1 无线通信领域当前的热点技术
对各类无线系统更新换代有举一反三作用的通用新技术大抵有20 项左右,但下述10 项与当前无线通信市场需求更密切相关,包括卫星通信及数字集群移动通信应用在内,必需特别重视:
- 频率域、时间域、空间域、信号域以至网络域、显示域的多维信号处理与多维频率共用, 包括MIMO(多输入、多输出天线分集)技术在内。
- 从信源编码至信道编码的一系列现代编码/调制及编码调制技术, 特别是H.264/AVC(MPEG-4 Part 10)音视频数字压缩编码及属并联级联编码范畴的Turbo码及Turbo编码调制技术、多分辨率编码调制、不对称传输环境下的UEP 码、LDPC 低密度校验码等,包括MIMO/ SBTC(分组空时码)-Turbo/LDPC 码—(x)- OFDM(y)级联运行在内。
- 有效的自适应信号处理与统计检测技术,包括自适应干扰抵消及多用户联合检测在内。
- 高效率扇区天线、智能天线、智能化分布式天线及相应空时编码技术与软件(定义的)无线电技术,包括其高效率、高可靠算法,以有效提高其频谱再利用能力及系统效率。
- 多扇区多小区综合业务平台技术与多操作者运行的联合工作共用平台技术,包括有效利用共网资源的调度算法。
- 涉及NGN 及NGBW 的软交换技术、IP 及全IP 的自适应IP-QoS技术、中间件技术及网络/终端信息安全技术等一整套软件工程技术。
- 与区域联网及全国联网相关的联网技术,包括有利于产业发展与动态适应市场演变以适应不同频段FDD/TDD灵活安排的所谓可变双工技术等。
- 与N G N 、NGBW 与W I / M I P 、W B A N / W P A N / W L A N / W M A N / W W A N / W S A N 相连接的应用协议与先进的接入技术。
- 多媒体综合业务传送的多层次综合业务工作平台技术。
- 与NGN、NGBW 相关的IP/ 全IP 环境下具强有力自适应智能网管能力的N G - O S S / B O S S / M B O S S 技术。
基础技术中以( x ) - O F D M ( y ) 、 M I M O / S B T C、H.264/AVC(MPEG-4 Part 10)音视频数字压缩编码、LDPC低密度校验码、智能天线及智能化分布式天线, 涉及NGN 及NGBW 的软交换技术、IP 及全IP 的自适应IPQoS 技术、中间件技术及网络/终端信息安全技术等一整套软件工程技术等最令人注目。
包括有潜在战略重要性的热点无线系统技术,如 HSDPA/HSUPA 、cdma 2000 1x EV/DV、Wi-Fi/IEEE 802.11n(IEEE 802.11x)、UWB、RFID(IEEE802.15x)、WiMAX(Wider-Fi/IEEE 802.16x)、WBMA (WBMA 或Mobile-Fi/IEEE802.20x)、WRAN(IEEE 802.22x)及HAPS⋯⋯这些热点系统目前分别借助上述有关通用技术及基础技术, 瞄准各自市场定位在独立创新发展着,主要是彼此互补而不是竞争终结,长远看将会在NGN 及NGBW 概念基础上逐步互补、集成、汇聚与融合于统一平台上协同工作。
2 WLAN/Wi-Fi 新发展趋势
不同标准及不同标准化组织有其各自不同的风格与长处,例如ITU-T/R、3GPPx(3GPP/3GPP2)多半沿袭其较多电信标准化经验,有较好的完整性及商业赢利模式运作考虑,但往往缺乏动态跟踪市场驱动、快速用新技术剪裁市场需求的响应速度;相反,IEEE 802.x y 之类标准则往往充分体现其快速动态跟踪市场驱动、快速用新技术剪裁市场需求的响应速度, 而其标准考虑的不完备性则由市场驱动为导向进行标准集扩展与补充,甚至相当打补丁,以完善其互操作性、安全性、QoS改进及可赢利商业模式的支撑等。因此,两者需取长补短、甚至联手工作为好;从市场驱动导向观点看,值得注意的是后者往往会显得更有响应速度与活力。事实上,这些不同标准化组织与标准制定,已在NGN的统一概念与方向上加强其愈来愈多与愈来愈密切的合作与标准融合工作。
