主流無線接入技術及其發展特點

2019-11-05 02:20:38

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　摘要：本文從無線接入技術發展的特點，無線接入系統在通信網中的定位，目前主流無線接入技術等方面，具體地介紹了無線接入技術。

要害詞：無線接入。

國際電聯標準部（ITU—T）根據近年來電信網的發展演變趨勢，提出了接入網的概念。

從整個電信網的角度講，可以將全網劃分為公用網和用戶駐地網（CPN）兩大塊，其中CPN屬用戶所有，因而，通常意義的電信網指公用電信網部分。公用電信網又可以劃分為長途網、中繼網和接入網3部分。長途網和中繼網合并稱為核心網。相對于核心網，接入網介于本地交換機和用戶之間，主要完成使用戶接入到核心網的任務，接入網由業務節點接口（SNI）和用戶網絡接口（UNI）之間一系列傳送設備組成。

接入技術可以分為有線接入技術和無線接入技術兩大類。

一、無線接入技術發展的特點

首先，話音通信和寬帶數據通信逐漸無線化。隨著固定無線接入系統和移動通信系統在技術和市場方面的發展，通過無線方式進行通信的用戶數量急劇增長，在幾年后，無線話音通信和窄帶數據通信的用戶數量將可能超過有線用戶。目前在中國的部分地區，移動電話用戶的增長數量已超過有線電話用戶的增長。

由于固定無線接入系統和移動通信系統可滿足用戶的個人通信需求和達到普及電話通信的目的，因此，無線通信方式將是話音通信和數據通信的主要通信手段。

其次，無線通信須適應ＩP業務的發展。隨著計算機的普及和電子商務等新業務的發展，數據通信業務量正以指數規律增長，其中使用ＩＰ協議進行數據通信的業務量更是急劇增加。中國電信、中國聯通、中國吉通等運營商推出的ＩＰ電話業務發展勢頭良好。固定無線接入系統和移動通信系統須適應ＩＰ通信業務發展的需求，并逐漸向高速、寬帶通信網推進。

再次，無線通信與有線通信始終在互補支持發展。與無線通信相比，有線通信具有容量大、速率高、寬頻帶和傳輸質量穩定的特點，能滿足高速數據通信和寬帶多媒體業務的通信需求。在無線通信方面，第三代移動通信擬達到的目標是靜止狀態下為2Mbit/s，１０ＧＨz頻段下的固定無線接入通信已可實現20Mbit/s左右或更高速率。更高頻段的無線接入亦在向更高速率邁進，無線通信正利用其實現個人通信的優勢始終與有線通信在互補支持發展著。

二、無線接入系統在通信網中的定位

任何通信技術，都應明確其在通信網中的適用范圍、功能、作用及特點，這樣才能制定科學、公平、合理的治理政策。

無線接入技術的主要作用是，在一定條件下，用于提供本地交換局至用戶終端之間的通信傳輸，但不提供局間漫游服務。在建筑物內或局部區域，可通過移動終端提供服務。在地形復雜的山區、海島或用戶稀少、分散的農村地區，鋪設有線電纜比較困難、投資大，用戶經濟實力較低，只有選用無線接入技術，才能解決電話普及與運營企業的經濟效益的矛盾。在碰到洪水、地震、臺風等自然災難時，無線接入系統可作為有線通信網的臨時應急系統快速提供基本業務服務。

隨著中國通信事業的發展和即將加入ＷＴＯ，答應經營通信業務的企業陸續出現。對于這類不具備有線管網等基礎設施的通信企業來說，無線接入系統是其迅速進入市場或擴大市場份額的有效技術之一。在通信網中，無線接入系統的定位是：本地通信網的部分，是本地有線通信網的延伸、補充和臨時應急系統。

