寬帶無線接入技術的發展

2019-11-03 19:04:32

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供稿：網友

黨梅梅

　　摘要　介紹了我國各種寬帶無線接入技術的發展現狀，給出了主流IEEE802.16標準的基本技術特征，分析了寬帶無線接入的發展趨勢。

　　關鍵詞　BWA　WLAN　IEEE802.16

　　一、引言

　　隨著因特網的飛速發展，各種寬帶接入技術開始涌現。其中，以ADSL為代表的有線接入技術發展最為迅速，ADSL已經成為家庭用戶寬帶接入的主要手段。寬帶無線接入技術雖然沒有像ADSL技術那樣成為主流的接入手段，但是由于它自身的優點，在整個寬帶市場中也占據了一席之地，網絡規模逐年擴張。本文將對我國寬帶無線接入技術的發展進行介紹。

　　二、寬帶無線接入的發展現狀

　　與傳統僅提供窄帶話音業務的無線接入技術不同，寬帶無線接入技術(BWA)面向的主要應用是ip數據接入和話音接入。BWA的出現源于Internet的發展和用戶對寬帶數據需求的不斷增長。各個國家從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統稱為本地多點分配技術(LMDS)。我國為BWA分配的頻率資源包括3.5GHz，5.8GHz，26GHz LMDS，其中5.8GHz為擴頻通信系統、寬帶無線接入系統、高速無線局域網、藍牙系統等共享的頻段，其余兩個頻帶則是寬帶無線接入專有頻帶。

　　1.FBWA技術

　　在全球固定寬帶無線接入(FBWA)網絡中。3.5GHz固定無線接入是部署最多的網絡。由于其工作的頻段低，傳播特性好，覆蓋范圍遠，因此受到了運營商的青睞。我國在該頻段共分配了2×30MHz的頻率，采取了評選招標的方式為不同運營商分配了頻率。在一期和二期招標中，除了基礎運營商外，多個中小ISP也獲得了頻率許可，如中電華通、廈門金橋、中信網絡等。這些公司主要利用3.5G系統提供中小企業的Internet接入服務。其中，部分公司的業務發展較好，用戶形成了一定規模。在第三期招標中，有五大基礎運營商中標，包括中國電信、中國網通、中國移動、中國聯通和中國鐵通。這些運營商在獲得頻率許可的城市都已經開始了網絡建設。

　　與同類技術相比，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中，將可用頻率劃分成了3個10.5MHz的頻率塊，在每個城市，每個運營商僅可以申請一個頻率塊，也就是說在每個城市最多有三個運營商可以同時利用3.5GHz頻率資源提供無線接入服務。目前，絕大多數設備采用了3.5MHz信道帶寬，這實際上就意味著運營商在一個地區只能用三個頻點組網，對大規模組網形成了一定的難度。

　　與3.5GHz固定無線接入技術相比，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，造成在網絡規劃時必須為了保證可用性而犧牲傳輸距離。因此，LMDS的應用遠不如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方式，而是采取了指配方式，批準了中國網通、中國電信、中國移動和中國聯通四大運營商在指定的城市開展商用試驗，分別對不同環境下的LMDS組網進行了試驗。LMDS設備信道帶寬以28MHz和14MHz居多，單扇區單載波可以提供30m以上的速率，因此面向的用戶群主要是業務需求較大的企業客戶。運營商利用LMDS技術為大客戶提供綜合接入，解決基站互連、數據接入等。LMDS技術在我國的發展一直比較平穩，技術的因素和設備成本因素一定程度上限制了LMDS的應用。

　　2.WLAN技術

　　無線局域網(WLAN)是一種局域網技術，與有線局域網的不同主要體現在便攜性上。WLAN技術近兩年發展較為迅速，由于IEEE802.11的標準成功解決了空中接口兼容性問題，促進了無線局域網終端和接入點(AP)的互通，因此WLAN設備成本下降很快，應用也非常廣泛。WLAN在企業網中和公眾網中都有應用，主要面向個人用戶，公眾熱點一般部署在商旅人士經常出入的場所或數據業務需求較大的公共場合，如機場、會議中心、展覽館、賓館等。

　　從全球WLAN的運營來看，國外很多地區尤其是歐洲、北美等已經部署了很多WLAN熱點，可以為用戶提供方便的接入服務。我國的熱點建設從2002年開始，截止到2004年上半年，各運營商投入運營的熱點數量共約1700多個，其中以中國移動的熱點數據多。雖然WLAN的公眾熱點數在增多，但是對于WLAN技術，由于每個AP的覆蓋范圍有限，因此整個熱點內AP的互聯也需要有線網絡設施的支撐，對網絡整體投資有一定的要求，WLAN的運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的比較。每種無線接入技術由于其工作頻段、技術特點的不同，應用的場合也不同。

