2008年3月26日 星期三

無線網知識:WiFi、WiMAX、WBMA與3G的比較

第三代行動通訊系統(3G)的標準由ITU-R提出,因為其主要工作頻段在2000MHz左右,並具有最高速率為2000Kbps的業務能力,一般被稱為IMT-2000。3G系統能夠滿足高速率傳輸以支援多媒體業務,它在室內靜止環境可達2Mbps、在室內外步行環境可達384Kbps、在室外快速移動環境可達144Kbps。全球主流的3G制式有三種,分別為WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA,目前世界上絕大多數拿到3G許可證的運營商選擇了WCDMA制式,其標準化工作主要由3GPP負責。前幾年,由於受標準變化快、終端短缺、市場前景不明的影響,在許多國家3G的發展不如預計的那麼樂觀。
  與此相反,各種無線接入技術的發展卻顯得紅紅火火。尤其是電氣電子工程師協會(IEEE)的802.15(無線個域網,WPAN)、802.11(無線局域網,WLAN)、802.16a/d(無線固定接入,FWA)和802.20(寬帶移動接入,WBMA)等標準。其中WPAN主要包括藍牙(Bluetooth)技術和超寬帶(UWB)技術,而採用802.11標準的WLAN和採用802.16a/d標準的FWA也被稱為WiFi和WiMAX。由於WiFi、WiMAX、WBMA和3G一樣都可以有電信級的應用,本文將分別把這3種技術標準與3G標準進行比較,探討了它們的各自應用領域和相輔相成的發展前景。
  1.WiFi與3G
  WLAN標準主要包括802.11b、802.11a和802.11g等。其中802.11b採用24GHz的頻段,可支援11Mbps的共用接入速率;802.11a採用5GHz的頻段,其速率高達54Mbps,採用OFDM(正交頻分復用)技術,但無障礙的接入距離降到30-50米;802.11g其實是一種混合標準,既能適應802.11b標準,又符合802.11a標準,它比802.11b速率快5倍,並和802.11b相容。另外,IEEE在WLAN方面的主要進展還包括802.11i(安全方面內容)、802.11e(QoS方面的內容)、802.11f(接入點之間的切換協議)、802.11n(速率高達320Mbps)等。目前,WLAN的推廣和認證工作主要由產業標準組織WiFi(Wireless Fidelity,無線保真)聯盟完成,所以WLAN技術常常被稱之為WiFi。
  顯然,3G網路可以利用WiFi高速數據傳輸的特點以彌補自己數據傳輸速率受限的不足,而WiFi不僅可利用3G網路完善的鑒權與計費機制,而且可結合3G網路廣覆蓋的特點進行多接入切換功能。這樣就能實現WiFi與3G的融合,使3G運營錦上添花,進一步擴大業務量。
  目前,ETSI和3GPP都對3G和WiFi的融合進行了一些規定,我們認為主要包括:
  1)終端的融合
  新技術並不能立刻將已經根深蒂固的技術掃地出門,尤其在經濟低迷時更是如此,目前折中的方案大行其道,在WLAN領域,出現了能相容802.11a/b/g的雙模或多模晶片,在行動通訊領域,出現了能相容GSM/CDMA/3G的雙模或多模手機,人們期盼的WLAN/3G雙模晶片或終端的研究也在進行。
  2)網路的融合
  無線局域網可以通過兩種方式和WCDMA移動網路相結合:鬆散和緊湊模式。
  ·緊湊模式
  WLAN網路採用和WCDMA基站相同的方式(Iups介面)與GPRS核心網相連。這一方式充分利用了GPRS核心網路已有的移動、安全和服務品質等方面的機制,能夠在兩個網路間提供很強的移動性。但緊湊模式存在著兩個缺點。首先,為了直接與WCDMA核心網路相連,需要重新修改和定制已有的WLAN產品。其次,這一方案中WLAN為WCDMA的骨幹傳送網帶來了業務流量和信令,WCDMA移動網路和WLAN相比,具有非常不同的移動模式和業務流量特性,因此這種結合,在工程上,也許要重新設計WCDMA的骨幹傳送網。
  ·鬆散模式
