無線接入新技術應用研究

2 無線接入新技術
無線接入技術(又稱空中接口)是無線通信的關鍵問題，它即通過無線介質連接用戶終端與網絡節(jié)點，實現用戶與網絡間的信息傳遞。無線信道傳輸的信號應遵循一定的協議，這些協議即構成無線接入技術的主要內容。無線接入技術與有線接入技術的一個重要區(qū)別是可向用戶提供移動接入業(yè)務。
隨著信息社會的到來以及人們對通信業(yè)務的個性化需求，使得傳輸寬帶化、業(yè)務多樣化成為通信業(yè)的發(fā)展大趨勢。寬帶無線接入系統是基于分組交換結構，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構成其在競爭中的某些優(yōu)勢。由此可見，寬帶無線接入技術有著必然的市場發(fā)展空間。
2．1 UWB
超寬帶(Ultra Wide Band，簡稱UWB)無線技術是一種使用1 GHz以上帶寬的最先進無線通信技術。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。UWB依靠持續(xù)時間非常短的基帶脈沖信號(通常10~100ps)傳輸數據，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，已經證實UWB能在戶內提供超過100Mb／s的可靠數據傳輸。除了技術上的原因，有兩個主要原因限制了UWB技術的應用，一是由于它最先用于美國軍事應用：另一個原因是UWB技術占用的帶寬非常寬。
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、系統結構簡單、體積小、成本低)使得UWB系統的實現細節(jié)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線數據傳輸將是UWB的重要應用領域，如當前無線局域網(WLAN)和無線個域網(WPAN)的各種應用。此外，通過降低數據率提高應用范圍，UWB在個人精確定位(如個人雷達)、安全(如人侵檢測)、傳感器等領域也具有巨大的應用前景。隨著信道傳輸技術、編碼技術、多址技術等的發(fā)展，UWB將可能成為新一代WLAN和WPAN的技術基礎，從而實現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。
2．2 Wi―Fi
無線保真(Wireless Fidelity，簡稱Wi-Fi)技術包括己批準的IEEE 802．11a、b和g規(guī)范以及未批準的802．11n規(guī)范。Wi―Fi技術不斷進步，適用于許多應用場合，例如建立在基于PC設備、移動電話和消費電子產品等的語音和多媒體應用。802．11n規(guī)范還能顯著增加Wi-Fi技術帶來的產出。嚙合網絡進一步拓展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的各種應用的適用性。Wi-Fi技術繼續(xù)穩(wěn)定演進，在未來幾年內，為刺激產品開發(fā)創(chuàng)新鋪平道路。
Wi―Fi與有線接人技術相比，其特點和優(yōu)勢主要體現在：用戶移動性在有線接入網絡中，用戶只能在具有信息點的位置上網，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，在無線網信號覆蓋區(qū)域內的任何位置都可以接入網絡，使用戶真正實現隨時、隨地、隨意的接入寬帶網絡。此外，Wi-Fi還具有一些優(yōu)勢：
(1)建設便捷性免去網絡布線等工作，一般只需安裝一個或多個無線訪問節(jié)點AP設備，就可以解決一個區(qū)域的上網問題。
(2)投資經濟性 當用戶數量增加時，只需再增加幾個AP設備，而無需重新布線，具有較強的經濟性。
(3)業(yè)務可集成性Wi―Fi技術在二層以上與以太網一致，能夠將WLAN集成到已有的寬帶網絡中，也能將已有的寬帶業(yè)務應用到WLAN中，這樣就形成無縫覆蓋。
(4)可靠性通過使用和以太網相類似的連接協議和數據包確認，提供可靠的數據傳送和網絡帶寬的有效使用。
(5)高移動性在無線局域網信號覆蓋范圍內，各節(jié)點不受地理位置限制任意移動，并都可接入網絡，能夠在不同運營商和不同國家的網絡間漫游。
這些技術特點彌補了Wi-Fi技術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標準的寬帶無線接入城域網技術。能夠在城域網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無線系統，WiMAX系統切換底層過程與傳統蜂窩網絡有一定的相似性，盡管在一些細節(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、切換后的數據轉發(fā)等過程。定位于城域范圍內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被普遍認為是未來最有前途的寬帶無線技術之一。與其他無線通信技術相比，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用、多天線技術以及靈活的編碼調制方式，WiMAX系統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帶寬時最高數據傳輸速率達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現全城覆蓋。
(2)較高的數據安全性安全性是無線網絡需要考慮的一個重要問題。802．16在介質訪問控制MAC層中定義了一個加密子層，為信息傳輸提供鑒權、加密和保密的管理機制。
(3)完善的QoS機制 在物理層，可以根據實際情況靈活選擇多種調制方式，包括單載波、OFDM和OFDMA。OFDM技術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，可以提供服務質量保證。不同的業(yè)務類型具有不同的服務質量參數，可以通過靈活的機制保障各種業(yè)務的服務質量。
(4)基于全IP的網絡架構802．16設備可以作為一個路由器接入現有的IP網絡，與現有網絡實現互聯互通，同時也可與下一代網絡無縫融合。
(5)提供廣泛的多媒體通信服務WiMAX可分別為用戶提供高質量的視頻和語音業(yè)務，普通質量的視頻和語音業(yè)務、以及無質量保證的Internet等業(yè)務，并可根據業(yè)務的實際需要動態(tài)按需分配帶寬，靈活性較大。
(6)開銷及投資風險小標準化的空中接口和技術規(guī)范，使不同設備制造商的產品可以互通，降低運營商對單一廠商設備的依賴性，從而降低投資成本和風險。
(7)部署靈活，配置伸縮性強，可平滑升級根據業(yè)務需求區(qū)域靈活部署基站，網絡建設初期，可選用最小配置，根據業(yè)務增長，逐步增加設備。在實現了數據分組化、接入寬帶化和終端移動化三者合一的基礎上，WiMAX技術提供了比其
他無線系統更具優(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、家庭網關、大型企業(yè)以及小型辦公環(huán)境等局域網絡中。近年來，WiMAX異軍突起，它作為一種無線城域網技術，可以將Wi-Fi熱點連接到互聯網，也可作為數字用戶線路(Digital Subsclfiber Line，簡稱DSL)等有線接入方式的無線擴展，實現“最后一公里”的寬帶接入。WiMAX(移動)主要提供移動寬帶數據接入服務，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。中國無線傳播環(huán)境和業(yè)務需求多種多樣，針對WiMAX具有數據速率高和覆蓋范圍廣的特點，有機地將WiMAX技術融合到現有和即將建設的Wi―Fi、3G、有線接入網中，根據優(yōu)勢互補的原則，全面考慮。
Wi-Fi網絡可與WiMAX網絡同步建設，減少有線線路的投入；由于Wi―Fi和WiMAX技術分別解決“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網絡的地區(qū)，用戶可直接接入WiMAX網絡開展數據業(yè)務。另一方面，Wi―Fi還可通過室外天線，利用WiMAX技術直接與骨干網相聯，無需有線網絡與骨干網相連，從而大大減少覆設有線網絡的成本。因此，針對WiMAX和Wi―Fi技術的不同定位和優(yōu)勢，兩者可以互為補充，共同發(fā)展。