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宽带无线接入技术的发展

 

   摘要 介绍了我国各种宽带无线接入技术的发展现状,给出了主流IEEE802.16标准的基本技术特征,分析了宽带无线接入的发展趋势。


关键词 BWA WLAN IEEE802.16


一、引言

随着因特网的飞速发展,各种宽带接入技术开始涌现。其中,以ADSL为代表的有线接入技术发展最为迅速,ADSL已经成为家庭用户宽带接入的主要手段。宽带无线接入技术虽然没有像ADSL技术那样成为主流的接入手段,但是由于它自身的优点,在整个宽带市场中也占据了一席之地,网络规模逐年扩张。本文将对我国宽带无线接入技术的发展进行介绍。


二、宽带无线接入的发展现状

  与传统仅提供窄带话音业务的无线接入技术不同,宽带无线接入技术(BWA)面向的主要应用是IP数据接入和话音接入。BWA的出现源于Internet的发展和用户对宽带数据需求的不断增长。各个国家从1999年开始纷纷为BWA分配频率,其中主要包括2.5GHz,3.5GHz,5GHz,24GHz,26GHz等频段。北美国家主要分配了2.5GHz,欧洲的国家则主要分配了3.5GHz频率资源。20GHz以上的宽带无线接入技术统称为本地多点分配技术(LMDS)。我国为BWA分配的频率资源包括3.5GHz,5.8GHz,26GHz LMDS,其中5.8GHz为扩频通信系统、宽带无线接入系统、高速无线局域网、蓝牙系统等共享的频段,其余两个频带则是宽带无线接入专有频带。

  1.FBWA技术

  在全球固定宽带无线接入(FBWA)网络中。3.5GHz固定无线接入是部署最多的网络。由于其工作的频段低,传播特性好,覆盖范围远,因此受到了运营商的青睐。我国在该频段共分配了2×30MHz的频率,采取了评选招标的方式为不同运营商分配了频率。在一期和二期招标中,除了基础运营商外,多个中小ISP也获得了频率许可,如中电华通、厦门金桥、中信网络等。这些公司主要利用3.5G系统提供中小企业的Internet接入服务。其中,部分公司的业务发展较好,用户形成了一定规模。在第三期招标中,有五大基础运营商中标,包括中国电信、中国网通、中国移动、中国联通和中国铁通。这些运营商在获得频率许可的城市都已经开始了网络建设。

  与同类技术相比,3.5GHz频段可用的频率资源较少。我国政府在二期和三期招标中,将可用频率划分成了3个10.5MHz的频率块,在每个城市,每个运营商仅可以申请一个频率块,也就是说在每个城市最多有三个运营商可以同时利用3.5GHz频率资源提供无线接入服务。目前,绝大多数设备采用了3.5MHz信道带宽,这实际上就意味着运营商在一个地区只能用三个频点组网,对大规模组网形成了一定的难度。

  与3.5GHz固定无线接入技术相比,LMDS由于工作频率较高,可用频率多,因此带宽大。但是LMDS要求必须视距传播,对基站和远端站选址提出了要求。且该频段无线传输很容易受到降雨的影响,造成在网络规划时必须为了保证可用性而牺牲传输距离。因此,LMDS的应用远不如3.5GHz固定无线接入那么广泛。

  对于LMDS频率资源的分配,我国没有采取频率招标方式,而是采取了指配方式,批准了中国网通、中国电信、中国移动和中国联通四大运营商在指定的城市开展商用试验,分别对不同环境下的LMDS组网进行了试验。LMDS设备信道带宽以28MHz和14MHz居多,单扇区单载波可以提供30m以上的速率,因此面向的用户群主要是业务需求较大的企业客户。运营商利用LMDS技术为大客户提供综合接入,解决基站互连、数据接入等。LMDS技术在我国的发展一直比较平稳,技术的因素和设备成本因素一定程度上限制了LMDS的应用。

  2.WLAN技术

  无线局域网(WLAN)是一种局域网技术,与有线局域网的不同主要体现在便携性上。WLAN技术近两年发展较为迅速,由于IEEE802.11的标准成功解决了空中接口兼容性问题,促进了无线局域网终端和接入点(AP)的互通,因此WLAN设备成本下降很快,应用也非常广泛。WLAN在企业网中和公众网中都有应用,主要面向个人用户,公众热点一般部署在商旅人士经常出入的场所或数据业务需求较大的公共场合,如机场、会议中心、展览馆、宾馆等。

  从全球WLAN的运营来看,国外很多地区尤其是欧洲、北美等已经部署了很多WLAN热点,可以为用户提供方便的接入服务。我国的热点建设从2002年开始,截止到2004年上半年,各运营商投入运营的热点数量共约1700多个,其中以中国移动的热点数据多。虽然WLAN的公众热点数在增多,但是对于WLAN技术,由于每个AP的覆盖范围有限,因此整个热点内AP的互联也需要有线网络设施的支撑,对网络整体投资有一定的要求,WLAN的运营模式和盈利模式仍然有很多值得探讨的问题。

  表1是对以上谈到的几种无线接入技术的比较。每种无线接入技术由于其工作频段、技术特点的不同,应用的场合也不同。

表1 几种无线接入技术的比较
 
3.5GHz固定无线接入 
LMDS 
WLAN

工作频带 
3.5GHz 
26GHz 
2.4GHz ISM频段或者5.8GHz频段

技术特点 
系统容量低,覆盖范围远,不支持任何移动性 
系统容量大,要求视距传输,不支持任何移动性 
覆盖半径在100m以内,支持游牧性

标准和设备的成熟度 
空中接口不开放,设备实现方式有多种,包括电路型,纯IP型与混合型 
空中接口不开放,设备实现较统一,主要采用ATM实现方式 
空中接口开放,标准成熟,设备空中接口可以互通

