幾種寬帶無(wú)線接入技術(shù)的對(duì)比分析 - 田學(xué)軍-

1、 絡(luò)巨頭們也展開(kāi)了激烈的爭(zhēng)奪,圍繞著不同的標(biāo)準(zhǔn)形成了不同的利益集團(tuán)。Wi-Fi:局域網(wǎng)接入技術(shù)Wi-Fi是無(wú)線保真(Wirelessfidelity的縮寫,W i -F i 技術(shù)包括已經(jīng)批準(zhǔn)的IEEE802.11a、b 和g 規(guī)范以及等待批準(zhǔn)的802.11n 規(guī)范。Wi-Fi 是第一項(xiàng)得到廣泛部署的高速無(wú)線技術(shù)。Wi-Fi 首先在筆記本電腦中頑強(qiáng)地站穩(wěn)了腳跟,筆記本電腦快速上升和移動(dòng)辦公模式的逐漸深入人心奠定了Wi-Fi 進(jìn)一步流行的基礎(chǔ)。在英特爾、IBM、AT&T 等眾多IT 和電信運(yùn)營(yíng)商的努力下,Wi-Fi 被廣泛部署在全球機(jī)場(chǎng)、酒店、咖啡館等場(chǎng)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(wú)線接入點(diǎn)設(shè)備(AP300英尺的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)高速連接。盡管以目前的情況,希望通過(guò)公共服務(wù)來(lái)盈利還不夠現(xiàn)實(shí),但這些熱點(diǎn)的存在無(wú)疑對(duì)Wi-Fi 的推廣起到了至關(guān)重要的作用。W i -F i 有著“無(wú)線版本以太網(wǎng)”的美稱。802.11b 的帶寬可以達(dá)到11Mbit/s,而802.11a 及802.11g 更可達(dá)54Mbit/s ,如此高的帶寬幾乎趕上了線纜的連接,大大超過(guò)同類型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。IEEE802.11的影響不僅源于IEEE 802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,而且在于802.11n將會(huì)使其應(yīng)用格局躍上一個(gè)新臺(tái)階。IEE

3、E802.11系列規(guī)范主要從無(wú)線局域網(wǎng)的物理層(PHY和媒體訪問(wèn)控制層(MAC兩方面來(lái)制訂無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。其中物理層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸速率、信號(hào)等基礎(chǔ)規(guī)范,如IEEE802.11b、802.11a、802.11g、802.11n 等;而媒體訪問(wèn)控制層則在物理層的基礎(chǔ)上提出一些應(yīng)用要求規(guī)范,如IEEE802.11e、802.11f、802.11i等。目前,802.11n 標(biāo)準(zhǔn)是橫跨M A C 與P H Y 兩層的標(biāo)準(zhǔn),預(yù)計(jì)帶寬將達(dá)到108Mbps,最高速率或許會(huì)達(dá)到320Mbps,并加入服務(wù)質(zhì)量管理功能。以此看來(lái),WLAN 從IEEE802.11b 發(fā)展到IEEE802.11g,只不過(guò)是

4、升級(jí);而到IEEE 802.11n,才能說(shuō)是換代。雖然Wi-Fi 擁有很多優(yōu)點(diǎn),但是它存幾種寬帶無(wú)線接入技術(shù)的對(duì)比分析田學(xué)軍湛江教育學(xué)院長(zhǎng)期以來(lái),無(wú)線技術(shù)一直被認(rèn)為是有線技術(shù)的補(bǔ)充,不可能取代有線技術(shù)。但是,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,一系列寬帶無(wú)線技術(shù)已經(jīng)帶領(lǐng)無(wú)線技術(shù)走向關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域。以20世紀(jì)70年代誕生的以太網(wǎng)為代表的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不但極大地?cái)U(kuò)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(lái)的技術(shù)提供了充分想象的空間。從歷史的進(jìn)程來(lái)看,現(xiàn)在的無(wú)線技術(shù)與當(dāng)初有線網(wǎng)絡(luò)初創(chuàng)時(shí)期的環(huán)境極為相似,面臨著標(biāo)準(zhǔn)林立、市場(chǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜、帶寬不足等等挑戰(zhàn)。而且,今天無(wú)線遇到的問(wèn)題更為復(fù)雜,長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)

