寬帶固定無線接入技術(shù)與未來發(fā)展

ekylin 2006-06-15

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對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說，“最后一公里”的接入問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展的瓶頸，新興電信運(yùn)營(yíng)商尤感其甚。事實(shí)上，越來越多的有識(shí)之士已經(jīng)意識(shí)到只有接入網(wǎng)開放才是真正意義上的開放，而接入網(wǎng)開放的第一步必然也只能是無線接入。從1999年開始到現(xiàn)在，無論是傳統(tǒng)的還是新興的電信運(yùn)營(yíng)商紛紛開始進(jìn)行寬帶固定無線接入的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)，希望在這個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中占領(lǐng)一席之地。而主要的制約因素之一，頻率資源分配，也有望得到解決，2001年8月份結(jié)束的3.5GHz頻率資源使用權(quán)招標(biāo)點(diǎn)燃了人們的希望之火。除了電信運(yùn)營(yíng)商之外，企業(yè)用戶，特別是中小企業(yè)用戶，更是寬帶固定無線接入系統(tǒng)一個(gè)不容忽視的巨大市場(chǎng)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)介紹，僅在德國(guó)就有十五萬個(gè)中小企業(yè)用戶，對(duì)他們來說，光纖的成本過高，或者通常不適用，而無線技術(shù)只需安裝天線等簡(jiǎn)單裝置，避免了鋪設(shè)線纜的繁瑣工作，以最快的時(shí)間提供高速高質(zhì)量的服務(wù)。在國(guó)內(nèi)，中小企業(yè)用戶的需求同樣迫切，而且用戶總量更為龐大。

　　當(dāng)然，任何一個(gè)新技術(shù)的發(fā)展都不可能是一帆風(fēng)順的，寬帶固定無線接入之所以成為今天討論的焦點(diǎn)，不僅在于其獨(dú)特的技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，也在于諸多限制其發(fā)展的不利因素有待于人們的共同關(guān)注和解決。事實(shí)上，目前出現(xiàn)的大多數(shù)寬帶固定無線接入技術(shù)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而各國(guó)對(duì)無線接入頻率分配方案的不一致已經(jīng)成為阻礙其發(fā)展的一大障礙。而如何保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，克服高頻條件下雨衰等不利影響等課題也已經(jīng)擺在專家面前?？上驳氖?，包括設(shè)備制造商、運(yùn)營(yíng)商、標(biāo)準(zhǔn)組織等各方面的人士都在積極行動(dòng)，努力把這些技術(shù)早日推向市場(chǎng)。寬帶固定無線接入技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這里對(duì)其中幾種主流技術(shù)作一概括。

　　技術(shù)概述

　　MMDS

　　這是一種工作在低頻段的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波通信技術(shù)，可以工作在2.5GHz、3.5GHz、5.8GHz等不同的頻段，由于國(guó)內(nèi)即將開放3.5GHz頻段，因此該頻段的產(chǎn)品更為引人關(guān)注。3.5GHz產(chǎn)品一般基于一點(diǎn)多址微波通信原理，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，必須采用FDD雙工方式，有固定頻率間隔3.5MHz。現(xiàn)在一些典型的系統(tǒng)都采用較先進(jìn)的微波調(diào)制手段，如16QAM、64QAM等，以提高頻譜的利用率，再通過扇區(qū)分割頻率復(fù)用的原則，充分利用這一緊張的頻率資源，實(shí)現(xiàn)更大的傳輸容量。由于其工作頻段相對(duì)較低，電波自由空間損耗小，系統(tǒng)具有相對(duì)良好的覆蓋能力，可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的用戶接入，通常達(dá)到5至10km左右。此外這類產(chǎn)品點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接方式剛好配合移動(dòng)通信系統(tǒng)中BSC與BS間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而其能提供的遠(yuǎn)端站接入速率也剛好滿足兩者之間的通信需要，因此成為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商改善其基站傳輸鏈路的新選擇，并得到了廣泛的應(yīng)用。而對(duì)于以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的應(yīng)用場(chǎng)合，則必須考慮結(jié)合動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)，以滿足不同客戶的需求。值得注意的是，也有一些廠家將CDMA技術(shù)引入到3.5GHz固定無線接入產(chǎn)品中來，盡管其產(chǎn)品由于市場(chǎng)定位的不同，在接入速率等指標(biāo)上的表現(xiàn)并不出色，但這種將移動(dòng)通信中的先進(jìn)技術(shù)引入固定無線接入系統(tǒng)的嘗試是很有新意的。