　　表1　幾種無線接入技術的比較

	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
技術特點	系統容量低，覆蓋范圍遠，不支持任何移動性	系統容量大，要求視距傳輸，不支持任何移動性	覆蓋半徑在100m以內，支持游牧性
標準和設備的成熟度	空中接口不開放，設備實現方式有多種，包括電路型，純IP型與混合型	空中接口不開放，設備實現較統一，主要采用ATM實現方式	空中接口開放，標準成熟，設備空中接口可以互通
業務	主要面向企業用戶的中低速數據業務	主要面向企業用戶的綜合接入	主要面向個人用戶提供數據業務
應用場合	彌補新運營商有線資源的匱乏，利用無線接入安裝迅速，部署快的優點，爭取用戶	彌補新運營商有線資源的匱乏，面向帶寬需求大的客戶群	適應移動商務用戶對游牧狀態下的寬帶接入需求

　　三、IEEE802.16標準

　　IEEE802.16標準在2004年引起了人們很大的關注。其實，IEEE早在1999年就已經成立了802.16工作組，負責進行固定無線接入空中接口標準的規范，但是并沒有引起人們的注意。直到802.16開始轉向制定支持移動特性的無線接入標準，以及推動IEEE802.16應用的WiMAX論壇的成立，加之多個大公司的強力支持，情況就發生了很大變化，802.16尤其是802.16e技術引起了很大的關注和爭議。

　　1.技術特征

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

　　802.16d的初衷是統一固定無線接入的空中接口。該標準可以應用于2-11GHz非視距(NLOS)傳輸和10-66GHz視距(LOS)傳輸，已經于2004年6月正式批準。

　　802.16e的目標是能夠向下兼容802.16d，因此802.16e的標準化工作基本上是在802.16d的基礎上進行的。在802.16d固定無線接入標準研制的基礎上，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標準預計2005年上半年將會完成標準化。

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

　　2.物理層

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

　　802.16d未規定具體的信道帶寬，系統可以采用從1.25-20MHz之間的帶寬。隨著802.16d標準化工作的完成，WiMAX已經決定首先對采用256點OFDM物理層方式，工作在2.5GHz和3.5GHz許可頻段、5.8GHz免許可頻段的設備進行一致性和互操作性測試。預計在2005年上半年將會出現802.16d的設備，WiMAX的認證也將在設備出現后展開。

　　802.16e的物理層實現方式與802.16d是基本一致的，主要差別是對OFDMA進行了擴展。在802.16d中，僅規定了2048點OFDMA。而在802.16e中，可以支持2048點、1024點、512點和128點，以適應不同地理區域從20MHz到1.25MHz的信道帶寬差異。

　　3.MAC層

　　802.16MAC層是基于“連接”的，即所有終端的數據業務以及與此相關的QoS要求都是基于“連接”進行的。每一個“連接”均由一個標識符來惟一進行標識。在802.16標準中，MAC層定義了較為完整的QoS機制。MAC層針對每個連接可以分別設置不同的QoS參數，包括速率、延時等指標。為了更好地控制上行數據的帶寬分配，MAC層定義了四種不同的上行帶寬調度模式，可以根據業務的需要提供實時、非實時的不同速率要求的數據傳輸服務。

　　四、寬帶無線接入的發展趨勢

　　寬帶無線接入技術經過近幾年的發展，已經形成了一定的產業規模。隨著新的技術涌現，寬帶無線接入的傳輸能力在不斷增強，接口更加開放，技術的發展正經歷從固定到移動的發展過程。

　　在無線通信中，對于10GHz頻段以下的通信系統必須考慮多徑衰落，利用OFDM(正交頻分復用)調制技術可以有效地提高系統的抗多徑干擾能力，擴大設備的適用范圍。OFDM調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勢，可以提高系統的非視距傳播能力。在現有3.5GHz和5.8GHz無線接入產品中，已經有很多廠家推出了基于OFDM的系統，并且在商用網絡中獲得了一定程度的應用。對于無線局域網，兩種主流的物理層IEEE 802.11a和IEEE802.11g標準都采用了OFDM調制方式。前面已經提到，802.16標準也把OFDM作為主流的物理層實現方式。

　　寬帶無線接入的標準化工作正在向前推進。原來的固定無線接入技術缺乏統一標準，不同廠家的設備無法互通。新的802.16標準能夠保證接口開放，可以促進產品成本的下降，推進產業的進一步發展。802.16e既能提供高速數據業務又支持移動性，被業界視為可能對3G構成競爭的新的寬帶無線接入技術。802.16e在一定程度上和3G的業務能力有所重疊，但是二者的標準化程度、成熟度、產業化、技術定位等存在一定的差別。802.16e技術的未來發展還受多種因素的影響，如產業政策、頻譜資源、運營商的網絡現狀和演進發展策略等。在未來的技術發展過程中，不同的寬帶無線接入技術必將共同發展，互為補充，面向不同的用戶提供服務。

　　
摘自　泰爾網

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