谈无线宽带接入——WiMax技术的发展和未来

发布: 2010-10-19 15:30 | 作者: 许军中国电信集团北 | 来源: | 字体: 小中大

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　　技术总是应运而生的。当大家都在谈论3G发展如何如何，WIFI是否有可能取代3G等话题时，新的无线宽带接入——WiMax技术出现了。WiMAX是一项新兴技术，能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，由此支持企业客户享受T1类服务以及居民用户拥有相当于线缆/DSL的访问能力。凭借其在任意地点的1～6英里覆盖范围(取决于多种因素)，WiMAX将可以为高速数据应用提供更出色的移动性。此外，凭借这种覆盖范围和高吞吐率，WiMAX还能够提供为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi热点提供回程。
　　
　　什么是WiMax技术

　　所谓WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)是一种基于标准的技术，可以替代现有的有线和DSL 连接方式，来提供最后一英里的无线宽带接入。WiMAX 将提供固定、移动、便携形式的无线宽带连接，并最终能够在不需要直接视距基站的情况下提供移动无线宽带连接。为此而建立了包括设备制造商、器件供应商、运营商等在内的微波接入全球互操作性认证产业联盟。主要任务是通过对产品进行兼容性和互操作性认证，消除IEEE802.16标准应用的障碍，扩大标准的应用范围。

　　WiMax技术的优势

　　WiMax 已经从本质上改变了最初的应用方向，增加了移动通信方面的服务。通过加入移动特性，一方面，WiMax 可以像原来设想的那样，作为服务供应商和电信商最后一公里接入的技术手段，同时还可成为运营商们搭建语音和数据骨干网络的主流技术。

　　按照Wimax 的商用计划，预计到2006年802.16即可集成到笔记本电脑，实现在城域网范围内的可移动的宽带无线数据服务。在城域网的范围内，用户无须购置新的终端，仅用集成802.16功能的笔记本电脑，就可以60km/ 小时以上的移动速度，不间断地享用高于3G十倍以上的速率而构成的宽带精彩内容服务。而且WiMax 还能作为WiFi的备份，使用户可快速、容易地访问、漫游WiFi热点，而笔记本电脑、PDA 、手机也可以通过在WiFi和WiMAX 间自由切换访问互联网，实现无缝的无线连接。

　　WiMax还通过将无线接入系统上升到无线接入网络，多中心站之间通过负荷分担的方式大大增加了网络容量。

　　同时WiMax通过OFDM技术具备了非试距传输的能力，因此能够在不同环境下获得最佳的传输性能，WiMax还采用了智能天线技术来提高覆盖能力。

　　此外，WiMax 还具有成本低、易实施的优势，因此有利于得到更广泛的支持和参与，从而形成新的产业链，新兴运营商、设备制造商、用户都会获益。在基站建设方面，WiMax不同于过去所采用的无线技术，移动信号站为了更好的工作，减少障碍物的影响，都需要搭建高高的基站，WiMax 可大大降低移动运营商的成本。

　　WiMax技术存在的问题

　　作为一种新兴的宽带无线接入技术，WiMAX相对于传统的最后一公里接入手段，如DSL、 FTTP、HFC、 Wi-Fi、非标准的宽带无线系统、CDMA 1X，以及CDMA 2000、WCDMA、HSPDA等接入手段虽然有着独到的优势和市场空间，但是如果要利用WiMAX实现最后一公里的接入仍然需要解决以下问题：
　　
　　1、如何解决成本问题？

　　WiMAX产品利用其标准化，相对于非标的宽带无线产品其成本有了一个大幅的下降，但是预计WiMAX产品终端(固定)价格仍大致为400～500美元，这比DSL(终端价格为50～60美元)、以太网交换机(每个端口为10美元左右)高出很多，尤其是在有线非常发达的中国，对于采用WiMAX产品介入宽带数据市场，成本的压力相对较高。这些情况在欧美由于其资费相对较高，压力相对较小一些。随着WiMAX技术的进一步发展，核心芯片厂家(如Intel、Fujitsu)的进一步推动，技术方案的高度集成和优化，成本可能会有一个大幅度的下降，这时WiMAX产品才会在竞争中处于更为有利的位置。

