寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展

2019-11-03 19:04:32

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供稿：網(wǎng)友

黨梅梅

　　摘要　介紹了我國各種寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，給出了主流IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的基本技術(shù)特征，分析了寬帶無線接入的發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞　BWA　WLAN　IEEE802.16

　　一、引言

　　隨著因特網(wǎng)的飛速發(fā)展，各種寬帶接入技術(shù)開始涌現(xiàn)。其中，以ADSL為代表的有線接入技術(shù)發(fā)展最為迅速，ADSL已經(jīng)成為家庭用戶寬帶接入的主要手段。寬帶無線接入技術(shù)雖然沒有像ADSL技術(shù)那樣成為主流的接入手段，但是由于它自身的優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)寬帶市場中也占據(jù)了一席之地，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐年擴(kuò)張。本文將對我國寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行介紹。

　　二、寬帶無線接入的發(fā)展現(xiàn)狀

　　與傳統(tǒng)僅提供窄帶話音業(yè)務(wù)的無線接入技術(shù)不同，寬帶無線接入技術(shù)(BWA)面向的主要應(yīng)用是ip數(shù)據(jù)接入和話音接入。BWA的出現(xiàn)源于Internet的發(fā)展和用戶對寬帶數(shù)據(jù)需求的不斷增長。各個(gè)國家從1999年開始紛紛為BWA分配頻率，其中主要包括2.5GHz，3.5GHz，5GHz，24GHz，26GHz等頻段。北美國家主要分配了2.5GHz，歐洲的國家則主要分配了3.5GHz頻率資源。20GHz以上的寬帶無線接入技術(shù)統(tǒng)稱為本地多點(diǎn)分配技術(shù)(LMDS)。我國為BWA分配的頻率資源包括3.5GHz，5.8GHz，26GHz LMDS，其中5.8GHz為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、高速無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙系統(tǒng)等共享的頻段，其余兩個(gè)頻帶則是寬帶無線接入專有頻帶。

　　1.FBWA技術(shù)

　　在全球固定寬帶無線接入(FBWA)網(wǎng)絡(luò)中。3.5GHz固定無線接入是部署最多的網(wǎng)絡(luò)。由于其工作的頻段低，傳播特性好，覆蓋范圍遠(yuǎn)，因此受到了運(yùn)營商的青睞。我國在該頻段共分配了2×30MHz的頻率，采取了評選招標(biāo)的方式為不同運(yùn)營商分配了頻率。在一期和二期招標(biāo)中，除了基礎(chǔ)運(yùn)營商外，多個(gè)中小ISP也獲得了頻率許可，如中電華通、廈門金橋、中信網(wǎng)絡(luò)等。這些公司主要利用3.5G系統(tǒng)提供中小企業(yè)的Internet接入服務(wù)。其中，部分公司的業(yè)務(wù)發(fā)展較好，用戶形成了一定規(guī)模。在第三期招標(biāo)中，有五大基礎(chǔ)運(yùn)營商中標(biāo)，包括中國電信、中國網(wǎng)通、中國移動、中國聯(lián)通和中國鐵通。這些運(yùn)營商在獲得頻率許可的城市都已經(jīng)開始了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

　　與同類技術(shù)相比，3.5GHz頻段可用的頻率資源較少。我國政府在二期和三期招標(biāo)中，將可用頻率劃分成了3個(gè)10.5MHz的頻率塊，在每個(gè)城市，每個(gè)運(yùn)營商僅可以申請一個(gè)頻率塊，也就是說在每個(gè)城市最多有三個(gè)運(yùn)營商可以同時(shí)利用3.5GHz頻率資源提供無線接入服務(wù)。目前，絕大多數(shù)設(shè)備采用了3.5MHz信道帶寬，這實(shí)際上就意味著運(yùn)營商在一個(gè)地區(qū)只能用三個(gè)頻點(diǎn)組網(wǎng)，對大規(guī)模組網(wǎng)形成了一定的難度。

