無(wú)線(xiàn)接入新技術(shù)應用研究

2 無(wú)線(xiàn)接入新技術(shù)
無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)(又稱(chēng)空中接口)是無(wú)線(xiàn)通信的關(guān)鍵問(wèn)題，它即通過(guò)無(wú)線(xiàn)介質(zhì)連接用戶(hù)終端與網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，實(shí)現用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò )間的信息傳遞。無(wú)線(xiàn)信道傳輸的信號應遵循一定的協(xié)議，這些協(xié)議即構成無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的主要內容。無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)與有線(xiàn)接入技術(shù)的一個(gè)重要區別是可向用戶(hù)提供移動(dòng)接入業(yè)務(wù)。
隨著(zhù)信息社會(huì )的到來(lái)以及人們對通信業(yè)務(wù)的個(gè)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(wú)線(xiàn)接入系統是基于分組交換結構，是一種點(diǎn)對多點(diǎn)工作方式，由一個(gè)中心站和許多用戶(hù)站組成。在眾多解決方案中，寬帶無(wú)線(xiàn)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據傳輸等特點(diǎn)構成其在競爭中的某些優(yōu)勢。由此可見(jiàn)，寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)有著(zhù)必然的市場(chǎng)發(fā)展空間。
2．1 UWB
超寬帶(Ultra Wide Band，簡(jiǎn)稱(chēng)UWB)無(wú)線(xiàn)技術(shù)是一種使用1 GHz以上帶寬的最先進(jìn)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。雖然是無(wú)線(xiàn)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(guò)其中心頻率25％，或者帶寬超過(guò)1．5 GHz的無(wú)線(xiàn)通信系統。UWB依靠持續時(shí)間非常短的基帶脈沖信號(通常10~100ps)傳輸數據，因而占用的頻帶非常寬，通常在幾個(gè)GHz的量級。在很低的功率譜密度情況下，已經(jīng)證實(shí)UWB能在戶(hù)內提供超過(guò)100Mb／s的可靠數據傳輸。除了技術(shù)上的原因，有兩個(gè)主要原因限制了UWB技術(shù)的應用，一是由于它最先用于美國軍事應用：另一個(gè)原因是UWB技術(shù)占用的帶寬非常寬。
UWB的諸多優(yōu)點(diǎn)(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、系統結構簡(jiǎn)單、體積小、成本低)使得UWB系統的實(shí)現細節與傳統的窄帶通信方式有很大差別。但由于受發(fā)射功率的限制，在短距離范圍內提供高速無(wú)線(xiàn)數據傳輸將是UWB的重要應用領(lǐng)域，如當前無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)和無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(WPAN)的各種應用。此外，通過(guò)降低數據率提高應用范圍，UWB在個(gè)人精確定位(如個(gè)人雷達)、安全(如人侵檢測)、傳感器等領(lǐng)域也具有巨大的應用前景。隨著(zhù)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，從而實(shí)現超高速寬帶無(wú)線(xiàn)接入，為用戶(hù)提供諸如視頻分發(fā)和視頻會(huì )議這類(lèi)需要很高QoS的服務(wù)。
2．2 Wi―Fi
無(wú)線(xiàn)保真(Wireless Fidelity，簡(jiǎn)稱(chēng)Wi-Fi)技術(shù)包括己批準的IEEE 802．11a、b和g規范以及未批準的802．11n規范。Wi―Fi技術(shù)不斷進(jìn)步，適用于許多應用場(chǎng)合，例如建立在基于PC設備、移動(dòng)電話(huà)和消費電子產(chǎn)品等的語(yǔ)音和多媒體應用。802．11n規范還能顯著(zhù)增加Wi-Fi技術(shù)帶來(lái)的產(chǎn)出。嚙合網(wǎng)絡(luò )進(jìn)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(diǎn)覆蓋在內的各種應用的適用性。Wi-Fi技術(shù)繼續穩定演進(jìn)，在未來(lái)幾年內，為刺激產(chǎn)品開(kāi)發(fā)創(chuàng )新鋪平道路。
Wi―Fi與有線(xiàn)接人技術(shù)相比，其特點(diǎn)和優(yōu)勢主要體現在：用戶(hù)移動(dòng)性在有線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )中，用戶(hù)只能在具有信息點(diǎn)的位置上網(wǎng)，限制了終端用戶(hù)的活動(dòng)范圍。而Wi―Fi建成后，能提供漫游服務(wù)，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)信號覆蓋區域內的任何位置都可以接入網(wǎng)絡(luò )，使用戶(hù)真正實(shí)現隨時(shí)、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)建設便捷性免去網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)等工作，一般只需安裝一個(gè)或多個(gè)無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)節點(diǎn)AP設備，就可以解決一個(gè)區域的上網(wǎng)問(wèn)題。
(2)投資經(jīng)濟性 當用戶(hù)數量增加時(shí)，只需再增加幾個(gè)AP設備，而無(wú)需重新布線(xiàn)，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，能夠將WLAN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)應用到WLAN中，這樣就形成無(wú)縫覆蓋。
(4)可靠性通過(guò)使用和以太網(wǎng)相類(lèi)似的連接協(xié)議和數據包確認，提供可靠的數據傳送和網(wǎng)絡(luò )帶寬的有效使用。
(5)高移動(dòng)性在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)信號覆蓋范圍內，各節點(diǎn)不受地理位置限制任意移動(dòng)，并都可接入網(wǎng)絡(luò )，能夠在不同運營(yíng)商和不同國家的網(wǎng)絡(luò )間漫游。
