充满生机和多样化的宽带无线接入技术

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    1  前言
    中国八纵八横光缆传输骨干网及其它传输干线的建设，为长途通信传输基础设施的建设奠定了结实的基础。
    WDM波分复用等技术的应用为在有限的光纤上开辟了数字通信的大通道，解决了光芯紧张和不足的问题。现在通信网络发展和建设的瓶颈主要在于接入层。为此，通信运营企业投资和建设的焦点聚集在接入网的发展和建设上。接入网的概念提出之后，有线接入网不论从技术的进步和应用发展上都有了长足的进展。
    信息高速公路概念的提出和宽带数据业务的快速发展，以及中国通信企业的重组和新的通信运营企业的进入，在市场经济条件下，接入网的建设需要向多元化的方向发展。由于建设有线接入网具有一定的局限性和信息时代的到来，在这种情况下，无线技术的特点就特别明显的显现出来，给无线接入技术充满了生机和带来了活力。
    2  巨大的无线通信市场
    中国改革开放以来，在人口密集和经济发达的地区，城市的建设发生了翻天覆地的变化。传统的破路挖沟埋光缆、电缆或是立杆挂光缆、电缆等有线通信网络的建设方式将越来越受到现代化城市建设的制约或限制。而对于人口分布分散的贫困山区的农村通信建设，有线接入设施的投资惊人，造成通信企业运营成本高，收益也较低。而且有一些由于客观的地理条件和原因也是不客观和不现实的。
    随着中国社会主义市场经济制度的建立，国家对通信市场的不断开放，通信市场竞争的格局虽然形成，但对于面向用户这个庞大复杂的接入系统各方的占有率很不均衡，新进入通信市场的通信运营企业不具备本地网络资源，建设有线接入网受到了客观条件的制约。对于有本地网络资源的运营企业，目前广泛采用的光纤加铜缆的传输能力，对快速增长的宽带业务也是很不适应的，使业务的发展受到了一定的制约。为此，不论是对于传统的通信运营商，还是新的通信运营商，宽带无线接入技术都具有十分重要的意义。
    用光纤接入是接入方式中最好的解决方案，但是由于其成本高、工期长以及上述分协的一些原因受到了制约或限制。而无线接入网具有与有线接入网互补的性质。无线接入网具有组网灵活、工期短、成本低的特点。通信市场的激烈竞争，在网络基础设施资源的竞争上莫非是在无线领域。如上海、广州等特大城市和经济发达地区，目前对宽带无线接入的需求就显得十分迫切。
    从全球通信行业的发展来看，通信技术的宽带化、无线化、个性化和分组化是时代的大势所趋。市场催生无线技术的进步和发展，无线技术的逐步成熟孕育着无线通信市场，无线通信市场的空间是无限的。
    3  多样化的宽带无线接入和连接技术
    3.1无线局域网(WLAN)
    无线局域网目前有两大技术体系。一种是基于IEEE802.11协议标准体系。它于1999年8月由美国电气和电子工程师学会发布以来，无线局域网产品和业务获得了蓬勃的发展；另一种是由CEPT制订的低HIPerLAN标准体系。WLAN具有高速传输、而向连接、支持QoS、自动频率配置、支持小区切换、安全保密等特点。该系统构成的主要是移动终端MT通过接入点AP按入固定通信网络。
    3.2无线网状网(Wirelessmesh)
    由于WLAN接入点的覆盖范围很小，仅限于几百米，如果要扩大覆盖范围，造价成本倍增。为此，无线网状网的思路又应运而生，使接入点的覆盖范围可以延伸到十几公里或更远。
    基于Wirelessmesh的思路，IEEE委员会制定了IEEE802.16基于PMP技术标准，通过试验，该技术受高楼和树木等的影响严重。接着又制定出基于Wirelessmesh的IEEE802.16a新标准。Mesh是一种高容量、高速率点对多点宽带无线技术。Mesh网络不同于其它无线网络结构，它的每个用户节点都是骨干网络的一部分，可以转发其它用户节点的信息，并且随着网络节点的增加，网络的覆盖范围以及灵活性也会随之增加。
    Mesh网络具有以下特点：网络覆盖范围增大，频谱利用律提高，系统容量增加；Mesh网络具有的多路由选择特性提高了网络的柔韧性和可用性，当某条链路出现故障时，可以自动的选择其它链路；网络具有可伸缩性，初期建设费用低，扩容方便；投资风险小，在较短时间内收回成本并获利。
    关键技术：一是天线技术，现用的天线一般是定向天线或全向天线，定向和全向天线各有利弊。Mesh采用了智能天线技术，这种技术允许频谱重复使用，从而大大提高了频谱的利用律，还可以减少干扰；二是在连接的PC机或PDA上安装了无线网状网芯片集，从而可以作为网上的路由器或中继器来转发数据信号，路由选择灵活，覆盖面积扩大；三是采用动态带宽分配技术，802.16a标准规定带宽的分配可以采用集中式调度方式或者分布式调度方式。集中式调度方式是由MeshBS节点收集所有MeshSS节点的资源请求信息，分别为它们分配一定的带宽资源。分布式调度方式是包括MeshBS和Mesh SS在内的所有节点间带宽进行相互协调，从而实现带宽的动态分配。