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(shù),無(wú)線應(yīng)用的環(huán)境和需求也更加復(fù)雜,這也決定了無(wú)線技術(shù)必然是以多種不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足不同的應(yīng)用需求。在眾多的無(wú)線技術(shù)中,W i -F i 、WiMAX、UWB、IEEE802.20/3G 成為不同領(lǐng)域的無(wú)線技術(shù)的代表,非常引人注目。由于目前無(wú)線領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)眾多,即使是一種技術(shù)也可能存在多種競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)。為了爭(zhēng)奪未來(lái)市場(chǎng)的主導(dǎo)權(quán),制定標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)在的安全隱患卻是一個(gè)致命的缺點(diǎn)。Wi-Fi 采用的是射頻(RF技術(shù),通過(guò)空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)信號(hào),所以非常容易受到來(lái)自外界的攻擊,無(wú)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(nèi)盜取數(shù)據(jù),甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。W i -F i 崛起雖然迅速,但是面對(duì)W i M A X 咄咄逼人的發(fā)展態(tài)勢(shì),有輿論認(rèn)為WiMAX 將取代Wi-Fi ,但也有人認(rèn)為W i M A X 不會(huì)取代W i -F i ,雙方將在無(wú)線接入中互補(bǔ)。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(dá)到300英尺的覆蓋范圍,而只能在無(wú)線局域網(wǎng)環(huán)境中使用,而W i M A X 802.16e通?？梢赃_(dá)到幾英里,主要定位在移動(dòng)無(wú)線城域網(wǎng)環(huán)境中使用。WiMAX:城域網(wǎng)無(wú)線技術(shù)W i M A X 技術(shù)是微波接入全球互操作性的縮寫(Worldw

7、ideInteroperabilityfor MicrowaveAccess,主要任務(wù)是通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行兼容性和互操作性認(rèn)證,消除IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的障礙,擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍。802.16是由IEEE802開(kāi)發(fā)的無(wú)線接入技術(shù)空中接口標(biāo)準(zhǔn),具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)包括802.16d固定無(wú)線接入和802.16e 移動(dòng)無(wú)線接入標(biāo)準(zhǔn)。按照目前的技術(shù)發(fā)展情況,802.16d主要定位于企業(yè)用戶,提供長(zhǎng)距離傳輸?shù)氖侄?而802.16e的用戶群則定位于個(gè)人用戶,支持用戶在移動(dòng)狀態(tài)下寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。802.16d 可支持T D D (時(shí)分雙工和FDD(頻分雙工兩種無(wú)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(shù)與之相對(duì)應(yīng),即單載波(SC、OFDM(256點(diǎn)、OFDMA(2048點(diǎn)。其中,10-66GHz 固定無(wú)線接入系統(tǒng)主要采用單載波調(diào)制技術(shù),而對(duì)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(shù)。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(yīng)、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上具有明顯的優(yōu)勢(shì),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(shí)現(xiàn)方式與802.16d 是基本一致的,主要差別是對(duì)OFDMA 進(jìn)行了擴(kuò)展。在802.16d 中,僅規(guī)定了2048點(diǎn)OFDMA。而在802.16e

9、中,可以支持2048點(diǎn)、1024點(diǎn)、512點(diǎn)和128點(diǎn),以適應(yīng)不同地理區(qū)域從20MHz 到1.25MHz 的信道帶寬差異。在802.16標(biāo)準(zhǔn)中,MAC 層定義了較為完整的QoS 機(jī)制。MAC 層針對(duì)每個(gè)連接可以分別設(shè)置不同的QoS參數(shù), 包括速率、延時(shí)等指標(biāo)。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(diào)度模式,可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要提供實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)的不同速率要求的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。按照人們?cè)瓉?lái)的理解,Wi-Fi 解決的是無(wú)線局域網(wǎng)的接入問(wèn)題,而W i M A X 解決的是無(wú)線城域網(wǎng)的問(wèn)題,它能把信號(hào)傳送幾英里之遠(yuǎn),網(wǎng)絡(luò)連接速度達(dá)到70Mbps。實(shí)際上,整個(gè)行業(yè)對(duì)WiMAX

