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宽带无线接入技术发展前景七大趋势

来源:互联网  宽屏版  评论
2008-05-31 06:10:39

全球通信发展的宽带化、无线化、个人化、分组化是大势所趋。同有线接入系统一样,无线接入系统经历了由窄带到宽带,由面向话音业务到面向数据、多媒体业务的转变。随着数据业务在电信总业务中的比例不断扩大,非凡是随着Internet技术的迅猛发展,现有的有线接入系统远远不能满足人们的宽带业务需求;另一方面随着电信市场的不断开放,新运营商不断加入,形成了多方竞争的局面。运营商面临的问题是,采用何种技术才能快速而低成本地向用户快速、廉价地提供高质量的宽带电信业务。在这种背景下,宽带无线接入应运而生。

宽带无线接入技术亮点纷呈

当前宽带无线接入有以下几大技术:LMDS(LocalMultipointDistributeSystem本地多点分配系统)、MMDS(MultipointMultichannelDistributionSystem多点多信道分配系统)、无线局域网、蓝牙及其他(如红外等)。

LMDS,(高频宽带、24/26GHz~38GHz)频谱资源比较多,可以传输较高的速率,但是由于工作于毫米波,受气候影响大,抗雨衰性能差,降低了在经济发达的东南沿海地区的可用度。目前通常所说的LMDS为第二代数字系统,主要使用无线ATM传送协议,具有标准化的网络侧接口和网管协议。LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点,可以提供多种宽带交互式数据业务及话音和图像业务,因此人们逐渐将眼光投入带宽达到1GHz,几乎可以提供任何种类的业务。我国已完成频率规划,频段为24.507GHz~25.515GHz和25.757GHz~26.765GHz,但尚未分配。

MMDS,(中频中宽带、2GHz~5GHz)该频段传输性能好、覆盖范围广、技术成熟、良好的抗雨衰性能、扩容性强、组网灵活且成本具有竞争力,是较为理想的无线接入手段。由于该频段资源比较紧张,能分给MMDS的频段窄,信道数少,需用新技术来提高频谱利用率。中国(3.4GHz~3.43GHz和3.5GHz~3.53GHz)已经分配试用。因为频段相对紧张,所以格外激发高效利用频率的新技术大量涌现。

无线局域网的主要技术有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g、HiperLAN等。当前最具代表性的当数IEEE802.11b。1999年9月通过的IEEE802.11b工作在2.4GHz~2.483GHz频段。802.11b数据速率可以为11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s或更低,根据噪音状况自动调整。目前802.11b已经成为WLAN市场上的主流技术。随着技术的成熟和产品的降价,无线局域网开始大显身手(如世界杯、大运会)在机场、写字楼中广泛使用。甚至有人断言,随着3G的延迟,无线局域网趁势推广与普及,高端移动数据用户被不断分流,未来无线局域网与3G存在一定的互补与竞争关系,爱立信等移动通信设备厂家已将无线局域网作为未来3G的一部分。

蓝牙也是一种使用2.4GHz~2.483GHz的无线频带(ISM频带)的通用无线接口技术,提供不同设备间的双向短程通信。蓝牙的目标是最高数据传输速率1Mbit/s(有效传输速率为721kbit/s)、最大传输距离为10cm~10m(增加发射功率可达100m)。蓝牙的优势是设备成本低、体积小。而且,搭配“蓝牙”构造一个整体网路的成本要比铺设线缆低。相对802.11x系列和HiperLAN家族,蓝牙的作用不是为了竞争而是相互补充。

宽带无线接入技术七大趋势

宽带固定无线接入技术的发展极为迅速,各种微波、无线通信领域的先进手段和方法不断引入,使用频段从2.4GHz开始向上直至38GHz仍在不断扩展。一方面这些技术充分利用过去未被开发,或者应用不是很多的频率资源(从2.4GHz到3.5GHz到5.7GHz再到26GHz、28GHz甚至到30GHz、60GHz等等),另一方面它们融合了在其它通信领域成功应用的先进技术如64QAM、ATM、OFDM等,以实现更大的频谱利用率、更丰富的业务接入能力、更灵活的带宽分配方法。总之,固定无线接入系统已经从最初基于电话接入方式的窄带系统演变为面向宽带数据业务为主的宽带固定无线接入系统。而且随着接入网建设的持续升温以及各种新的技术不断被引入,宽带固定无线接入系统仍是未来几年内通信市场发展的一个热点。按有关机构保守估算,在2005年后,全世界宽带无线接入设备市场每年至少有50亿美元。

