无线接入新技术应用研究

2 无线接入新技术
无线接入技术(又称空中接口)是无线通信的关键问题，它即通过无线介质连接用户终端与网络节点，实现用户与网络间的信息传递。无线信道传输的信号应遵循一定的协议，这些协议即构成无线接入技术的主要内容。无线接入技术与有线接入技术的一个重要区别是可向用户提供移动接入业务。
随着信息社会的到来以及人们对通信业务的个性化需求，使得传输宽带化、业务多样化成为通信业的发展大趋势。宽带无线接入系统是基于分组交换结构，是一种点对多点工作方式，由一个中心站和许多用户站组成。在众多解决方案中，宽带无线接入以其组网灵活快速、升级维护方便以及高速率的双向数据传输等特点构成其在竞争中的某些优势。由此可见，宽带无线接入技术有着必然的市场发展空间。
2．1 UWB
超宽带(Ultra Wide Band，简称UWB)无线技术是一种使用1 GHz以上带宽的最先进无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mb／s以上。
广义地讲，UWB技术是指任何占用频带超过其中心频率25％，或者带宽超过1．5 GHz的无线通信系统。UWB依靠持续时间非常短的基带脉冲信号(通常10~100ps)传输数据，因而占用的频带非常宽，通常在几个GHz的量级。在很低的功率谱密度情况下，已经证实UWB能在户内提供超过100Mb／s的可靠数据传输。除了技术上的原因，有两个主要原因限制了UWB技术的应用，一是由于它最先用于美国军事应用：另一个原因是UWB技术占用的带宽非常宽。
UWB的诸多优点(如：带宽极宽、传输速率高、通信距离短、平均发射功率低、多径分辨率高、系统结构简单、体积小、成本低)使得UWB系统的实现细节与传统的窄带通信方式有很大差别。但由于受发射功率的限制，在短距离范围内提供高速无线数据传输将是UWB的重要应用领域，如当前无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)的各种应用。此外，通过降低数据率提高应用范围，UWB在个人精确定位(如个人雷达)、安全(如人侵检测)、传感器等领域也具有巨大的应用前景。随着信道传输技术、编码技术、多址技术等的发展，UWB将可能成为新一代WLAN和WPAN的技术基础，从而实现超高速宽带无线接入，为用户提供诸如视频分发和视频会议这类需要很高QoS的服务。
2．2 Wi―Fi
无线保真(Wireless Fidelity，简称Wi-Fi)技术包括己批准的IEEE 802．11a、b和g规范以及未批准的802．11n规范。Wi―Fi技术不断进步，适用于许多应用场合，例如建立在基于PC设备、移动电话和消费电子产品等的语音和多媒体应用。802．11n规范还能显著增加Wi-Fi技术带来的产出。啮合网络进一步拓展Wi-Fi的覆盖范围，增强其灵活性和对于包括城市范围公共热点覆盖在内的各种应用的适用性。Wi-Fi技术继续稳定演进，在未来几年内，为刺激产品开发创新铺平道路。
Wi―Fi与有线接人技术相比，其特点和优势主要体现在：用户移动性在有线接入网络中，用户只能在具有信息点的位置上网，限制了终端用户的活动范围。而Wi―Fi建成后，能提供漫游服务，在无线网信号覆盖区域内的任何位置都可以接入网络，使用户真正实现随时、随地、随意的接入宽带网络。此外，Wi-Fi还具有一些优势：
(1)建设便捷性免去网络布线等工作，一般只需安装一个或多个无线访问节点AP设备，就可以解决一个区域的上网问题。
(2)投资经济性 当用户数量增加时，只需再增加几个AP设备，而无需重新布线，具有较强的经济性。
(3)业务可集成性Wi―Fi技术在二层以上与以太网一致，能够将WLAN集成到已有的宽带网络中，也能将已有的宽带业务应用到WLAN中，这样就形成无缝覆盖。
(4)可靠性通过使用和以太网相类似的连接协议和数据包确认，提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
(5)高移动性在无线局域网信号覆盖范围内，各节点不受地理位置限制任意移动，并都可接入网络，能够在不同运营商和不同国家的网络间漫游。
这些技术特点弥补了Wi-Fi技术在传输距离及传输速率上的不足。
2．3 WiMAX
