基于“無線城市”的無線寬帶接入技術(shù)應(yīng)用

1 引 言

當(dāng)前，在推進(jìn)信息化的過程中，寬帶信息通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要的作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)于寬帶網(wǎng)絡(luò)的需求與日俱增。無線寬帶接入技術(shù)以其低成本、不受地理環(huán)境的約束、支持用戶的移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，將是未來通信網(wǎng)發(fā)展的主要方向之一。無線寬帶技術(shù)將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信手段，使人們實(shí)現(xiàn)真正意義上的個(gè)人通信。

無線寬帶接入技術(shù)包括當(dāng)今各種系統(tǒng)中的多種技術(shù)，包括新近出現(xiàn)的正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)、多人多出系統(tǒng)(MIMO)、軟件無線電技術(shù)等。按照通信覆蓋范圍無線寬帶接入技術(shù)分為無線個(gè)域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)及無線廣域網(wǎng)，各種無線接入方式相互結(jié)合將提供無處不在的接入，最終實(shí)現(xiàn)“無線城市”的構(gòu)想，這將極大方便人們生活，促進(jìn)信息的實(shí)時(shí)傳輸與處理，加快各種文明的相互交流與融合。

2 無線寬帶接入技術(shù)相關(guān)概念

2.1 無線寬帶接入

無線寬帶接入(數(shù)據(jù)傳輸速率>2 Mb／s)指在寬帶業(yè)務(wù)接口與寬帶業(yè)務(wù)用戶之間，以無線通信的方式實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的接入，為用戶提供話音、視頻、數(shù)據(jù)以及多媒體應(yīng)用的服務(wù)。

2.2 “無線城市”的概念

“無線城市”的定位包括兩層含義：一是“無線”，指的是無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，電腦、智能手機(jī)等不再需要連接網(wǎng)線就可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，具有投資成本低、建設(shè)時(shí)間短、安裝靈活和安全環(huán)保的特點(diǎn)；二是“城市”，指無線寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，不僅僅是局限在一個(gè)房間、一棟樓里，而是如手機(jī)信號(hào)那樣，覆蓋了整個(gè)城市。

2.3 無線寬帶技術(shù)比較

無線寬帶技術(shù)覆蓋范圍分類示意圖如圖1所示，IEEE802系列主要標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表1所示。

3 “無線城市”模型

“無線城市”的概念最初由美國費(fèi)城于2002年提出，當(dāng)初是以建設(shè)基于802.11b標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi無線局域接入網(wǎng)絡(luò)為主要標(biāo)志，主要實(shí)現(xiàn)固定無線網(wǎng)絡(luò)接入。隨著無線電技術(shù)的飛速發(fā)展，“無線城市”內(nèi)涵在動(dòng)態(tài)發(fā)展變化，不斷地拓展和豐富。“無線城市”現(xiàn)階段的發(fā)展：首先是以WiMAX寬帶無線網(wǎng)絡(luò)作為信息載體，可實(shí)現(xiàn)漫游、高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能。其次，以寬帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為依托，結(jié)合身份識(shí)別和位置定位等技術(shù)，為市政服務(wù)、商務(wù)旅游、個(gè)人生活等提供多種增值服務(wù)。

3.1 無線寬帶接入系統(tǒng)組成

首先簡要介紹無線寬帶接人系統(tǒng)組成，這是因?yàn)椋瑹o線城市的概念是基于無線寬帶接入系統(tǒng)組成的。

一個(gè)綜合的無線寬帶接入系統(tǒng)通常包括中心站(CS)、中心控制站(CCS)、接入控制器(AC)、接入點(diǎn)(AP)和終端設(shè)備(TE)等。如圖2所示。

3.2 “無線城市”實(shí)現(xiàn)方式

以WiMAX+WiFi Mesh相結(jié)合“無線城市”的基本無線寬帶數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，用戶實(shí)際數(shù)據(jù)帶寬至少>2 Mb／s，在寬帶無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電腦移動(dòng)上網(wǎng)、移動(dòng)電子政務(wù)應(yīng)用、城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、移動(dòng)信息查詢、文化娛樂、視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育等無線信息化應(yīng)用，形成“無線城市”的基本框架。如圖3所示。