对此,WLAN/Wi-Fi/IEEE 802.11x 的标准化发展即为IEEE 802.x y标准化发展的最典型示例,它以IEEE 802.11b为起始切入点,进而借助不断引入新技术创新,在速率增强、安全保密性、切换漫游能力、多频多模运作、不同系统互联互通、自适应功率控制与频率选择、IP-QoS 及频谱兼容管理等诸方面能力进行进一步改进,形成了一个系列化建议IEEE 802.11x(x = a、b、b +、c、d、e、f、g、h、i、j、k、n等), 以满足市场竞争的客观需要,其中速率增强、多频多模运作、安全性改进及IP-QoS完善等成为其最明显特点,例如,按IEEE 802.11n 而言,其速率拟增强至540Mbit/s。
Wi-Fi要取代3G这股风目前已大大降温,并趋向逐步消失,代之而起的是理性与认真考虑P/O-WLAN 的商业运作及xDSL、GPRS 、cdma2000 1x 与WLAN 的多层次覆盖、多模式的可赢利、多业务增值商业运作,切实注意与改进其QoS 及安全性保证,并进一步为应对3G演进及UWB 的速率增强,按IEEE 802.11n标准将其峰值速率增强至108Mbit/s 及250Mbit/s、320Mbit/s 乃至540Mbit/s左右的更高速率档次,这便是Wi-Fi这一波热浪的发展轨迹。
3 Wi-Fi、WiMAX 务实发展战略思考
我国地面固定(宽带)无线接入,首先从频率资源规划开始即充分贯彻了多频段、多业务、多制式互补竞争发展及积极鼓励新技术、新业务、新商业模式探索的基本思想。 已规划使用或试商用的T D D / F D D 频段如4 0 0 M H z 、4 5 0 M H z、1 . 8 G H z、1 . 9 G H z、2 . 4 G H z、3 . 5 G H z、5.8GHz、26GHz 等多种频段。在3.5GHz 频段还成功地进行了3次频率分配的招标(评选)工作。但总体来看,地面固定宽带无线接入, 无论在中国或全球,存在的一些重要问题即为标准化、规模量产、改进信价比及促进固定与移动运作的集成与融合,对此,WiMAX是一大尝试,亦成为目前全球与中国的一大亮点。
(1)WiMAX 的由来及其发展
WiMAX 这另一股风, 看来主要由WiMAX(World inter operability Microwave Access, 世界互操作性微波接入)论坛掀起,WiMAX 论坛宣称WiMAX 这一技术将是一种“仅次于xDSL 和Cable Modem 的第三类宽带接入技术”,并将2005年定位为“WiMAX年”,认为2005 年将是WiMAX 技术市场步入快速成长与发展的一年;于是乎,一些论调再予升级,认为WiMAX 将取代Wi-Fi,将取代xDSL 及CATV,甚至认为其速度为3G 的10 倍、基站覆盖域也可为3G的10倍,从而可成为3G的终结者,一时间搞得人们糊里糊涂,晕头转向,无所适从。
客观说来,WiMAX论坛上述言词并无不妥,不妥在于后者不着边际的升级与炒作。事实上,WiMAX主要起源于IEEE 802.16x。IEEE 802.16工作组成立于1999年,其主要目标是制定BWA 宽带无线接入标准,分三个小组工作:IEEE 802.16.1 负责制定频率为10~66GHz 的无线接口标准;IEEE 802.16.2 负责制定BWA 系统共存的标准;IEEE 802.16.3负责制定频率范围在2~10GHz获得许可应用的无线接口标准。进而,IEEE 802.16 标准于2001年12月获得通过,当时确定为单载波无线城域网空中接口(IEEEWireless MAN)标准,工作频率为10~66GHz,直视(LoS)传输,多径衰落可忽略,从而可用单载波。
