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寬帶無線接入技術發展前景七大趨勢

來源:互聯網  2008-05-31 06:10:39  評論

全球通信發展的寬帶化、無線化、個人化、分組化是大勢所趨。同有線接入系統一樣,無線接入系統經曆了由窄帶到寬帶,由面向話音業務到面向數據、多媒體業務的轉變。隨著數據業務在電信總業務中的比例不斷擴大,非凡是隨著Internet技術的迅猛發展,現有的有線接入系統遠遠不能滿足人們的寬帶業務需求;另一方面隨著電信市場的不斷開放,新運營商不斷加入,形成了多方競爭的局面。運營商面臨的問題是,采用何種技術才能快速而低成本地向用戶快速、廉價地提供高質量的寬帶電信業務。在這種背景下,寬帶無線接入應運而生。

寬帶無線接入技術亮點紛呈

當前寬帶無線接入有以下幾大技術:LMDS(LocalMultipointDistributeSystem本地多點分配系統)、MMDS(MultipointMultichannelDistributionSystem多點多信道分配系統)、無線局域網、藍牙及其他(如紅外等)。

LMDS,(高頻寬帶、24/26GHz~38GHz)頻譜資源比較多,可以傳輸較高的速率,但是由于工作于毫米波,受氣候影響大,抗雨衰性能差,降低了在經濟發達的東南沿海地區的可用度。目前通常所說的LMDS爲第二代數字系統,主要使用無線ATM傳送協議,具有標准化的網絡側接口和網管協議。LMDS具有更高帶寬和雙向數據傳輸的特點,可以提供多種寬帶交互式數據業務及話音和圖像業務,因此人們逐漸將眼光投入帶寬達到1GHz,幾乎可以提供任何種類的業務。我國已完成頻率規劃,頻段爲24.507GHz~25.515GHz和25.757GHz~26.765GHz,但尚未分配。

MMDS,(中頻中寬帶、2GHz~5GHz)該頻段傳輸性能好、覆蓋範圍廣、技術成熟、良好的抗雨衰性能、擴容性強、組網靈活且成本具有競爭力,是較爲理想的無線接入手段。由于該頻段資源比較緊張,能分給MMDS的頻段窄,信道數少,需用新技術來提高頻譜利用率。中國(3.4GHz~3.43GHz和3.5GHz~3.53GHz)已經分配試用。因爲頻段相對緊張,所以格外激發高效利用頻率的新技術大量湧現。

無線局域網的主要技術有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g、HiperLAN等。當前最具代表性的當數IEEE802.11b。1999年9月通過的IEEE802.11b工作在2.4GHz~2.483GHz頻段。802.11b數據速率可以爲11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s或更低,根據噪音狀況自動調整。目前802.11b已經成爲WLAN市場上的主流技術。隨著技術的成熟和産品的降價,無線局域網開始大顯身手(如世界杯、大運會)在機場、寫字樓中廣泛使用。甚至有人斷言,隨著3G的延遲,無線局域網趁勢推廣與普及,高端移動數據用戶被不斷分流,未來無線局域網與3G存在一定的互補與競爭關系,愛立信等移動通信設備廠家已將無線局域網作爲未來3G的一部分。

藍牙也是一種使用2.4GHz~2.483GHz的無線頻帶(ISM頻帶)的通用無線接口技術,提供不同設備間的雙向短程通信。藍牙的目標是最高數據傳輸速率1Mbit/s(有效傳輸速率爲721kbit/s)、最大傳輸距離爲10cm~10m(增加發射功率可達100m)。藍牙的優勢是設備成本低、體積小。而且,搭配「藍牙」構造一個整體網路的成本要比鋪設線纜低。相對802.11x系列和HiperLAN家族,藍牙的作用不是爲了競爭而是相互補充。

寬帶無線接入技術七大趨勢

寬帶固定無線接入技術的發展極爲迅速,各種微波、無線通信領域的先進手段和方法不斷引入,使用頻段從2.4GHz開始向上直至38GHz仍在不斷擴展。一方面這些技術充分利用過去未被開發,或者應用不是很多的頻率資源(從2.4GHz到3.5GHz到5.7GHz再到26GHz、28GHz甚至到30GHz、60GHz等等),另一方面它們融合了在其它通信領域成功應用的先進技術如64QAM、ATM、OFDM等,以實現更大的頻譜利用率、更豐富的業務接入能力、更靈活的帶寬分配方法。總之,固定無線接入系統已經從最初基于電話接入方式的窄帶系統演變爲面向寬帶數據業務爲主的寬帶固定無線接入系統。而且隨著接入網建設的持續升溫以及各種新的技術不斷被引入,寬帶固定無線接入系統仍是未來幾年內通信市場發展的一個熱點。按有關機構保守估算,在2005年後,全世界寬帶無線接入設備市場每年至少有50億美元。