三、目前主流無線接入技術

1．MMDS接入技術

MMDS(Multichannel Microwave Distribution System )多路微波分配系統已成為有線電視系統的重要組成部分，MMDS是以傳送電視節目為目的，模擬MMDS只能傳8套節目，隨著數字圖像/聲音技術和對高速數據的社會需求的出現，模擬MMDS正在向數字MMDS過渡。美國的數字MMDS由于有31個頻點，可以傳送MPEG-2壓縮的上百套電視節目和聲音廣播節目。它還可以在此基礎上增加單向或雙向的高速英特網業務。

MMDS的頻率是2.5～2.7MHz。它的優點是：雨衰可以忽略不計；器件成熟；設備成本低。它的不足是帶寬有限，僅200MHz。許多通信公司看中用LMDS技術來作為數據、話音和視頻的雙向無線高速接入網。但由于MMDS的成本遠低于LMDS，技術也更成熟，因而通信公司愿意從MMDS入手。它們正在通過數字MMDS開展無線雙向高速數據業務，主要是雙向無線高速英特網業務。

最近，我國有的大城市已經成功地建成了數字MMDS系統，并且已經投入使用。不僅傳送多套電視節目，同時還將傳送高速數據，成為我國數字MMDS應用的先驅。數字MMDS不應該單純為了多傳電視節目，而應該充分發揮數字系統的功能，同時傳送高速數據，開展增值業務。高速數據業務能促進地區經濟的發展，同時也為MMDS經營者帶來更大的經濟效益。因為數據業務的收入遠高于電視業務的收入。

2．LMDS接入技術

本地多點分配業務LMDS (Local Multipoint Distribution Service) 工作在20~40GHz頻帶上，傳輸容量可與光纖比擬，同時又兼有無線通信經濟和易于實施等優點。

LMDS基于MPEG技術，從微波視頻分布系統(Microwave Video Distribution System， MVDS)發展而來。作為一種新興的寬帶無線接入技術，LMDS為“最后一公里”寬帶接入和交互式多媒體應用提供經濟和簡便的解決方案，它的寬帶屬性使其可以提供大量電信服務和應用。

一個完整的LMDS系統由四部分組成，分別是本地光纖骨干網、網絡運營中心(NOC)、基站系統、用戶端設備(CPE)。

LMDS的特點是：

1）LMDS的帶寬可與光纖相比擬，實現無線“光纖”到樓，可用頻帶至少1GHz。與其他接入技術相比，LMDS是最后一公里光纖的靈活替代技術。

（2）光纖傳輸速率高達Gb/s，而LMDS傳輸速率可達155Mb/s，穩居第二。

（3） LMDS可支持所有主要的話音和數據傳輸標準，如ATM、TCP/IP、MPEG-2等。

（4） LMDS工作在毫米波波段、20~ 40GHz頻率上，被許可的頻率是24GHz、28GHz、31GHz、38GHz，其中以28GHz獲得的許可較多，該頻段具有較寬松的頻譜范圍，最有潛力提供多種業務。

LMDS的缺點是：

（1）傳輸距離很短，僅5～6Km左右，因而不得不采用多個小蜂窩結構來覆蓋一個城市。

（2）多蜂窩系統復雜。

（3）設備成本高。

（4）雨衰太大，降雨時很難工作。

目前LMDS基本上還處于試用階段，而不少的制造商則把為LMDS開發的技術使用到2.5～2.7MHz和3.4～3.6MHz頻率的產品上，出現了新一代的無線雙向寬帶接入技術。

LMDS系統工作在10、24、26、28、31、38GHz頻段，在歐洲和北美已有多個頻段得到了批準和使用，在中國，LMDS頻率標準還未出臺，但24~26GHz、38~40GHz已被批準用于試驗。

3．衛星通信接入技術

在我國復雜的地理條件下，采用衛星通信技術是一種有效方案。在廣播電視領域中，直播衛星電視是利用工作在專用衛星廣播頻段的廣播衛星，將廣播電視節目或聲音廣播直接送到家庭的一種廣播方式。

