主流无线接入技术及其发展特点

2019-11-05 02:20:38

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供稿：网友

　摘要：本文从无线接入技术发展的特点，无线接入系统在通信网中的定位，目前主流无线接入技术等方面，具体地介绍了无线接入技术。

要害词：无线接入。

国际电联标准部（ITU—T）根据近年来电信网的发展演变趋势，提出了接入网的概念。

从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网（CPN）两大块，其中CPN属用户所有，因而，通常意义的电信网指公用电信网部分。公用电信网又可以划分为长途网、中继网和接入网3部分。长途网和中继网合并称为核心网。相对于核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务，接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间一系列传送设备组成。

接入技术可以分为有线接入技术和无线接入技术两大类。

一、无线接入技术发展的特点

首先，话音通信和宽带数据通信逐渐无线化。随着固定无线接入系统和移动通信系统在技术和市场方面的发展，通过无线方式进行通信的用户数量急剧增长，在几年后，无线话音通信和窄带数据通信的用户数量将可能超过有线用户。目前在中国的部分地区，移动电话用户的增长数量已超过有线电话用户的增长。

由于固定无线接入系统和移动通信系统可满足用户的个人通信需求和达到普及电话通信的目的，因此，无线通信方式将是话音通信和数据通信的主要通信手段。

其次，无线通信须适应ＩP业务的发展。随着计算机的普及和电子商务等新业务的发展，数据通信业务量正以指数规律增长，其中使用ＩＰ协议进行数据通信的业务量更是急剧增加。中国电信、中国联通、中国吉通等运营商推出的ＩＰ电话业务发展势头良好。固定无线接入系统和移动通信系统须适应ＩＰ通信业务发展的需求，并逐渐向高速、宽带通信网推进。

再次，无线通信与有线通信始终在互补支持发展。与无线通信相比，有线通信具有容量大、速率高、宽频带和传输质量稳定的特点，能满足高速数据通信和宽带多媒体业务的通信需求。在无线通信方面，第三代移动通信拟达到的目标是静止状态下为2Mbit/s，１０ＧＨz频段下的固定无线接入通信已可实现20Mbit/s左右或更高速率。更高频段的无线接入亦在向更高速率迈进，无线通信正利用其实现个人通信的优势始终与有线通信在互补支持发展着。

二、无线接入系统在通信网中的定位

任何通信技术，都应明确其在通信网中的适用范围、功能、作用及特点，这样才能制定科学、公平、合理的治理政策。

无线接入技术的主要作用是，在一定条件下，用于提供本地交换局至用户终端之间的通信传输，但不提供局间漫游服务。在建筑物内或局部区域，可通过移动终端提供服务。在地形复杂的山区、海岛或用户稀少、分散的农村地区，铺设有线电缆比较困难、投资大，用户经济实力较低，只有选用无线接入技术，才能解决电话普及与运营企业的经济效益的矛盾。在碰到洪水、地震、台风等自然灾难时，无线接入系统可作为有线通信网的临时应急系统快速提供基本业务服务。

随着中国通信事业的发展和即将加入ＷＴＯ，答应经营通信业务的企业陆续出现。对于这类不具备有线管网等基础设施的通信企业来说，无线接入系统是其迅速进入市场或扩大市场份额的有效技术之一。在通信网中，无线接入系统的定位是：本地通信网的部分，是本地有线通信网的延伸、补充和临时应急系统。

三、目前主流无线接入技术

1．MMDS接入技术

MMDS(Multichannel Microwave Distribution System )多路微波分配系统已成为有线电视系统的重要组成部分，MMDS是以传送电视节目为目的，模拟MMDS只能传8套节目，随着数字图像/声音技术和对高速数据的社会需求的出现，模拟MMDS正在向数字MMDS过渡。美国的数字MMDS由于有31个频点，可以传送MPEG-2压缩的上百套电视节目和声音广播节目。它还可以在此基础上增加单向或双向的高速英特网业务。

