无线论坛 - 随时随地无线 - WiMAX将是最有发展前景的宽带无线接入技术

只有亲眼所见，我才会相信除有线和DSL以外的第三套宽带备选方案。正如几个月前我在报告中所述，它可能是通过无源光网络(PON)入户的光纤(FFTH)。但是，最终夺取第三名的宽带备选方案可能是最新的无线城域网络(MAN或metro)技术，即宽带无线接入(BWA)。

我想，如果地位稳固的宽带运营商愿意在鼎盛时期开展竞争的话，那么现在正是时候。和其他高科技国家的大多数用户相比，美国的宽带互联网接入用户所支付的费用不仅更多，而且美国宽带服务部署也严重落后。

有线和电信运营商成功地维持着他们的垄断地位。尽管他们可以为数百万人提供快速访问，但是他们还是遏制了竞争、让价格居高不下，并使得很多人仍处于黑暗之中，无法享用高速的宽带接入服务。毕竟，商业就是商业。最近通过的新BWAIEEE标准将改变这一切。令人欣慰的是，宽带革命的号角即将吹响。

当我们静下心来考虑无线技术的全景时，就会发现若干满足近程需要的个人网(PAN)，如蓝牙、ZigBee、UHF、ISM无线电和超宽带(UWB)。此外，还有为企业、家庭和热点市场提供中程接入的无线局域网(Wi-FiWLAN)，以及由手机运营商通过他们的全球连接所提供的广域网(WAN)。

但是，却没有无线城域网(MAN)。当然，有线城域网数量众多，用于有线电视系统或者旨在提供metro服务的光纤网络(例如将多个LAN连接在一起，以及将LAN连接至WAN)。即将问世的PON是最快的城域网。尽管这类系统的成本正在稳步下降，但它们仍然很昂贵，因为必须钻孔或将电缆安装在电杆上，这些工作都需要耗费时间和金钱。

显然，无线技术能解决这些问题。但是，到目前为止，还没有一个统一的标准。最近终于通过的IEEE的802.16WMAN标准改变了这一切。芯片和设备公司正在争相进入这个大有盈利潜力的新兴市场。

标准改善一切

固定无线宽带其实并不新鲜。SmartModularTechnologies的产品开发和工程设计总监JimKraemer说，20世纪80和90年代他在军队中就用过这种快速的无线技术。多年来，电信行业一直在回传方面应用微波。而且，该技术在卫星数据传输方面的应用也有几十年的历史。

在过去的10年中，我们不断努力将这种技术推向商业化轨道，这样便产生了多路多点分配服务(MMDS)和本地多点分配服务(LMDS)微波系统。今天，这些服务事实上已是穷途末路。由于以下三个主要原因，最近的这些努力都失败了。

首先，它们的成本过于昂贵。采用微波设备时，通常会出现这种情况。然而，由于Wi-FiWLAN的发展，半导体加工工艺已经达到这样的水平，即微波无线电芯片的制造成为很平常的事情。因此，生产微波无线电的成本就大大降低了。

失败的另一原因就是缺乏单个标准。所有的系统都有其自己的专属设计。如果您采用该技术，显然您必须要忠于某个厂商。不同系统之间的互操作性甚至无人考虑。

第三，可靠的连接只能通过完整的视距(LOS)链接在较高的微波频率才能建立。这意味着，增益天线必须安装在高塔上，而且传输路径上不能有任何树木、建筑物或其他障碍物。在某些应用中这一点很难实现。但是现在，802.16标准已经解决了大部分的此类问题。

IEEE于1999年通过了802.16标准，该标准最初主要针对11到66GHz频带。由于意识到只有在较低频率才能获得可靠的宽带服务，所以各公司都重新设计该标准的备选方案，以期成为无线赢家。这就产生了后来的802.16a修正案，其中2至11GHz范围的新的标准备选方案。此次扩充已融入完整的802.162004标准中，现已成为BWA中最受关注的焦点。

更令人兴奋的是“微波存取全球互通(WiMAX)论坛”的成立，它包含150多家芯片公司、设备制造商和运营商。该组织的形成旨在推进宽带无线技术，并创建互操作测试和验证方案，从而确保所有的芯片和设备在工作时都能彼此兼容。

802.16标准的涵盖范围非常广泛，而且十分复杂，它可以提供许多备选方案。应用最广的频谱在11GHz以下，特别是在低于6GHz的部分。BWA可以在现有的免执照或执照频段中实现。最可能的范围是2.5GHz执照频谱、3.5GHz执照和免执照频段，以及5.1至5.8GHz免执照国家信息基础设施(U-NII)频段。