隨著Internet的快速發展，利用衛星的寬帶IP多媒體廣播解決Internet帶寬的瓶頸問題，通過衛星進行多媒體廣播的寬帶IP系統逐漸引起了人們的重視，寬帶IP系統提供的多媒體（音頻、視頻、數據等）信息和高速Internet接入等服務已經在商業運營中取得一定成效。由于衛星廣播具有覆蓋面大，傳輸距離遠，不受地理條件限制等優點，利用衛星通信作為寬帶接入網技術，將有很大的發展前景。目前，已有網絡使用衛星通信的VSAT技術，發揮其非對稱特點，即上行檢索使用地面電話線或數據電路，而下行則以衛星通信高速率傳輸，可用于提供ISP的雙向傳輸。

衛星通信在Internet接入網中的應用，在國外已很廣泛，而我國也從1999年起，開始利用美國休斯公司DirecPC技術解決Internet下載瓶頸問題。另外，雙威通信網絡與首創公司已達成協議，雙方各自利用無線接入技術和光纜等專線資源，共同為用戶提供寬帶互聯網接入服務。這標志著衛星傳送已進入首都信息平臺。其上行通過現有的163撥號或專線TCP/IP網絡傳送，下行信息通過54MHz衛星帶寬廣播發送，這樣用戶可享受比傳統Modem高出8倍的速率，達到400kb/s的瀏覽速度、3Mb/s的下載速度，為用戶節省60%以上的上網時間，還可以享受寬帶視頻、音頻多點傳送服務。衛星通信技術用于Internet的前景非?？春?，相信不久之后，新一代低成本的雙向IPVSAT將投入市場。

4．不可見光纖無線系統

不可見光纖無線系統是一種采用連續點串接網絡結構組成自愈環工作的寬帶無線接入系統，兼有SDH自愈環的高可用性能和無線接入的靈活配置特性，可應用于28GHz、29GHz、31GHz和38GHz等毫米波段。系統通路帶寬為50MHz，前向糾錯采用RS和格柵碼調制。當通路調制采用32QAM時，可以提供155Mb/s全雙工SDH信號接口,用戶之間通過標準155Mb/s, 1310nm單模光纖接口互連；當通路調制采用8psk時，可以提供兩個100Mb/s全雙工快速以太網信號接口，用戶之間通過標準100Mb/s,1310nm多模光纖接口互連。

該系統不同于多點的LMDS，采用環形拓撲結構，當需要擴容時，可以分拆環或在POP點增加新環。系統的頻譜效率很高，運營者可重復使用一對射頻信道給業務區的所有用戶提供服務。該系統采用有效的動態功率電平調節和向前糾錯技術，具有優良的抗雨衰能力?？蔀橛脩籼峁拵nternet接入，增值業務，會議電視，遠程教學，VoIP，專線服務以及傳統的電話服務等，是一種在企事業市場上有競爭力的新技術。

5．GSM接入技術

該技術是目前個人通信的一種常見技術代表。它用的是窄帶TDMA，答應在一個射頻(即‘蜂窩’)同時進行8組通話。它是根據歐洲標準而確定的頻率范圍在900～1800MHz之間的數字移動電話系統，頻率為1800MHz的系統也被美國采納。GSM是1991年開始投入使用的。到1997年底，已經在100多個國家運營，成為歐洲和亞洲實際上的標準。GSM數字網也具有較強的保密性和抗干擾性，音質清楚，通話穩定，并具備容量大，頻率資源利用率高，接口開放，功能強大等優點。