MMDS的频率是2.5～2.7MHz。它的优点是：雨衰可以忽略不计；器件成熟；设备成本低。它的不足是带宽有限，仅200MHz。许多通信公司看中用LMDS技术来作为数据、话音和视频的双向无线高速接入网。但由于MMDS的成本远低于LMDS，技术也更成熟，因而通信公司愿意从MMDS入手。它们正在通过数字MMDS开展无线双向高速数据业务，主要是双向无线高速英特网业务。

最近，我国有的大城市已经成功地建成了数字MMDS系统，并且已经投入使用。不仅传送多套电视节目，同时还将传送高速数据，成为我国数字MMDS应用的先驱。数字MMDS不应该单纯为了多传电视节目，而应该充分发挥数字系统的功能，同时传送高速数据，开展增值业务。高速数据业务能促进地区经济的发展，同时也为MMDS经营者带来更大的经济效益。因为数据业务的收入远高于电视业务的收入。

2．LMDS接入技术

本地多点分配业务LMDS (Local Multipoint Distribution Service) 工作在20~40GHz频带上，传输容量可与光纤比拟，同时又兼有无线通信经济和易于实施等优点。

LMDS基于MPEG技术，从微波视频分布系统(Microwave Video Distribution System， MVDS)发展而来。作为一种新兴的宽带无线接入技术，LMDS为“最后一公里”宽带接入和交互式多媒体应用提供经济和简便的解决方案，它的宽带属性使其可以提供大量电信服务和应用。

一个完整的LMDS系统由四部分组成，分别是本地光纤骨干网、网络运营中心(NOC)、基站系统、用户端设备(CPE)。

LMDS的特点是：

1）LMDS的带宽可与光纤相比拟，实现无线“光纤”到楼，可用频带至少1GHz。与其他接入技术相比，LMDS是最后一公里光纤的灵活替代技术。

（2）光纤传输速率高达Gb/s，而LMDS传输速率可达155Mb/s，稳居第二。

（3） LMDS可支持所有主要的话音和数据传输标准，如ATM、TCP/IP、MPEG-2等。

（4） LMDS工作在毫米波波段、20~ 40GHz频率上，被许可的频率是24GHz、28GHz、31GHz、38GHz，其中以28GHz获得的许可较多，该频段具有较宽松的频谱范围，最有潜力提供多种业务。

LMDS的缺点是：

（1）传输距离很短，仅5～6Km左右，因而不得不采用多个小蜂窝结构来覆盖一个城市。

（2）多蜂窝系统复杂。

（3）设备成本高。

（4）雨衰太大，降雨时很难工作。

目前LMDS基本上还处于试用阶段，而不少的制造商则把为LMDS开发的技术使用到2.5～2.7MHz和3.4～3.6MHz频率的产品上，出现了新一代的无线双向宽带接入技术。

LMDS系统工作在10、24、26、28、31、38GHz频段，在欧洲和北美已有多个频段得到了批准和使用，在中国，LMDS频率标准还未出台，但24~26GHz、38~40GHz已被批准用于试验。

3．卫星通信接入技术

在我国复杂的地理条件下，采用卫星通信技术是一种有效方案。在广播电视领域中，直播卫星电视是利用工作在专用卫星广播频段的广播卫星，将广播电视节目或声音广播直接送到家庭的一种广播方式。

随着Internet的快速发展，利用卫星的宽带IP多媒体广播解决Internet带宽的瓶颈问题，通过卫星进行多媒体广播的宽带IP系统逐渐引起了人们的重视，宽带IP系统提供的多媒体（音频、视频、数据等）信息和高速Internet接入等服务已经在商业运营中取得一定成效。由于卫星广播具有覆盖面大，传输距离远，不受地理条件限制等优点，利用卫星通信作为宽带接入网技术，将有很大的发展前景。目前，已有网络使用卫星通信的VSAT技术，发挥其非对称特点，即上行检索使用地面电话线或数据电路，而下行则以卫星通信高速率传输，可用于提供ISP的双向传输。

