《電子技術(shù)應用》
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談無線寬帶接入——WiMax技術(shù)的發(fā)展和未來
摘要: 技術(shù)總是應運而生的。當大家都在談論3G發(fā)展如何如何,WIFI是否有可能取代3G等話題時,新的無線寬帶接入——WiMax技術(shù)出現(xiàn)了。
關(guān)鍵詞: RF|微波 WiMAX 寬帶接入 無線
Abstract:
Key words :

技術(shù)總是應運而生的。當大家都在談論3G發(fā)展如何如何,WIFI是否有可能取代3G等話題時,新的無線寬帶接入——WiMax技術(shù)出現(xiàn)了。WiMAX是一項新興技術(shù),能夠在比Wi-Fi更廣闊的地域范圍內(nèi)提供“最后一公里”寬帶連接性,由此支持企業(yè)客戶享受T1類服務以及居民用戶擁有相當于線纜/DSL的訪問能力。憑借其在任意地點的1~6英里覆蓋范圍(取決于多種因素),WiMAX將可以為高速數(shù)據(jù)應用提供更出色的移動性。此外,憑借這種覆蓋范圍和高吞吐率,WiMAX還能夠提供為電信基礎(chǔ)設施、企業(yè)園區(qū)和Wi-Fi熱點提供回程。

    什么是WiMax技術(shù)

    所謂WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowave Access)是一種基于標準的技術(shù),可以替代現(xiàn)有的有線和DSL 連接方式,來提供最后一英里的無線寬帶接入。WiMAX 將提供固定、移動、便攜形式的無線寬帶連接,并最終能夠在不需要直接視距基站的情況下提供移動無線寬帶連接。為此而建立了包括設備制造商、器件供應商、運營商等在內(nèi)的微波接入全球互操作性認證產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。主要任務是通過對產(chǎn)品進行兼容性和互操作性認證,消除IEEE802.16標準應用的障礙,擴大標準的應用范圍。

    WiMax技術(shù)的優(yōu)勢

    WiMax已經(jīng)從本質(zhì)上改變了最初的應用方向,增加了移動通信方面的服務。通過加入移動特性,一方面,WiMax可以像原來設想的那樣,作為服務供應商和電信商最后一公里接入的技術(shù)手段,同時還可成為運營商們搭建語音和數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)絡的主流技術(shù)。

    按照Wimax的商用計劃,預計到2006年802.16即可集成到筆記本電腦,實現(xiàn)在城域網(wǎng)范圍內(nèi)的可移動的寬帶無線數(shù)據(jù)服務。在城域網(wǎng)的范圍內(nèi),用戶無須購置新的終端,僅用集成802.16功能的筆記本電腦,就可以60km/小時以上的移動速度,不間斷地享用高于3G十倍以上的速率而構(gòu)成的寬帶精彩內(nèi)容服務。而且WiMax還能作為WiFi的備份,使用戶可快速、容易地訪問、漫游WiFi熱點,而筆記本電腦、PDA 、手機也可以通過在WiFi和WiMAX 間自由切換訪問互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)無縫的無線連接。

    WiMax還通過將無線接入系統(tǒng)上升到無線接入網(wǎng)絡,多中心站之間通過負荷分擔的方式大大增加了網(wǎng)絡容量。

    同時WiMax通過OFDM技術(shù)具備了非試距傳輸?shù)哪芰?,因此能夠在不同環(huán)境下獲得最佳的傳輸性能,WiMax還采用了智能天線技術(shù)來提高覆蓋能力。

    此外,WiMax還具有成本低、易實施的優(yōu)勢,因此有利于得到更廣泛的支持和參與,從而形成新的產(chǎn)業(yè)鏈,新興運營商、設備制造商、用戶都會獲益。在基站建設方面,WiMax不同于過去所采用的無線技術(shù),移動信號站為了更好的工作,減少障礙物的影響,都需要搭建高高的基站,WiMax可大大降低移動運營商的成本。

    WiMax技術(shù)存在的問題

    作為一種新興的寬帶無線接入技術(shù),WiMAX相對于傳統(tǒng)的最后一公里接入手段,如DSL、FTTP、HFC、Wi-Fi、非標準的寬帶無線系統(tǒng)、CDMA1X,以及CDMA 2000、WCDMA、HSPDA等接入手段雖然有著獨到的優(yōu)勢和市場空間,但是如果要利用WiMAX實現(xiàn)最后一公里的接入仍然需要解決以下問題:

    1、如何解決成本問題?

