IEEE 802.16a標準運行于2~11 GHz頻段，是寬帶無線接入網IEEE 802.16-2001標準的增補方案。IEEE 802.16a標準將大大提升網絡的互操作性，不僅適用于點到多點的寬帶無線接入系統，也適用于網格拓撲結構的無線網絡。IEEE 802.16a標準的頒布將加快寬帶無線接入技術的市場化。

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作為一種接入技術，無線接入技術已成為傳統的銅線本地環路技術的替代技術，越來越受到人們的重視。針對這種情況，IEEE 802委員會于1999年成立了802.16工作組來專門開發寬帶無線標準，并于2001年12月頒布了IEEE 802.16標準，但由于IEEE 802.16的工作頻段較高（10~66 GHz），要求視距發射塔連接，不利于固定帶寬接入技術的推廣。為此，IEEE在802.16的基礎上開發了工作于2~11 GHz頻段新的全球微波接入互操作性（WiMAX）標準--IEEE 802.16a，它可支持非視距連接，是無線寬帶技術的重大突破。

一、IEEE 802.16a標準概述

IEEE 802.16a標準是一種無線城域網絡（WMAN）技術標準，是IEEE 802.16標準的擴展。在點到多點（PMP）和可選的網格拓撲兩種網絡結構下，該標準規定了無線寬帶接入系統空中接口的媒體接入控制（MAC）層和物理（PHY）層，通過對MAC層規范的修改和物理層規范的增補來實現對IEEE 802.16的改進。該標準定義的空中接口技術可用于將采用IEEE 802.11標準的局域網連接到互聯網，也可作為線纜和數字用戶線（DSL）的無線擴展技術，從而實現最后一公里的無線寬帶接入。預計基于IEEE 802.16a標準的網絡可以覆蓋48 km的距離，并能以最高達70 Mb/s的速率傳輸數據、語音和視頻圖像。此外，IEEE 802.16a出色的非線性站點性能可顯著提高運營商目標服務區域的覆蓋范圍。IEEE 802.16a后來被整合到IEEE 802.16-2004版本之中。

IEEE 802.16a作為一種理想的廣域網固定和移動無線接入方案，性能優于Wi-Fi（無線保真）技術。因此，它的一些優點，包括增強的安全性、高速率和更高的頻譜利用率，正被引入IEEE 802.11標準。20世紀90年代末興起的無線局域網（WLAN）技術因為IEEE 802.11標準而具有出色的性價比，最終使WLAN市場快速增長。如此的IEEE 802.16a標準的狀況有點類似當年的IEEE 802.11標準，可以預見，在今后IEEE 802.16a標準像當年的IEEE 802.11標準一樣，將會得到廣泛應用。

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考慮到IEEE 802.16a標準的不可限量的發展前途，英特爾公司于2003年7月宣布將開發基于IEEE 802.16a標準的芯片，提供寬帶無線接入解決方案，而且該公司和眾多頂級通信部件、設備公司組成了非營利性機構--WiMAX，致力于推動基于IEEE 802.16a標準的無線寬帶設備進入市場，加速最后一公里的寬帶部署。

二、IEEE 802.16a標準的關鍵技術

1、媒體接入控制層的網格模式

一個網絡共用一個媒體，就必須提供一個有效的共享機制。點對多點和可選的網格拓撲這兩種無線網絡都是共享無線媒體。IEEE 802.16標準中只定義了點對多點模式，在IEEE 802.16a標準中則增加了可選的網格拓撲模式。

點到多點模式與可選的網格拓撲模式的主要區別在于，在點到多點模式中業務流只發生在基站（BS）和用戶站（SS）之間，而在網格拓撲模式中業務流還可以發生在各個SS之間，網格拓撲中的每個站點都可以和網絡中其它的一些站點形成直接的通信鏈路。

通過使用網格拓撲模式，IEEE 802.16a標準大大提升了網絡的互操作性，并提供了較高的靈活性。特別是在帶寬分配的問題上，使網絡可根據實際情況，靈活機動地選擇分布式調度方式、集中式調度方式或兩者結合的方式來分配帶寬，使系統的資源能得到最合理的分配。

2、媒體接入控制層數據格式的優化

IEEE 802.16標準的MAC協議數據單元（PDU）結構分為一般MAC頭、負荷和循環冗余校驗（CRC），其中負荷部分可以包括一個或多個不同類型的MAC子頭。通過MAC PDU的數據格式，既可以傳輸普通數據，也可以傳輸BS與SS之間的管理信息。