6．CDMA接入技術

CDMA與GSM一樣，也是屬于一種比較成熟的無線通信技術，CDMA的運作是利用展頻(SPRead Spectrum)技術，所謂的展頻就是將所想要傳遞的信息加入一個特定的信號后，在一個比原來信號還大的寬帶上傳輸開來。當基地接受到信號后，再將此特定信號刪除還原成原來的信號。這樣做的好處在于其隱密性與安全性好。與使用Time－Division Multiplexing (TDM)的競爭對手(如GSM)不同，CDMA并不給每一個通話者分配一個確定的頻率，而是讓每一個頻道使用所能提供的全部頻譜。CDMA數字網具有以下幾個優勢：高效的頻帶利用率和更大的網絡容量、簡化網絡規化、提高通話質量、增強保密性、提高覆蓋特性、延長用戶通話時間、軟音量和“軟”切換，另外CDMA手機話音清楚，接近有線電話，信號覆蓋好，不易掉話。另外CDMA系統采用編碼技術，其編碼有４.４億種數字排列，每部手機的編碼還隨時變化，使盜碼只能成為理論上的可能，一部CDMA手機與其它手機并機的可能性是微乎其微的。

7．GPRS接入技術

相對原來GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方式，GPRS是分組交換技術。由于使用了“分組”的技術，用戶上網可以免受斷線的痛苦(情形大概就跟使用了下載軟件NetAnts差不多)。此外，使用GPRS上網的方法與WAP并不同，用WAP上網就如在家中上網，先“撥號連接”，而上網后便不能同時使用該電話線，但GPRS就較為優越，下載資料和通話是可以同時進行的。從技術上來說，聲音的傳送(即通話)繼續使用GSM，而數據的傳送便可使用GPRS，這樣的話，就把移動電話的應用提升到一個更高的層次。而且發展GPRS技術也十分“經濟”，因為只須沿用現有的GSM網絡來發展即可。GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機發送及接收電子郵件，在互聯網上瀏覽等。

現在手機上網的口號就是“always on line”、“IP in hand”，使用了GPRS后，數據實現分組發送和接受，這同時意味著用戶總是在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。對于繼續處在難產狀態的中國移動／聯通WAP資費政策，假如將CSD(電路交換數據，即通常說的撥號數據，歐亞WAP業務所采用的承載方式)承載改為在GPRS上實現，則意味著由數十人共同來承擔原來一人的成本。

GPRS的最大優勢在于：它的數據傳輸速度不是WAP所能比擬的。目前的GSM移動通信網的傳輸速度為每秒9.6K字節，GPRS手機在今年年初推出時已達到56Kbps的傳輸速度，到現在更是達到了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的兩倍)。除了速度上的優勢，GPRS還有“永遠在線的特點”，即用戶隨時與網絡保持聯系。舉個例子，用戶訪問互聯網時，點擊一個超級鏈接，手機就在無線信道上發送和接受數據，主頁下載到本地后，沒有數據傳送，手機就進入一種“準休眠”狀態，手機釋放所用的無線頻道給其他用戶使用，這時網絡與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當用戶再次點擊，手機立即向網絡請求無線頻道用來傳送數據，而不象普通撥號上網那樣斷線后還得重新撥號才能上網沖浪。

8．CDPD接入技術

CDPD接入技術最大的特點就是傳輸速度快，最高的通信速度可以達到19.2kbps。另外，在數據的安全性方面，由于采用了RC4加密技術，所以安全性相對較高；正反向信道密鑰不對稱，密鑰由交換中心把握，移動終端登錄一次，交換中心自動核對舊密鑰更換新的密鑰一次，實行動態治理。此外，由于CDPD系統是基于TCP/IP的開放系統，因此我們可以很方便地接入Internet，所有基于TCP/IP協議的應用軟件都可以無需修改直接使用；應用軟件開發簡便；移動終端通信編號直接使用IP地址。CDPD系統還支持用戶越區切換和全網漫游、廣播和群呼，支持移動速度達100km/h的數據用戶，可與公用有線數據網絡互聯互通。CDPD網絡在無線數據通信方面具有其他通信方式不具有的特點，例如在資源方面，CDPD作為一個專用數據網絡，它的用戶數可以達到很多，對于每一個PS，可以有15000個用戶登記注冊，對于一個群，用戶數更是多達十幾萬個，而且同時可有二十幾個用戶共享信道，進行數據傳輸；在移動終端方面，CDPD發展到今天，開發終端產品的廠商已經有根多。隨著適于各種應用的終端產品的不斷出現，終端的價格已呈現出了很快的下降趨勢。比之GPRS，CDPD的終端有著很大的價格優勢；在建設成本方面，一般來說，在CDPD的建網初期，基站數不會很多，加上必須的交換機與網管的投資，平攤到每個用戶的成本約為2500～3000元左右。隨著網絡覆蓋規模及網絡容量的擴大，用戶成本會顯著降低。還有最后一個特點需要說明的是，CDPD通信系統便于操作治理，該系統在用戶授權登錄上配置了各種功能。系統本身可以設定答應用戶登錄范圍，并對登錄進行治理。只有授權使用的用戶才能登錄系統。系統可以拒絕付費狀態不好的用戶登錄。CDPD系統在用戶的通信保密上功能非常強。