通過對當今最聞名的無線設備廠商的産品進行深入的研究和對比之後,可以看出寬帶無線接入技術的一些最新技術亮點:寬帶OFDM技術、3.5GHz頻段的24扇區天線技術、軟件定義的無線電技術的應用、調制階數和覆蓋面大小可變的自適應技術、高效率頻譜成型技術、自適應動態時隙分配技術、自適應信道估值與碼間幹擾對抗技術、自適應帶寬分配及流量分級治理技術、中頻與射頻集成組裝的緊湊型的戶外單元技術和高級編碼調制與收信檢測技術等。

從以上技術亮點中我們可以總結出寬帶無線接入技術發展的七大趨勢:OFDM技術開始興起、多址方式不斷充實、調制方式向多狀態化發展、雙工方式都可選擇、同時支持電路交換與分組交換、帶寬動態分配、業務接口日趨豐富。OFDM技術開始興起

OFDM(正交頻分複用)的新型信號調制複用方法在寬帶無線接入領域的應用正在逐漸成爲一個發展趨勢,它是從以前的歐洲數字音頻廣播DAVIC標准中和ADSL中引入的一種技術。由于OFDM具有抗多徑傳播能力較強、頻譜利用率較高的優點,同時隨著該技術的不斷普及,其設備複雜、信號處理時間較長、發射功率較大、對非線性極其敏感等缺點將逐漸被克服,目前已有廠家宣稱在2000年已使OFDM芯片産品化。除了在無線局域網標准中(IEEE802.11a、HiperLAN2等)的應用外,有一些廠家在此基礎上發展出一些專利技術如Cisco在無線路由器中采用的V-OFDM,以及瑞瀾公司3.5GHz無線接入中的W-OFDM等。而且現在已經明確OFDM將會成爲未來數據移動系統中的要害技術之一,因此它越來越成爲人們關注的焦點。

多址方式不斷充實

多址方式可以被認爲是一個濾波問題,許多用戶同時使用同一頻譜,然後采用不同的濾波器和處理技術使不同用戶的信號互不幹擾並分別被接收。現在在寬帶無線接入領域中三種主要的多址方式―――FDMA、TDMA、CDMA都有成功的應用,目前以TDMA+FDMA方式爲主流。以LMDS爲例,大部分廠商如北電、阿爾卡特等基本都是采用FDMA+TDMA方式。在3.5GHz接入設備中,已有部分廠家開始采用CDMA方式,由于CDMA技術具有更高的頻譜效率、更強的抗幹擾和保密性等優點,隨著CDMA技術的不斷成熟及成本的降低,相信它將會成爲寬帶無線接入多址方式的重要組成部分。

調制方式向多狀態化發展

與微波設備中常用的調制解調方式相似,各種寬帶無線接入設備中主要選擇的幾種調制方法是QPSK、16QAM以及64QAM,分別適應不同帶寬及覆蓋範圍的需求。目前在LMDS系統中,包括P-Com、北電、阿爾卡特等在內的各廠家的設備都能同時提供對這三種調制方式的支持。在3.5GHz接入以及無線局域網等低頻段領域,目前能支持64QAM的還不多,但正在逐漸成爲一種發展趨勢。如歐洲的HiperLAN2標准中便提出包括64QAM在內的多種調制方案,大唐電信推出的3.5GHzAIRsun設備是目前市場上爲數不多的支持這種高效率調制方式的設備。

雙工方式都可選擇

FDD這種雙工方式在無線通信領域中長期占據統治地位,但是隨著頻率資源的日漸寶貴,這種給頻譜劃分造成很大困難的雙工方式正受到TDD方式的挑戰,TD-SCDMA成爲3G的標准之一便是一個有力的佐證。除了具有頻譜利用率高、功率控制要求低、設備簡單等優點之外,TDD方式的一個很大優勢還在于可以方便地實現上下行帶寬間的動態分配。當然目前無線電治理局規劃的包括3.5GHz、26GHz等在內的大部分寬帶無線接入系統中均采用FDD的雙工方式,而答應采用TDD工作方式的只有1.9GHz上采用PHS或DECT等少數窄帶微蜂窩系統,但不排除TDD將來會成爲一種發展趨勢。