通过对当今最闻名的无线设备厂商的产品进行深入的研究和对比之后,可以看出宽带无线接入技术的一些最新技术亮点:宽带OFDM技术、3.5GHz频段的24扇区天线技术、软件定义的无线电技术的应用、调制阶数和覆盖面大小可变的自适应技术、高效率频谱成型技术、自适应动态时隙分配技术、自适应信道估值与码间干扰对抗技术、自适应带宽分配及流量分级治理技术、中频与射频集成组装的紧凑型的户外单元技术和高级编码调制与收信检测技术等。

从以上技术亮点中我们可以总结出宽带无线接入技术发展的七大趋势:OFDM技术开始兴起、多址方式不断充实、调制方式向多状态化发展、双工方式都可选择、同时支持电路交换与分组交换、带宽动态分配、业务接口日趋丰富。OFDM技术开始兴起

OFDM(正交频分复用)的新型信号调制复用方法在宽带无线接入领域的应用正在逐渐成为一个发展趋势,它是从以前的欧洲数字音频广播DAVIC标准中和ADSL中引入的一种技术。由于OFDM具有抗多径传播能力较强、频谱利用率较高的优点,同时随着该技术的不断普及,其设备复杂、信号处理时间较长、发射功率较大、对非线性极其敏感等缺点将逐渐被克服,目前已有厂家宣称在2000年已使OFDM芯片产品化。除了在无线局域网标准中(IEEE802.11a、HiperLAN2等)的应用外,有一些厂家在此基础上发展出一些专利技术如Cisco在无线路由器中采用的V-OFDM,以及瑞澜公司3.5GHz无线接入中的W-OFDM等。而且现在已经明确OFDM将会成为未来数据移动系统中的要害技术之一,因此它越来越成为人们关注的焦点。

多址方式不断充实

多址方式可以被认为是一个滤波问题,许多用户同时使用同一频谱,然后采用不同的滤波器和处理技术使不同用户的信号互不干扰并分别被接收。现在在宽带无线接入领域中三种主要的多址方式―――FDMA、TDMA、CDMA都有成功的应用,目前以TDMA+FDMA方式为主流。以LMDS为例,大部分厂商如北电、阿尔卡特等基本都是采用FDMA+TDMA方式。在3.5GHz接入设备中,已有部分厂家开始采用CDMA方式,由于CDMA技术具有更高的频谱效率、更强的抗干扰和保密性等优点,随着CDMA技术的不断成熟及成本的降低,相信它将会成为宽带无线接入多址方式的重要组成部分。

调制方式向多状态化发展

与微波设备中常用的调制解调方式相似,各种宽带无线接入设备中主要选择的几种调制方法是QPSK、16QAM以及64QAM,分别适应不同带宽及覆盖范围的需求。目前在LMDS系统中,包括P-Com、北电、阿尔卡特等在内的各厂家的设备都能同时提供对这三种调制方式的支持。在3.5GHz接入以及无线局域网等低频段领域,目前能支持64QAM的还不多,但正在逐渐成为一种发展趋势。如欧洲的HiperLAN2标准中便提出包括64QAM在内的多种调制方案,大唐电信推出的3.5GHzAIRsun设备是目前市场上为数不多的支持这种高效率调制方式的设备。

双工方式都可选择

FDD这种双工方式在无线通信领域中长期占据统治地位,但是随着频率资源的日渐宝贵,这种给频谱划分造成很大困难的双工方式正受到TDD方式的挑战,TD-SCDMA成为3G的标准之一便是一个有力的佐证。除了具有频谱利用率高、功率控制要求低、设备简单等优点之外,TDD方式的一个很大优势还在于可以方便地实现上下行带宽间的动态分配。当然目前无线电治理局规划的包括3.5GHz、26GHz等在内的大部分宽带无线接入系统中均采用FDD的双工方式,而答应采用TDD工作方式的只有1.9GHz上采用PHS或DECT等少数窄带微蜂窝系统,但不排除TDD将来会成为一种发展趋势。