在循環冗余校驗中，增加了自動重復請求（ARQ）機制來增強數據傳輸的可靠性。該機制是MAC層的一個可選部分，可以使用在每個連接上。在IEEE 802.16a標準的MAC PDU構造和傳輸問題上，要對帶ARQ的連接進行特殊的打包。每個被打包的MAC服務數據單元（SDU）、MAC SDU片斷或ARQ反饋負荷都需要各自的打包子頭，一部分子頭在其他子頭重傳的時候傳輸，可見ARQ機制使得重發過程具有機動性。跟IEEE 802.16標準相比，IEEE 802.16a標準更能保證數據傳輸的精確性。

3、物理層的OFDM技術

IEEE 802.16a的MAC支持3種分別基于單載波（SC）、正交頻分復用（OFDM）和正交頻分多址（OFDMA）的物理層，其中城域網正交頻分復用物理層是以OFDM調制為基礎的，適用于2~11 GHz頻段上非視距范圍內的操作。

無線OFDM技術是近年來到推廣的一種多載波調制技術，它在頻域把信道分成許多正交子信道，各子信道的載波間保持正交，頻譜相互重疊，這樣減小了子信道間干擾，提高了頻譜利用率。同時在每個子信道上信號帶寬小于信道帶寬，故雖然整個信道具有非平坦的頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，大大減小了符號間干擾。

OFDM是適用于無線環境下的高速傳輸技術。目前除了無線局域網標準（如IEEE 802.11a、HiperLAN/2等）外，OFDM還在寬帶無線接入（BWA）中也得到了應用。IEEE 802.16a的物理層采用OFDM技術就能高速傳輸數據、抵抗多徑衰落并提高頻譜利用率。人們普遍認為在寬帶無線接入領域采用OFDM是未來發展的趨勢，而且它將成為未來移動通信系統的關鍵技術。

在IEEE 802.16a標準里，在OFDM的下行鏈路中，還可以使用時空碼（STC）來提供發送分集。發送分集技術可以有效地抵抗無線信道中的多徑衰弱，如在基站側使用天線分集，能改善該基站覆蓋范圍內所有移動臺的接收信號質量。

4、物理層的OFDMA技術

OFDMA是一種基于OFDM原理的多址技術，可支持多用戶的接入。IEEE 802.16a的城域網OFDMA物理層的頻域表示與OFDM不同。在OFDMA方式里，快速傅里葉變換(FFT)個數是2 048，而OFDM的FFT個數是256。OFDMA的可用載波被分成若干組，每一組稱為一個子信道。在下行鏈路，子信道可以指定給不同的接收機，在上行鏈路，發射機可以分配一個或多個子信道。

OFDMA技術具有下表2-4所示的優勢。由于OFDMA技術具有很高的帶寬利用率，同時匯集了OFDM、跳頻及時分多址（TDMA）技術的諸多優點，在IEEE 802.16a的物理層中使用該技術就能在無需使用均衡器的情況下，有效地克服碼間干擾，并且能提供較大的容量。

表 2-4：OFDMA技術具有的優勢

三、IEEE 802.16a標準的優勢

IEEE 802.16a標準是相當有前途的。對于服務提供商來說，僅用一個基站就可以為需要不同服務等級的數千名用戶提供支持。同普通的寬帶接入解決方案相比，采用IEEE 802.16a標準的系統大幅度地降低了客戶購買基礎設備的成本。對于普通用戶來說，IEEE 802.16a擁有更廣泛的覆蓋范圍，更多的用戶可以享受到高速無線互聯網服務。寬帶數據高速傳輸也是IEEE 802.16a標準的重要特點之一，企業用戶可以采用這種高速度低投入的接入滿足企業特殊的需要。

總之，就像Wi-Fi技術對無線局域網市場產生巨大影響一樣，IEEE 802.16a標準將極大地推動寬帶無線接入市場的增長。如果沒有IEEE 802.16a標準，設備制造商將一切都得自己來做，包括基礎芯片、客戶端設備、基站和網絡管理軟件等；有了IEEE 802.16a標準，設備制造商可以在他們擅長的領域進行創新，實現產品性能價格比的大幅度提升，從而加快寬帶無線接入技術的市場化。

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