無線接入新技術(shù)應(yīng)用研究

2 無線接入新技術(shù)
無線接入技術(shù)(又稱空中接口)是無線通信的關(guān)鍵問題，它即通過無線介質(zhì)連接用戶終端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實現(xiàn)用戶與網(wǎng)絡(luò)間的信息傳遞。無線信道傳輸?shù)男盘枒?yīng)遵循一定的協(xié)議，這些協(xié)議即構(gòu)成無線接入技術(shù)的主要內(nèi)容。無線接入技術(shù)與有線接入技術(shù)的一個重要區(qū)別是可向用戶提供移動接入業(yè)務(wù)。
隨著信息社會的到來以及人們對通信業(yè)務(wù)的個性化需求，使得傳輸寬帶化、業(yè)務(wù)多樣化成為通信業(yè)的發(fā)展大趨勢。寬帶無線接入系統(tǒng)是基于分組交換結(jié)構(gòu)，是一種點對多點工作方式，由一個中心站和許多用戶站組成。在眾多解決方案中，寬帶無線接入以其組網(wǎng)靈活快速、升級維護方便以及高速率的雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c構(gòu)成其在競爭中的某些優(yōu)勢。由此可見，寬帶無線接入技術(shù)有著必然的市場發(fā)展空間。
2．1 UWB
超寬帶(Ultra Wide Band，簡稱UWB)無線技術(shù)是一種使用1 GHz以上帶寬的最先進無線通信技術(shù)。雖然是無線通信，但其通信速度可以達到幾百Mb／s以上。
廣義地講，UWB技術(shù)是指任何占用頻帶超過其中心頻率25％，或者帶寬超過1．5 GHz的無線通信系統(tǒng)。UWB依靠持續(xù)時間非常短的基帶脈沖信號(通常10~100ps)傳輸數(shù)據(jù)，因而占用的頻帶非常寬，通常在幾個GHz的量級。在很低的功率譜密度情況下，已經(jīng)證實UWB能在戶內(nèi)提供超過100Mb／s的可靠數(shù)據(jù)傳輸。除了技術(shù)上的原因，有兩個主要原因限制了UWB技術(shù)的應(yīng)用，一是由于它最先用于美國軍事應(yīng)用：另一個原因是UWB技術(shù)占用的帶寬非常寬。
UWB的諸多優(yōu)點(如：帶寬極寬、傳輸速率高、通信距離短、平均發(fā)射功率低、多徑分辨率高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低)使得UWB系統(tǒng)的實現(xiàn)細(xì)節(jié)與傳統(tǒng)的窄帶通信方式有很大差別。但由于受發(fā)射功率的限制，在短距離范圍內(nèi)提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸將是UWB的重要應(yīng)用領(lǐng)域，如當(dāng)前無線局域網(wǎng)(WLAN)和無線個域網(wǎng)(WPAN)的各種應(yīng)用。此外，通過降低數(shù)據(jù)率提高應(yīng)用范圍，UWB在個人精確定位(如個人雷達)、安全(如人侵檢測)、傳感器等領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用前景。隨著信道傳輸技術(shù)、編碼技術(shù)、多址技術(shù)等的發(fā)展，UWB將可能成為新一代WLAN和WPAN的技術(shù)基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)超高速寬帶無線接入，為用戶提供諸如視頻分發(fā)和視頻會議這類需要很高QoS的服務(wù)。
2．2 Wi―Fi
無線保真(Wireless Fidelity，簡稱Wi-Fi)技術(shù)包括己批準(zhǔn)的IEEE 802．11a、b和g規(guī)范以及未批準(zhǔn)的802．11n規(guī)范。Wi―Fi技術(shù)不斷進步，適用于許多應(yīng)用場合，例如建立在基于PC設(shè)備、移動電話和消費電子產(chǎn)品等的語音和多媒體應(yīng)用。802．11n規(guī)范還能顯著增加Wi-Fi技術(shù)帶來的產(chǎn)出。嚙合網(wǎng)絡(luò)進一步拓展Wi-Fi的覆蓋范圍，增強其靈活性和對于包括城市范圍公共熱點覆蓋在內(nèi)的各種應(yīng)用的適用性。Wi-Fi技術(shù)繼續(xù)穩(wěn)定演進，在未來幾年內(nèi)，為刺激產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新鋪平道路。