這些技術(shù)特點(diǎn)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(jiǎn)稱(chēng)WiMAX)是基于IEEE 802．16標準的寬帶無(wú)線(xiàn)接入城域網(wǎng)技術(shù)。能夠在城域網(wǎng)一點(diǎn)對多點(diǎn)的多廠(chǎng)商環(huán)境下，提供一種有效互操作寬帶無(wú)線(xiàn)接入手段。作為一個(gè)支持移動(dòng)的廣域網(wǎng)無(wú)線(xiàn)系統，WiMAX系統切換底層過(guò)程與傳統蜂窩網(wǎng)絡(luò )有一定的相似性，盡管在一些細節上有所不同．但也包括了切換前的測量和觸發(fā)、切換發(fā)生和處理、切換后的數據轉發(fā)等過(guò)程。定位于城域范圍內的最后一公里寬帶無(wú)線(xiàn)接入問(wèn)題，其基站可覆蓋約5 km的范圍(定點(diǎn)情況)，實(shí)現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(diǎn)，WiMAX被普遍認為是未來(lái)最有前途的寬帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)之一。與其他無(wú)線(xiàn)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(guò)物理層采用先進(jìn)的正交頻分復用、多天線(xiàn)技術(shù)以及靈活的編碼調制方式，WiMAX系統的頻譜利用率顯著(zhù)提高，同時(shí)可支持非視距通信和無(wú)縫覆蓋。使用20 MHz帶寬時(shí)最高數據傳輸速率達75Mb／s，是3 G所能提供的30倍。同時(shí)，WiMAX采用宏小區方式，視距傳輸下每個(gè)基站的最遠覆蓋半徑可達50 km，典型覆蓋半徑為6~10 km，只要建設少數基站就能實(shí)現全城覆蓋。
(2)較高的數據安全性安全性是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。802．16在介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制MAC層中定義了一個(gè)加密子層，為信息傳輸提供鑒權、加密和保密的管理機制。
(3)完善的QoS機制 在物理層，可以根據實(shí)際情況靈活選擇多種調制方式，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(zhù)傳輸信道狀態(tài)發(fā)生變化。MAC層的一個(gè)重要特點(diǎn)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(lèi)型具有不同的服務(wù)質(zhì)量參數，可以通過(guò)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802．16設備可以作為一個(gè)路由器接入現有的IP網(wǎng)絡(luò )，與現有網(wǎng)絡(luò )實(shí)現互聯(lián)互通，同時(shí)也可與下一代網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫融合。
(5)提供廣泛的多媒體通信服務(wù)WiMAX可分別為用戶(hù)提供高質(zhì)量的視頻和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，普通質(zhì)量的視頻和語(yǔ)音業(yè)務(wù)、以及無(wú)質(zhì)量保證的Internet等業(yè)務(wù)，并可根據業(yè)務(wù)的實(shí)際需要動(dòng)態(tài)按需分配帶寬，靈活性較大。
(6)開(kāi)銷(xiāo)及投資風(fēng)險小標準化的空中接口和技術(shù)規范，使不同設備制造商的產(chǎn)品可以互通，降低運營(yíng)商對單一廠(chǎng)商設備的依賴(lài)性，從而降低投資成本和風(fēng)險。
(7)部署靈活，配置伸縮性強，可平滑升級根據業(yè)務(wù)需求區域靈活部署基站，網(wǎng)絡(luò )建設初期，可選用最小配置，根據業(yè)務(wù)增長(cháng)，逐步增加設備。在實(shí)現了數據分組化、接入寬帶化和終端移動(dòng)化三者合一的基礎上，WiMAX技術(shù)提供了比其
他無(wú)線(xiàn)系統更具優(yōu)勢的覆蓋范圍、傳輸速率和QoS保障。

3 Wi―Fi與WiMAX的應用比較
眾所周知，Wi―Fi主要應用于公眾服務(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(lái)，WiMAX異軍突起，它作為一種無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)，可以將Wi-Fi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為數字用戶(hù)線(xiàn)路(Digital Subsclfiber Line，簡(jiǎn)稱(chēng)DSL)等有線(xiàn)接入方式的無(wú)線(xiàn)擴展，實(shí)現“最后一公里”的寬帶接入。WiMAX(移動(dòng))主要提供移動(dòng)寬帶數據接入服務(wù)，具有更遠的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更高的接入速度，并能全面兼容現有Wi―Fi。中國無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境和業(yè)務(wù)需求多種多樣，針對WiMAX具有數據速率高和覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，有機地將WiMAX技術(shù)融合到現有和即將建設的Wi―Fi、3G、有線(xiàn)接入網(wǎng)中，根據優(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，減少有線(xiàn)線(xiàn)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(wèn)題，因而具有不同的定位和用途。在沒(méi)有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的地區，用戶(hù)可直接接入WiMAX網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展數據業(yè)務(wù)。另一方面，Wi―Fi還可通過(guò)室外天線(xiàn)，利用WiMAX技術(shù)直接與骨干網(wǎng)相聯(lián)，無(wú)需有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與骨干網(wǎng)相連，從而大大減少覆設有線(xiàn)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。