杰赛公司技术中心 吴志超
中国电子科技集团七所教授级高工 李进良
一、宽带无线接入系列标准
通信系统标准是由专利技术群体所支撑的，每一项专利技术都代表滚滚财源。不容置疑，标准化已成为通信行业的基础和动力。产品的标准化可以保护客户的投资，规范运营市场，同时也是设备供应商占领市场的重要手段。可以这么说，通信标准是通信产业发展的铺路石，未来的通信产业将由一个一个通信标准所导引，更规范地发展。
无线通信是近年来发展最快的产业，从寻呼系统的ＰＯＣＳＡＧ标准，到移动通信的ＧＳＭ、ＣＤＭＡ标准，以及３Ｇ标准之竞争，充分体现出通信标准的巨大影响力。随着数据业务的日益增长，多媒体业务需求的逐渐显现，对无线接入技术，特别是宽带无线接入技术标准的制工作正在紧锣密鼓地进行。
美国电气和电子工程师协会ＩＥＥＥ 和欧洲电信标准化协会ＥＴＳＩ是世界范围内最具影响力的标准组织之一，其无线接入系列标准得到业界的广泛关注。其中，ＩＥＥＥ８０２．１５和ＨｉｐｅｒＰａｎ构成了ＰＡＮ的无线接入标准，个人区间网用于解决同一地点的终端与终端之间的连接，通常形象描述为“最后１０米”的通信需求，如手机和蓝牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）耳机之间的无线连接。
ＩＥＥＥ８０２．１１和ＨｉｐｅｒＬａｎ构成了ＬＡＮ的无线接入标准，局域网用于解决用户群内部的信息交流和网际接入，形象描述为“最后１００米”的通信需求，如企业网和驻地网。
ＩＥＥＥ８０２．１６和ＨｉｐｅｒＡｃｃｅｓｓ构成了ＭＡＮ的无线接入标准，城域网用于大都市范围内的业务点信息汇聚点之间的信息交流和网际接入，形象描述为“最后１公里”的通信需求。
ＩＥＥＥ８０２．２０和２Ｇ、３Ｇ蜂窝移动通信系统构成了ＷＡＮ的无线接入标准，广域网则解决超出一个城市范围的信息交流和网际接入需求。
应用于ＬＡＮ的ＩＥＥＥ８０２．１１ ＷｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮ（亦称ＷＬＡＮ）系列标准得到许多大半导体器件产品制造商的积极支持，已推出多款符合标准ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ的芯片组和相应产品。包括终端和ＡＰ（接入点）设备的ＷＬＡＮ市场销售额正以每年约６０％的速率增长，其影响力已远远超过其它ＷＬＡＮ标准。有大批业内顶尖制造商参加的Ｗｉ－Ｆｉ联盟为ＩＥＥＥ８０２．１１系列标准的推广起到了积极作用。
ＩＥＥＥ８０２．１１标准解决了“最后１００米”，即接入ＬＡＮ的问题。业务经ＬＡＮ接入ＭＡＮ的“最后１公里”还须ＷｉｒｅｌｅｓｓＭＡＮ技术或其他有线或无线接入技术来实现，这就是ＩＥＥＥ８０２．１６标准的应用定位。
ＩＥＥＥ８０２．１６标准于２００１年１２月获得批准，其标题为“Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，即“广带固定无线接入系统的空中接口”。标准对无线接入设备的媒体接入控制层和物理层制订了技术规范。
借鉴Ｗｉ－Ｆｉ模式，一个同样由多个顶级制造商组成的全球微波接入互操作性联盟已经宣告成立。ＷｉＭａｘ与ＷｉＦｉ两者分别针对不同的市场，适用于不同的任务。ＷｉＭａｘ是一家非盈利性的行业组织，其目标是帮助推动和认证采用ＩＥＥＥ８０２．１６和ＥＴＳＩ ＨｉｐｅｒＭＡＮ无线城域网标准的器件和设备具有兼容性和互操作性，促进这些设备的市场推广。经ＷｉＭａｘ认证的产品具备完善的互操作性，并可支持城域宽带固定网、漫游和便携应用。参加的制造商或社团包括英特尔、诺基亚、富士通、奥维通、Ａｐｅｒｔｏ、Ａｉｒｓｐａｎ、Ｐｒｏｍｉｘ、ＯＦＤＭ Ｆｏｒｕｍ、Ｗｉ－ＬＡＮ等，目前已有２５家以上。