卫星通信在Internet接入网中的应用，在国外已很广泛，而我国也从1999年起，开始利用美国休斯公司DirecPC技术解决Internet下载瓶颈问题。另外，双威通信网络与首创公司已达成协议，双方各自利用无线接入技术和光缆等专线资源，共同为用户提供宽带互联网接入服务。这标志着卫星传送已进入首都信息平台。其上行通过现有的163拨号或专线TCP/IP网络传送，下行信息通过54MHz卫星带宽广播发送，这样用户可享受比传统Modem高出8倍的速率，达到400kb/s的浏览速度、3Mb/s的下载速度，为用户节省60%以上的上网时间，还可以享受宽带视频、音频多点传送服务。卫星通信技术用于Internet的前景非常看好，相信不久之后，新一代低成本的双向IPVSAT将投入市场。

4．不可见光纤无线系统

不可见光纤无线系统是一种采用连续点串接网络结构组成自愈环工作的宽带无线接入系统，兼有SDH自愈环的高可用性能和无线接入的灵活配置特性，可应用于28GHz、29GHz、31GHz和38GHz等毫米波段。系统通路带宽为50MHz，前向纠错采用RS和格栅码调制。当通路调制采用32QAM时，可以提供155Mb/s全双工SDH信号接口,用户之间通过标准155Mb/s, 1310nm单模光纤接口互连；当通路调制采用8psk时，可以提供两个100Mb/s全双工快速以太网信号接口，用户之间通过标准100Mb/s,1310nm多模光纤接口互连。

该系统不同于多点的LMDS，采用环形拓扑结构，当需要扩容时，可以分拆环或在POP点增加新环。系统的频谱效率很高，运营者可重复使用一对射频信道给业务区的所有用户提供服务。该系统采用有效的动态功率电平调节和向前纠错技术，具有优良的抗雨衰能力。可为用户提供宽带Internet接入，增值业务，会议电视，远程教学，VoIP，专线服务以及传统的电话服务等，是一种在企事业市场上有竞争力的新技术。

5．GSM接入技术

该技术是目前个人通信的一种常见技术代表。它用的是窄带TDMA，答应在一个射频(即‘蜂窝’)同时进行8组通话。它是根据欧洲标准而确定的频率范围在900～1800MHz之间的数字移动电话系统，频率为1800MHz的系统也被美国采纳。GSM是1991年开始投入使用的。到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准。GSM数字网也具有较强的保密性和抗干扰性，音质清楚，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等优点。

6．CDMA接入技术

CDMA与GSM一样，也是属于一种比较成熟的无线通信技术，CDMA的运作是利用展频(SPRead Spectrum)技术，所谓的展频就是将所想要传递的信息加入一个特定的信号后，在一个比原来信号还大的宽带上传输开来。当基地接受到信号后，再将此特定信号删除还原成原来的信号。这样做的好处在于其隐密性与安全性好。与使用Time－Division Multiplexing (TDM)的竞争对手(如GSM)不同，CDMA并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱。CDMA数字网具有以下几个优势：高效的频带利用率和更大的网络容量、简化网络规化、提高通话质量、增强保密性、提高覆盖特性、延长用户通话时间、软音量和“软”切换，另外CDMA手机话音清楚，接近有线电话，信号覆盖好，不易掉话。另外CDMA系统采用编码技术，其编码有４.４亿种数字排列，每部手机的编码还随时变化，使盗码只能成为理论上的可能，一部CDMA手机与其它手机并机的可能性是微乎其微的。

7．GPRS接入技术

相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术。由于使用了“分组”的技术，用户上网可以免受断线的痛苦(情形大概就跟使用了下载软件NetAnts差不多)。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分“经济”，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。

现在手机上网的口号就是“always on line”、“IP in hand”，使用了GPRS后，数据实现分组发送和接受，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。对于继续处在难产状态的中国移动／联通WAP资费政策，假如将CSD(电路交换数据，即通常说的拨号数据，欧亚WAP业务所采用的承载方式)承载改为在GPRS上实现，则意味着由数十人共同来承担原来一人的成本。

GPRS的最大优势在于：它的数据传输速度不是WAP所能比拟的。目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒9.6K字节，GPRS手机在今年年初推出时已达到56Kbps的传输速度，到现在更是达到了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的两倍)。除了速度上的优势，GPRS还有“永远在线的特点”，即用户随时与网络保持联系。举个例子，用户访问互联网时，点击一个超级链接，手机就在无线信道上发送和接受数据，主页下载到本地后，没有数据传送，手机就进入一种“准休眠”状态，手机释放所用的无线频道给其他用户使用，这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当用户再次点击，手机立即向网络请求无线频道用来传送数据，而不象普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网冲浪。