　　目前情况正如市场调研机构Yankee集团分析师LindsaySchroth指出的，提供无线宽带接入服务的MMDS（Multipoint Multichannel Distribution System ）多点多通道分布式系统供应商包括WiMax 天线架设在内的平均部署成本约在每用户3000美元左右，这种高昂的部署成本不仅很难使服务供应商获得足够的投资回报，也会让多数用户退避三舍。虽然Wavesat 、英特尔都看好WiMax 未来的商用前景，但短时间内，由于应用难以广泛普及，WiMax 的成本将是制约其发展的最大瓶颈。
　　
　　2.如何解决技术标准和频率问题

　　在技术标准上，WiMAX尚未完成统一大业，国际电联如何确定其标准还不得而知。

　　同时对于无线系统，最为关键的是频率问题，频率资源的多少，分配的方式将直接决定无线系统的容量和规模。而系统所能达到的容量和规模将直接决定运营商的投资力度和经营方向。目前在国际上为宽带无线规划的执照频率主要为2.5G(美国)和3.5G(全球除美国)，非执照频率为5.8G，潜在的频率还包括3.3G。按照目前各国的频率分配方式，每个运营商所获得的频点都距大规模的蜂窝组网要求有较大的距离，一般情况下，需要6～8个左右的频点才能实现大规模的组网，而目前的分配方式最多为4个左右频点，因此，WiMAX产品要成为主流的最后一公里接入方式，还需要在频率资源分配的方式上寻求突破。

　　而在我国802.16a 的工作频段是2-11GHz 的需指配的频段在两年前颁布的新的无线电频率划分规定中己分配完毕，未给Wimax 留下空白频段。同时，3G技术的成熟和规模商用，也将较大程度的影响运营商对于WiMax 的投资建设。

　　因此华为WiMAX产品部部长王占强认为，WiMAX的频谱是当前最应该优先解决的问题。目前，WiMAX论坛比较倾向于统一在2.5G或3.5G两个频段上，但现在各方大都各自为政，分散在多个频段上开发产品。

　　而且有一些频段的应用是需要政府批准的，在有的国家还需要收取执照费。在这一点上，英特尔表示正在与中国政府及运营商沟通，但政府的态度目前尚不明朗。

　　3.如何与现有网络的相互融合问题
　
　　WiMAX产品作为一种新的接入手段，还需要解决的一个重要的问题就是如何与现有的网络融合。目前WiMAX产品主要还是一种接入和传输手段，802.16-2004也只是规定空中的接口问题，对于业务、用户的认证、计费等在标准上还没有一个统一的考虑。在这种情况下，如何利用现有的核心网络完成用户认证管理、计费平台的统一是WiMAX产品作为一种新的最后一公里解决方案的一个关键问题。
　　
　　4.如何解决室内覆盖问题

　　作为一个无线系统，不能只实现室外覆盖，否则会产生极高的安装成本，这些成本包括直接的材料和安装费用成本，还包括其它的成本，如物业、安装位置的租赁费用等，这些成本可能会占到设备成本的20%~50%。在北美等地区，由于土地和房屋为私人拥有，常常会导致室外型的终端无法安装。另外，室外型的安装方式也大大地限制了潜在用户的范围，限制了运营商客户的发展。

　　而要实现室内覆盖，需要有足够的链路余量，具体到WiMAX产品，就需要AAS、STC、子载波等技术能够快速地集成到WiMAX产品当中。
　　
　　WiMax的未来

　　WiMax的未来发展很大程度上取决于它与3G、WIFI等技术的关系上。

　　1、由WiMax与3G的关系看WiMax的未来发展

　　3G是支持高速无线通信的ITU规范。这一遍布全球的无线连接与GSM、TDMA和CDMA相兼容。下一代3G蜂窝服务能够为语音和数据提供一个远程无线接入范围。全球的运营商目前都在为城镇、郊区和交通流量较大的乡村地区部署3G网络基础设施。下一代3G蜂窝服务能够跨多种地域创建广泛的数据接入范围，从而为语音通信和互联网连接提供最理想的移动计算能力。

