幾種寬帶無線接入技術的對比分析 - 田學軍-

1、 絡巨頭們也展開了激烈的爭奪,圍繞著不同的標準形成了不同的利益集團。Wi-Fi:局域網(wǎng)接入技術Wi-Fi是無線保真(Wirelessfidelity的縮寫,W i -F i 技術包括已經(jīng)批準的IEEE802.11a、b 和g 規(guī)范以及等待批準的802.11n 規(guī)范。Wi-Fi 是第一項得到廣泛部署的高速無線技術。Wi-Fi 首先在筆記本電腦中頑強地站穩(wěn)了腳跟,筆記本電腦快速上升和移動辦公模式的逐漸深入人心奠定了Wi-Fi 進一步流行的基礎。在英特爾、IBM、AT&T 等眾多IT 和電信運營商的努力下,Wi-Fi 被廣泛部署在全球機場、酒店、咖啡館等場所。然而,Wi-Fi 能夠支持的范圍

2、非常有限,用戶只有保持距離無線接入點設備(AP300英尺的范圍內才能實現(xiàn)高速連接。盡管以目前的情況,希望通過公共服務來盈利還不夠現(xiàn)實,但這些熱點的存在無疑對Wi-Fi 的推廣起到了至關重要的作用。W i -F i 有著“無線版本以太網(wǎng)”的美稱。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。IEEE802.11的影響不僅源于IEEE 802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g已經(jīng)被廣泛應用,而且在于802.11n將會使其應用格局躍上一個新臺階。IEE

3、E802.11系列規(guī)范主要從無線局域網(wǎng)的物理層(PHY和媒體訪問控制層(MAC兩方面來制訂無線局域網(wǎng)標準。其中物理層標準規(guī)定了無線局域網(wǎng)的傳輸速率、信號等基礎規(guī)范,如IEEE802.11b、802.11a、802.11g、802.11n 等;而媒體訪問控制層則在物理層的基礎上提出一些應用要求規(guī)范,如IEEE802.11e、802.11f、802.11i等。目前,802.11n 標準是橫跨M A C 與P H Y 兩層的標準,預計帶寬將達到108Mbps,最高速率或許會達到320Mbps,并加入服務質量管理功能。以此看來,WLAN 從IEEE802.11b 發(fā)展到IEEE802.11g,只不過是

4、升級;而到IEEE 802.11n,才能說是換代。雖然Wi-Fi 擁有很多優(yōu)點,但是它存幾種寬帶無線接入技術的對比分析田學軍湛江教育學院長期以來,無線技術一直被認為是有線技術的補充,不可能取代有線技術。但是,隨著技術的不斷發(fā)展,一系列寬帶無線技術已經(jīng)帶領無線技術走向關鍵應用領域。以20世紀70年代誕生的以太網(wǎng)為代表的有線網(wǎng)絡技術不但極大地擴展和提高了人類的工作模式和效率,促使互聯(lián)網(wǎng)蓬勃地發(fā)展,也給后來的技術提供了充分想象的空間。從歷史的進程來看,現(xiàn)在的無線技術與當初有線網(wǎng)絡初創(chuàng)時期的環(huán)境極為相似,面臨著標準林立、市場錯綜復雜、帶寬不足等等挑戰(zhàn)。而且,今天無線遇到的問題更為復雜,長距離傳輸?shù)男盘?/p>

5、衰減、成本、輻射、QoS、安全脆弱和更高的帶寬需求等。相比起有線技術,無線應用的環(huán)境和需求也更加復雜,這也決定了無線技術必然是以多種不同的技術標準來滿足不同的應用需求。在眾多的無線技術中,W i -F i 、WiMAX、UWB、IEEE802.20/3G 成為不同領域的無線技術的代表,非常引人注目。由于目前無線領域標準眾多,即使是一種技術也可能存在多種競爭的標準。為了爭奪未來市場的主導權,制定標準的網(wǎng)在的安全隱患卻是一個致命的缺點。Wi-Fi 采用的是射頻(RF技術,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

6、比較輕易地在電波的覆蓋范圍內盜取數(shù)據(jù),甚至進入未受保護的公司內部局域網(wǎng)。W i -F i 崛起雖然迅速,但是面對W i M A X 咄咄逼人的發(fā)展態(tài)勢,有輿論認為WiMAX 將取代Wi-Fi ,但也有人認為W i M A X 不會取代W i -F i ,雙方將在無線接入中互補。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W i M A X 802.16e通常可以達到幾英里,主要定位在移動無線城域網(wǎng)環(huán)境中使用。WiMAX:城域網(wǎng)無線技術W i M A X 技術是微波接入全球互操作性的縮寫(Worldw