　　LMDS

　　可以說，寬帶固定無線接入技術(shù)引起如此大的關(guān)注，LMDS的出現(xiàn)起到了至關(guān)重要的作用，它所實(shí)現(xiàn)的巨大傳輸能力使人們對(duì)無線接入技術(shù)有了全新的認(rèn)識(shí)。本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)是從點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)字微波通信手段發(fā)展起來的一種工作在20GHz以上頻段的寬帶固定無線接入技術(shù)，典型的LMDS系統(tǒng)采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)布局，以縮短傳輸距離、減小發(fā)射功率。蜂窩網(wǎng)中心站采用扇區(qū)分割系統(tǒng)，配置全向天線或扇區(qū)天線實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋，通過點(diǎn)到多點(diǎn)的無線鏈路與服務(wù)區(qū)固定用戶通信。外圍站可選用多種接入手段，系統(tǒng)容量、頻段都能根據(jù)用戶需求靈活配置。單個(gè)系統(tǒng)的覆蓋區(qū)通常為2～5公里，覆蓋區(qū)還可相互重迭。系統(tǒng)按不同的容量和覆蓋需求分別采用64QAM、16QAM和QPSK三種調(diào)制方式，不同產(chǎn)品單個(gè)基站的接入容量有所不同，最高可達(dá)4.8Gb/s，單個(gè)扇區(qū)子系統(tǒng)的接入容量可達(dá)200Mb/s以上。LMDS技術(shù)一度被人們追捧，呼聲很高。但是最近情況發(fā)生了變化，特別是最先開展LMDS運(yùn)營(yíng)也最具規(guī)模的美國(guó)Winstar公司2001年3月宣告破產(chǎn)，給這一技術(shù)蒙上了一層巨大的陰影。世界各國(guó)對(duì)于LMDS的工作頻段規(guī)劃各不相同，兼容性也是一個(gè)大問題，而雨衰、視距傳輸?shù)炔焕蛩氐挠绊懩壳霸诩夹g(shù)上還難以克服。日前信息產(chǎn)業(yè)部終于出臺(tái)了一個(gè)《關(guān)于發(fā)布26GHz頻段FDD方式本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)(LMDS)頻率規(guī)劃（試行）的通知》，給LMDS技術(shù)國(guó)內(nèi)商用帶來了一線曙光。但其發(fā)展能否就此一帆風(fēng)順，仍存在不少變數(shù)。

　　紅外光通信

　　近年來出現(xiàn)的無線紅外光傳輸系統(tǒng)頗為引人注目，它的主要特點(diǎn)是傳輸速率高，可以提供從2Mb/s直到622Mb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸；傳輸距離為幾百米到6km左右的范圍，符合近距離通信的要求；由于工作在紅外光波段，無需進(jìn)行頻率申請(qǐng)，也不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)造成干擾；信號(hào)發(fā)射和接收通過光學(xué)儀器，省去了天饋線系統(tǒng)，且設(shè)備體積較小。這對(duì)于一些新興的運(yùn)營(yíng)商、ISP、集團(tuán)用戶迅速建立城域范圍內(nèi)的高速骨干的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接非常有利。當(dāng)然這種技術(shù)目前也存在一些問題，由于是無纖的光通信系統(tǒng)，光路調(diào)節(jié)的精確度要求高，且易受空氣折射率影響產(chǎn)生漂移，需要經(jīng)常調(diào)整，系統(tǒng)維護(hù)工作量大。

　　無線局域網(wǎng)