    WiMAX產(chǎn)品利用其標準化,相對于非標的寬帶無線產(chǎn)品其成本有了一個大幅的下降,但是預計WiMAX產(chǎn)品終端(固定)價格仍大致為400~500美元,這比DSL(終端價格為50~60美元)、以太網(wǎng)交換機(每個端口為10美元左右)高出很多,尤其是在有線非常發(fā)達的中國,對于采用WiMAX產(chǎn)品介入寬帶數(shù)據(jù)市場,成本的壓力相對較高。這些情況在歐美由于其資費相對較高,壓力相對較小一些。隨著WiMAX技術(shù)的進一步發(fā)展,核心芯片廠家(如Intel、Fujitsu)的進一步推動,技術(shù)方案的高度集成和優(yōu)化,成本可能會有一個大幅度的下降,這時WiMAX產(chǎn)品才會在競爭中處于更為有利的位置。

    目前情況正如市場調(diào)研機構(gòu)Yankee集團分析師LindsaySchroth指出的,提供無線寬帶接入服務的MMDS(MultipointMultichannelDistributionSystem )多點多通道分布式系統(tǒng)供應商包括WiMax 天線架設在內(nèi)的平均部署成本約在每用戶3000美元左右,這種高昂的部署成本不僅很難使服務供應商獲得足夠的投資回報,也會讓多數(shù)用戶退避三舍。雖然Wavesat 、英特爾都看好WiMax 未來的商用前景,但短時間內(nèi),由于應用難以廣泛普及,WiMax 的成本將是制約其發(fā)展的最大瓶頸。

    2.如何解決技術(shù)標準和頻率問題

    在技術(shù)標準上,WiMAX尚未完成統(tǒng)一大業(yè),國際電聯(lián)如何確定其標準還不得而知。

    同時對于無線系統(tǒng),最為關(guān)鍵的是頻率問題,頻率資源的多少,分配的方式將直接決定無線系統(tǒng)的容量和規(guī)模。而系統(tǒng)所能達到的容量和規(guī)模將直接決定運營商的投資力度和經(jīng)營方向。目前在國際上為寬帶無線規(guī)劃的執(zhí)照頻率主要為2.5G(美國)和3.5G(全球除美國),非執(zhí)照頻率為5.8G,潛在的頻率還包括3.3G。按照目前各國的頻率分配方式,每個運營商所獲得的頻點都距大規(guī)模的蜂窩組網(wǎng)要求有較大的距離,一般情況下,需要6~8個左右的頻點才能實現(xiàn)大規(guī)模的組網(wǎng),而目前的分配方式最多為4個左右頻點,因此,WiMAX產(chǎn)品要成為主流的最后一公里接入方式,還需要在頻率資源分配的方式上尋求突破。

    而在我國802.16a的工作頻段是2-11GHz的需指配的頻段在兩年前頒布的新的無線電頻率劃分規(guī)定中己分配完畢,未給Wimax留下空白頻段。同時,3G技術(shù)的成熟和規(guī)模商用,也將較大程度的影響運營商對于WiMax 的投資建設。

    因此華為WiMAX產(chǎn)品部部長王占強認為,WiMAX的頻譜是當前最應該優(yōu)先解決的問題。目前,WiMAX論壇比較傾向于統(tǒng)一在2.5G或3.5G兩個頻段上,但現(xiàn)在各方大都各自為政,分散在多個頻段上開發(fā)產(chǎn)品。

    而且有一些頻段的應用是需要政府批準的,在有的國家還需要收取執(zhí)照費。在這一點上,英特爾表示正在與中國政府及運營商溝通,但政府的態(tài)度目前尚不明朗。