9．藍牙技術

藍牙的英文名稱為“Bluetooth”，藍牙是丹麥國王Viking(940-981年)的“綽號”。藍牙技術是由移動通信公司與移動計算公司聯合起來開發的傳輸范圍約為10米左右的短距離無線通信標準，用來設計在便攜式計算機、移動電話以及其他的移動設備之間建立起一種小型、經濟、短距離的無線鏈路。藍牙協議能使包括蜂窩電話、掌上電腦、筆記本電腦、相關外設和家庭Hub等包括家庭RF的眾多設備之間進行信息交換。藍牙應用于手機與計算機的相連，可節省手機費用，實現數據共享、因特網接入、無線免提、同步資料、影像傳遞等。

雖然藍牙在多向性傳輸方面上具有較大的優勢，但也需防止信息的誤傳和被截??；藍牙具有全方位的特性，若是設備眾多，識別方法和速度會出現問題；藍牙具有一對多點的數據交換能力，故它需要安全系統來防止未經授權的訪問；藍牙的通信速度為750kbits/s，而現在帶4Mbits/sIR端口的產品比比皆是，最近16Mbits/s的擴展也已經被批準。藍牙是一種新的通訊方式，是信息技術的一次革新；是一個新市場，新經濟增長點；是一個新機遇、新賣點；它將滲透我們的生活，甚至改變我們的生活方式。

10．HomeRF技術

HomeRF主要為家庭網絡設計，旨在降低語音數據成本。為了實現對數據包的高效傳輸，HomeRF采用了IEEE802.11標準中的CSMA/CA模式，它與CSMA/CD類似，以競爭的方式來獲取對信道的控制權，在一個時間點上只能有一個接入點在網絡中傳輸數據。不像其他的協議，HomeRF提供了對流業務（Stream Media）的真正意義上的支持。由于對流業務規定了高級別的優先權并采用了帶有優先權的重發機制，這樣就確保了實時性流業務所需的帶寬和低干擾、低誤碼。HomeRF工作在2.4GHz頻段,它采用數字跳頻擴頻技術，速率為50跳/s, 共有75個帶寬為1MHz跳頻信道。調制方式為恒定包絡的FSK調制，分為2FSK與4FSK兩種。采用調頻調制可以有效地抑制無線環境下的干擾和衰落。2FSK方式下，最大數據的傳輸速率為1Mb/s,4FSK方式下，速率可達2Mb/s。最新版HomeRF2.x中，采用了WBFH(wide band frequency hopping)技術來增加跳頻帶寬，從原來的1MHz增加到3MHz、5MHz，跳頻的速率也增加到75跳/s,當然其數據峰值也高達10Mb/s,接近.IEEE802.11b標準的11Mb/s,能滿足未來的家庭寬帶通信。它能根據數據傳輸速率動態調整跳頻帶寬。