　　無線局域網(wǎng)常常被看做有線網(wǎng)絡(luò)和用戶端計(jì)算機(jī)之間的“最后一公里”鏈路，從1997年IEEE批準(zhǔn)第一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11規(guī)范開始，這項(xiàng)技術(shù)已取得重大進(jìn)步。目前市場(chǎng)上特別是國(guó)內(nèi)一些主流的產(chǎn)品都是基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz ISM頻段(2.402～2.480GHz，共79信道，間隔為1MHz)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的跳頻和直擴(kuò)這兩種工作方式都有各自的支持者。兩種技術(shù)各有千秋，通常跳頻方式速率較低，吞吐速率在2Mb/s左右，但抗干擾能力較強(qiáng)，而且可以通過多個(gè)系統(tǒng)采用不同的跳頻序列實(shí)現(xiàn)同址復(fù)用增加容量。直擴(kuò)方式可以實(shí)現(xiàn)較高的吞吐速率，但抗干擾性能較差，且多套系統(tǒng)同址使用受到限制。無線局域網(wǎng)系統(tǒng)通過一種載波偵聽/碰撞避免（CSMA/CA）的多址接入方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)用戶單元的速率共享，完成對(duì)室內(nèi)上百米、室外幾千米范圍內(nèi)的無線覆蓋。在業(yè)務(wù)方面除了提供以太網(wǎng)接入之外，有些產(chǎn)品還具有支持VoIP的話音接口。目前產(chǎn)品價(jià)格、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、Internet連接的家庭應(yīng)用等多種因素正推動(dòng)著無線局域網(wǎng)市場(chǎng)的迅速發(fā)展。

　　寬帶衛(wèi)星接入

　　隨著市場(chǎng)需求的不斷加大，衛(wèi)星技術(shù)也逐漸加入成為寬帶無線接入的又一個(gè)分支。這類寬帶衛(wèi)星接入技術(shù)正努力改變?nèi)藗儗?duì)衛(wèi)星接入技術(shù)的固有認(rèn)識(shí)，即僅限于下行傳輸速率300kb/s到1Mb/s左右，而上行數(shù)據(jù)傳輸需要依靠速率僅為30kb/s的電話線的衛(wèi)星接入技術(shù)初級(jí)發(fā)展階段。事實(shí)上，正是由于寬帶衛(wèi)星技術(shù)繼承了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信特有的優(yōu)勢(shì)，如覆蓋范圍廣、幾乎不受地域限制、廣播式下行信道適合非對(duì)稱業(yè)務(wù)傳輸、可方便地捆綁衛(wèi)星電視服務(wù)等，這項(xiàng)技術(shù)正引起越來越多的關(guān)注，而市場(chǎng)調(diào)研也對(duì)其未來的發(fā)展表示一致看好?，F(xiàn)階段衛(wèi)星寬帶接入所采用的手段包括單向和雙向兩種技術(shù)，單向衛(wèi)星寬帶接入是利用高帶寬的下行衛(wèi)星信道進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，而利用地面網(wǎng)絡(luò)完成上行的數(shù)據(jù)傳輸，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟，美國(guó)休斯公司DirecPC平臺(tái)便是此類產(chǎn)品的代表。雙向衛(wèi)星寬帶接入則是上下行數(shù)據(jù)均利用衛(wèi)星信道進(jìn)行傳輸，較著名的有SkyBridge系統(tǒng)，SkyBridge系統(tǒng)由Alcatel牽頭，獲得Boeing、Loral、Toshiba、Qualcomm、Thomson等公司支持，初期投資額估計(jì)為30億美元，LEO星座8條軌道，每條軌道8顆衛(wèi)星，共64顆衛(wèi)星，可提供下行16kb/s～60Mb/s，上行166kb/s～2Mb/s的交互式寬帶業(yè)務(wù)，Ku頻段運(yùn)行，原擬于2001年開放業(yè)務(wù)?，F(xiàn)已調(diào)整其計(jì)劃，擬將LEO星座總數(shù)擴(kuò)充至80顆左右，于2004年前后提供商業(yè)服務(wù)，主要為企業(yè)、小商業(yè)用戶及居民提供全球高速雙向衛(wèi)星接入服務(wù)。然而在此之前，為搶占相應(yīng)市場(chǎng)份額，SkyBridge系統(tǒng)決定從2001年開始著手租用電路開展GEO寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)。采用標(biāo)準(zhǔn)波束和直徑為1000～6000km的大區(qū)覆蓋，加上直徑為500km左右的多點(diǎn)波束覆蓋，經(jīng)營(yíng)對(duì)xDSL及Cable接入點(diǎn)連接，對(duì)無線UMTS、LMDS接入點(diǎn)連接和對(duì)撥號(hào)上網(wǎng)用集中點(diǎn)或網(wǎng)站站點(diǎn)連接，以便為ISP、大企業(yè)、中小企業(yè)提供一攬子解決方案。其中包括遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程企業(yè)通信以及內(nèi)容分配等各類寬帶業(yè)務(wù)，使GEO與LEO兩種衛(wèi)星技術(shù)有序互補(bǔ)發(fā)展。但其最大的不足是上行速率不夠理想，很難適應(yīng)諸如雙向交互式游戲等大量實(shí)時(shí)性上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室螅谝欢ǔ潭壬嫌绊懥烁咚匐p向衛(wèi)星接入服務(wù)的發(fā)展。