　　與3.5GHz固定無線接入技術(shù)相比，LMDS由于工作頻率較高，可用頻率多，因此帶寬大。但是LMDS要求必須視距傳播，對基站和遠(yuǎn)端站選址提出了要求。且該頻段無線傳輸很容易受到降雨的影響，造成在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)必須為了保證可用性而犧牲傳輸距離。因此，LMDS的應(yīng)用遠(yuǎn)不如3.5GHz固定無線接入那么廣泛。

　　對于LMDS頻率資源的分配，我國沒有采取頻率招標(biāo)方式，而是采取了指配方式，批準(zhǔn)了中國網(wǎng)通、中國電信、中國移動和中國聯(lián)通四大運(yùn)營商在指定的城市開展商用試驗(yàn)，分別對不同環(huán)境下的LMDS組網(wǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)。LMDS設(shè)備信道帶寬以28MHz和14MHz居多，單扇區(qū)單載波可以提供30m以上的速率，因此面向的用戶群主要是業(yè)務(wù)需求較大的企業(yè)客戶。運(yùn)營商利用LMDS技術(shù)為大客戶提供綜合接入，解決基站互連、數(shù)據(jù)接入等。LMDS技術(shù)在我國的發(fā)展一直比較平穩(wěn)，技術(shù)的因素和設(shè)備成本因素一定程度上限制了LMDS的應(yīng)用。

　　2.WLAN技術(shù)

　　無線局域網(wǎng)(WLAN)是一種局域網(wǎng)技術(shù)，與有線局域網(wǎng)的不同主要體現(xiàn)在便攜性上。WLAN技術(shù)近兩年發(fā)展較為迅速，由于IEEE802.11的標(biāo)準(zhǔn)成功解決了空中接口兼容性問題，促進(jìn)了無線局域網(wǎng)終端和接入點(diǎn)(AP)的互通，因此WLAN設(shè)備成本下降很快，應(yīng)用也非常廣泛。WLAN在企業(yè)網(wǎng)中和公眾網(wǎng)中都有應(yīng)用，主要面向個(gè)人用戶，公眾熱點(diǎn)一般部署在商旅人士經(jīng)常出入的場所或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求較大的公共場合，如機(jī)場、會議中心、展覽館、賓館等。

　　從全球WLAN的運(yùn)營來看，國外很多地區(qū)尤其是歐洲、北美等已經(jīng)部署了很多WLAN熱點(diǎn)，可以為用戶提供方便的接入服務(wù)。我國的熱點(diǎn)建設(shè)從2002年開始，截止到2004年上半年，各運(yùn)營商投入運(yùn)營的熱點(diǎn)數(shù)量共約1700多個(gè)，其中以中國移動的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)多。雖然WLAN的公眾熱點(diǎn)數(shù)在增多，但是對于WLAN技術(shù)，由于每個(gè)AP的覆蓋范圍有限，因此整個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)AP的互聯(lián)也需要有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支撐，對網(wǎng)絡(luò)整體投資有一定的要求，WLAN的運(yùn)營模式和盈利模式仍然有很多值得探討的問題。

　　表1是對以上談到的幾種無線接入技術(shù)的比較。每種無線接入技術(shù)由于其工作頻段、技術(shù)特點(diǎn)的不同，應(yīng)用的場合也不同。