ＩＥＥＥ８０２．１６标准为面向连接或无连接业务提供具有服务质量（ＱｏＳ）的多业务无线接入手段。ＩＥＥＥ８０２．１６标准的物理层针对１０～６６ＧＨｚ频段制定，主要用于大业务量的业务接入。由于其设备成本高，标准的市场推广工作十分迟缓。为了在业已广泛使用的１１ＧＨｚ以下频段开发市场，ＩＥＥＥ于今年１月２９日推出了运行于２～１１ＧＨｚ的扩展版本标准——ＩＥＥＥ８０２．１６ａ，即“广带固定无线接入系统的空中接口——针对２～１１ＧＨｚ的ＭＡＣ层调整及增加的物理层规范”。其ＭＡＣ层和ＩＥＥＥ８０２．１６基本相同，物理层则增加了相应规范。新标准适用于特许频段和２．４ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ等免特许频段。由于ＩＥＥＥ８０２．１６ａ标准的实用性，它正在成为新的产业热点，今年７月１０日，全球各大媒体报道：业界芯片制造巨头英特尔公司将开发支持高速无线通信标准ＩＥＥＥ８０２．１６ａ的芯片组，富士通也已宣布开发相应的芯片组。这则消息使人们自然联想到，去年年底由于英特尔发布的“迅驰”笔记本电脑芯片集成了Ｗｉ－Ｆｉ无线网卡功能，掀起了世界范围内的ＷＬＡＮ无线接入浪潮。它直接导致了无线接入制造商获得了大量的市场机会；一些试图通过建立无线接入热点，提供接入服务而赢利的商家越来越多。ＩＥＥＥ８０２．１６ａ芯片组的开发，给业界发出一个信息，ＩＥＥＥ８０２．６ａ普及的日子已经不远了。
采用ＩＥＥＥ８０２．１６ａ标准的宽带无线接入设备已开始进入我国城域接入网，Ａｐｅｒｔｏ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ公司的宽带无线接入产品正建网试用。
二、ＥＥＥ８０２．１６ａ与ＩＥＥＥ８０２．１１系列标准的异同
由于ＩＥＥＥ８０２．１６ａ与ＩＥＥＥ８０２．１１系列标准在技术特征上有很多相同点，如都是用于宽带无线接入，都可传输无连接业务，都采用相同的物理层技术，如正交频分复用（ＯＦＤＭ），可工作于相同频段等。很多人对ＩＥＥＥ８０２．１６ａ与ＩＥＥＥ８０２．１１系列标准的关系表现出疑惑：是替代还是补充？
８０２．１６ａ被认为是比８０２．１１更进一步的技术，它特别适合广域网络的宽带业务、固定与移动业务。它业已包含了８０２．１１标准的众多成果，如高安全性，较高的数据传输，网眼网络技术（Ｍｅｓｈ）以及可以有效利用频谱的智能天线技术。８０２．１６ａ将最先应用于最后一公里接入，移动应用将通过８０２．１６ｅ来实现。它的特性表现在以下几个方面：传送距离：最高３１英里５０公里；每区段最大数据速率是每扇区７０Ｍｂｐｓ，每个基站最多６个扇区；服务质量方面，可支持不同的服务等级，从而可以同时支持采用Ｔ１类型连接的企业用户和采用ＤＳＬ类型连接的家庭用户。此外，它还可以支持话音和视频。从本节对两个标准的比较，可以看出它们所针对的需求差别很大，提供的服务具有互补性。
１．多址方式和用户数
８０２．１１按载波检测多址（ＣＳＭＡ）模式实现多址通信，而８０２．１６ａ则采用时分多址（ＴＤＭＡ）方式。由于多址方式的不同，一个８０２．１１接入点只能同时接入数十个用户，而８０２．１６ａ的一个基站可以同时接入数千个远端用户站。
２．差异化服务和ＱｏＳ
８０２．１１的ＣＳＭＡ多址方式，适合数据业务的传输。而８０２．１６ａ的ＴＤＭＡ多址方式，可以满足多路、多类传输业务的需求，如数据、视频、话音（ＶｏＩＰ）业务。视频、话音等业务需要传输网络的ＱｏＳ支持。８０２．１１不提供ＱｏＳ，而８０２．１６ａ提供ＱｏＳ，提供服务等级，实现差异化服务。
电信业务分无连接业务和面向连接业务两类。８０２．１１只适用于无连接业务，建立在ＴＣＰＩＰ协议基础上。８０２．１６ａ作为″最后１公里″接入手段的提供者，能同时满足两类业务的传输需求，既可以用于无连接业务，也可以运用ＱｏＳ性能保证面向连接业务的传输。
