宽带固定无线接入技术与未来发展

对运营商来说，“最后一公里”的接入问题已经成为制约其发展的瓶颈，新兴电信运营商尤感其甚。事实上，越来越多的有识之士已经意识到只有接入网开放才是真正意义上的开放，而接入网开放的第一步必然也只能是无线接入。从1999年开始到现在，无论是传统的还是新兴的电信运营商纷纷开始进行宽带固定无线接入的实验网建设，希望在这个领域的竞争中占领一席之地。而主要的制约因素之一，频率资源分配，也有望得到解决，2001年8月份结束的3.5GHz频率资源使用权招标点燃了人们的希望之火。除了电信运营商之外，企业用户，特别是中小企业用户，更是宽带固定无线接入系统一个不容忽视的巨大市场。据有关数据介绍，仅在德国就有十五万个中小企业用户，对他们来说，光纤的成本过高，或者通常不适用，而无线技术只需安装天线等简单装置，避免了铺设线缆的繁琐工作，以最快的时间提供高速高质量的服务。在国内，中小企业用户的需求同样迫切，而且用户总量更为庞大。 　　当然，任何一个新技术的发展都不可能是一帆风顺的，宽带固定无线接入之所以成为今天讨论的焦点，不仅在于其独特的技术和应用优势，也在于诸多限制其发展的不利因素有待于人们的共同关注和解决。事实上，目前出现的大多数宽带固定无线接入技术没有统一标准，而各国对无线接入频率分配方案的不一致已经成为阻碍其发展的一大障碍。而如何保证系统工作稳定性，克服高频条件下雨衰等不利影响等课题也已经摆在专家面前。可喜的是，包括设备制造商、运营商、标准组织等各方面的人士都在积极行动，努力把这些技术早日推向市场。宽带固定无线接入技术不断涌现，这里对其中几种主流技术作一概括。 　　技术概述 　　MMDS 　　这是一种工作在低频段的点对多点微波通信技术，可以工作在2.5GHz、3.5GHz、5.8GHz等不同的频段，由于国内即将开放3.5GHz频段，因此该频段的产品更为引人关注。3.5GHz产品一般基于一点多址微波通信原理，按照国家标准的规定，必须采用FDD双工方式，有固定频率间隔3.5MHz。现在一些典型的系统都采用较先进的微波调制手段，如16QAM、64QAM等，以提高频谱的利用率，再通过扇区分割频率复用的原则，充分利用这一紧张的频率资源，实现更大的传输容量。由于其工作频段相对较低，电波自由空间损耗小，系统具有相对良好的覆盖能力，可以实现较大范围的用户接入，通常达到5至10km左右。此外这类产品点对多点的连接方式刚好配合移动通信系统中BSC与BS间的拓扑结构，而其能提供的远端站接入速率也刚好满足两者之间的通信需要，因此成为移动运营商改善其基站传输链路的新选择，并得到了广泛的应用。而对于以数据业务为主的应用场合，则必须考虑结合动态带宽分配技术，以满足不同客户的需求。值得注意的是，也有一些厂家将CDMA技术引入到3.5GHz固定无线接入产品中来，尽管其产品由于市场定位的不同，在接入速率等指标上的表现并不出色，但这种将移动通信中的先进技术引入固定无线接入系统的尝试是很有新意的。 　　LMDS 　　可以说，宽带固定无线接入技术引起如此大的关注，LMDS的出现起到了至关重要的作用，它所实现的巨大传输能力使人们对无线接入技术有了全新的认识。本地多点分配业务是从点对多点数字微波通信手段发展起来的一种工作在20GHz以上频段的宽带固定无线接入技术，典型的LMDS系统采用蜂窝网络布局，以缩短传输距离、减小发射功率。蜂窝网中心站采用扇区分割系统，配置全向天线或扇区天线实现全方位覆盖，通过点到多点的无线链路与服务区固定用户通信。外围站可选用多种接入手段，系统容量、频段都能根据用户需求灵活配置。