但此标准物理层不适合于10GHz 以下较低频率应用,覆盖能力亦不能超越LoS;随着OFDM 技术的逐步成熟及较低频段,包括ISM等无执照频段在内频段的可供使用,IEEE于2003 年1月9 日推出了其新的修正草案IEEE802.16a,使其可工作在2~11GHz 频段(2~11GHz 固定宽带无线接入系统空中接口标准),对有执照频段可用单载波或OFDM 多载波运行,对无执照频段必须用OFDM 多载波方式, 并借助动态频率选择技术解决此较复杂环境下的干扰问题。服务对象可针对家庭住宅、企业和支持WLAN热点区的最后一公里宽带无线接入,从而亦可提供我国3.5GHz、5.8GHz 频段的MMDS 型宽带无线接入应用, 进一步的IEEE 802.16x 标准系列族包括x= c、d、e、f、g,IEEE 802.16c 作为IEEE 802.16 的增补文件给出广10~66GHz频段固定宽带无线接入系统空中接口标准的详细系统框架描述,IEEE 802.16d给出了覆盖完整的10~66GHz 频段及小于11GHz 频段的固定宽带无线接入系统空中接口标准,而IEEE 802.16e则扩充至可移动、确定了小于6GHz频段的固定和移动的宽带无线接入系统空中接口标准,IEEE 802.16f则进一步给出了固定宽带无线接入系统空中接口管理信息库MIB的要求,相应IEEE 802.16g则给出了固定和移动宽带无线接入系统空中接口管理平面流程和服务要求。
WiMAX 的标准要求基于IEEE 802.16x,但有其重要自身目标。WiMAX论坛2001年4月成立,初期仅针对IEEE802.16规范及10~66GHz频段)的基本初衷及市场目标为宽带无线接入城域网(BWA MAN)技术,如上所述称为IEEE Wireless MAN,基本目标是要提供一种城域网领域点对多点的多厂商环境下可有效地互操作的宽带无线接入手段,根据IEEE 802.16x 及ETSI HIPERMAN 标准建立一个可互操作的全球统一标准,并通过论证,可有效量产、降低价位及大规模推广应用, 其性能堪与xDSL、Cable Modem 等传统线缆宽带接入手段相媲美;OFDM 技术的引入,可有效对抗微波宽带传输的多径效应,取得一定意义上的非直视N-Los传输能力及便于安装维护等工程实施,并可适应一定条件与一定速度移动状态下的运行能力。同时,随着WLAN 热点的快速增加,用户通常期望能在离开热点区后延伸服务连接,从而又在I E E E 8 0 2 . 1 6 a 标准基础上增强改进为另一新标准I E E E 802.16e, 以解决这类用户需求,使其离开家中或办公场所的WLAN 热点地区后仍可保持与无线ISP网络连接,甚至可方便地接入另一城市的另一家无线ISP网络。为推进WiMAX 的发展及确保多厂商环境下WiMAX 产品与系统解
决方案的兼容性,2003 年4 月后,随着IEEE 802.16a、IEEE 802.11d及IEEE 802.16e等标准化工作进展,包括在INTEL 等主要公司推动下,WiMAX 加速推进其相应工作及宣传力度,目前WiMAX 论坛已有INTEL、Alvarion、Airspan、Aperto Networks、Alcatel、AT&T、China Motion Telecom、Nokia、Proxim Wireless Networks、WiLAN、Siemens、OFDM Forum 等在内的120家左右成员。
从标准化角度看,MMDS 型宽带无线接入,虽已形成不同类型运营模式的多厂商环境,相应接入平台技术亦已有一代代演进,但始终未形成一种统一的先进合理、扩展有效的标准,以WMAM 为实质目标的WiMAX 可期望填补这一空白,这既可有利网络、系统及多厂商环境下的互联互通,亦有利于批量生产、提高性/价比,以及在NGN 及NGBW 概念上的前后向兼容扩展演进,创造更好的市场价值。
对MMDS型宽带无线接入, 从技术演进更新换代看,如果将早期接口等尚未规范完善的窄带TDM 型P - MP 设备不计为正式第一代(不妨视为起步型的第0代),则大抵亦可分为三代:第一代为以单纯TDM或单纯IP为平台,多业务运行适应能力及自适应系统性能控制能力很有限;第二代注重适应市场需求的多业务处理能力的改进,即使对纯IP 及纯TDM 平台亦在向这方面尽量努力,从而出现了自适应TDM + IP 混合型平台及价位较高但QoS控制较有把握的ATM 平台方案,在N - LoS 进展方面(x)OFDM(y)。