    3.如何與現(xiàn)有網(wǎng)絡的相互融合問題

    WiMAX產(chǎn)品作為一種新的接入手段,還需要解決的一個重要的問題就是如何與現(xiàn)有的網(wǎng)絡融合。目前WiMAX產(chǎn)品主要還是一種接入和傳輸手段,802.16-2004也只是規(guī)定空中的接口問題,對于業(yè)務、用戶的認證、計費等在標準上還沒有一個統(tǒng)一的考慮。在這種情況下,如何利用現(xiàn)有的核心網(wǎng)絡完成用戶認證管理、計費平臺的統(tǒng)一是WiMAX產(chǎn)品作為一種新的最后一公里解決方案的一個關(guān)鍵問題。

    4.如何解決室內(nèi)覆蓋問題

    作為一個無線系統(tǒng),不能只實現(xiàn)室外覆蓋,否則會產(chǎn)生極高的安裝成本,這些成本包括直接的材料和安裝費用成本,還包括其它的成本,如物業(yè)、安裝位置的租賃費用等,這些成本可能會占到設備成本的20%~50%。在北美等地區(qū),由于土地和房屋為私人擁有,常常會導致室外型的終端無法安裝。另外,室外型的安裝方式也大大地限制了潛在用戶的范圍,限制了運營商客戶的發(fā)展。

    而要實現(xiàn)室內(nèi)覆蓋,需要有足夠的鏈路余量,具體到WiMAX產(chǎn)品,就需要AAS、STC、子載波等技術(shù)能夠快速地集成到WiMAX產(chǎn)品當中。

    WiMax的未來

    WiMax的未來發(fā)展很大程度上取決于它與3G、WIFI等技術(shù)的關(guān)系上。

    1、由WiMax與3G的關(guān)系看WiMax的未來發(fā)展

    3G是支持高速無線通信的ITU規(guī)范。這一遍布全球的無線連接與GSM、TDMA和CDMA相兼容。下一代3G蜂窩服務能夠為語音和數(shù)據(jù)提供一個遠程無線接入范圍。全球的運營商目前都在為城鎮(zhèn)、郊區(qū)和交通流量較大的鄉(xiāng)村地區(qū)部署3G網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施。下一代3G蜂窩服務能夠跨多種地域創(chuàng)建廣泛的數(shù)據(jù)接入范圍,從而為語音通信和互聯(lián)網(wǎng)連接提供最理想的移動計算能力。

    WiMax自提出以來一直都比較引人關(guān)注,特別是有Intel這樣的業(yè)界巨頭和WiMAX組織的推動,業(yè)界對WiMax展開了熱烈的討論,尤其是WiMax與3G的關(guān)系,存在多種不同的觀點:有的觀點認為WiMax會取代3G,有的則認為WiMax不可能取代3G,只是3G的互補技術(shù)。

    因此可以看出只有在確立了WiMax與3G的關(guān)系,才能明確WiMax未來的發(fā)展

    對于802.16e(WiMax)技術(shù)和3G技術(shù),首先由于定位的不同,二者存在很大差異。

    從標準化程度上看,802.16e僅定義了空中接口的物理層和MAC層。在MAC層之上采用的協(xié)議以及核心網(wǎng)部分不在802.16e所包含的范圍之內(nèi)。802.16e的空中接口標準化工作預計近期完成。3G技術(shù)作為一個完整的網(wǎng)絡,空中接口規(guī)范、核心網(wǎng)系列規(guī)范以及業(yè)務規(guī)范等都已經(jīng)完成了標準化工作,涉及無線傳輸、移動性管理、業(yè)務應用、用戶號碼管理等內(nèi)容。

    從覆蓋范圍上看,802.16e為了獲得較高的數(shù)據(jù)接入帶寬(30Mbit/s),必然要犧牲覆蓋和移動性,因此802.16e在相當長的時間內(nèi)將主要解決熱點覆蓋,網(wǎng)絡可以提供部分的移動性,主要應用會集中在游牧或低速移動狀態(tài)下的數(shù)據(jù)接入。3G則是無處不在的網(wǎng)絡,覆蓋是連續(xù)的,用戶可以實現(xiàn)不間斷的通信。