单个系统的覆盖区通常为2～5公里，覆盖区还可相互重迭。系统按不同的容量和覆盖需求分别采用64QAM、16QAM和QPSK三种调制方式，不同产品单个基站的接入容量有所不同，最高可达4.8Gb/s，单个扇区子系统的接入容量可达200Mb/s以上。LMDS技术一度被人们追捧，呼声很高。但是最近情况发生了变化，特别是最先开展LMDS运营也最具规模的美国Winstar公司2001年3月宣告破产，给这一技术蒙上了一层巨大的阴影。世界各国对于LMDS的工作频段规划各不相同，兼容性也是一个大问题，而雨衰、视距传输等不利因素的影响目前在技术上还难以克服。日前信息产业部终于出台了一个《关于发布26GHz频段FDD方式本地多点分配业务(LMDS)频率规划（试行）的通知》，给LMDS技术国内商用带来了一线曙光。但其发展能否就此一帆风顺，仍存在不少变数。 　　红外光通信 　　近年来出现的无线红外光传输系统颇为引人注目，它的主要特点是传输速率高，可以提供从2Mb/s直到622Mb/s的高速数据传输；传输距离为几百米到6km左右的范围，符合近距离通信的要求；由于工作在红外光波段，无需进行频率申请，也不会对其他系统造成干扰；信号发射和接收通过光学仪器，省去了天馈线系统，且设备体积较小。这对于一些新兴的运营商、ISP、集团用户迅速建立城域范围内的高速骨干的点对点连接非常有利。当然这种技术目前也存在一些问题，由于是无纤的光通信系统，光路调节的精确度要求高，且易受空气折射率影响产生漂移，需要经常调整，系统维护工作量大。 　　无线局域网 　　无线局域网常常被看做有线网络和用户端计算机之间的“最后一公里”链路，从1997年IEEE批准第一个无线局域网标准IEEE802.11规范开始，这项技术已取得重大进步。目前市场上特别是国内一些主流的产品都是基于IEEE802.11标准，工作在2.4GHz ISM频段(2.402～2.480GHz，共79信道，间隔为1MHz)，标准中规定的跳频和直扩这两种工作方式都有各自的支持者。两种技术各有千秋，通常跳频方式速率较低，吞吐速率在2Mb/s左右，但抗干扰能力较强，而且可以通过多个系统采用不同的跳频序列实现同址复用增加容量。直扩方式可以实现较高的吞吐速率，但抗干扰性能较差，且多套系统同址使用受到限制。无线局域网系统通过一种载波侦听/碰撞避免（CSMA/CA）的多址接入方式，实现对多个用户单元的速率共享，完成对室内上百米、室外几千米范围内的无线覆盖。在业务方面除了提供以太网接入之外，有些产品还具有支持VoIP的话音接口。目前产品价格、技术标准、Internet连接的家庭应用等多种因素正推动着无线局域网市场的迅速发展。 　　宽带卫星接入 　　随着市场需求的不断加大，卫星技术也逐渐加入成为宽带无线接入的又一个分支。这类宽带卫星接入技术正努力改变人们对卫星接入技术的固有认识，即仅限于下行传输速率300kb/s到1Mb/s左右，而上行数据传输需要依靠速率仅为30kb/s的电话线的卫星接入技术初级发展阶段。事实上，正是由于宽带卫星技术继承了传统卫星通信特有的优势，如覆盖范围广、几乎不受地域限制、广播式下行信道适合非对称业务传输、可方便地捆绑卫星电视服务等，这项技术正引起越来越多的关注，而市场调研也对其未来的发展表示一致看好。现阶段卫星宽带接入所采用的手段包括单向和双向两种技术，单向卫星宽带接入是利用高带宽的下行卫星信道进行高速数据传输，而利用地面网络完成上行的数据传输，其技术已经比较成熟，美国休斯公司DirecPC平台便是此类产品的代表。