8．CDPD接入技术

CDPD接入技术最大的特点就是传输速度快，最高的通信速度可以达到19.2kbps。另外，在数据的安全性方面，由于采用了RC4加密技术，所以安全性相对较高；正反向信道密钥不对称，密钥由交换中心把握，移动终端登录一次，交换中心自动核对旧密钥更换新的密钥一次，实行动态治理。此外，由于CDPD系统是基于TCP/IP的开放系统，因此我们可以很方便地接入Internet，所有基于TCP/IP协议的应用软件都可以无需修改直接使用；应用软件开发简便；移动终端通信编号直接使用IP地址。CDPD系统还支持用户越区切换和全网漫游、广播和群呼，支持移动速度达100km/h的数据用户，可与公用有线数据网络互联互通。CDPD网络在无线数据通信方面具有其他通信方式不具有的特点，例如在资源方面，CDPD作为一个专用数据网络，它的用户数可以达到很多，对于每一个PS，可以有15000个用户登记注册，对于一个群，用户数更是多达十几万个，而且同时可有二十几个用户共享信道，进行数据传输；在移动终端方面，CDPD发展到今天，开发终端产品的厂商已经有根多。随着适于各种应用的终端产品的不断出现，终端的价格已呈现出了很快的下降趋势。比之GPRS，CDPD的终端有着很大的价格优势；在建设成本方面，一般来说，在CDPD的建网初期，基站数不会很多，加上必须的交换机与网管的投资，平摊到每个用户的成本约为2500～3000元左右。随着网络覆盖规模及网络容量的扩大，用户成本会显著降低。还有最后一个特点需要说明的是，CDPD通信系统便于操作治理，该系统在用户授权登录上配置了各种功能。系统本身可以设定答应用户登录范围，并对登录进行治理。只有授权使用的用户才能登录系统。系统可以拒绝付费状态不好的用户登录。CDPD系统在用户的通信保密上功能非常强。

9．蓝牙技术

蓝牙的英文名称为“Bluetooth”，蓝牙是丹麦国王Viking(940-981年)的“绰号”。蓝牙技术是由移动通信公司与移动计算公司联合起来开发的传输范围约为10米左右的短距离无线通信标准，用来设计在便携式计算机、移动电话以及其他的移动设备之间建立起一种小型、经济、短距离的无线链路。蓝牙协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑、相关外设和家庭Hub等包括家庭RF的众多设备之间进行信息交换。蓝牙应用于手机与计算机的相连，可节省手机费用，实现数据共享、因特网接入、无线免提、同步资料、影像传递等。

虽然蓝牙在多向性传输方面上具有较大的优势，但也需防止信息的误传和被截取；蓝牙具有全方位的特性，若是设备众多，识别方法和速度会出现问题；蓝牙具有一对多点的数据交换能力，故它需要安全系统来防止未经授权的访问；蓝牙的通信速度为750kbits/s，而现在带4Mbits/sIR端口的产品比比皆是，最近16Mbits/s的扩展也已经被批准。蓝牙是一种新的通讯方式，是信息技术的一次革新；是一个新市场，新经济增长点；是一个新机遇、新卖点；它将渗透我们的生活，甚至改变我们的生活方式。

10．HomeRF技术

HomeRF主要为家庭网络设计，旨在降低语音数据成本。为了实现对数据包的高效传输，HomeRF采用了IEEE802.11标准中的CSMA/CA模式，它与CSMA/CD类似，以竞争的方式来获取对信道的控制权，在一个时间点上只能有一个接入点在网络中传输数据。不像其他的协议，HomeRF提供了对流业务（Stream Media）的真正意义上的支持。由于对流业务规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，这样就确保了实时性流业务所需的带宽和低干扰、低误码。HomeRF工作在2.4GHz频段,它采用数字跳频扩频技术，速率为50跳/s, 共有75个带宽为1MHz跳频信道。调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种。采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落。2FSK方式下，最大数据的传输速率为1Mb/s,4FSK方式下，速率可达2Mb/s。最新版HomeRF2.x中，采用了WBFH(wide band frequency hopping)技术来增加跳频带宽，从原来的1MHz增加到3MHz、5MHz，跳频的速率也增加到75跳/s,当然其数据峰值也高达10Mb/s,接近.IEEE802.11b标准的11Mb/s,能满足未来的家庭宽带通信。它能根据数据传输速率动态调整跳频带宽。