Wi―Fi與有線接人技術(shù)相比，其特點和優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：用戶移動性在有線接入網(wǎng)絡(luò)中，用戶只能在具有信息點的位置上網(wǎng)，限制了終端用戶的活動范圍。而Wi―Fi建成后，能提供漫游服務(wù)，在無線網(wǎng)信號覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)，使用戶真正實現(xiàn)隨時、隨地、隨意的接入寬帶網(wǎng)絡(luò)。此外，Wi-Fi還具有一些優(yōu)勢：
(1)建設(shè)便捷性免去網(wǎng)絡(luò)布線等工作，一般只需安裝一個或多個無線訪問節(jié)點AP設(shè)備，就可以解決一個區(qū)域的上網(wǎng)問題。
(2)投資經(jīng)濟性 當(dāng)用戶數(shù)量增加時，只需再增加幾個AP設(shè)備，而無需重新布線，具有較強的經(jīng)濟性。
(3)業(yè)務(wù)可集成性Wi―Fi技術(shù)在二層以上與以太網(wǎng)一致，能夠?qū)LAN集成到已有的寬帶網(wǎng)絡(luò)中，也能將已有的寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用到WLAN中，這樣就形成無縫覆蓋。
(4)可靠性通過使用和以太網(wǎng)相類似的連接協(xié)議和數(shù)據(jù)包確認(rèn)，提供可靠的數(shù)據(jù)傳送和網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效使用。
(5)高移動性在無線局域網(wǎng)信號覆蓋范圍內(nèi)，各節(jié)點不受地理位置限制任意移動，并都可接入網(wǎng)絡(luò)，能夠在不同運營商和不同國家的網(wǎng)絡(luò)間漫游。
這些技術(shù)特點彌補了Wi-Fi技術(shù)在傳輸距離及傳輸速率上的不足。
2．3 WiMAX
全球微波接入互通(World Interoperability for MicrowaveAccess，簡稱WiMAX)是基于IEEE 802．16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)。能夠在城域網(wǎng)一點對多點的多廠商環(huán)境下，提供一種有效互操作寬帶無線接入手段。作為一個支持移動的廣域網(wǎng)無線系統(tǒng)，WiMAX系統(tǒng)切換底層過程與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)有一定的相似性，盡管在一些細(xì)節(jié)上有所不同．但也包括了切換前的測量和觸發(fā)、切換發(fā)生和處理、切換后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等過程。定位于城域范圍內(nèi)的最后一公里寬帶無線接入問題，其基站可覆蓋約5 km的范圍(定點情況)，實現(xiàn)2～11 GHz非視距NLOS傳輸和10～66 GHz視距LOS傳輸，峰值帶寬可達75 Mb／s。以其快速、低成本搭建、易擴展等優(yōu)點，WiMAX被普遍認(rèn)為是未來最有前途的寬帶無線技術(shù)之一。與其他無線通信技術(shù)相比，WiMAX具有以下優(yōu)勢：
(1)傳輸速率高，覆蓋范圍大通過物理層采用先進的正交頻分復(fù)用、多天線技術(shù)以及靈活的編碼調(diào)制方式，WiMAX系統(tǒng)的頻譜利用率顯著提高，同時可支持非視距通信和無縫覆蓋。使用20 MHz帶寬時最高數(shù)據(jù)傳輸速率達75Mb／s，是3 G所能提供的30倍。同時，WiMAX采用宏小區(qū)方式，視距傳輸下每個基站的最遠(yuǎn)覆蓋半徑可達50 km，典型覆蓋半徑為6~10 km，只要建設(shè)少數(shù)基站就能實現(xiàn)全城覆蓋。
(2)較高的數(shù)據(jù)安全性安全性是無線網(wǎng)絡(luò)需要考慮的一個重要問題。802．16在介質(zhì)訪問控制MAC層中定義了一個加密子層，為信息傳輸提供鑒權(quán)、加密和保密的管理機制。
(3)完善的QoS機制 在物理層，可以根據(jù)實際情況靈活選擇多種調(diào)制方式，包括單載波、OFDM和OFDMA。OFDM技術(shù)能有效降低多徑衰落的影響，并且隨著傳輸信道狀態(tài)發(fā)生變化。MAC層的一個重要特點在于它是面向連接的，可以提供服務(wù)質(zhì)量保證。不同的業(yè)務(wù)類型具有不同的服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，可以通過靈活的機制保障各種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