同时支持电路与分组交换

现代通信发展的大趋势之一无疑是网络应用的分组化,这场深刻的变革已经开始影响通信的每个角落,从核心交换到传输再到宽带无线接入,目前所有宽带无线接入系统都选择了可以对分组业务的支持,几乎所有的LMDS设备都是以ATM平台为基础的,而其他的一些较低端的设备如BreezeCom(现已被奥维通收购)的3.5GHz接入、无线局域网设备等选择了以IP为基础的接入平台。需要指出的是,在未来10~15年内,电信公司的主要任务仍是同时支持电路交换和分组交换两种网络,非凡是在接入网这一层,市场对基于电路交换方式的接入设备仍有大量需求。这也是为什么一些基于电路交换方式的3.5GHz宽带无线接入设备推出后能受到市场欢迎。当然以IP为基础的QoS改进正积极进行,无线接入朝分组交换方向演进的大趋势是不容置疑的。动态带宽分配

目前所有生产宽带无线接入设备的厂家都宣称能提供对带宽动态分配的支持,以大唐电信推出的3.5GHzAIRsun固定无线接入设备为例,采用一些独特的专利技术,任一单独的用户都可以使用灵活的基带带宽,而且和目前很多流行的系统一样,可以支持不对称方案分配。当然由于大部分系统是以FDD方式工作的,只能在上行或下行一个方向的总带宽中对各个用户进行动态分配,是无法实现上下行带宽间分配的。目前航天科技推出的一种工作在5GHz频段的称为CB-Access系统采用TDD方式工作,可以实现在上、下行信道间的动态带宽分配。

业务接口日趋丰富

在接入网这一侧,随着国家政策的放开,谁经营的业务种类越丰富,谁经营的业务类型越先进,谁就能在这场接入网的竞争中占据优势。因此各个运营商都对业务接口提出了非常高的要求,而设备供给商提供的产品业务接口越丰富,也就越受运营商的青睐。显然,业务接口的不断丰富成为厂家日益追求的目标。