    IEEE802.16a标准虽然还在试验阶段，但业界表现出极大的关注。
    3.3无线个域网(WPAN)
    无线个域网指的是能在便携式电器和通信设备之间进行短距离“特别连接”的一种通信网络。WPAN的覆盖范围一般在半径为10米范围之内，比无线局域网(WLAN)的服务范围要小。这里的“特别连接”包含两层意思，一个是指设备既能承担主控功能，又能承担被控功能的能力；二是指设备具有加入或离开现有网络的方便性。
    WPAN的主要特点是：能为多媒体业务提供具有QOS支持的特别连接；加入和离开现有网非常方便；具有先进的功率管理功能，可以节约电池功率；可以支持55Mb/s的高数据速率，传送高质量的视像和声讯业务。
    WPAN的应用主要有两大类：一是涉及大宗数据文档传送；二是涉及实时视像和声讯。为了满足WPAN中使用的设备，如数字摄像机、数字电视机、数字照相机、MP3播放器、打印机、投影仪和笔记本电脑等之间的通信，需要对等的特别连接。
    3.4本地多点分配系统(LMDS)
    LMDS(LoCAlMultipointDistributionService)本地多点分配业务，或(Local Multipoint Distribution Service)本地多频道(微波)分配系统。它是一种特殊的点对多点微波系统。该系统采用了无线小区制技术，是一种宽带固定无线接入技术。它具有更高的带宽和双向数据传输的特点，它的传输容量可与光纤比拟。它可以提供电话业务、高速数据业务、视频业务和综合多媒体等宽带业务。
    LMDS工作于24/26GHZ？？38GHZ频段，它的频谱资源比较多。它工作于毫米波，可以传输较高的数据速率。目前通常所说的LMDS为第二代数字系统，它主要使用无线ATM传输协议，它具有标准化的网络侧接口和网管协议。
    LMDS由于其工作于毫米波，受气侯的影响比较大，抗雨衰耗性能差等缺点。
    原中国电信集团公司(南北分营前)于2001年选择P-COMG公司、Ericsson公司和Alcatel公司三个厂商的设备分别在广州和四川的绵阳对LMDS宽带无线技术进行了试验，取得了良好的效果，很快将进入实用。
    3.5多点多信道分配系统(MMDS)
    MMDS(MultipomtmultipointDistributionSystem)多点多信道分配系统。它是以视距传输为基础的图象分配传输技术。工作于2GHZ-5GHZ频段。由于其工作于中频中宽带，它有传输性能好、覆盖范围广的特点。存反射天线周围50公里范围内可以将数据直接传输至用户，很适合用于用户分布分散的情况，它不用安装太多的屋顶设备就能覆盖一大片区域。它具有良好的抗雨衰性能、扩容性强、组网灵活等优点。其缺点是它的频段窄，频率资源紧张。
    MMDS能够作为IP、TDM和帧中继等接入骨干网络的宽带无线接入解决方案。通过它可以实现语音通信、Internet接入、本地用户大容量数据交换、数据广播、高清晰度电视信号业务传输。MMDS还能支持用户终端业务、补充业务、GSM短信息业务和各种GPRS通信业务。
    在系统的更新换代方面，MMDS技术将会比其他通信技术更容易升级。在MMDS中，通常是用以太网与无线Modem连接。MMDS最显著的特点就是各个降频器本振点可以不同，可以由用户自选频点，即多点本振。所以，各降频器变频后的信号，可以分别落在电视标准频道的VHFI、Ⅲ频段，增补的A、B频段，UHF的13CH-45CH频段，这对于用户避开当地的开路无线电视或CATV占用的频道有极大的好处。
    2001年，我国首次采用评选(招标)方式，在南京、青岛、重庆、武汉和厦门5个城市，进行了3.5GHZ地面固定无线接入系统频率使用权的分配试点工作。2003年2月在全国扩大到32个城市进行技术和商用试验。
    3.6不可见光纤无线系统
    不可见光纤无线系统，是一种采用连续点串接网络结构组成自愈环工作的宽带无线接入系统。其具有SDH自愈环的高可用性能和无线接入的灵活配置特性。它可应用于28GHZ、29GHZ、31GHZ和38GHZ等毫米波段，系统通路带宽可达50MHZ，前向纠错采用RS和格栅码调制技术。
    该系统采用环行拓扑结构，在对其进行扩容时可以分拆环或在POP点增加新环。系统的频谱效率很高，经营者可重复使用一对射频信道给业务区的所有用户提供服务。该系统采用有效的动态功率电平和前向纠错技术，具有优良的抗雨衰能力。
    3.7自由空间光系统(FSO)
    自由空间光系统是光纤通信技术与无线通信技术的相结合，它是采用光纤传送通信信号的技术，利用大气为传送媒体，而不是用光纤做媒体的一种新型通信技术。FSO的组网可以有三种拓扑方式，即：点到点、点到多点(星形)和网状网结构，也可以采用混合组网。