８０２．１６ａ提供三种服务等级：固定带宽（ＣＢＲ）、承诺带宽（ＣＩＲ）、尽力带宽（ＢＥ）。ＣＢＲ优先级最高，任何情况下保证用户订购的带宽。ＣＩＲ的优先级次之，在承诺一个固定带宽的基础上，还可以根据设备带宽资源情况向用户提供更多的传输带宽。ＢＥ则具有更低的优先级，在系统满足其他用户较高优先级业务的条件下，尽力为用户提供传输带宽。
３．无线带宽按需分配
８０２．１６ａ在ＴＤＭＡ多址方式下工作，按用户需要灵活分配传输带宽，可在多用户、多业务的情况下提高频谱和设备的利用率。
８０２．１６ａ可以采用ＦＤＤＴＤＤ两种双工方式中的一种。当８０２．１６ａ工作在ＴＤＭＡＴＤＤ模式下，可以根据上下行业务的实际带宽需求分配上下行带宽，以提高频谱利用率。实际应用中，上下行的带宽需求往往有很大差别，如视频点播（ＶｏＤ）业务下行的视频带宽要求很宽，而上行的控制信息传输带宽则很窄。
４．链路层ＡＲＱ（自动重发请求）机制
８０２．１６ａ和针对话音业务而设计的现行无线通信体制不同，宽带无线接入系统必须面对日益增长的ＩＰ数据业务。支撑ＩＰ数据业务的ＴＣＰＩＰ协议对信道的质量稳定性有较高要求，这和无线通信信道的不稳定特点是相悖的。在质量不稳定信道上运用ＴＣＰＩＰ协议，其效率将十分低下。
８０２．１１用于室内短距离通信，在这种条件下，无线传播的衰落和多径效应的影响并不明显，传输质量相对可以满足ＴＣＰＩＰ协议的要求。而８０２．１６ａ用于室外远距离通信，衰落和多径效应的影响非常显著。因此，标准在链路层加入了ＡＲＱ机制，减少到达网路层的信息差错，提高了系统的业务吞吐量。
５．自适应参数调整
为了保证无线传输的质量，８０２．１６ａ系统在工作中可对物理层多个技术参数进行自适应调整，如调制解调器参数、ＦＥＣ（前向纠错）编码参数、ＡＲＱ参数、功率电平、天线极化方式等，以保证系统的最佳通信质量。
６．多径时延处理和ＮＬＯＳ（非视距）传播
８０２．１１的传播距离短，多径时延小，它不需要处理大的多径时延，以保证ＮＬＯＳ条件下的信号传播。８０２．１１可处理的最大多径时延为０．８μｓ。而８０２．１６ａ传播距离远、传播环境复杂，需要对大的多径时延进行处理，保证ＮＬＯＳ传播。８０２．１６ａ可处理高达１０μｓ的多径时延。
７．信道频宽可调
８０２．１１占用较宽的固定信道频带，如８０２．１１ａ信道带宽为２０ＭＨｚ。而８０２．１６ａ的信道带宽可根据实际需求进行调整，例如，可设置为１．７５３．５７１４ＭＨｚ，或３６１０２０ＭＨｚ。这至少带来如下优点：
１ 有利于避干扰；２ 节省频谱资源；３ 容易规划频谱
８．频谱效率更高，容量更大
８０２．１１系列中，８０２．１１ａ的信息容量最大，可达５４Ｍｂｐｓ，占用带宽２０ＭＨｚ，频谱效率约为２．７ｂｐｓＨｚ。而８０２．１６ａ的信息容量更大，信道带宽２０ＭＨｚ时，信息速率可达１００Ｍｂｐｓ，频谱效率约为５．０ｂｐｓＨｚ。
三、ＥＥＥ８０２．１６ａ设备的应用特点
宽带接入技术分有线和无线两类。和有线宽带接入技术相比，无线接入具有工程周期短、市政协调工作量小、地理环境适应性强、维护简便和维护费用低等优点。
能称得上“宽带”的无线接入技术并不多。ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、窄带ＣＤＭＡ都只有最高二、三百ｋｂｐｓ的速率，称不上“宽带”。只有“只闻其声，不见其人”的３Ｇ才能在室内静止情况下达到２Ｍｂｐｓ的接入速率。一般认为广带（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ）网络是指速率高于１０Ｍｂｐｓ的数据传输系统，它比人们熟悉的宽带Ｗｉｄｅｂａｎｄ网络具有高得多的系统性能指标，只有广带网络才能支持未来多媒体电信网络、数据网络、视频网络，以及各种多媒体综合业务。如前所述，ＷＬＡＮ只解决“最后１００米”的接入问题，与ＩＥＥＥ８０２．１６ａ或其他接入技术配合才能真正地实现宽带接入。８０２．１６ａ用于将８０２．１１ａ无线接入热点连接到互联网，也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。它可作为线缆和ＤＳＬ的无线扩展技术，从而实现无线宽带接入。可以认为，到目前为止，ＩＥＥＥ８０２．１６ａ标准占据着无线宽带接入的主导地位。