    從無線頻譜資源上看,3G擁有全球統(tǒng)一的頻譜資源,而802.16e則正在試圖尋找2~6GHZ之間的頻率資源,各個國家目前可用的頻率都不一致。因此,802.16e最終獲得足夠的全球統(tǒng)一頻率存在一定難度。

    從業(yè)務能力上看,802.16e提供的主要是具有一定移動特性的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務,面向的用戶主要是筆記本終端和802.16e終端持有者。802.16e接入IP核心網(wǎng),也可以提供VoIP業(yè)務。3G從設計最初就是為話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務共同設計的,對于話音業(yè)務,核心網(wǎng)絡仍采用電路交換方式實現(xiàn),QoS有較高的保障。802.16e犧牲了移動性換取了數(shù)據(jù)傳輸能力的提高,它的數(shù)據(jù)帶寬優(yōu)于3G系統(tǒng)。但是3G的數(shù)據(jù)能力也在不斷提高,3G增強型如HSDPA,已經(jīng)可以實現(xiàn)10Mbit/s的接入速率。按照ITU的定義,3G增強型最終目標可以達到30Mbit/s。

    雖然WiMAX傳輸速率可達到3G的10倍甚至更高,其覆蓋范圍用低階調(diào)制時可與3G匹敵甚至更遠,但這不是3G標準的以無線廣域網(wǎng)WWAN為基本模式、以公眾語音及多媒體數(shù)據(jù)為內(nèi)容、在全球范圍內(nèi)漫游的個人手機終端的基本市場定位,本質(zhì)上WiMAX是作為3G及3G演進的一種無線城域網(wǎng)、多點基站互聯(lián)的重要支持手段而已,兩者潛在的市場尺寸亦有巨大差異,從而根本談不上WiMAX會成為3G的終結(jié)者。

    從以上各個角度的分析可以看出,雖然802.16e在數(shù)據(jù)能力上要優(yōu)于3G,但是從標準化、全球統(tǒng)一頻譜、技術(shù)特性等多角度考慮,802.16e距離真正商用還有很長的路要走,而且在相當長的時間內(nèi)主要解決熱點覆蓋,解決部分移動性。802.16e的出現(xiàn)不會影響我國3G的產(chǎn)業(yè)發(fā)展,未來它應該作為3G的補充不斷得到發(fā)展。

    2、由WiMax與Wi-Fi的關(guān)系,看WiMax的未來

    Wi-Fi是無線保真(Wirelessfidelity)的縮寫,Wi-Fi技術(shù)包括已經(jīng)批準的IEEE802.11a、b和g規(guī)范以及等待批準的802.11n規(guī)范。它是第一項得到廣泛部署的高速無線技術(shù),在全球的熱點中尤其引人注目——包括家庭和辦公室以及越來越多的咖啡屋、酒店和機場、Wi-Fi熱點幾乎是立即風靡全球,并因為其提高工作效率的能力而受到出行在外人士的追捧。然而,它能夠支持的范圍非常有限:用戶只有保持在距離無線接入點設備(AP)300英尺的范圍內(nèi)才能實現(xiàn)高速連接。

    Wi-Fi近年來在市場上掀起了一股強勁的熱潮。據(jù)預測,到2007年美國將安裝53萬個熱點,歐洲安裝70萬個,而在亞洲也將有100多萬個熱點。Wi-Fi有著“無線版本以太網(wǎng)”的美稱。由于目前的以太網(wǎng)標準(IEEE802.3標準)幾乎已經(jīng)成為局域網(wǎng)的代名詞,世界上至少有80%以上的局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)技術(shù)。而WLAN同樣為IEEE制訂的標準,所以其幾乎可以視為以太網(wǎng)標準在無線領(lǐng)域的延伸。這使WLAN在應用上具備無痕過度和順利安裝的特點。