同時支持電路與分組交換

現代通信發展的大趨勢之一無疑是網絡應用的分組化,這場深刻的變革已經開始影響通信的每個角落,從核心交換到傳輸再到寬帶無線接入,目前所有寬帶無線接入系統都選擇了可以對分組業務的支持,幾乎所有的LMDS設備都是以ATM平台爲基礎的,而其他的一些較低端的設備如BreezeCom(現已被奧維通收購)的3.5GHz接入、無線局域網設備等選擇了以IP爲基礎的接入平台。需要指出的是,在未來10~15年內,電信公司的主要任務仍是同時支持電路交換和分組交換兩種網絡,非凡是在接入網這一層,市場對基于電路交換方式的接入設備仍有大量需求。這也是爲什麽一些基于電路交換方式的3.5GHz寬帶無線接入設備推出後能受到市場歡迎。當然以IP爲基礎的QoS改進正積極進行,無線接入朝分組交換方向演進的大趨勢是不容置疑的。動態帶寬分配

目前所有生産寬帶無線接入設備的廠家都宣稱能提供對帶寬動態分配的支持,以大唐電信推出的3.5GHzAIRsun固定無線接入設備爲例,采用一些獨特的專利技術,任一單獨的用戶都可以使用靈活的基帶帶寬,而且和目前很多流行的系統一樣,可以支持不對稱方案分配。當然由于大部分系統是以FDD方式工作的,只能在上行或下行一個方向的總帶寬中對各個用戶進行動態分配,是無法實現上下行帶寬間分配的。目前航天科技推出的一種工作在5GHz頻段的稱爲CB-Access系統采用TDD方式工作,可以實現在上、下行信道間的動態帶寬分配。

業務接口日趨豐富

在接入網這一側,隨著國家政策的放開,誰經營的業務種類越豐富,誰經營的業務類型越先進,誰就能在這場接入網的競爭中占據優勢。因此各個運營商都對業務接口提出了非常高的要求,而設備供給商提供的産品業務接口越豐富,也就越受運營商的青睐。顯然,業務接口的不斷豐富成爲廠家日益追求的目標。