  WLAN作為WCDMA網路的補充形式與移動網路相結合(Gi介面),未通過GPRS核心網,只有鑒權、計費信令從GGSN或專用設備進入GPRS核心網,從而避免了兩種不同的接入技術所帶來的數據流量到GPRS核心網路節點的混合。這種結合方式,保證了兩個無線網路完全分開,兩者完全獨立,並且對WLAN的IEEE 802.11標準沒有任何改變。同時,松耦合方式可以使用移動IP支援網間的移動性,但這會導致較高的時延。鬆散方案中分享AAA的架構,使WCDMA的運營商在混合的網路環境中可以使用一致的用戶鑒權機制,也可以使電信運營商更好的建立自己獨有的業務模型,以充分利用原有的計費系統和客戶關係。WLAN可利用WCDMA的USIM卡的安全機制來保證WLAN用戶的鑒權,即將USIM卡的資訊讀出來,通過WLAN網路傳送到AS,再到HLR裏進行鑒權,然後允許客戶使用WLAN,並將WLAN的計費資訊傳送到計費系統,將費用算在該USIM的帳戶上,生成包含WCDMA和WLAN使用情況的統一客戶賬單。
  2.WiMAX和3G
  作為線纜和xDSL的無線擴展技術,802.16a規範于2003年1月29日被IEEE通過。這是一種全新的寬帶FWA技術,是為解決寬帶接入"最後一公里"的問題而設計的。為了保證FWA的相容性和互用性,WiMAX(全球微波接入互操作性聯盟)于2003年4月成立,主要從事推廣和認證802.16a設備,目前已有70家以上的通信設備企業加入。2003年7月10日,Intel正式宣佈開發基於WiMax標準的晶片,並將於2004年的第二季度推出。
  WiMAX與3G的應用市場不同,其應用範圍與LMDS相似,但成本低的多,還可以利用非許可頻段,將來可以在電信運營商中廣泛使用,例如:
  1)針對新型社區,覆蓋整個社區的網路接入,直接給用戶提供話音與數據、視頻圖像等。
  2)針對大面積城區,用於連接整個城區的熱點地區,例如WLAN、IP-PBX等。
  另外,根據使用頻率的不同,WiMAX還包括IEEE802.16b(10-66GHz)、IEEE802.16c(5-6GHz)等,IEEE802.16e則是向移動無線接入(WBMA)過渡的一個標準。
  3.WBMA
  移動寬帶無線接入(WBMA)提供與移動電話系統一樣的覆蓋率和移動速度並擁有Wi-Fi的數據傳輸速率。WBMA目前主要採用了一種從局域網(LAN)擴展到廣域網(WAN)的互聯網協議——IEEE802.20標準。Flarion科技公司(由朗訊貝爾實驗室分拆而出)率先開發出了基於FLASH(Fast Low-latency Access with Seamless Handoff)-OFDM技術的WBMA系統,表3對該技術標準和3G技術標準進行了比較。
  4.結論
  目前,WiFi、WiMAX、WBMA和3G的標準發展勢頭強勁,標準越來越完美、技術越來越先進、產品越來越實用,不變的是它們的發展方向:帶寬更大、安全性更高、相容性更好。背後則是商業利益在驅動,數據通信廠商擁抱WiFi、WiMAX、WBMA,而傳統電信企業擁抱3G。
  應該說WiFi、WiMAX、WBMA和3G在高速無線數據通信領域都將扮演重要角色,但是在最初設計時,它們採用了不同的技術手段來解決不同的應用問題。WiFi、WiMAX、WBMA和3G的主流是互補的,在局部會有部分融合,但要相互取代不太可能完成。另外,在應用和需求上它們也有著顯著的差距,它們都將在越來越細化的市場中,找到自己的生存空間。因此,與其說它們是競爭的關係,還不如說是共存的關係。
  為了克服3G的種種缺點,4G的相關研究在世界範圍內正廣泛展開,但制定一個全世界統一的4G標準還至少需要耗費7至10年的時間,而現有的2G系統在未來的3至5年內是無法滿足日益增長的通信需求的,從這個角度來說,3G系統是不可替代的。最近隨著標準的基本穩定、終端類型的迅速增加、寬帶增值業務的廣泛普及,3G系統的大規模使用已經開始。而WiFi、WBMA和WiMAX等技術作為局部的高速接入手段來彌補3G的不足也會有廣闊的應用前景。

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