WirelessMAN Advanced, который был перенесен в IEEE Std 802.16.1). Выпущена 17 августа 2012 г. Прекращена802.16.1IEEE Стандарт для воздушного интерфейса WirelessMAN Advanced для широкополосных беспроводных систем доступаВыпущена 07 сентября 2012 г. Действующая802.16pIEEE Стандарт для воздушного интерфейса широкополосных беспроводных систем доступаПоправка 1: Улучшения для поддержки приложений типа «машина-машина»Выпущена 08 октября 2012 г. Действующая802.16.1bIEEE Стандарт для воздушного интерфейса WirelessMAN Advanced для широкополосных беспроводных систем доступаПоправка 1: Улучшения для поддержки приложений типа «машина-машина»Выпущена 10 октября 2012 г. Действующая802.16nIEEE Стандарт для воздушного интерфейса широкополосных беспроводных систем доступаПоправка 2: Сети повышенной надежностиОдобрена 06 марта 2013 г. Действующая802.16.1aIEEE Стандарт для воздушного интерфейса WirelessMAN Advanced для широкополосных беспроводных систем доступаПоправка 2: Сети повышенной надежностиОдобрена 06 марта 2013 г. Действующая802.16 2017IEEE Стандарт для воздушного интерфейса широкополосных беспроводных систем доступа.Это объединение 802.16p, 802.16n, 802.16q (многоуровневые сети) и Std 802.16s (лицензированный спектр, полоса пропускания 0,1–1,25 МГц). Выпущена в сентябре 2017 г. Действующая802.16tПоправка Фиксированный и мобильный беспроводной доступ в узкополосных каналах, новый PHY для лицензированного использования спектра с полосой пропускания 5–100 кГц. Утверждена 03 декабря 2020 г. Действующая

StandardDescriptionStatus802.16Fixed Broadband Wireless Access (10–66 GHz)Superseded802.16.2Recommended practice for coexistenceSuperseded802.16cSystem profiles for 10–66 GHzSuperseded802.16aPhysical layer and MAC definitions for 2–10 GHzSupersededP802.16bLicense exempt frequencies(Project withdrawn)WithdrawnP802.16dMaintenance and System profiles for 2–11 GHz(Project merged into 802.16 2004)Merged802.16Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access System(rollup of 802.16–2001, 802.16a, 802.16c and P802.16d)SupersededP802.16.2aCoexistence with 2–11 GHz and 23.5–43.5 GHz(Project merged into 802.16.2 2004)Merged802.16.2IEEE Recommended Practice for Local and metropolitan area networksCoexistence of Fixed Broadband Wireless Access Systems(Maintenance and rollup of 802.16.2–2001 and P802.16.2a)Released on 2004 March 17. Existing802.16fManagement Information Base (MIB) for 802.16 2004Superseded802.16 2004/Cor 1–2005Corrections for fixed operations(co published with 802.16e 2005)Superseded802.16eMobile Broadband Wireless Access SystemSuperseded802.16kIEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks: Media Access Control (MAC) BridgesAmendment 2: Bridging of IEEE 802.16(An amendment to IEEE 802.1D)Released on 2007 August 14. Existing802.16gManagement Plane Procedures and ServicesSupersededP802.16iMobile Management Information Base(Project merged into 802.16 2009)Merged802.16 2009Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access System(rollup of 802.16–2004, 802.16 2004/Cor 1, 802.16e, 802.16f, 802.16g and P802.16i)Superseded802.16jMultihop relaySuperseded802.16hImproved Coexistence Mechanisms for License Exempt OperationSuperseded 802.16mAdvanced Air Interface with data rates of 100 Mbit/s mobile and 1 Gbit/s fixed. Also known as Mobile WiMAX Release 2 or WirelessMAN Advanced. Aiming at fulfilling the ITU R IMT Advanced requirements on 4G systems. Superseded802.16 2012IEEE Standard for Air Interface for Broadband Wireless Access SystemsIt is a rollup of 802.16h, 802.16j and Std 802.16m(but excluding the WirelessMAN Advanced radio interface, which was moved to IEEE Std 802.16.1). Released on 2012 August 17. Superseded802.16.1IEEE Standard for WirelessMAN Advanced Air Interface for Broadband Wireless Access SystemsReleased on 2012 September 07. Existing802.16pIEEE Standard for Air Interface for Broadband Wireless Access SystemsAmendment 1: Enhancements to Support Machine to Machine ApplicationsReleased on 2012 October 08. Existing802.16.1bIEEE Standard for WirelessMAN Advanced Air Interface for Broadband Wireless Access SystemsAmendment 1: Enhancements to Support Machine to Machine ApplicationsReleased on 2012 October 10. Existing802.16nIEEE Standard for Air Interface for Broadband Wireless Access SystemsAmendment 2: Higher Reliability NetworksApproved on 2013 March 06. Existing802.16.1aIEEE Standard for WirelessMAN Advanced Air Interface for Broadband Wireless Access SystemsAmendment 2: Higher Reliability NetworksApproved on 2013 March 06. Existing802.16 2017IEEE Standard for Air Interface for Broadband Wireless Access SystemsIt is a rollup of 802.16p, 802.16n, 802.16q (Multi tier Networks) and Std 802.16s (licensed spectrum, bandwidth 0.1–1.25 MHz)Released on 2017 September. Existing802.16tAmendment Fixed and Mobile Wireless Access in Narrowband Channels, a new PHY for licensed spectrum operation with bandwidths of 5–100 KHz. Approved 2020 12 03. Existing