寬帶無線接入在中

國內最初將目光放到寬帶無線接入市場的當屬中國聯通。1999年初,中國聯通便和美國P-Com公司簽署了共同進行LMDS系統實驗網協議,這意味著P-C

  全球通信發展的寬帶化、無線化、個人化、分組化是大勢所趨。同有線接入系統一樣,無線接入系統經曆了由窄帶到寬帶,由面向話音業務到面向數據、多媒體業務的轉變。隨著數據業務在電信總業務中的比例不斷擴大,非凡是隨著Internet技術的迅猛發展,現有的有線接入系統遠遠不能滿足人們的寬帶業務需求;另一方面隨著電信市場的不斷開放,新運營商不斷加入,形成了多方競爭的局面。運營商面臨的問題是,采用何種技術才能快速而低成本地向用戶快速、廉價地提供高質量的寬帶電信業務。在這種背景下,寬帶無線接入應運而生。      寬帶無線接入技術亮點紛呈   當前寬帶無線接入有以下幾大技術:LMDS(LocalMultipointDistributeSystem本地多點分配系統)、MMDS(MultipointMultichannelDistributionSystem多點多信道分配系統)、無線局域網、藍牙及其他(如紅外等)。      LMDS,(高頻寬帶、24/26GHz~38GHz)頻譜資源比較多,可以傳輸較高的速率,但是由于工作于毫米波,受氣候影響大,抗雨衰性能差,降低了在經濟發達的東南沿海地區的可用度。目前通常所說的LMDS爲第二代數字系統,主要使用無線ATM傳送協議,具有標准化的網絡側接口和網管協議。LMDS具有更高帶寬和雙向數據傳輸的特點,可以提供多種寬帶交互式數據業務及話音和圖像業務,因此人們逐漸將眼光投入帶寬達到1GHz,幾乎可以提供任何種類的業務。我國已完成頻率規劃,頻段爲24.507GHz~25.515GHz和25.757GHz~26.765GHz,但尚未分配。      MMDS,(中頻中寬帶、2GHz~5GHz)該頻段傳輸性能好、覆蓋範圍廣、技術成熟、良好的抗雨衰性能、擴容性強、組網靈活且成本具有競爭力,是較爲理想的無線接入手段。由于該頻段資源比較緊張,能分給MMDS的頻段窄,信道數少,需用新技術來提高頻譜利用率。中國(3.4GHz~3.43GHz和3.5GHz~3.53GHz)已經分配試用。因爲頻段相對緊張,所以格外激發高效利用頻率的新技術大量湧現。      無線局域網的主要技術有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g、HiperLAN等。當前最具代表性的當數IEEE802.11b。1999年9月通過的IEEE802.11b工作在2.4GHz~2.483GHz頻段。802.11b數據速率可以爲11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s或更低,根據噪音狀況自動調整。目前802.11b已經成爲WLAN市場上的主流技術。隨著技術的成熟和産品的降價,無線局域網開始大顯身手(如世界杯、大運會)在機場、寫字樓中廣泛使用。甚至有人斷言,隨著3G的延遲,無線局域網趁勢推廣與普及,高端移動數據用戶被不斷分流,未來無線局域網與3G存在一定的互補與競爭關系,愛立信等移動通信設備廠家已將無線局域網作爲未來3G的一部分。      藍牙也是一種使用2.4GHz~2.483GHz的無線頻帶(ISM頻帶)的通用無線接口技術,提供不同設備間的雙向短程通信。藍牙的目標是最高數據傳輸速率1Mbit/s(有效傳輸速率爲721kbit/s)、最大傳輸距離爲10cm~10m(增加發射功率可達100m)。藍牙的優勢是設備成本低、體積小。而且,搭配「藍牙」構造一個整體網路的成本要比鋪設線纜低。相對802.11x系列和HiperLAN家族,藍牙的作用不是爲了競爭而是相互補充。      寬帶無線接入技術七大趨勢   寬帶固定無線接入技術的發展極爲迅速,各種微波、無線通信領域的先進手段和方法不斷引入,使用頻段從2.4GHz開始向上直至38GHz仍在不斷擴展。一方面這些技術充分利用過去未被開發,或者應用不是很多的頻率資源(從2.4GHz到3.5GHz到5.7GHz再到26GHz、28GHz甚至到30GHz、60GHz等等),另一方面它們融合了在其它通信領域成功應用的先進技術如64QAM、ATM、OFDM等,以實現更大的頻譜利用率、更豐富的業務接入能力、更靈活的帶寬分配方法。總之,固定無線接入系統已經從最初基于電話接入方式的窄帶系統演變爲面向寬帶數據業務爲主的寬帶固定無線接入系統。而且隨著接入網建設的持續升溫以及各種新的技術不斷被引入,寬帶固定無線接入系統仍是未來幾年內通信市場發展的一個熱點。按有關機構保守估算,在2005年後,全世界寬帶無線接入設備市場每年至少有50億美元。      通過對當今最聞名的無線設備廠商的産品進行深入的研究和對比之後,可以看出寬帶無線接入技術的一些最新技術亮點:寬帶OFDM技術、3.5GHz頻段的24扇區天線技術、軟件定義的無線電技術的應用、調制階數和覆蓋面大小可變的自適應技術、高效率頻譜成型技術、自適應動態時隙分配技術、自適應信道估值與碼間幹擾對抗技術、自適應帶寬分配及流量分級治理技術、中頻與射頻集成組裝的緊湊型的戶外單元技術和高級編碼調制與收信檢測技術等。      