宽带无线接入在中

国内最初将目光放到宽带无线接入市场的当属中国联通。1999年初,中国联通便和美国P-Com公司签署了共同进行LMDS系统实验网协议,这意味着P-C

 
  全球通信发展的宽带化、无线化、个人化、分组化是大势所趋。同有线接入系统一样,无线接入系统经历了由窄带到宽带,由面向话音业务到面向数据、多媒体业务的转变。随着数据业务在电信总业务中的比例不断扩大,非凡是随着Internet技术的迅猛发展,现有的有线接入系统远远不能满足人们的宽带业务需求;另一方面随着电信市场的不断开放,新运营商不断加入,形成了多方竞争的局面。运营商面临的问题是,采用何种技术才能快速而低成本地向用户快速、廉价地提供高质量的宽带电信业务。在这种背景下,宽带无线接入应运而生。      宽带无线接入技术亮点纷呈   当前宽带无线接入有以下几大技术:LMDS(LocalMultipointDistributeSystem本地多点分配系统)、MMDS(MultipointMultichannelDistributionSystem多点多信道分配系统)、无线局域网、蓝牙及其他(如红外等)。      LMDS,(高频宽带、24/26GHz~38GHz)频谱资源比较多,可以传输较高的速率,但是由于工作于毫米波,受气候影响大,抗雨衰性能差,降低了在经济发达的东南沿海地区的可用度。目前通常所说的LMDS为第二代数字系统,主要使用无线ATM传送协议,具有标准化的网络侧接口和网管协议。LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点,可以提供多种宽带交互式数据业务及话音和图像业务,因此人们逐渐将眼光投入带宽达到1GHz,几乎可以提供任何种类的业务。我国已完成频率规划,频段为24.507GHz~25.515GHz和25.757GHz~26.765GHz,但尚未分配。      MMDS,(中频中宽带、2GHz~5GHz)该频段传输性能好、覆盖范围广、技术成熟、良好的抗雨衰性能、扩容性强、组网灵活且成本具有竞争力,是较为理想的无线接入手段。由于该频段资源比较紧张,能分给MMDS的频段窄,信道数少,需用新技术来提高频谱利用率。中国(3.4GHz~3.43GHz和3.5GHz~3.53GHz)已经分配试用。因为频段相对紧张,所以格外激发高效利用频率的新技术大量涌现。      无线局域网的主要技术有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g、HiperLAN等。当前最具代表性的当数IEEE802.11b。1999年9月通过的IEEE802.11b工作在2.4GHz~2.483GHz频段。802.11b数据速率可以为11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s或更低,根据噪音状况自动调整。目前802.11b已经成为WLAN市场上的主流技术。随着技术的成熟和产品的降价,无线局域网开始大显身手(如世界杯、大运会)在机场、写字楼中广泛使用。甚至有人断言,随着3G的延迟,无线局域网趁势推广与普及,高端移动数据用户被不断分流,未来无线局域网与3G存在一定的互补与竞争关系,爱立信等移动通信设备厂家已将无线局域网作为未来3G的一部分。      蓝牙也是一种使用2.4GHz~2.483GHz的无线频带(ISM频带)的通用无线接口技术,提供不同设备间的双向短程通信。蓝牙的目标是最高数据传输速率1Mbit/s(有效传输速率为721kbit/s)、最大传输距离为10cm~10m(增加发射功率可达100m)。蓝牙的优势是设备成本低、体积小。而且,搭配“蓝牙”构造一个整体网路的成本要比铺设线缆低。相对802.11x系列和HiperLAN家族,蓝牙的作用不是为了竞争而是相互补充。      宽带无线接入技术七大趋势   宽带固定无线接入技术的发展极为迅速,各种微波、无线通信领域的先进手段和方法不断引入,使用频段从2.4GHz开始向上直至38GHz仍在不断扩展。一方面这些技术充分利用过去未被开发,或者应用不是很多的频率资源(从2.4GHz到3.5GHz到5.7GHz再到26GHz、28GHz甚至到30GHz、60GHz等等),另一方面它们融合了在其它通信领域成功应用的先进技术如64QAM、ATM、OFDM等,以实现更大的频谱利用率、更丰富的业务接入能力、更灵活的带宽分配方法。总之,固定无线接入系统已经从最初基于电话接入方式的窄带系统演变为面向宽带数据业务为主的宽带固定无线接入系统。而且随着接入网建设的持续升温以及各种新的技术不断被引入,宽带固定无线接入系统仍是未来几年内通信市场发展的一个热点。按有关机构保守估算,在2005年后,全世界宽带无线接入设备市场每年至少有50亿美元。      通过对当今最闻名的无线设备厂商的产品进行深入的研究和对比之后,可以看出宽带无线接入技术的一些最新技术亮点:宽带OFDM技术、3.5GHz频段的24扇区天线技术、软件定义的无线电技术的应用、调制阶数和覆盖面大小可变的自适应技术、高效率频谱成型技术、自适应动态时隙分配技术、自适应信道估值与码间干扰对抗技术、自适应带宽分配及流量分级治理技术、中频与射频集成组装的紧凑型的户外单元技术和高级编码调制与收信检测技术等。      