双向卫星宽带接入则是上下行数据均利用卫星信道进行传输，较著名的有SkyBridge系统，SkyBridge系统由Alcatel牵头，获得Boeing、Loral、Toshiba、Qualcomm、Thomson等公司支持，初期投资额估计为30亿美元，LEO星座8条轨道，每条轨道8颗卫星，共64颗卫星，可提供下行16kb/s～60Mb/s，上行166kb/s～2Mb/s的交互式宽带业务，Ku频段运行，原拟于2001年开放业务。现已调整其计划，拟将LEO星座总数扩充至80颗左右，于2004年前后提供商业服务，主要为企业、小商业用户及居民提供全球高速双向卫星接入服务。然而在此之前，为抢占相应市场份额，SkyBridge系统决定从2001年开始着手租用电路开展GEO宽带卫星业务。采用标准波束和直径为1000～6000km的大区覆盖，加上直径为500km左右的多点波束覆盖，经营对xDSL及Cable接入点连接，对无线UMTS、LMDS接入点连接和对拨号上网用集中点或网站站点连接，以便为ISP、大企业、中小企业提供一揽子解决方案。其中包括远程教育、远程医疗、远程企业通信以及内容分配等各类宽带业务，使GEO与LEO两种卫星技术有序互补发展。但其最大的不足是上行速率不够理想，很难适应诸如双向交互式游戏等大量实时性上行数据传输的速率要求，在一定程度上影响了高速双向卫星接入服务的发展。 　　其他技术 　　由于无线市场的蓬勃发展，一些新技术、新产品不断涌现，例如将无线技术与路由器、ADSL集线器等有线产品相结合，在这些产品的基础上增加一个无线模块和室外单元，相当于为这些有线设备增加一个无线端口，以增强其组网的灵活性、适应性，这样的思路正被应用到越来越多的产品中。还有如新一代的无线局域网技术，包括IEEE802.11a、HiperLan2等，将无线局域网应用到5GHz频段上，同时融合OFDM等先进的调制技术，使其实现更高的吞吐速率和更强的传播能力。此外一些传统的微波产品也有逐渐向高频化、宽带化过渡的趋势，如一些1.5GHz的一点多址微波通信系统，现在也被改造为可以工作在3.5GHz频段的接入系统。 　　技术对比及分析 　　针对宽带无线业务的特殊需求，对以上几种常见的无线接入技术进行了一个简要的比较。需要说明的是，由于目前大多数的宽带固定无线接入技术尚未有统一的标准，就不同厂家而言，表中部分技术指标会有一定的出入。 　　总的来看，相对于其他几种主要的宽带固定无线接入系统而言，3.5GHz接入系统覆盖范围广、接入速率足够高、且设备成本相对较低，具有极佳的性能价格比。特别是其所使用的频率资源已经确定，而实践也证明用招标的方式进行频率资源的分配是可行的，新一轮更大范围的竞标即将展开。可以预见，3.5GHz MMDS系统将在众多宽带固定无线接入系统中脱颖而出，率先进入大规模商用阶段。但3.5GHz频段目前存在的主要问题是带宽不足，只有上下行各30MHz，难以大规模使用。而5.8G频段上下行各为100MHz，其市场前景则更为乐观。 　　而作为最早引起人们对宽带固定无线接入的关注也是讨论最为热烈的LMDS，可以说它现在的发展已经落在3.5GHz的后面。尽管LMDS具有10倍以上的速度和带宽优势，但在近一年多与各大运营商的实验中，其较弱的传输能力和设备不够稳定等缺点也暴露出来，特别是传输距离大大限制了它的应用范围，LMDS的成本也更为昂贵。就目前来看，2Mb/s已经可以开展绝大多数的业务，速率的优势也就显得不那么重要了。此外,各国对于LMDS频率规划的差异也是制约其发展的一个因素。尽管如此，随着带宽需求的增长、产品本身日趋成熟以及标准化和频率规划等相关工作的推进，LMDS也许会在未来几年内在宽带无线接入领域起到越来越重要的作用