    而且WLAN的安裝及設置相當簡單——當需要在某個區(qū)域建立網(wǎng)絡連接時,只需要在一定范圍內(nèi)設立相應的接入點就可以了,規(guī)劃、布線、測試等傳統(tǒng)工序可以被忽略。而且當用戶需要增加、拆卸和遷移時的操作也非常簡單。如果布置一個網(wǎng)吧局域網(wǎng),在HUB、線纜的布置等方面會花費大量時間,而在家里引入Wi-Fi后,整個接入工序不到10分鐘。

    同時WLAN的綜合成本非常低。有消息指通過實施無線局域網(wǎng)解決方案,用戶規(guī)模平均在400點的企業(yè)可以節(jié)省下來的聯(lián)網(wǎng)成本高到490萬美元,由于接入方便、成本低廉且無須申請牌照,使WLAN在公共接入服務領(lǐng)域成為矚目的明星。

    在帶寬方面,802.11b的帶寬可以達到11Mbit/s,而802.11a及802.11g更可達54Mbit/s,如此高的帶寬幾乎趕上了線纜的連接,大大超過同類型的無線網(wǎng)絡技術(shù)。除了網(wǎng)絡以外,WLAN的應用將被拓展到更為廣泛的領(lǐng)域,除了集成在筆記本電腦、PDA、手機等設備中外,還將被集成進諸如打印機、DVD機、游戲機、MP3等產(chǎn)品中,其功能也將進一步增強。

    綜上所述Wi-Fi擁有很多優(yōu)點,但是不可忽視的是它存在的安全隱患是一個致命的缺點。Wi-Fi采用的是射頻(RF)技術(shù),通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號,所以非常容易受到來自外界的攻擊,無線電波能穿透墻壁和隔板,黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進入未受保護的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。

    不過,Wi-Fi崛起雖然迅速,但是由于比較看,WiMAX具有相當?shù)膬?yōu)勢,未來WiMAX不會取代Wi-Fi,雙方將在無線接入中互補。由于WiMAX與Wi-Fi最明顯的區(qū)別是覆蓋范圍存在巨大差別,Wi-Fi最高只能達到300英尺的覆蓋范圍,而只能在無線局域網(wǎng)環(huán)境中使用,而WiMAX802.16e通常可以達到1~3英里,因此主要定位在移動無線城域網(wǎng)環(huán)境中使用。

    WiMax技術(shù)未來的商用前景

    2004年下半年,包括摩托羅拉、西方多路和奧維通等3家公司推出了相應的WiMax固定接入產(chǎn)品,WiMax的產(chǎn)品化進程已經(jīng)超過了預期。

    2004年10月,奧維通宣布向中國本地市場推出其準WiMAX平臺BreezeMAX.該平臺產(chǎn)品基于IEEE802.16/ETSIHiperMAN 標準和WiMAX 論壇協(xié)議,凝聚了奧維通在寬帶無線接入(BWA)、正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)與網(wǎng)絡的十余年商業(yè)部署經(jīng)驗。BreezeMAX 運行在3.5GHz頻段并可提供高帶寬的接入服務,適用范圍包含居民、企業(yè)、多租戶與多住戶單元(MTU/MDU)、熱點網(wǎng)絡中繼站和家庭網(wǎng)絡等各種寬帶接入領(lǐng)域,為其提供市場領(lǐng)先的高品質(zhì)IP語音和高速數(shù)據(jù)傳輸綜合服務。  BreezeMAX Si產(chǎn)品依托領(lǐng)先科技,是當今最先進的WiMAX客戶終端設備,具有如下特點:
   配備Intel PRO/Wireless 5116 寬帶接入芯片的準WiMAX技術(shù)
   六波束切換天線設計,提供360度覆蓋范圍。采用iFAS(智能化快速天線選擇)算法,確保能夠迅速找出最佳天線,提高抗干擾性并減輕信號的衰減
   為增強室內(nèi)穿透力和NLOS非視距操作能力采用了OFDM和OFDMA無線技術(shù)
   集中配置和鑒權(quán)架構(gòu),能夠在BreezeMAX網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)的任意點提供快速連接
   采用SIM卡或界面友好的安裝程序?qū)崿F(xiàn)快速安裝設備。終端用戶可以自行安裝BreezeMAX Si 客戶終端并可立即得到寬帶連接。

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