7、ideInteroperabilityfor MicrowaveAccess,主要任務是通過對產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。802.16是由IEEE802開發(fā)的無線接入技術空中接口標準,具有代表性的標準包括802.16d固定無線接入和802.16e 移動無線接入標準。按照目前的技術發(fā)展情況,802.16d主要定位于企業(yè)用戶,提供長距離傳輸?shù)氖侄?而802.16e的用戶群則定位于個人用戶,支持用戶在移動狀態(tài)下寬帶接入網(wǎng)絡。802.16d 可支持T D D (時分雙工和FDD(頻分雙工兩種無線雙工方式,根據(jù)使用頻段的不同,分別有不同的物理

8、層技術與之相對應,即單載波(SC、OFDM(256點、OFDMA(2048點。其中,10-66GHz 固定無線接入系統(tǒng)主要采用單載波調制技術,而對于2-11GHz 頻段的系統(tǒng),將主要采用O F D M 和O F D M A 技術。O F D M 和O F D M A 具有較高的頻譜利用率,且在抵抗多徑效應、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上具有明顯的優(yōu)勢,因此O F D M 和OFDMA 是低頻段802.16系統(tǒng)采用的主要物理層方式。802.16e的物理層實現(xiàn)方式與802.16d 是基本一致的,主要差別是對OFDMA 進行了擴展。在802.16d 中,僅規(guī)定了2048點OFDMA。而在802.16e

9、中,可以支持2048點、1024點、512點和128點,以適應不同地理區(qū)域從20MHz 到1.25MHz 的信道帶寬差異。在802.16標準中,MAC 層定義了較為完整的QoS 機制。MAC 層針對每個連接可以分別設置不同的QoS參數(shù), 包括速率、延時等指標。為了更好地控制上行數(shù)據(jù)的帶寬分配,M A C 層定義了四種不同的上行帶寬調度模式,可以根據(jù)業(yè)務的需要提供實時、非實時的不同速率要求的數(shù)據(jù)傳輸服務。按照人們原來的理解,Wi-Fi 解決的是無線局域網(wǎng)的接入問題,而W i M A X 解決的是無線城域網(wǎng)的問題,它能把信號傳送幾英里之遠,網(wǎng)絡連接速度達到70Mbps。實際上,整個行業(yè)對WiMAX

10、 的看法并不一致。有些人把它看作是Wi-Fi 未來的替代品,有些人認為它將取代目前的D S L 和CA T V 有線寬帶接入方式。如果說W i -F i 的成功是因為前無古人,那么以W i M A X 無線技術所代表的新型無線W A N 技術將強烈沖擊傳統(tǒng)的電信通信和運營架構。二者是相輔相成的:W i -F i 占領的是無線局域網(wǎng)市場,W i M A X 則進軍無線城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。W i M A X 網(wǎng)絡的建設成本更低,能為用戶提供更經(jīng)濟的數(shù)據(jù)服務,尤其適合沒有傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡和偏遠的地區(qū)。W i M A X 甚至能在50公里范圍內提供75Mbps 的連接速度,并能為成百上千用戶同時訪問提供足夠的

11、帶寬。更為吸引人的是,WiMAX 還能作為Wi-Fi 的備份,快速而容易地訪問、漫游Wi-Fi 熱點。筆記本電腦、PDA、手機可以通過在Wi-Fi 和WiMAX 間自由切換訪問互聯(lián)網(wǎng),從而實現(xiàn)無縫的無線連接。將W i M A X 技術內置于筆記本電腦和移動設備的功能也許將于未來23年內實現(xiàn)。U W B :超寬帶無線技術超寬帶(UWB由UltraWideband 縮寫而成,它是一種無載波通信技術。它利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),有人稱它為無線電領域的一次革命性進展,認為它將成為未來短距離無線通信的主流技術。傳統(tǒng)的“窄帶”和“寬帶”都是采用無線電頻率載波來傳送信號,載波的頻率和功率在

12、一定范圍內變化,從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息。相反的,超寬帶以基帶傳輸。實現(xiàn)方式是發(fā)送脈沖無線電信號傳送聲音和圖像數(shù)據(jù),每秒可發(fā)送多至10億個代表0和1的脈沖信號。這些脈沖信號的時域極窄(0.1至1.5納秒,頻帶極寬(數(shù)Hz 到數(shù)GHz,可超過10GHz,其中的低頻部分可以實現(xiàn)穿墻通信。UWB 脈沖信號的發(fā)射功率都十分低,僅僅相當于一些背景噪音,不會對其他窄帶信號產生任何干擾。由于UWB 系統(tǒng)發(fā)射功率譜密度非常低,因而被截獲概率很小,被檢測概率也很低,與窄帶系統(tǒng)相比,有較好的電磁兼容和頻譜利用率。超寬帶無線技術本來是為軍事目的而開發(fā)的,而巨大的商機使FCC 批準其開始民用化,并將3.1GH