小型无线Internet服务提供商(WISP，可能在乡村地区)或许会因为成本的原因选择免执照频段。但是，较大的城市运营商希望提供全范围的宽带备选方案，例如网络协议电视和语音IP(VoIP)，因此毫无疑问，他们会选择较低频段，从而最大程度地降低干扰，并确保更强的可靠性。

802.16标准专为点对点(PTP)和点对多点(PMP)操作而设计。PMP模式采用蜂窝式体系结构，每个发射站覆盖半径高达五或六英里，最多可以处理数百个用户(图1)。尽管此技术可达到的最大范围超过了30英里，但是除了应用于点对点回传之外，在其他方面很少应用。

该技术对时分双工(TDD)和频分双工(FDD)均提供支持。带有独立收发频率的FDD方式以牺牲频谱空间为代价来提供全双工操作。通常，当Tx和Rx频率为50至100MHz时，需要更多的频谱。

因为在链路任何一端都可在接收期间进行传输，所以FDD还支持更高的吞吐量。TDD模式仅使用单信道，并为多个用户提供多个可选择的时隙。也需要可以提供较低速度的半双工。然而这不应该妨碍其使用。TDD模式仅使用一个合成器，所以只需较小且较便宜的CPE单元。

可以逐步选择信道带宽，频率从20MHz到10、5、2.5或1.25MHz。这样，运营商就可以为客户量身定制服务和价格。带宽和调制类型决定了数据传输速率。

借助于20MHz的信道和优化调制(即256正交振幅调制或QAM)，数据传输速率可以达到70到100MB/秒。除了在特殊的回传应用当中，不太可能使用这类最大速率。某些设备采用28MHz带宽，此带宽可再分为14、7、3.5和1.75MHz频段，以支持较低的数据传输速率和更多的用户。

至于调制，该标准加入了自适应调制方法，此方法允许无线电设备根据链路范围、噪音和其他条件自动选择最佳调制。对于信噪比(SNR)为22dB的近距离操作，将使用64QAM来提供超快速数据传输速率。当SNR降低至约16dB时，系统将退回到16QAM。如果SNR接近9dB，将选择正交相移键控(QPSK)。对于SNR接近6dB的最差情况，将使用旧的二进制相移键控(BPSK)。数据传输速率可以自动回退，但是却可以保证链路的整体最大可靠性。

非视距

802.16a扩展标准需要非视距(NLOS)操作。NLOS对于成功的宽带消费服务是必不可少的，因此客户不必再安装和定位室外天线，或者取消运营商提供的上门服务。NLOS系统意味着天线可以位于客户的机顶盒中或机顶盒上。

为实现这一点，该标准加入了正交频分复用(OFDM)，它是一种通过宽带传播信号的调制/复用/接入技术。像CDMA一样，OFDM也是最大程度地降低以下影响的关键：多路信号、衍射、衰减以及与微波信号传播有关的其他现象。尽管在特殊情况下，可以使用2048点FFT方案，但是802.16标准指定了256点快速傅立叶变换(FFT)OFDM信号。超快速LOSPTP回传可应用单个运营商备选方案。

使用广泛的错误更正方法还可以增强链路的可靠性。该标准还加入了ReedSolomon正向纠错(FEC)、卷积编码和交叉存取算法，以确定和纠正比特差错。对于FEC捕捉不到的差错，自动重复请求(ARQ)功能只需再次传送有差错的数据包即可对其进行修正。

功率控制是用来优化每个链路的另一功能。基站将功率控制编码发送至客户的机顶盒，以将所接收的信号设置为所需的特定级别。功率控制算法可以提高整体性能并最大限度地降低功耗。每个用户单元所使用的功率都是传播条件(例如范围、干扰障碍物等类似因素)的函数。

子通道性是该系统的一项特殊功能，可以帮助平衡上游和下游链路预算。通常，用户端设备(CPE)单元的传输功率仅为基站传输功率的四分之一。为了最大限度地扩大链路的范围，可以在传输过程中修改CPE单元，以减少OFDM信道的数量，同时提高每条信道的功率。

为进一步提升链路的可靠性，该标准加入了传送和接收差异，以及自适应天线。使用适当排列的多方向天线可以最大限度地降低NLOS条件下通常会出现的多路径、反射和衰减的影响。

提供高端宽带服务所需的服务质量(QoS)的关键就是接入方式，它可以避免通常与无线系统相关的所有冲突和争用。Wi-Fi802.11WLAN系统使用带冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)。多个用户必须争用对数量有限的信道所进行的访问。