11．EDGE接入技術

EDGE接入技術是一種有效提高了GPRS信道編碼效率的高速移動數據標準，它答應高達384KbPs的數據傳輸速率，可以充分滿足未來無線多媒體應用的帶寬需求。EDGE提供了一個從GPRS到第三代移動通信的過渡性方案，從而使現有的網絡運營商可以最大限度地利用現有的無線網絡設備，在第三代移動網絡商業化之前提前為用戶提供個人多媒體通信業務。由于GDGE是一種介于現有的第二代移動網絡與第三代移動網絡之間的過渡技術，因此也有人稱它為“二代半”技術。EDGE同樣充分利用了現有的GSM資源，保護了對GSM作出的投資，目前已有的大部分設備都可以繼續在EDGE中使用。EDGE能提供三組業務：EGPRS業務：最大速率≥384kbps 48kbps/BP；T-ECSD業務：透明增強型電路交換業務，最高速率≥32kpbs/Bp；NT-ECSD：非透明增強型電路交換業務，最高速率≥28.8kbps。

12．WCDMA接入技術

WCDMA技術能為用戶帶來了最高2Mbit/s的數據傳輸速率，在這樣的條件下，現在計算機中應用的任何媒體都能通過無線網絡輕松的傳遞。WCDMA的優勢在于，碼片速率高，有效地利用了頻率選擇性分集和空間的接收和發射分集，可以解決多徑問題和衰落問題，采用Turbo信道編解碼，提供較高的數據傳輸速率，FDD制式能夠提供廣域的全覆蓋，下行基站區分采用獨有的小區搜索方法，無需基站間嚴格同步。采用連續導頻技術，能夠支持高速移動終端。相比第二代的移動通信技術，WCDMA具有：更大的系統容量、更優的話音質量、更高的頻譜效率、更快的數據速率、更強的抗衰落能力、更好的抗多徑性、能夠應用于高達500km/h的移動終端的技術優勢，而且能夠從GSM系統進行平滑過渡，保證運營商的投資，為3G運營提供了良好的技術基礎。WCDMA通過有效的利用寬頻帶，不僅能順暢的處理聲音、圖象數據、與互聯網快速連接；此外WCDMA和MPEG-4技術結合起來還可以處理真實的動態圖象。

13．3G通信技術

在上述通信技術的基礎之上，無線通信技術將邁向3G通信技術時代。該技術又稱為國際移動電話2000，該技術規定，移動終端以車速移動時，其傳轉數據速率為144kbps，室外靜止或步行時速率為384kbps，而室內為2Mbps。但這些要求并不意味著用戶可用速率就可以達到2Mbps，因為室內速率還將依靠于建筑物內具體的頻率規劃以及組織與運營商協作的緊密程度。然而，由于無線LAN一類的高速業務的速率已可達54Mbps，在3G網絡全面鋪開時，人們很難猜測2Mbps業務的市場需求將會如何。

14．4G通信技術

在3G技術還沒有最終成型時，人們又開始提出了4G技術。該技術目前還只有一個主題概念，就是無線互聯網技術，可以肯定的是，隨著互聯網高速發展4G也會繼續高速發展；電腦日趨向小型化、簡便化，最終將所有技術整合為一個類似PDA的產品；衛星通訊和空間技術會成為常規技術。而流動通訊應用的相關技術，如更高頻寬的應用、智能訊號處理技術、業務功能綜合能力、網絡技術及衛星技術等亦急速發展。4G技術與3G技術相比,
除了通信速度大為提高之外,還可以借助IP進行通話。第四代移動通信系統技術的國際標準化作業, 將由國際電聯的無線部門(ITUR)負責實施。在不久的將來4G在業務上、功能上、頻寬上均有別于3G，應該將會是將所有無線服務聯合在一起，能在任何地方接入互聯網，包括衛星通訊、定位定時、數據收集、遠程控制等綜合功能。4G將會是多功能集成的寬帶流動通訊系統，是寬帶接入IP的系統。

隨著電話的日益普及和Internet業務的發展，非凡是在中國政府對中國電信進行重組，并同意增加經營ＩＰ電話業務和Internet業務的新電信運營商的形勢下，無線接入市場和無線接入技術作為新業務、新技術，日益受到政府、運營、生產、科研等單位的重視。通過技術交流和相互了解，必將推動我國無線接入技術的普及和提高。

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