在国内市场，ＩＥＥＥ８０２．１６ａ将首先在无线城域网上应用。信息产业部将３．５ＧＨｚ（３４００～３４３０ＭＨｚ、３５００～３５３０ＭＨｚ）、５．８ＧＨｚ（５７２５～５８５０ＭＨｚ）两个频段规划为城域网无线接入专用频段。３．５ＧＨｚ城域网无线接入试验网已于两年前开通，目前已推广到国内几十个城市。５．８ＧＨｚ城域网无线接入试验网也已进入实施阶段。
美国Ａｐｅｒｔｏ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ公司的宽带无线接入设备ＰＷ系列已与广州杰赛公司合作获运营商中电华通公司的入网资格，正在参加其５．８ＧＨｚ试验网的运营试验。Ａｐｅｒｔｏ公司是ＩＥＥＥ８０２．１６ａ工作组中ＭＡＣ层等两个小组的主席单位，其产品的技术先进性和标准化处于领先地位。
Ａｐｅｒｔｏ的ＰＷ系列在无线接入应用方面具有鲜明的特点。除符合ＩＥＥＥ８０２．１６ａ的技术特征外，ＰＷ系列在频率规划设计、应用组网方面具有特色：
１．频率容量
ＰＷ设备以扇形天线和天线极化等方式实现蜂窝组网。在６ＭＨｚ信道频宽情况下，只须１２ＭＨｚ带宽（两个６ＭＨｚ频段）就可实现单基站蜂窝覆盖。当采用４个扇区，每扇区１６个信道时，一个基站支撑的最大信息容量达８９６Ｍｂｐｓ９６ＭＨｚ。
Ａｐｅｒｔｏ建议使用蜂窝频率复用系数为３，是在任何情况下扇区的效率和最大速率之间的折衷方案。采用这样的复用系数，覆盖一个大的网络总共需要６个信道。如果有更多频谱可供使用，可以重叠在这些扇区中以获得附加的容量。
２．地理覆盖
ＰＷ系列是单载波技术体制，在５．８ＧＨｚ频段的典型覆盖半径如附表：
覆盖预计指标和范围在任何情况下都依据障碍物和现场具体情况而定，要想实现期望的可靠覆盖就必须有足够的接收功率和允许解调的信噪比。Ａｐｅｒｔｏ的技术可以对穿过树丛或建筑物等自然障碍物的信号实现接收和解调。
３．组网方式
ＰＷ系统围绕一个基于路由器的基站结构来构建。基站包括了主支系统（ＭＳＳ），以及多达６个无线支系统（ＷＳＳ）。
ＰＷ系统的内置路由器提供具有更高效率的无线连接及支持许多网络特性。
Ａｐｅｒｔｏ提供了各种各样的ＣＰＥ（用户驻地设备）模式，即对远端用户单元的功能细分。包括称做无线路由器的ＰＷ１３０，称做无线ＮＡＴ设备的ＰＷ１２０。路由器和ＮＡＴ的集成可使企业用户节约购置路由器或ＮＡＴ的费用。ＰＷ１１０是Ａｐｅｒｔｏ的ＣＰＥ中最简单的一种，它仅限于一个无线网桥功能，支持最多５个ＭＡＣ地址和８种服务流量。
４．ＶｏＩＰ业务
由于语音在未来信息业务中所占比例日益减小，新一代的宽带接入系统将更多地服务于数据业务，面向未来的ＰＷ系列设备在ＩＰ平台上构筑了多业务接入系统。语音业务以ＶｏＩＰ的形式纳入了ＰＷ接入网。
驻地网用户的话音传真业务通过网关或ＩＰ交换机转换为ＩＰ信息，通过无线接入网接入ＩＰ骨干网，并通过网关实现与ＰＳＴＮ的业务互通。
５．多重虚拟用户
ＰＷ系列的每个实际远端用户单元可以影射为最多１６个虚拟ＳＵ，每个虚拟ＳＵ相当一个独立的数据流。
·每一虚拟ＳＵ得到独立的包缓冲器
·每一虚拟ＳＵ被分配服务等级ＣＢＲ，ＣＩＲ或者ＢＥ
·每一虚拟ＳＵ被分配最小的带宽保证和峰值带宽
·每一虚拟ＳＵ的通道独立。
６．网络连接协议
ＰＷ平台上支持丰富的网络协议，包括：
·网桥
·ＮＡＴ
·路由选择
·ＶＬＡＮｓ
·ＰＰＰｏＥ
·ＤＨＣＰ
·多重数据包分类和过滤
·ＶＬＳＭ和ＣＩＤＲ
这些特性使ＰＷ系统能够在一个无线接口上容易地满足运营商期望的几乎任何网络配置，从一个简单的网桥，到一个复杂的多重的子网。
----《通信世界报》