10、 的看法并不一致。有些人把它看作是Wi-Fi 未來(lái)的替代品,有些人認(rèn)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(shuō)W i -F i 的成功是因?yàn)榍盁o(wú)古人,那么以W i M A X 無(wú)線技術(shù)所代表的新型無(wú)線W A N 技術(shù)將強(qiáng)烈沖擊傳統(tǒng)的電信通信和運(yùn)營(yíng)架構(gòu)。二者是相輔相成的:W i -F i 占領(lǐng)的是無(wú)線局域網(wǎng)市場(chǎng),W i M A X 則進(jìn)軍無(wú)線城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。W i M A X 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本更低,能為用戶提供更經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)服務(wù),尤其適合沒(méi)有傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)和偏遠(yuǎn)的地區(qū)。W i M A X 甚至能在50公里范圍內(nèi)提供75Mbps 的連接速度,并能為成百上千用戶同時(shí)訪問(wèn)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(wèn)、漫游Wi-Fi 熱點(diǎn)。筆記本電腦、PDA、手機(jī)可以通過(guò)在Wi-Fi 和WiMAX 間自由切換訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng),從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的無(wú)線連接。將W i M A X 技術(shù)內(nèi)置于筆記本電腦和移動(dòng)設(shè)備的功能也許將于未來(lái)23年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。U W B :超寬帶無(wú)線技術(shù)超寬帶(UWB由UltraWideband 縮寫而成,它是一種無(wú)載波通信技術(shù)。它利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),有人稱它為無(wú)線電領(lǐng)域的一次革命性進(jìn)展,認(rèn)為它將成為未來(lái)短距離無(wú)線通信的主流技術(shù)。傳統(tǒng)的“窄帶”和“寬帶”都是采用無(wú)線電頻率載波來(lái)傳送信號(hào),載波的頻率和功率在

12、一定范圍內(nèi)變化,從而利用載波的狀態(tài)變化來(lái)傳輸信息。相反的,超寬帶以基帶傳輸。實(shí)現(xiàn)方式是發(fā)送脈沖無(wú)線電信號(hào)傳送聲音和圖像數(shù)據(jù),每秒可發(fā)送多至10億個(gè)代表0和1的脈沖信號(hào)。這些脈沖信號(hào)的時(shí)域極窄(0.1至1.5納秒,頻帶極寬(數(shù)Hz 到數(shù)GHz,可超過(guò)10GHz,其中的低頻部分可以實(shí)現(xiàn)穿墻通信。UWB 脈沖信號(hào)的發(fā)射功率都十分低,僅僅相當(dāng)于一些背景噪音,不會(huì)對(duì)其他窄帶信號(hào)產(chǎn)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(cè)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(wú)線技術(shù)本來(lái)是為軍事目的而開(kāi)發(fā)的,而巨大的商機(jī)使FCC 批準(zhǔn)其開(kāi)始民用化,并將3.1GH

13、z10.6GHz 作為其使用頻帶。UWB 被批準(zhǔn)民用后,眾多家電廠商和個(gè)人電腦廠商蜂擁而上,在產(chǎn)品研發(fā)上展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。與其他無(wú)線通信技術(shù)相比,UWB 具有傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強(qiáng)、功耗低、成本低等特點(diǎn)。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(diǎn)。一個(gè)相同作用范圍10米的UWB 通信系統(tǒng),其速率可達(dá)到IEEE802.11b的10倍,藍(lán)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(shuō)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(shù)的主要應(yīng)用包括室內(nèi)通信、高速無(wú)線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)繩電話、安全檢測(cè)、位置測(cè)定、雷達(dá)等