业务 
主要面向企业用户的中低速数据业务 
主要面向企业用户的综合接入 
主要面向个人用户提供数据业务

应用场合 
弥补新运营商有线资源的匮乏,利用无线接入安装迅速,部署快的优点,争取用户 
弥补新运营商有线资源的匮乏,面向带宽需求大的客户群 
适应移动商务用户对游牧状态下的宽带接入需求

 

三、IEEE802.16标准

  IEEE802.16标准在2004年引起了人们很大的关注。其实,IEEE早在1999年就已经成立了802.16工作组,负责进行固定无线接入空中接口标准的规范,但是并没有引起人们的注意。直到802.16开始转向制定支持移动特性的无线接入标准,以及推动IEEE802.16应用的WiMAX论坛的成立,加之多个大公司的强力支持,情况就发生了很大变化,802.16尤其是802.16e技术引起了很大的关注和争议。

  1.技术特征

  目前,IEEE802.16主要的标准包括802.16d和802.16e,其中802.16d是固定无线接入的标准,802.16e则是支持移动特性的标准。

  802.16d的初衷是统一固定无线接入的空中接口。该标准可以应用于2-11GHz非视距(NLOS)传输和10-66GHz视距(LOS)传输,已经于2004年6月正式批准。

  802.16e的目标是能够向下兼容802.16d,因此802.16e的标准化工作基本上是在802.16d的基础上进行的。在802.16d固定无线接入标准研制的基础上,为了支持移动特性,802.16e目前正在加入新的特性,如切换、安全等。802.16e标准预计2005年上半年将会完成标准化。

  802.16d和802.16e所规定的空中接口均由物理层和媒质接入控制(MAC)层组成,MAC层又分成了三个子层,即业务特定汇聚子层、公共部分子层和安全子层。

  2.物理层

  802.16d可支持TDD(时分双工)和FDD(频分双工)两种无线双工方式,根据使用频段的不同,分别有不同的物理层技术与之相对应,即单载波(SC)、OFDM(256点)、0FDMA(2048点)。其中,10-66GHz固定无线接入系统主要采用单载波调制技术,而对于2-11GHz频段的系统,将主要采用OFDM和OFDMA技术。OFDM和OFDMA具有较高的频谱利用率,且在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上具有明显的优势,因此OFDM和OFDMA是低频段802.16系统采用的主要物理层方式。

  802.16d未规定具体的信道带宽,系统可以采用从1.25-20MHz之间的带宽。随着802.16d标准化工作的完成,WiMAX已经决定首先对采用256点OFDM物理层方式,工作在2.5GHz和3.5GHz许可频段、5.8GHz免许可频段的设备进行一致性和互操作性测试。预计在2005年上半年将会出现802.16d的设备,WiMAX的认证也将在设备出现后展开。

  802.16e的物理层实现方式与802.16d是基本一致的,主要差别是对OFDMA进行了扩展。在802.16d中,仅规定了2048点OFDMA。而在802.16e中,可以支持2048点、1024点、512点和128点,以适应不同地理区域从20MHz到1.25MHz的信道带宽差异。

  3.MAC层

  802.16MAC层是基于“连接”的,即所有终端的数据业务以及与此相关的QoS要求都是基于“连接”进行的。每一个“连接”均由一个标识符来惟一进行标识。在802.16标准中,MAC层定义了较为完整的QoS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数,包括速率、延时等指标。为了更好地控制上行数据的带宽分配,MAC层定义了四种不同的上行带宽调度模式,可以根据业务的需要提供实时、非实时的不同速率要求的数据传输服务。


四、宽带无线接入的发展趋势

  宽带无线接入技术经过近几年的发展,已经形成了一定的产业规模。随着新的技术涌现,宽带无线接入的传输能力在不断增强,接口更加开放,技术的发展正经历从固定到移动的发展过程。

  在无线通信中,对于10GHz频段以下的通信系统必须考虑多径衰落,利用OFDM(正交频分复用)调制技术可以有效地提高系统的抗多径干扰能力,扩大设备的适用范围。OFDM调制方式具有较高的频谱利用率,在抵抗多径衰落、窄带干扰上有明显的优势,可以提高系统的非视距传播能力。在现有3.5GHz和5.8GHz无线接入产品中,已经有很多厂家推出了基于OFDM的系统,并且在商用网络中获得了一定程度的应用。对于无线局域网,两种主流的物理层IEEE 802.11a和IEEE802.11g标准都采用了OFDM调制方式。前面已经提到,802.16标准也把OFDM作为主流的物理层实现方式。
宽带无线接入的标准化工作正在向前推进。原来的固定无线接入技术缺乏统一标准,不同厂家的设备无法互通。新的802.16标准能够保证接口开放,可以促进产品成本的下降,推进产业的进一步发展。802.16e既能提供高速数据业务又支持移动性,被业界视为可能对3G构成竞争的新的宽带无线接入技术。802.16e在一定程度上和3G的业务能力有所重叠,但是二者的标准化程度、成熟度、产业化、技术定位等存在一定的差别。802.16e技术的未来发展还受多种因素的影响,如产业政策、频谱资源、运营商的网络现状和演进发展策略等。在未来的技术发展过程中,不同的宽带无线接入技术必将共同发展,互为补充,面向不同的用户提供服务。

 

the end
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