从以上技术亮点中我们可以总结出宽带无线接入技术发展的七大趋势:OFDM技术开始兴起、多址方式不断充实、调制方式向多状态化发展、双工方式都可选择、同时支持电路交换与分组交换、带宽动态分配、业务接口日趋丰富。OFDM技术开始兴起      OFDM(正交频分复用)的新型信号调制复用方法在宽带无线接入领域的应用正在逐渐成为一个发展趋势,它是从以前的欧洲数字音频广播DAVIC标准中和ADSL中引入的一种技术。由于OFDM具有抗多径传播能力较强、频谱利用率较高的优点,同时随着该技术的不断普及,其设备复杂、信号处理时间较长、发射功率较大、对非线性极其敏感等缺点将逐渐被克服,目前已有厂家宣称在2000年已使OFDM芯片产品化。除了在无线局域网标准中(IEEE802.11a、HiperLAN2等)的应用外,有一些厂家在此基础上发展出一些专利技术如Cisco在无线路由器中采用的V-OFDM,以及瑞澜公司3.5GHz无线接入中的W-OFDM等。而且现在已经明确OFDM将会成为未来数据移动系统中的要害技术之一,因此它越来越成为人们关注的焦点。      多址方式不断充实   多址方式可以被认为是一个滤波问题,许多用户同时使用同一频谱,然后采用不同的滤波器和处理技术使不同用户的信号互不干扰并分别被接收。现在在宽带无线接入领域中三种主要的多址方式―――FDMA、TDMA、CDMA都有成功的应用,目前以TDMA+FDMA方式为主流。以LMDS为例,大部分厂商如北电、阿尔卡特等基本都是采用FDMA+TDMA方式。在3.5GHz接入设备中,已有部分厂家开始采用CDMA方式,由于CDMA技术具有更高的频谱效率、更强的抗干扰和保密性等优点,随着CDMA技术的不断成熟及成本的降低,相信它将会成为宽带无线接入多址方式的重要组成部分。      调制方式向多状态化发展   与微波设备中常用的调制解调方式相似,各种宽带无线接入设备中主要选择的几种调制方法是QPSK、16QAM以及64QAM,分别适应不同带宽及覆盖范围的需求。目前在LMDS系统中,包括P-Com、北电、阿尔卡特等在内的各厂家的设备都能同时提供对这三种调制方式的支持。在3.5GHz接入以及无线局域网等低频段领域,目前能支持64QAM的还不多,但正在逐渐成为一种发展趋势。如欧洲的HiperLAN2标准中便提出包括64QAM在内的多种调制方案,大唐电信推出的3.5GHzAIRsun设备是目前市场上为数不多的支持这种高效率调制方式的设备。      双工方式都可选择   FDD这种双工方式在无线通信领域中长期占据统治地位,但是随着频率资源的日渐宝贵,这种给频谱划分造成很大困难的双工方式正受到TDD方式的挑战,TD-SCDMA成为3G的标准之一便是一个有力的佐证。除了具有频谱利用率高、功率控制要求低、设备简单等优点之外,TDD方式的一个很大优势还在于可以方便地实现上下行带宽间的动态分配。当然目前无线电治理局规划的包括3.5GHz、26GHz等在内的大部分宽带无线接入系统中均采用FDD的双工方式,而答应采用TDD工作方式的只有1.9GHz上采用PHS或DECT等少数窄带微蜂窝系统,但不排除TDD将来会成为一种发展趋势。      同时支持电路与分组交换   现代通信发展的大趋势之一无疑是网络应用的分组化,这场深刻的变革已经开始影响通信的每个角落,从核心交换到传输再到宽带无线接入,目前所有宽带无线接入系统都选择了可以对分组业务的支持,几乎所有的LMDS设备都是以ATM平台为基础的,而其他的一些较低端的设备如BreezeCom(现已被奥维通收购)的3.5GHz接入、无线局域网设备等选择了以IP为基础的接入平台。需要指出的是,在未来10~15年内,电信公司的主要任务仍是同时支持电路交换和分组交换两种网络,非凡是在接入网这一层,市场对基于电路交换方式的接入设备仍有大量需求。这也是为什么一些基于电路交换方式的3.5GHz宽带无线接入设备推出后能受到市场欢迎。当然以IP为基础的QoS改进正积极进行,无线接入朝分组交换方向演进的大趋势是不容置疑的。动态带宽分配      目前所有生产宽带无线接入设备的厂家都宣称能提供对带宽动态分配的支持,以大唐电信推出的3.5GHzAIRsun固定无线接入设备为例,采用一些独特的专利技术,任一单独的用户都可以使用灵活的基带带宽,而且和目前很多流行的系统一样,可以支持不对称方案分配。当然由于大部分系统是以FDD方式工作的,只能在上行或下行一个方向的总带宽中对各个用户进行动态分配,是无法实现上下行带宽间分配的。目前航天科技推出的一种工作在5GHz频段的称为CB-Access系统采用TDD方式工作,可以实现在上、下行信道间的动态带宽分配。      业务接口日趋丰富   在接入网这一侧,随着国家政策的放开,谁经营的业务种类越丰富,谁经营的业务类型越先进,谁就能在这场接入网的竞争中占据优势。因此各个运营商都对业务接口提出了非常高的要求,而设备供给商提供的产品业务接口越丰富,也就越受运营商的青睐。显然,业务接口的不断丰富成为厂家日益追求的目标。      宽带无线接入在中   国内最初将目光放到宽带无线接入市场的当属中国联通。1999年初,中国联通便和美国P-Com公司签署了共同进行LMDS系统实验网协议,这意味着P-C
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