　　表1　幾種無線接入技術(shù)的比較

	3.5GHz固定無線接入	LMDS	WLAN
工作頻帶	3.5GHz	26GHz	2.4GHz ISM頻段或者5.8GHz頻段
技術(shù)特點(diǎn)	系統(tǒng)容量低，覆蓋范圍遠(yuǎn)，不支持任何移動性	系統(tǒng)容量大，要求視距傳輸，不支持任何移動性	覆蓋半徑在100m以內(nèi)，支持游牧性
標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的成熟度	空中接口不開放，設(shè)備實(shí)現(xiàn)方式有多種，包括電路型，純IP型與混合型	空中接口不開放，設(shè)備實(shí)現(xiàn)較統(tǒng)一，主要采用ATM實(shí)現(xiàn)方式	空中接口開放，標(biāo)準(zhǔn)成熟，設(shè)備空中接口可以互通
業(yè)務(wù)	主要面向企業(yè)用戶的中低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)	主要面向企業(yè)用戶的綜合接入	主要面向個(gè)人用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
應(yīng)用場合	彌補(bǔ)新運(yùn)營商有線資源的匱乏，利用無線接入安裝迅速，部署快的優(yōu)點(diǎn)，爭取用戶	彌補(bǔ)新運(yùn)營商有線資源的匱乏，面向帶寬需求大的客戶群	適應(yīng)移動商務(wù)用戶對游牧狀態(tài)下的寬帶接入需求

　　三、IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)

　　IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)在2004年引起了人們很大的關(guān)注。其實(shí)，IEEE早在1999年就已經(jīng)成立了802.16工作組，負(fù)責(zé)進(jìn)行固定無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，但是并沒有引起人們的注意。直到802.16開始轉(zhuǎn)向制定支持移動特性的無線接入標(biāo)準(zhǔn)，以及推動IEEE802.16應(yīng)用的WiMAX論壇的成立，加之多個(gè)大公司的強(qiáng)力支持，情況就發(fā)生了很大變化，802.16尤其是802.16e技術(shù)引起了很大的關(guān)注和爭議。

　　1.技術(shù)特征

　　目前，IEEE802.16主要的標(biāo)準(zhǔn)包括802.16d和802.16e，其中802.16d是固定無線接入的標(biāo)準(zhǔn)，802.16e則是支持移動特性的標(biāo)準(zhǔn)。

　　802.16d的初衷是統(tǒng)一固定無線接入的空中接口。該標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于2-11GHz非視距(NLOS)傳輸和10-66GHz視距(LOS)傳輸，已經(jīng)于2004年6月正式批準(zhǔn)。

　　802.16e的目標(biāo)是能夠向下兼容802.16d，因此802.16e的標(biāo)準(zhǔn)化工作基本上是在802.16d的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在802.16d固定無線接入標(biāo)準(zhǔn)研制的基礎(chǔ)上，為了支持移動特性，802.16e目前正在加入新的特性，如切換、安全等。802.16e標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)2005年上半年將會完成標(biāo)準(zhǔn)化。

　　802.16d和802.16e所規(guī)定的空中接口均由物理層和媒質(zhì)接入控制(MAC)層組成，MAC層又分成了三個(gè)子層，即業(yè)務(wù)特定匯聚子層、公共部分子層和安全子層。

　　2.物理層

　　802.16d可支持TDD(時(shí)分雙工)和FDD(頻分雙工)兩種無線雙工方式，根據(jù)使用頻段的不同，分別有不同的物理層技術(shù)與之相對應(yīng)，即單載波(SC)、OFDM(256點(diǎn))、0FDMA(2048點(diǎn))。其中，10-66GHz固定無線接入系統(tǒng)主要采用單載波調(diào)制技術(shù)，而對于2-11GHz頻段的系統(tǒng)，將主要采用OFDM和OFDMA技術(shù)。OFDM和OFDMA具有較高的頻譜利用率，且在抵抗多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上具有明顯的優(yōu)勢，因此OFDM和OFDMA是低頻段802.16系統(tǒng)采用的主要物理層方式。