全球微波接入互通(World Interoperability for MicrowaveAccess，简称WiMAX)是基于IEEE 802．16标准的宽带无线接入城域网技术。能够在城域网一点对多点的多厂商环境下，提供一种有效互操作宽带无线接入手段。作为一个支持移动的广域网无线系统，WiMAX系统切换底层过程与传统蜂窝网络有一定的相似性，尽管在一些细节上有所不同．但也包括了切换前的测量和触发、切换发生和处理、切换后的数据转发等过程。定位于城域范围内的最后一公里宽带无线接入问题，其基站可覆盖约5 km的范围(定点情况)，实现2～11 GHz非视距NLOS传输和10～66 GHz视距LOS传输，峰值带宽可达75 Mb／s。以其快速、低成本搭建、易扩展等优点，WiMAX被普遍认为是未来最有前途的宽带无线技术之一。与其他无线通信技术相比，WiMAX具有以下优势：
(1)传输速率高，覆盖范围大通过物理层采用先进的正交频分复用、多天线技术以及灵活的编码调制方式，WiMAX系统的频谱利用率显著提高，同时可支持非视距通信和无缝覆盖。使用20 MHz带宽时最高数据传输速率达75Mb／s，是3 G所能提供的30倍。同时，WiMAX采用宏小区方式，视距传输下每个基站的最远覆盖半径可达50 km，典型覆盖半径为6~10 km，只要建设少数基站就能实现全城覆盖。
(2)较高的数据安全性安全性是无线网络需要考虑的一个重要问题。802．16在介质访问控制MAC层中定义了一个加密子层，为信息传输提供鉴权、加密和保密的管理机制。
(3)完善的QoS机制 在物理层，可以根据实际情况灵活选择多种调制方式，包括单载波、OFDM和OFDMA。OFDM技术能有效降低多径衰落的影响，并且随着传输信道状态发生变化。MAC层的一个重要特点在于它是面向连接的，可以提供服务质量保证。不同的业务类型具有不同的服务质量参数，可以通过灵活的机制保障各种业务的服务质量。
(4)基于全IP的网络架构802．16设备可以作为一个路由器接入现有的IP网络，与现有网络实现互联互通，同时也可与下一代网络无缝融合。
(5)提供广泛的多媒体通信服务WiMAX可分别为用户提供高质量的视频和语音业务，普通质量的视频和语音业务、以及无质量保证的Internet等业务，并可根据业务的实际需要动态按需分配带宽，灵活性较大。
(6)开销及投资风险小标准化的空中接口和技术规范，使不同设备制造商的产品可以互通，降低运营商对单一厂商设备的依赖性，从而降低投资成本和风险。
(7)部署灵活，配置伸缩性强，可平滑升级根据业务需求区域灵活部署基站，网络建设初期，可选用最小配置，根据业务增长，逐步增加设备。在实现了数据分组化、接入宽带化和终端移动化三者合一的基础上，WiMAX技术提供了比其
他无线系统更具优势的覆盖范围、传输速率和QoS保障。

3 Wi―Fi与WiMAX的应用比较
众所周知，Wi―Fi主要应用于公众服务、家庭网关、大型企业以及小型办公环境等局域网络中。近年来，WiMAX异军突起，它作为一种无线城域网技术，可以将Wi-Fi热点连接到互联网，也可作为数字用户线路(Digital Subsclfiber Line，简称DSL)等有线接入方式的无线扩展，实现“最后一公里”的宽带接入。WiMAX(移动)主要提供移动宽带数据接入服务，具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更高的接入速度，并能全面兼容现有Wi―Fi。中国无线传播环境和业务需求多种多样，针对WiMAX具有数据速率高和覆盖范围广的特点，有机地将WiMAX技术融合到现有和即将建设的Wi―Fi、3G、有线接入网中，根据优势互补的原则，全面考虑。
Wi-Fi网络可与WiMAX网络同步建设，减少有线线路的投入；由于Wi―Fi和WiMAX技术分别解决“最后100米”和“最后一公里”问题，因而具有不同的定位和用途。在没有Wi-Fi网络的地区，用户可直接接入WiMAX网络开展数据业务。另一方面，Wi―Fi还可通过室外天线，利用WiMAX技术直接与骨干网相联，无需有线网络与骨干网相连，从而大大减少覆设有线网络的成本。因此，针对WiMAX和Wi―Fi技术的不同定位和优势，两者可以互为补充，共同发展。