    由于FSO是采用光纤信号传送技术，它虽然是以大气为传送媒体的无线通信技术，但它不占用无线频谱资源，这是它的一大特点。由于光学技术的进步，光器件安全可靠、而且造价便宜。据介绍，FSO系统的成本是光纤到大楼成本的1/10？1/3。
    目前，FSO系统可以提供工作速率155Mbps、100Mbit/s的数字数据传输链路。可以传送话音、数据和视频业务，它的传输带宽可高达1Gbit/s以上。据介绍，在华盛顿用FSO设备组建了一个工作速率为155Mbps的局域网；在西雅图的四季饭店用Terabeam的FSO设备向客人提供了一个100Mbit/s的数据连按服务；在2000年悉尼奥运会上也使用了FSO系统。根据FSO的特点，业界认为它的市场潜力是相当大的。
    3.8卫星通信
    在我国庞大复杂的地理条件下，采用卫星通信技术是一种有效的方案。随着Internet的快速发展，利用卫星的宽带IP多媒体广播技术解决Internet宽带的瓶颈问题逐渐引起了人们的重视。宽带IP系统可以提供的多媒体(音频、视频、数据等)信息和高速Internet接入等服务已经在商业运营中取得一定成效。由于卫星通信具有覆盖而大、传输距离远以及不受地理条件限制等优点，将卫星通信作为宽带接入网技术，将有更大的发展前景。目前，已有网络使用卫星通信的VSAT技术，利用和发挥其非对称特点，即上行检索使用地面电话线或数据电路，而下行则以卫星通信高速率传输，可用于提供ISP的双向传输。
    卫星通信在Internet接入网中的应用在围外已经很广泛。我国也从1999年起开始研究和解决通信卫星Internet下载的瓶颈问题。专家们对卫星通信技术用于Internet的前景非常看好，相信在不久就会变为现实。
    3.9超宽带(UWB)无线技术
    超宽带无线电技术出现于上世纪60年代。当时，这一技术一直仅限于军事、灾害救援搜索、雷达定位及测距等方面。UWB通信系统具有小范围和超强无线设备连接能力。2002年2月14日美国联邦通信委员会(FCC)批准这一技术可以用于民用通信，从而引起了世界各国的广泛关注。
    UWB是一种低功率无线电技术，它可以提供短距离高速无线连接。UWB可以将所有的电子设备如个人数字助理、电视、DVD播放机等以一种快速高效的方式连接在一起，其通信距离和通信能力远远超过蓝牙技术。
    利用它可以为用户提供语音服务、宽带Internet接入、远程教学、视频业务和其它增值业务等等。
    由于其发展前景看好，如今有多家公司投入力量进行开发，目前领先的是新加坡的Cellonic公司。
    3.10蓝牙技术
    蓝牙技术是一种短距离无线连接技术。它适用于提供低成本的短距离无线连接解决方案，如对电话、耳机、PC机及键盘和鼠标实现无线连接。它采用2.4GHZ的ISM频段，不受各国频率分配不统一的影响；采用FM调制方式，大大降低了设备成本；采用快速跳频、正向纠错和短分组技术，减少同频干扰和随机噪声，使无线通信质量得以提高。
    蓝牙技术一度曾备受业界的推崇，但是热情过后由于产品跟不上来，使之处于冬眠状态。据有关资料介绍蓝牙技术产品的研究与开发公司将发起新一轮冲刺，新的产品将问世，蓝牙技术有望走向复兴。
    3.11无线虚拟网(VPN)
    基于宽带无线技术组建VPN是集团用户关注的重点。VPN使用的协议主要分隧道协议和其他相关协议两种，采用不同协议可以组建不同级别的VPN。根据VPN设备在网络中安装位置的不同，有基于用户端设备的VPN和基于网络的VPN两种建设方式。
    3.12Wi-Fi技术
    Wi-Fi，即无线保真度，也是一种短距离无线连接技术，无线传输距离为25至50米，在户外可达330米。通过Wi-Fi网络，不用线缆，可以实现计算机互相链接，链接计算机上互联网，用户可以象不同工作站之间的互联一样共享文档和方案，可以将桌面电脑、以及PDA连接起来，共享服务器和打印机等外围设备。
    Wi-Fi是基于IEEE802.11系列标准的无线通信技术，使用IEEE802.1lb或802.1la无线电技术以提供安全、可靠、快速的无线连接，使用IEEE802.3或以太局域网的架线的网络。Wi-Fi网络工作在无需执照的2.4和5千兆赫无线电频带，数据速率可以高达11Mbps(802.11b)，54Mbps(802.11a)，或包含以上两条频带的产品(双重频带)，因此它能在许多办公室内实况表现中，媲美基本10BaseT架线以太网。
    4  结束语
    面向未来，我们可以看到的将是一个百花齐放的无线通信世界。因为，摆脱有线网络的束缚，不受地理位置的限制，随时随地都能与任何人进行信息沟通和享受丰富的信息服务，是人类不断追求的目标。正是因为如此，各种各样的宽带无线技术将彼此相连，为补充与有线和固定网络互相融合，为人们提供各种无线应用和服务。
    作者：雷毅  雷远扬