无线接入新热点技术分析(上)

1、前言

　　随着Internet的迅速发展和个人对数据通信需求的快速增长，全球通信产业技术的发展呈现三大趋势：无线化、宽带化和IP化。互联网业务的发展推动了市场对宽带网络的需求，宽带用户数量在全球呈现出非常强势的增长态势。在众多的宽带技术中，无线技术尤其是移动通信技术成为近年来通信技术市场的最大亮点，是构成未来通信技术的重要组成部分。无线通信技术满足了用户对在不同移动状态下获取网络信息的强烈需求，也符合当今社会人员流动性大、工作生活节奏紧张的发展趋势。另一方面，无线通信技术具有网络部署迅速便捷的特点，对于缺乏线缆资源的新兴运营商来说，无线通信技术是成功部署通信网络，迅速为用户提供语音和数据服务的最佳手段。


　　目前，以3.5GHz、5.8GHz和26GHz固定无线接入技术为代表的固定宽带无线接入技术已经在我国得到应用。与此同时，IEEE 802系列标准组已经制定或正在制定802.16和802.15等一系列无线通信标准，一些无线接入技术新热点纷纷涌现并成为业界继3G之后的又一关注重点，如802.16、UWB和RFID等。

　　2、802.16技术

　　IEEE针对特定市场需求和应用模式提出了一系列不同层次的互补性无线标准，其中IEEE802.16标准是针对无线城域网应用而提出的。IEEE 802.16标准又称为IEEE Wireless MAN空中接口标准，对工作于不同频带的无线接入系统空中接口进行了规范。由于它所规范的无线系统覆盖范围在千米量级，因此802.16系统主要应用于城域网。根据使用频带低不同，802.16系统可分为应用于视距和非视距两种；根据是否支持移动特性，802.16标准又可分为固定宽带无线接入空中接口标准(802.16d)和移动宽带无线接入空中接口标准(802.16e)。

　　802.16技术是无线接入技术，通过接入核心网向用户提供业务，核心网通常采用基于IP协议的网络。802.16技术可以应用的频段非常宽，包括10-66GHz频段、11GHz以下许可频段和11GHz以下免许可频段，不同频段下的物理特性各不相同。

　　(1)1O-66GHz许可频段。该频段的波长较短，它只能实现视距传播。典型的信道带宽为25MHz或28MHz，当采用高阶调制方式时数据速率可超过120Mbit/s。

　　(2)11GHz以下许可频段。该频段的波长较长，它能支持非视距传播。使用这一频段的系统会存在较强的多径效应，需要采用一些增强的物理层技术，如功率控制、智能天线、ARQ、空时编码技术等。

　　(3)11GHz以下免许可频段。该频段的传播特性与11HzG以下的许可频段基本相同，区别在于非许可频段可能存在较大的干扰，需要采用动态频率选择DFS等技术来解决干扰问题。

　　在802.16标准中定义了单载波、OFDM、OFDMA共3种物理层实现方式。其中，单载波(SC)调制主要应用在1O-66GHz频段，OFDM和0FDMA是802.16中最典型的物理层方式。OFDM、OFDMA方式具有较高的频谱利用率，可以使802.16系统在相同的载波带宽下提供更高的传输速率。同时，OFDM/OFDMA方式在抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上也具有明显的优势，已经成为Beyond 3G主要研究的技术之一。802.16技术在不同的无线参数组合下可以获得不同的接入速率。以10MHz载波带宽为例，若采用OFDM-64QAM调制方式，除去开销，则单载波带宽可以提供约30Mbit/s的有效接入速率，由蜂窝或扇区内的所有用户共享。IEEE 802.16标准适用的载波带宽范围从1.75MHz到20MHz不等，在20MHz信道带宽、64QAM调制的情况下，传输速率可达74.81Mbit/s。

　　802.16标准在MAC层定义了较为完整的QoS机制，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。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，标准还定义了UGS、rtPS、nrtPS和BE业务4种不同的上行带宽调度模式。同时，802.16系统采用了根据连接的QoS特性和业务实际需要来动态分配带宽的机制，不同于传统的移动通信系统所采用的分配固定信道的方式，因而具有更大的灵活性，可以在满足QoS要求的前提下尽可能地提高资源的利用率，能够更好地适应TCP/IP协议族所采用的包交换方式。

　　802.16宽带无线网络的典型应用包括Internet接入、局域网互联、数据专线、窄带业务或基站互联等，各种应用的实现方式如下：

　　(1)Internet接入。针对有综合布线的小区和大楼，在楼顶安装802.16宽带固定无线接入系统的远端用户侧室外无线单元，并在建筑物内或小区内安装用户侧室内单元和以太网交换机，利用现有综合布线接入用户，通过无线空中接口提供宽带上网业务。

　　(2)局域网互联。对于大型企业，如果在地域内有多个企业分部，利用802.16宽带固定无线接入系统可以方便实现总部和各分部之间的局域网连接。

　　(3)数据专线。以802.16宽带综合无线接入系统提供TDM传输，在终端站上提供E1接口。为进一步提供64kbit/s和N×64kbit/s的业务，可在用户端安装小型复用器，提供传统的数据传送业务。

　　(4)窄带业务和基站互联。802.16提供E1接口，可以满足GSM移动基站的接入，并在将来支持3G网络基站互连。通过802.16远端设备+窄带0NU，可以提供话音业务。

　　IEEE提出了802.16的宽带无线接入的标准，而成立于2001年4月9日的WIMAX Forum(World Interoperability for Microwave Access Forum，全球微波接入互操作性论坛)旨在对基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。WiMAX是一个由业界领先的通信产品及设备公司共同建立的非盈利组织，通过致力于制定一套基于802.16的测试规范和认证体系，使不同厂商之间的产品在经过认证后可以具有良好的互操作性，从而积极推广和验证宽带无线接入设备的兼容性与互操作性。通过WiMAX认证的802.16产品会拥有"WiMAX(r) CERTIFIED"标识。

　　3、UWB技术

　　UWB(Ultra Wideband，超宽带)技术是目前正被广泛研究的一种新兴无线通信技术，现在已经成为高速无线个人网(WPAN)的首选技术。一方面，由于它具有高数据率(可达100Mbit/s-1Gbit/s)、低功耗和低费用等特点，为无线通信的发展开辟了新的机遇；另一方面，由于它占用极宽的带宽，与其他通信系统共享频段，给干扰、兼容等相关领域的研究带来了挑战。UWB技术的标准化主要在致力于无线个人网(WPAN)标准化工作的IEEE 802.15框架内进行。

　　UWB最初的定义是来自于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，又称为脉冲无线电(Impulse Radio)技术。与在当今通信系统中广泛采用的载波调制技术不同，这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信，所以又称为基带传输(Baseband Transmission)或无载波(Carrierless)技术。脉冲UWB技术的脉冲长度通常在亚ns量级，信号带宽经常达数GHz，比任何现有的无线通信技术(包括以3G为代表的宽带CDMA技术)的带宽都大得多，所以最终在1989年被美国国防部称为超宽带技术。传统脉冲UWB信号通常具有很小的(10-2～10-3)占空比，这决定了UWB设备的平均发射功率很低，甚至是现有的蓝牙(Bluetooth)系统发射功率的1/100-1/1000。