　　其他技術(shù)

　　由于無線市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，一些新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，例如將無線技術(shù)與路由器、ADSL集線器等有線產(chǎn)品相結(jié)合，在這些產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加一個(gè)無線模塊和室外單元，相當(dāng)于為這些有線設(shè)備增加一個(gè)無線端口，以增強(qiáng)其組網(wǎng)的靈活性、適應(yīng)性，這樣的思路正被應(yīng)用到越來越多的產(chǎn)品中。還有如新一代的無線局域網(wǎng)技術(shù)，包括IEEE802.11a、HiperLan2等，將無線局域網(wǎng)應(yīng)用到5GHz頻段上，同時(shí)融合OFDM等先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，使其實(shí)現(xiàn)更高的吞吐速率和更強(qiáng)的傳播能力。此外一些傳統(tǒng)的微波產(chǎn)品也有逐漸向高頻化、寬帶化過渡的趨勢(shì)，如一些1.5GHz的一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)，現(xiàn)在也被改造為可以工作在3.5GHz頻段的接入系統(tǒng)。

　　技術(shù)對(duì)比及分析

　　針對(duì)寬帶無線業(yè)務(wù)的特殊需求，對(duì)以上幾種常見的無線接入技術(shù)進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)要的比較。需要說明的是，由于目前大多數(shù)的寬帶固定無線接入技術(shù)尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，就不同廠家而言，表中部分技術(shù)指標(biāo)會(huì)有一定的出入。

　　總的來看，相對(duì)于其他幾種主要的寬帶固定無線接入系統(tǒng)而言，3.5GHz接入系統(tǒng)覆蓋范圍廣、接入速率足夠高、且設(shè)備成本相對(duì)較低，具有極佳的性能價(jià)格比。特別是其所使用的頻率資源已經(jīng)確定，而實(shí)踐也證明用招標(biāo)的方式進(jìn)行頻率資源的分配是可行的，新一輪更大范圍的競(jìng)標(biāo)即將展開?？梢灶A(yù)見，3.5GHz MMDS系統(tǒng)將在眾多寬帶固定無線接入系統(tǒng)中脫穎而出，率先進(jìn)入大規(guī)模商用階段。但3.5GHz頻段目前存在的主要問題是帶寬不足，只有上下行各30MHz，難以大規(guī)模使用。而5.8G頻段上下行各為100MHz，其市場(chǎng)前景則更為樂觀。

　　而作為最早引起人們對(duì)寬帶固定無線接入的關(guān)注也是討論最為熱烈的LMDS，可以說它現(xiàn)在的發(fā)展已經(jīng)落在3.5GHz的后面。盡管LMDS具有10倍以上的速度和帶寬優(yōu)勢(shì)，但在近一年多與各大運(yùn)營(yíng)商的實(shí)驗(yàn)中，其較弱的傳輸能力和設(shè)備不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)也暴露出來，特別是傳輸距離大大限制了它的應(yīng)用范圍，LMDS的成本也更為昂貴。就目前來看，2Mb/s已經(jīng)可以開展絕大多數(shù)的業(yè)務(wù)，速率的優(yōu)勢(shì)也就顯得不那么重要了。此外,各國(guó)對(duì)于LMDS頻率規(guī)劃的差異也是制約其發(fā)展的一個(gè)因素。盡管如此，隨著帶寬需求的增長(zhǎng)、產(chǎn)品本身日趨成熟以及標(biāo)準(zhǔn)化和頻率規(guī)劃等相關(guān)工作的推進(jìn)，LMDS也許會(huì)在未來幾年內(nèi)在寬帶無線接入領(lǐng)域起到越來越重要的作用

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