　　WiMax自提出以来一直都比较引人关注，特别是有Intel这样的业界巨头和WiMAX组织的推动，业界对WiMax展开了热烈的讨论，尤其是WiMax与3G的关系，存在多种不同的观点：有的观点认为WiMax会取代3G，有的则认为WiMax不可能取代3G，只是3G的互补技术。

　　因此可以看出只有在确立了WiMax与3G的关系，才能明确WiMax未来的发展

　　对于802.16e（WiMax）技术和3G技术，首先由于定位的不同，二者存在很大差异。

　　从标准化程度上看，802.16e仅定义了空中接口的物理层和MAC层。在MAC层之上采用的协议以及核心网部分不在802.16e所包含的范围之内。802.16e的空中接口标准化工作预计近期完成。3G技术作为一个完整的网络，空中接口规范、核心网系列规范以及业务规范等都已经完成了标准化工作，涉及无线传输、移动性管理、业务应用、用户号码管理等内容。

　　从覆盖范围上看，802.16e为了获得较高的数据接入带宽(30Mbit/s)，必然要牺牲覆盖和移动性，因此802.16e在相当长的时间内将主要解决热点覆盖，网络可以提供部分的移动性，主要应用会集中在游牧或低速移动状态下的数据接入。3G则是无处不在的网络，覆盖是连续的，用户可以实现不间断的通信。

　　从无线频谱资源上看，3G拥有全球统一的频谱资源，而802.16e则正在试图寻找2～6GHZ之间的频率资源，各个国家目前可用的频率都不一致。因此，802.16e最终获得足够的全球统一频率存在一定难度。

　　从业务能力上看，802.16e提供的主要是具有一定移动特性的宽带数据业务，面向的用户主要是笔记本终端和802.16e终端持有者。802.16e接入IP核心网，也可以提供VoIP业务。3G从设计最初就是为话音业务和数据业务共同设计的，对于话音业务，核心网络仍采用电路交换方式实现，QoS有较高的保障。802.16e牺牲了移动性换取了数据传输能力的提高，它的数据带宽优于3G系统。但是3G的数据能力也在不断提高，3G增强型如HSDPA，已经可以实现10Mbit/s的接入速率。按照ITU的定义，3G增强型最终目标可以达到30Mbit/s。

　　虽然WiMAX传输速率可达到3G的10倍甚至更高，其覆盖范围用低阶调制时可与3G匹敌甚至更远，但这不是3G标准的以无线广域网WWAN为基本模式、以公众语音及多媒体数据为内容、在全球范围内漫游的个人手机终端的基本市场定位，本质上WiMAX是作为3G及3G演进的一种无线城域网、多点基站互联的重要支持手段而已，两者潜在的市场尺寸亦有巨大差异，从而根本谈不上WiMAX会成为3G的终结者。

　　从以上各个角度的分析可以看出，虽然802.16e在数据能力上要优于3G，但是从标准化、全球统一频谱、技术特性等多角度考虑，802.16e距离真正商用还有很长的路要走，而且在相当长的时间内主要解决热点覆盖，解决部分移动性。802.16e的出现不会影响我国3G的产业发展，未来它应该作为3G的补充不断得到发展。
　　
　　2、由WiMax与Wi-Fi的关系，看WiMax的未来

　　Wi-Fi是无线保真(Wireless fidelity)的缩写，Wi-Fi技术包括已经批准的IEEE802.11a、b和g规范以及等待批准的802.11n规范。它是第一项得到广泛部署的高速无线技术，在全球的热点中尤其引人注目——包括家庭和办公室以及越来越多的咖啡屋、酒店和机场、Wi-Fi热点几乎是立即风靡全球，并因为其提高工作效率的能力而受到出行在外人士的追捧。然而，它能够支持的范围非常有限：用户只有保持在距离无线接入点设备(AP)300英尺的范围内才能实现高速连接。

　　Wi-Fi近年来在市场上掀起了一股强劲的热潮。据预测，到2007年美国将安装53万个热点，欧洲安装70万个，而在亚洲也将有100多万个热点。Wi-Fi有着“无线版本以太网”的美称。由于目前的以太网标准(IEEE 802.3标准)几乎已经成为局域网的代名词，世界上至少有80%以上的局域网采用以太网技术。而WLAN同样为IEEE制订的标准，所以其几乎可以视为以太网标准在无线领域的延伸。这使WLAN在应用上具备无痕过度和顺利安装的特点。