11．EDGE接入技术

EDGE接入技术是一种有效提高了GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，它答应高达384KbPs的数据传输速率，可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。由于GDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为“二代半”技术。EDGE同样充分利用了现有的GSM资源，保护了对GSM作出的投资，目前已有的大部分设备都可以继续在EDGE中使用。EDGE能提供三组业务：EGPRS业务：最大速率≥384kbps 48kbps/BP；T-ECSD业务：透明增强型电路交换业务，最高速率≥32kpbs/Bp；NT-ECSD：非透明增强型电路交换业务，最高速率≥28.8kbps。

12．WCDMA接入技术

WCDMA技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率，在这样的条件下，现在计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。WCDMA的优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分集和空间的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题，采用Turbo信道编解码，提供较高的数据传输速率，FDD制式能够提供广域的全覆盖，下行基站区分采用独有的小区搜索方法，无需基站间严格同步。采用连续导频技术，能够支持高速移动终端。相比第二代的移动通信技术，WCDMA具有：更大的系统容量、更优的话音质量、更高的频谱效率、更快的数据速率、更强的抗衰落能力、更好的抗多径性、能够应用于高达500km/h的移动终端的技术优势，而且能够从GSM系统进行平滑过渡，保证运营商的投资，为3G运营提供了良好的技术基础。WCDMA通过有效的利用宽频带，不仅能顺畅的处理声音、图象数据、与互联网快速连接；此外WCDMA和MPEG-4技术结合起来还可以处理真实的动态图象。

13．3G通信技术

在上述通信技术的基础之上，无线通信技术将迈向3G通信技术时代。该技术又称为国际移动电话2000，该技术规定，移动终端以车速移动时，其传转数据速率为144kbps，室外静止或步行时速率为384kbps，而室内为2Mbps。但这些要求并不意味着用户可用速率就可以达到2Mbps，因为室内速率还将依靠于建筑物内具体的频率规划以及组织与运营商协作的紧密程度。然而，由于无线LAN一类的高速业务的速率已可达54Mbps，在3G网络全面铺开时，人们很难猜测2Mbps业务的市场需求将会如何。

14．4G通信技术

在3G技术还没有最终成型时，人们又开始提出了4G技术。该技术目前还只有一个主题概念，就是无线互联网技术，可以肯定的是，随着互联网高速发展4G也会继续高速发展；电脑日趋向小型化、简便化，最终将所有技术整合为一个类似PDA的产品；卫星通讯和空间技术会成为常规技术。而流动通讯应用的相关技术，如更高频宽的应用、智能讯号处理技术、业务功能综合能力、网络技术及卫星技术等亦急速发展。4G技术与3G技术相比,
除了通信速度大为提高之外,还可以借助IP进行通话。第四代移动通信系统技术的国际标准化作业, 将由国际电联的无线部门(ITUR)负责实施。在不久的将来4G在业务上、功能上、频宽上均有别于3G，应该将会是将所有无线服务联合在一起，能在任何地方接入互联网，包括卫星通讯、定位定时、数据收集、远程控制等综合功能。4G将会是多功能集成的宽带流动通讯系统，是宽带接入IP的系统。

随着电话的日益普及和Internet业务的发展，非凡是在中国政府对中国电信进行重组，并同意增加经营ＩＰ电话业务和Internet业务的新电信运营商的形势下，无线接入市场和无线接入技术作为新业务、新技术，日益受到政府、运营、生产、科研等单位的重视。通过技术交流和相互了解，必将推动我国无线接入技术的普及和提高。

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