14、。尤其是適用數(shù)據(jù)速度:低速(幾十kbps超高速(數(shù)百M(fèi)bps,通信范圍在幾米(約10米之內(nèi)。由于脈沖發(fā)生的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易在芯片組中集成。目前,英特爾公司正在進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā),以便將UWB 集成到個(gè)人電腦芯片組中。UWB 是在筆記本電腦與外圍設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線接口連接的物理層技術(shù),所以英特爾將UWB 定位于“無(wú)線USB2.0”,將其作為10m 以內(nèi)的近距離高速無(wú)線傳輸接口使用,目前已達(dá)到100Mbit/s。IEEE802.20:新無(wú)線寬帶標(biāo)準(zhǔn)2002年11月,IEEE802標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成立了802.20移動(dòng)寬帶無(wú)線接入 (M B W A 工作組。工作組宣稱,該標(biāo)準(zhǔn)在保留WLAN 優(yōu)勢(shì)的

15、基礎(chǔ)上又具新的特點(diǎn):它將在與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)母采w范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可與Wi-Fi 媲美的傳輸速度。802.20定位于提供一個(gè)基于IP的全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),提供高速移動(dòng)數(shù)據(jù)接入,業(yè)務(wù)定位與使用范圍與3G 系統(tǒng)相似。按照設(shè)計(jì)者初衷,IEEE802.20被用來(lái)與“傳統(tǒng)”移動(dòng)通信技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)而開(kāi)發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),目標(biāo)是彌補(bǔ)現(xiàn)有W M A N 、W L A N 、W P A N 技術(shù)與蜂窩移動(dòng)通信間所存在的不足,為無(wú)線城域網(wǎng)中移動(dòng)速度較快的移動(dòng)用戶提供服務(wù)。IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)中將提供更高的QoS 保障,以此實(shí)現(xiàn)頻譜效率和更小的延時(shí),給用戶帶來(lái)可媲美有線連接效果的高速數(shù)據(jù)應(yīng)用;當(dāng)然,802.20與各運(yùn)營(yíng)商推出的3G 服務(wù)不同

16、,它是一個(gè)基于IP 的系統(tǒng),因此更有利于數(shù)據(jù)傳輸。在技術(shù)內(nèi)核方面,IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)將采用正交頻分復(fù)用(OFDM技術(shù),實(shí)現(xiàn)高速的移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)。IEEE802.20標(biāo)準(zhǔn)是面向基于IP的、移動(dòng)寬帶無(wú)線接入技術(shù)網(wǎng)而制訂的,目標(biāo)是發(fā)展成為一種基于移動(dòng)空中接口、可以實(shí)現(xiàn)IP包高效傳輸?shù)募夹g(shù),以期為IP業(yè)務(wù)的傳輸尋找一種高度優(yōu)化的移動(dòng)解決途徑,同時(shí)也希望發(fā)展成為一種可實(shí)現(xiàn)全球普及、可漫游且實(shí)時(shí)在線的公共無(wú)線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。依賴這一技術(shù),多數(shù)商業(yè)用戶以及家庭終端用戶未來(lái)所產(chǎn)生的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求,都能夠得到滿足。另外,802.20標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如GPRS、3G 等相結(jié)合,將一同構(gòu)成移動(dòng)寬帶無(wú)線接入領(lǐng)域比較完整的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。值得一提的是,802.20的有效覆蓋范圍高達(dá)15公里,可以支持等同于無(wú)線城域網(wǎng)級(jí)別的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸,而傳輸速度卻達(dá)到了WLAN 網(wǎng)絡(luò)的水平,故與現(xiàn)在的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。同3G技術(shù)相比,802.20標(biāo)準(zhǔn)提供更低價(jià)位的服務(wù),能有效地滿足用戶需求,使運(yùn)營(yíng)商不再為搭建系統(tǒng)需要的高昂成本擔(dān)憂。同時(shí),802.20標(biāo)準(zhǔn)也有超越3G系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì):其在高速移動(dòng)狀態(tài)下的通信連接表現(xiàn)出不錯(cuò)的支持能力。例如,用戶坐在最高時(shí)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(jiàn),在高速移動(dòng)過(guò)程中,802.20標(biāo)準(zhǔn)提供的目標(biāo)