13、z10.6GHz 作為其使用頻帶。UWB 被批準民用后,眾多家電廠商和個人電腦廠商蜂擁而上,在產品研發(fā)上展開競爭。與其他無線通信技術相比,UWB 具有傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低等特點。UWB 以極寬的頻帶換取高速、大容量、低功耗和低成本的優(yōu)點。一個相同作用范圍10米的UWB 通信系統(tǒng),其速率可達到IEEE802.11b的10倍,藍牙的100倍,而其平均功率僅為上述系統(tǒng)的1/101/100,而且還具有更低的成本。但這并不能說超寬帶系統(tǒng)可以取代其他系統(tǒng),而是要視具體情況而定。UWB 技術的主要應用包括室內通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)絡、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達等

14、。尤其是適用數(shù)據(jù)速度:低速(幾十kbps超高速(數(shù)百Mbps,通信范圍在幾米(約10米之內。由于脈沖發(fā)生的電路結構簡單,相對來說比較容易在芯片組中集成。目前,英特爾公司正在進行研究和開發(fā),以便將UWB 集成到個人電腦芯片組中。UWB 是在筆記本電腦與外圍設備之間實現(xiàn)無線接口連接的物理層技術,所以英特爾將UWB 定位于“無線USB2.0”,將其作為10m 以內的近距離高速無線傳輸接口使用,目前已達到100Mbit/s。IEEE802.20:新無線寬帶標準2002年11月,IEEE802標準委員會成立了802.20移動寬帶無線接入 (M B W A 工作組。工作組宣稱,該標準在保留WLAN 優(yōu)勢的

15、基礎上又具新的特點:它將在與蜂窩網(wǎng)絡相當?shù)母采w范圍內實現(xiàn)可與Wi-Fi 媲美的傳輸速度。802.20定位于提供一個基于IP的全移動網(wǎng)絡,提供高速移動數(shù)據(jù)接入,業(yè)務定位與使用范圍與3G 系統(tǒng)相似。按照設計者初衷,IEEE802.20被用來與“傳統(tǒng)”移動通信技術競爭而開發(fā)的技術標準,目標是彌補現(xiàn)有W M A N 、W L A N 、W P A N 技術與蜂窩移動通信間所存在的不足,為無線城域網(wǎng)中移動速度較快的移動用戶提供服務。IEEE802.20標準中將提供更高的QoS 保障,以此實現(xiàn)頻譜效率和更小的延時,給用戶帶來可媲美有線連接效果的高速數(shù)據(jù)應用;當然,802.20與各運營商推出的3G 服務不同

16、,它是一個基于IP 的系統(tǒng),因此更有利于數(shù)據(jù)傳輸。在技術內核方面,IEEE802.20標準將采用正交頻分復用(OFDM技術,實現(xiàn)高速的移動數(shù)據(jù)服務。IEEE802.20標準是面向基于IP的、移動寬帶無線接入技術網(wǎng)而制訂的,目標是發(fā)展成為一種基于移動空中接口、可以實現(xiàn)IP包高效傳輸?shù)募夹g,以期為IP業(yè)務的傳輸尋找一種高度優(yōu)化的移動解決途徑,同時也希望發(fā)展成為一種可實現(xiàn)全球普及、可漫游且實時在線的公共無線寬帶接入網(wǎng)絡技術。依賴這一技術,多數(shù)商業(yè)用戶以及家庭終端用戶未來所產生的無線網(wǎng)絡需求,都能夠得到滿足。另外,802.20標準與現(xiàn)有的移動數(shù)據(jù)通信技術標準(如GPRS、3G 等相結合,將一同構成移動寬帶無線接入領域比較完整的標準體系結構。值得一提的是,802.20的有效覆蓋范圍高達15公里,可以支持等同于無線城域網(wǎng)級別的實時數(shù)據(jù)傳輸,而傳輸速度卻達到了WLAN 網(wǎng)絡的水平,故與現(xiàn)在的移動通信網(wǎng)絡相比具有明顯的性價比優(yōu)勢。同3G技術相比,802.20標準提供更低價位的服務,能有效地滿足用戶需求,使運營商不再為搭建系統(tǒng)需要的高昂成本擔憂。同時,802.20標準也有超越3G系統(tǒng)的優(yōu)勢:其在高速移動狀態(tài)下的通信連接表現(xiàn)出不錯的支持能力。例如,用戶坐在最高時速250公里的行使車輛中,仍然能夠維持順暢的通信連接。由此可見,在高速移動過程中,802.20標準提供的目標