　　802.16d未規(guī)定具體的信道帶寬，系統(tǒng)可以采用從1.25-20MHz之間的帶寬。隨著802.16d標(biāo)準(zhǔn)化工作的完成，WiMAX已經(jīng)決定首先對采用256點(diǎn)OFDM物理層方式，工作在2.5GHz和3.5GHz許可頻段、5.8GHz免許可頻段的設(shè)備進(jìn)行一致性和互操作性測試。預(yù)計(jì)在2005年上半年將會出現(xiàn)802.16d的設(shè)備，WiMAX的認(rèn)證也將在設(shè)備出現(xiàn)后展開。

　　802.16e的物理層實(shí)現(xiàn)方式與802.16d是基本一致的，主要差別是對OFDMA進(jìn)行了擴(kuò)展。在802.16d中，僅規(guī)定了2048點(diǎn)OFDMA。而在802.16e中，可以支持2048點(diǎn)、1024點(diǎn)、512點(diǎn)和128點(diǎn)，以適應(yīng)不同地理區(qū)域從20MHz到1.25MHz的信道帶寬差異。

　　3.MAC層

　　802.16MAC層是基于“連接”的，即所有終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及與此相關(guān)的QoS要求都是基于“連接”進(jìn)行的。每一個(gè)“連接”均由一個(gè)標(biāo)識符來惟一進(jìn)行標(biāo)識。在802.16標(biāo)準(zhǔn)中，MAC層定義了較為完整的QoS機(jī)制。MAC層針對每個(gè)連接可以分別設(shè)置不同的QoS參數(shù)，包括速率、延時(shí)等指標(biāo)。為了更好地控制上行數(shù)據(jù)的帶寬分配，MAC層定義了四種不同的上行帶寬調(diào)度模式，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要提供實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)的不同速率要求的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

　　四、寬帶無線接入的發(fā)展趨勢

　　寬帶無線接入技術(shù)經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。隨著新的技術(shù)涌現(xiàn)，寬帶無線接入的傳輸能力在不斷增強(qiáng)，接口更加開放，技術(shù)的發(fā)展正經(jīng)歷從固定到移動的發(fā)展過程。

　　在無線通信中，對于10GHz頻段以下的通信系統(tǒng)必須考慮多徑衰落，利用OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)可以有效地提高系統(tǒng)的抗多徑干擾能力，擴(kuò)大設(shè)備的適用范圍。OFDM調(diào)制方式具有較高的頻譜利用率，在抵抗多徑衰落、窄帶干擾上有明顯的優(yōu)勢，可以提高系統(tǒng)的非視距傳播能力。在現(xiàn)有3.5GHz和5.8GHz無線接入產(chǎn)品中，已經(jīng)有很多廠家推出了基于OFDM的系統(tǒng)，并且在商用網(wǎng)絡(luò)中獲得了一定程度的應(yīng)用。對于無線局域網(wǎng)，兩種主流的物理層IEEE 802.11a和IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)都采用了OFDM調(diào)制方式。前面已經(jīng)提到，802.16標(biāo)準(zhǔn)也把OFDM作為主流的物理層實(shí)現(xiàn)方式。

　　寬帶無線接入的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在向前推進(jìn)。原來的固定無線接入技術(shù)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備無法互通。新的802.16標(biāo)準(zhǔn)能夠保證接口開放，可以促進(jìn)產(chǎn)品成本的下降，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。802.16e既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)又支持移動性，被業(yè)界視為可能對3G構(gòu)成競爭的新的寬帶無線接入技術(shù)。802.16e在一定程度上和3G的業(yè)務(wù)能力有所重疊，但是二者的標(biāo)準(zhǔn)化程度、成熟度、產(chǎn)業(yè)化、技術(shù)定位等存在一定的差別。802.16e技術(shù)的未來發(fā)展還受多種因素的影響，如產(chǎn)業(yè)政策、頻譜資源、運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和演進(jìn)發(fā)展策略等。在未來的技術(shù)發(fā)展過程中，不同的寬帶無線接入技術(shù)必將共同發(fā)展，互為補(bǔ)充，面向不同的用戶提供服務(wù)。

　　
摘自　泰爾網(wǎng)

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