圖3中，通過遍布城市的WiMAX基站組成城域網(wǎng)，其中一個(gè)基站通過路由器實(shí)現(xiàn)與骨干電信網(wǎng)進(jìn)而與因特網(wǎng)連接，其他基站通過對(duì)等組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)無線互聯(lián)，同時(shí)起到無線中繼的作用。根據(jù)城市業(yè)務(wù)的需求程度，可在城市中心區(qū)域設(shè)置多種接入方式以滿足學(xué)校、企業(yè)、家庭、酒店等熱點(diǎn)地區(qū)的無線接入需求。例如學(xué)校采用基于LMDS的接入方案，首先通過無線方式實(shí)現(xiàn)與最近基站的連接，在校園內(nèi)部通過自己已設(shè)基站在網(wǎng)管的控制下將宿舍樓、教學(xué)樓及家屬區(qū)無線連接；企業(yè)可以通過其內(nèi)部自組建的以太網(wǎng)一端與附近基站實(shí)現(xiàn)無線連接，一端通過交換機(jī)接口通過接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無線互聯(lián)，如果超過接入點(diǎn)覆蓋范圍可通過多個(gè)接入點(diǎn)以無線中繼方式擴(kuò)展其覆蓋面；家庭通過附近的基站路由器接入公共電話交換網(wǎng)，再通過ADSL調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)話音與數(shù)據(jù)的同步傳輸，話音可通過一般線纜連接至電話終端，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過ADSL調(diào)制解調(diào)器連接無線路由器再通過接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無線連接；酒店等熱點(diǎn)地區(qū)可以采用典型的Wi-Fi接人方案實(shí)現(xiàn)無線互聯(lián)；通過多個(gè)無線接入網(wǎng)橋可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互聯(lián)，使城市邊遠(yuǎn)地區(qū)也以無線方式實(shí)現(xiàn)了無縫連接。在未來幾年各種無線終端通過內(nèi)置基于IEEE802.16d／e無線網(wǎng)卡的方式就近連接至基站實(shí)現(xiàn)無處不在的無線接入。

需要說明的是，由于其無線信號(hào)的傳輸距離最遠(yuǎn)達(dá)50 km，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G基站的10倍，只要建設(shè)少數(shù)基站就能實(shí)現(xiàn)全程覆蓋。同時(shí)由于WiMAX所能提供的最高接入速率是70 Mb／s，這個(gè)速率是3G所能提供的寬帶速率的30倍，很容易實(shí)現(xiàn)寬帶接入。作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，它可以將Wi-Fi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可以作為DSL等有線接入方式的無線擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)最后一公里的寬帶接入。

3.3 采用的關(guān)鍵技術(shù)

“無線城市”模型采用了OFDM及MIMO等技術(shù)，前者的基本原理是將高速串行的數(shù)據(jù)碼流變換為N(N通常取偶數(shù))路并行的低速數(shù)據(jù)率，然后再分別將這N路低速的數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到等頻率間隔的一組總數(shù)為N的子載波上，并且這組子載波要滿足正交的條件。后者是在發(fā)射機(jī)／接收機(jī)采用多天線發(fā)送／接收，從而利用空間復(fù)用實(shí)現(xiàn)多用戶傳輸?shù)募夹g(shù)。MIMO利用空間資源大大提高了系統(tǒng)容量。其基本原理是：不同的天線，只要間隔一定的距離，它們就可以擁有不同的多徑衰落信道，從而實(shí)現(xiàn)“空間分集”。其示意圖如圖5所示。

4 結(jié)語

無線城市正成為衡量一座城市整體運(yùn)行效率、信息化程度及國際競(jìng)爭(zhēng)力的重要尺度。目前，我國上海嘉興、美國紐約、舊金山和費(fèi)城等多個(gè)城市正在開展無線城市計(jì)劃。中興通訊最近在墨西哥城也開建類似網(wǎng)絡(luò)，使用WiMAX+WiFi技術(shù)。

從今年起，我國也在各方爭(zhēng)議中迎來了無線城市建設(shè)熱潮。北京圍繞奧運(yùn)的無線城市一期建設(shè)已于2008年3月底完成，到第二季度前，北京市275 km2的范圍內(nèi)將設(shè)置9 000個(gè)WLAN(無線局域網(wǎng))接入點(diǎn)，以及150個(gè)WiMAX基站，覆蓋北京市90％的主要街道；上海提出要在2010年建成無線城市；中國電信將在近期啟動(dòng)21省新一輪無線網(wǎng)絡(luò)招標(biāo)，加速部署Wi-Fi基站建設(shè)。

“無線城市”的發(fā)展已經(jīng)形成當(dāng)今世界的潮流。美國紐約、舊金山和費(fèi)城等多個(gè)城市，以及我國香港、臺(tái)灣等地區(qū)，都已成為或正在成為“無線城市”。預(yù)計(jì)到2010年，全球“無線城市”將達(dá)到1 500個(gè)。

作者：王興亮，張 亮 (空軍工程大學(xué) 電訊工程學(xué)院 陜西 西安 710077)