　　而且WLAN的安装及设置相当简单——当需要在某个区域建立网络连接时，只需要在一定范围内设立相应的接入点就可以了，规划、布线、测试等传统工序可以被忽略。而且当用户需要增加、拆卸和迁移时的操作也非常简单。如果布置一个网吧局域网，在HUB、线缆的布置等方面会花费大量时间，而在家里引入Wi-Fi后，整个接入工序不到10分钟。

　　同时WLAN的综合成本非常低。有消息指通过实施无线局域网解决方案，用户规模平均在400点的企业可以节省下来的联网成本高到490万美元，由于接入方便、成本低廉且无须申请牌照，使WLAN在公共接入服务领域成为瞩目的明星。
　
　　在带宽方面，802.11b的带宽可以达到11Mbit/s，而802.11a及802.11g更可达54Mbit/s，如此高的带宽几乎赶上了线缆的连接，大大超过同类型的无线网络技术。除了网络以外，WLAN的应用将被拓展到更为广泛的领域，除了集成在笔记本电脑、PDA、手机等设备中外，还将被集成进诸如打印机、DVD机、游戏机、MP3等产品中，其功能也将进一步增强。

　　综上所述Wi-Fi拥有很多优点，但是不可忽视的是它存在的安全隐患是一个致命的缺点。Wi-Fi采用的是射频(RF)技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，无线电波能穿透墙壁和隔板，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。

　　不过，Wi-Fi崛起虽然迅速，但是由于比较看，WiMAX具有相当的优势，未来 WiMAX不会取代Wi-Fi，双方将在无线接入中互补。由于WiMAX与Wi-Fi最明显的区别是覆盖范围存在巨大差别，Wi-Fi最高只能达到300英尺的覆盖范围，而只能在无线局域网环境中使用，而WiMAX 802.16e通常可以达到1～3英里，因此主要定位在移动无线城域网环境中使用。
　　
　　WiMax技术未来的商用前景

　　2004年下半年，包括摩托罗拉、西方多路和奥维通等3 家公司推出了相应的WiMax 固定接入产品，WiMax的产品化进程已经超过了预期。

　　2004年10月，奥维通宣布向中国本地市场推出其准WiMAX 平台BreezeMAX.该平台产品基于IEEE 802.16/ETSI HiperMAN 标准和WiMAX 论坛协议，凝聚了奥维通在宽带无线接入（BWA）、正交频分复用（OFDM）系统与网络的十余年商业部署经验。BreezeMAX 运行在3.5GHz频段并可提供高带宽的接入服务，适用范围包含居民、企业、多租户与多住户单元（MTU/MDU）、热点网络中继站和家庭网络等各种宽带接入领域，为其提供市场领先的高品质IP语音和高速数据传输综合服务。

　　与此同一时期，西方多路也在其新推出的宽带无线解决方案——Tsunami BWA 系统中宣布全面支持WiMax 应用，并为未来升级到WiMax 论坛认证状态提供了一个明确的途径。西方多路公司产品营销副总裁Lynn Lucas表示，对于大多数客户而言，WiMax 最具吸引力的地方在于能够支持范围广泛的无线应用。通过利用Tsunami BWA 系统以及西方多路独特的、功能丰富的BWA 软件平台，用户现阶段就可以支持这些应用，同时，BWA 软件平台还通过提供一个通用软件基础，在WiMax 标准正式完成后可迅速升级到WiMax 论坛的认证状态。

　　此外，摩托罗拉也在其已广泛应用于全球80个国家和地区的CANOPY产品线中融合WiMax 技术，通过推出摩托罗拉的WiMAX-Canopy 5.8GHz 无线宽带接入系统，进一步加速了WiMax 商用进程。
　
　　总之WiMax 虽然在技术和应用方面还有很长一段路要走，但产品化进程正在不断加快，WiMax 离我们已经越来越近。

　　未来可以预见的是，WiMax必将随着技术的不断成熟而获得快速发展，但它和WLAN等其它宽带无线接入技术只能是作为3G热点数据的补充。
　

作者：许军中国电信集团北京研究院决策部研究员来源：中国电信网