從以上技術亮點中我們可以總結出寬帶無線接入技術發展的七大趨勢:OFDM技術開始興起、多址方式不斷充實、調制方式向多狀態化發展、雙工方式都可選擇、同時支持電路交換與分組交換、帶寬動態分配、業務接口日趨豐富。OFDM技術開始興起      OFDM(正交頻分複用)的新型信號調制複用方法在寬帶無線接入領域的應用正在逐漸成爲一個發展趨勢,它是從以前的歐洲數字音頻廣播DAVIC標准中和ADSL中引入的一種技術。由于OFDM具有抗多徑傳播能力較強、頻譜利用率較高的優點,同時隨著該技術的不斷普及,其設備複雜、信號處理時間較長、發射功率較大、對非線性極其敏感等缺點將逐漸被克服,目前已有廠家宣稱在2000年已使OFDM芯片産品化。除了在無線局域網標准中(IEEE802.11a、HiperLAN2等)的應用外,有一些廠家在此基礎上發展出一些專利技術如Cisco在無線路由器中采用的V-OFDM,以及瑞瀾公司3.5GHz無線接入中的W-OFDM等。而且現在已經明確OFDM將會成爲未來數據移動系統中的要害技術之一,因此它越來越成爲人們關注的焦點。      多址方式不斷充實   多址方式可以被認爲是一個濾波問題,許多用戶同時使用同一頻譜,然後采用不同的濾波器和處理技術使不同用戶的信號互不幹擾並分別被接收。現在在寬帶無線接入領域中三種主要的多址方式―――FDMA、TDMA、CDMA都有成功的應用,目前以TDMA+FDMA方式爲主流。以LMDS爲例,大部分廠商如北電、阿爾卡特等基本都是采用FDMA+TDMA方式。在3.5GHz接入設備中,已有部分廠家開始采用CDMA方式,由于CDMA技術具有更高的頻譜效率、更強的抗幹擾和保密性等優點,隨著CDMA技術的不斷成熟及成本的降低,相信它將會成爲寬帶無線接入多址方式的重要組成部分。      調制方式向多狀態化發展   與微波設備中常用的調制解調方式相似,各種寬帶無線接入設備中主要選擇的幾種調制方法是QPSK、16QAM以及64QAM,分別適應不同帶寬及覆蓋範圍的需求。目前在LMDS系統中,包括P-Com、北電、阿爾卡特等在內的各廠家的設備都能同時提供對這三種調制方式的支持。在3.5GHz接入以及無線局域網等低頻段領域,目前能支持64QAM的還不多,但正在逐漸成爲一種發展趨勢。如歐洲的HiperLAN2標准中便提出包括64QAM在內的多種調制方案,大唐電信推出的3.5GHzAIRsun設備是目前市場上爲數不多的支持這種高效率調制方式的設備。      雙工方式都可選擇   FDD這種雙工方式在無線通信領域中長期占據統治地位,但是隨著頻率資源的日漸寶貴,這種給頻譜劃分造成很大困難的雙工方式正受到TDD方式的挑戰,TD-SCDMA成爲3G的標准之一便是一個有力的佐證。除了具有頻譜利用率高、功率控制要求低、設備簡單等優點之外,TDD方式的一個很大優勢還在于可以方便地實現上下行帶寬間的動態分配。當然目前無線電治理局規劃的包括3.5GHz、26GHz等在內的大部分寬帶無線接入系統中均采用FDD的雙工方式,而答應采用TDD工作方式的只有1.9GHz上采用PHS或DECT等少數窄帶微蜂窩系統,但不排除TDD將來會成爲一種發展趨勢。      同時支持電路與分組交換   現代通信發展的大趨勢之一無疑是網絡應用的分組化,這場深刻的變革已經開始影響通信的每個角落,從核心交換到傳輸再到寬帶無線接入,目前所有寬帶無線接入系統都選擇了可以對分組業務的支持,幾乎所有的LMDS設備都是以ATM平台爲基礎的,而其他的一些較低端的設備如BreezeCom(現已被奧維通收購)的3.5GHz接入、無線局域網設備等選擇了以IP爲基礎的接入平台。需要指出的是,在未來10~15年內,電信公司的主要任務仍是同時支持電路交換和分組交換兩種網絡,非凡是在接入網這一層,市場對基于電路交換方式的接入設備仍有大量需求。這也是爲什麽一些基于電路交換方式的3.5GHz寬帶無線接入設備推出後能受到市場歡迎。當然以IP爲基礎的QoS改進正積極進行,無線接入朝分組交換方向演進的大趨勢是不容置疑的。動態帶寬分配      目前所有生産寬帶無線接入設備的廠家都宣稱能提供對帶寬動態分配的支持,以大唐電信推出的3.5GHzAIRsun固定無線接入設備爲例,采用一些獨特的專利技術,任一單獨的用戶都可以使用靈活的基帶帶寬,而且和目前很多流行的系統一樣,可以支持不對稱方案分配。當然由于大部分系統是以FDD方式工作的,只能在上行或下行一個方向的總帶寬中對各個用戶進行動態分配,是無法實現上下行帶寬間分配的。目前航天科技推出的一種工作在5GHz頻段的稱爲CB-Access系統采用TDD方式工作,可以實現在上、下行信道間的動態帶寬分配。      業務接口日趨豐富   在接入網這一側,隨著國家政策的放開,誰經營的業務種類越豐富,誰經營的業務類型越先進,誰就能在這場接入網的競爭中占據優勢。因此各個運營商都對業務接口提出了非常高的要求,而設備供給商提供的産品業務接口越豐富,也就越受運營商的青睐。顯然,業務接口的不斷豐富成爲廠家日益追求的目標。      寬帶無線接入在中   國內最初將目光放到寬帶無線接入市場的當屬中國聯通。1999年初,中國聯通便和美國P-Com公司簽署了共同進行LMDS系統實驗網協議,這意味著P-C
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