(4)基于全IP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)802．16設(shè)備可以作為一個路由器接入現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通，同時也可與下一代網(wǎng)絡(luò)無縫融合。
(5)提供廣泛的多媒體通信服務(wù)WiMAX可分別為用戶提供高質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務(wù)，普通質(zhì)量的視頻和語音業(yè)務(wù)、以及無質(zhì)量保證的Internet等業(yè)務(wù)，并可根據(jù)業(yè)務(wù)的實際需要動態(tài)按需分配帶寬，靈活性較大。
(6)開銷及投資風(fēng)險小標(biāo)準(zhǔn)化的空中接口和技術(shù)規(guī)范，使不同設(shè)備制造商的產(chǎn)品可以互通，降低運營商對單一廠商設(shè)備的依賴性，從而降低投資成本和風(fēng)險。
(7)部署靈活，配置伸縮性強，可平滑升級根據(jù)業(yè)務(wù)需求區(qū)域靈活部署基站，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，可選用最小配置，根據(jù)業(yè)務(wù)增長，逐步增加設(shè)備。在實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分組化、接入寬帶化和終端移動化三者合一的基礎(chǔ)上，WiMAX技術(shù)提供了比其
他無線系統(tǒng)更具優(yōu)勢的覆蓋范圍、傳輸速率和QoS保障。

3 Wi―Fi與WiMAX的應(yīng)用比較
眾所周知，Wi―Fi主要應(yīng)用于公眾服務(wù)、家庭網(wǎng)關(guān)、大型企業(yè)以及小型辦公環(huán)境等局域網(wǎng)絡(luò)中。近年來，WiMAX異軍突起，它作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，可以將Wi-Fi熱點連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為數(shù)字用戶線路(Digital Subsclfiber Line，簡稱DSL)等有線接入方式的無線擴展，實現(xiàn)“最后一公里”的寬帶接入。WiMAX(移動)主要提供移動寬帶數(shù)據(jù)接入服務(wù)，具有更遠(yuǎn)的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更高的接入速度，并能全面兼容現(xiàn)有Wi―Fi。中國無線傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)需求多種多樣，針對WiMAX具有數(shù)據(jù)速率高和覆蓋范圍廣的特點，有機地將WiMAX技術(shù)融合到現(xiàn)有和即將建設(shè)的Wi―Fi、3G、有線接入網(wǎng)中，根據(jù)優(yōu)勢互補的原則，全面考慮。
Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)可與WiMAX網(wǎng)絡(luò)同步建設(shè)，減少有線線路的投入；由于Wi―Fi和WiMAX技術(shù)分別解決“最后100米”和“最后一公里”問題，因而具有不同的定位和用途。在沒有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，用戶可直接接入WiMAX網(wǎng)絡(luò)開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。另一方面，Wi―Fi還可通過室外天線，利用WiMAX技術(shù)直接與骨干網(wǎng)相聯(lián)，無需有線網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)相連，從而大大減少覆設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的成本。因此，針對WiMAX和Wi―Fi技術(shù)的不同定位和優(yōu)勢，兩者可以互為補充，共同發(fā)展。