802.16e-2005 Технология

Стандарт 802.16 по сути стандартизирует два аспекта радиоинтерфейса – физический уровень (PHY) и уровень управления доступом к среде (MAC). В этом разделе представлен обзор технологий, используемых в этих двух уровнях в спецификации мобильного 802.16e.

ФСИ

802.16e использует масштабируемую OFDMA для передачи данных, поддерживая ширину полосы каналов от 1,25 МГц до 20 МГц, с использованием до 2048 поднесущих. Поддерживается адаптивная модуляция и кодирование, благодаря чему в условиях хорошего сигнала применяется высокоэффективная схема кодирования 64 QAM, а при ухудшении сигнала – более устойчивый механизм кодирования BPSK. В промежуточных условиях могут также использоваться 16 QAM и QPSK. К другим физическим характеристикам относится поддержка антенн с множественным входом и множественным выходом (MIMO) для обеспечения хорошей характеристики распространения сигнала в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS) (или большей полосы пропускания), а также гибридного автоматического запроса повторной передачи (HARQ) для эффективной коррекции ошибок. Хотя стандарты допускают работу в любом диапазоне частот от 2 до 66 ГГц, мобильная связь наиболее эффективна в нижних диапазонах, которые также являются наиболее загруженными и, следовательно, наиболее дорогими.

МАС

В стандарте 802.16 MAC описывается ряд конвергентных подслоев, которые определяют, как проводные технологии, такие как Ethernet, Асинхронный режим передачи (ATM) и Интернет-протокол (IP), инкапсулируются по беспроводному интерфейсу, а также как классифицируются данные и т.д. В нем также описывается обеспечение защищенной связи посредством безопасного обмена ключами при аутентификации и шифрования с использованием Advanced Encryption Standard (AES) или Data Encryption Standard (DES) во время передачи данных. Дополнительные функции уровня MAC включают механизмы энергосбережения (с использованием режимов сна и простоя) и механизмы передачи управления. Ключевой особенностью 802.16 является то, что это технология с установлением соединения. Абонентская станция (SS) не может передавать данные, пока ей не выделен канал базовой станцией (BS). Это позволяет 802.16e обеспечивать надежную поддержку качества обслуживания (QoS).

QoS

Качество обслуживания (QoS) в 802.16e поддерживается путем отнесения каждого соединения между SS и BS (называемого потоком обслуживания в терминологии 802.16) к определенному классу QoS. В 802.16e существует 5 классов QoS:

+ 802.16e 2005 классы QoSServiceAbbrevDefinitionTypical ApplicationsСлужба предоставления неподтвержденных запросовUGSПотоки данных в реальном времени, состоящие из пакетов данных фиксированного размера, выдаваемых периодическиТранспорт T1/E1Расширенная служба опроса в реальном времениertPSПотоки услуг в реальном времени, генерирующие пакеты данных переменного размера на периодической основеVoIPСлужба опроса в реальном времениertPSПотоки данных в реальном времени, состоящие из пакетов данных переменного размера, выдаваемых периодическиMPEG VideoСлужба опроса без реального времениnrtPSПотоки данных, допускающие задержку, состоящие из пакетов данных переменного размера, для которых требуется минимальная скорость передачи данныхFTP с гарантированной минимальной пропускной способностьюBest EffortBEПотоки данных, для которых не требуется минимальный уровень обслуживания и которые, следовательно, могут обрабатываться по мере наличия ресурсовHTTP

BS и SS используют поток обслуживания с соответствующим классом QoS (а также другими параметрами, такими как полоса пропускания и задержка), чтобы обеспечить соответствующую обработку QoS для данных приложения.

Сертификация

Поскольку IEEE устанавливает только спецификации, но не проводит тестирование оборудования на соответствие этим спецификациям, WiMAX Forum организует программу сертификации, в рамках которой участники оплачивают сертификацию. Сертификация WiMAX, проводимая этой организацией, призвана гарантировать соответствие стандарту и совместимость оборудования разных производителей. Целью Форума является продвижение и подтверждение совместимости и взаимодействия широкополосных беспроводных устройств.