这些系统使用发送前侦听方案，但是如果其他基站正在发送信号，则这些系统必须回退并等待。这将产生无法预测的时间间隙，而这一点对于服务质量来说根本无法接受。802.16系统采用请求/批准接入方法，该方法类似于DOCSIS线缆调制解调器中使用的方法。然后，基站控制可以完全消除传入冲突，并提供一致且可预测的延迟。这种方案可实现语音和视频的完整和可靠的传输。

802.16标准在安全方面毫不吝惜。该标准包括广泛使用的三重数字加密标准(3DES)。这个168位的密钥具备高度安全的加密性。然而，未来的计划将使用更安全的高级加密标准(AES)。安全性不再是无线接入的弱项。

尽管WiMAX的802.16a版本无疑将成为应用最广泛的BWA系统，但是旧系统也有用武之地，尤其是在回传操作中。几个常用的操作点位于10至66GHz频段，包括10.5、25、26、28、31、38及39GHz频段，即所谓的毫米波频段。OFDM未被采用，调制备选方案包括64QAM、16QAM和QPSK。带宽选项为20、25和28MHz。借助于完整的28MHz信道和最佳调制，数据传输速率的范围可达32至134MB/秒。根据频率和传播条件，范围和蜂窝大小通常为一到三英里。

BWA的应用

BWA应用中最受欢迎的是“最后一(或第一)英里”消费宽带接入。对于已经可以获得有线或DSL的消费者，它提供了第三个选择。BWA的竞争有助于降低成本，从而将宽带快速扩展到更多的家庭。

如果基础设施成本在很大程度上取决于基站网络的建立，而不是取决于电缆布线，那么看起来运营商就能在此领域大发横财。在提供高级服务(如VoIP电话和视频服务)时，这种情况尤为突出。

还没有大型的电信运营商垂青这种系统，因此Verizon和SBC正在对其进行测试。然而更可能的是,明年其他的运营商会关注这种具有潜在竞争力的服务。一些较小且正处于起步阶段的WISP也开始为选定的区域提供服务。最可能的情况是，最初的系统也许会出现在宽带服务水平低下的乡村地区和较小城市。

这些系统的第一个应用领域可能与回传操作有关，即在蜂窝电话基站与运营商之间以及在Wi-Fi热点与运营商之间提供微波链路。此外，它还可以充当其自身的多点蜂窝回传。这一应用有助于降低运行T1线路的高额成本。实际上，全新的业务正在浮出水面，即通过无线方式为小型企业提供T1等同服务。各企业当然欢迎这种能大幅削减成本的服务。TowerStream或许是无线宽带接入领域的领导者，它已证明通过BWA可向企业提供类似于T1的服务，并在这种业务中获得丰厚的利润。成立四年以来，TowerStream并未使用新的WiMAX标准，而是使用5.8和18GHz范围内的专属宽带系统。

据TowerStream的总裁兼首席运营官JeffThompson的介绍，该公司的BWA服务分布于纽约、波士顿/普罗维登斯、芝加哥和洛杉矶。借助于无线服务，它还建立了关键的最后一分钟链路，并解决了一些其他通信难题，从而挽救了共和党与民主党代表大会的败局。随着TowerStream的发展壮大，它最可能采用WiMAX。

众多微波设备制造商为固网提供非WiMAX兼容设备。例如，StratexNetwork为Wi-Fi热点提供无线回传设备。

移动性问题

本质上来说，BWA是固定的宽带系统。基站和CPE已经就位。然而，802.16标准的创建者仍然一意孤行地去创建移动方案。目前，802.16e或移动WiMAX备选方案正处于开发阶段，它在一到三英里范围内的5MHz信道中的速度可能达到15MB/秒。

该标准旨在创建用于移动用户设备(例如配备有调制解调器的笔记本电脑)版本的WiMAX系统。通过这种方式，用户可以在系统中漫游。如果能够解决切断问题，则目标就是在速度高达75英里/小时的交通工具中，无线接入的数据传输速率可以达到500KB/秒的范围。

IEEE标准系统中的另一个移动成果就是802.20或Mobile-Fi。该标准旨在催生高速无线系统，此系统在任何移动应用中都采用OFDM。因为得到了思科和摩托罗拉等公司的鼎力支持，这可能会和第四代(4G)蜂窝电话系统形成竞争。

WiMAX将是最有发展前景的宽带无线接入技术

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