寬頻無線接入，即終端（可以是固定或移動的）通過無線的方式，以高寬頻高速率接入通信系統，這裡的通信系統主要是指是蜂窩移動通信系統，無線區域網路（WLAN）等。
基本介紹
- 中文名：寬頻無線接入
- 外文名：Broadband Wireless Access
- 簡介：終端通過無線的方式
- 介紹：以高寬頻高速率接入通信系統
- 通信系統：無線區域網路等
- 套用學科：通信
定義
寬頻無線接入技術是指終端通過無線的方式，以高寬頻高速率接入通信系統的技術。作為目前主流的無線技術，被各大運營商廣泛採用，利用此技術運營商們提出了“無線城市”的概念，從而可以為終端用戶提供廣泛的信息服務和多媒體服務。比如，用戶利用智慧型手機（也可認為是3G手機）通過運營商的蜂窩網路可以看電影，視頻聊天，視頻通話，上網際網路以及織圍脖，從而豐富業餘生活。
寬頻無線接入技術代表了寬頻接入技術的一種新的不可忽視的發展趨勢，不僅建網開通快、維護簡單、用戶較密時成本低，而且改變了本地電信業務的傳統觀念，最適於新的電信競爭者開展有效的競爭，也可以作為電信公司有線接入的重要補充。
業務種類2.1MMDS系統
用於2.5GHz/5.7GHz的MMDS系統。它採用先進的VOFDM技術實現無線通信，在大樓林立的城市裡利用“多徑”，實現單載波6MHz頻寬下傳輸速率高達22Mbit/s的數據接入，頻譜效率較高，在2.5GHz頻段可達到90%的通信機率，在5.7GHz頻段可達到80%以上的通信機率。
2.2SDHIP環系統
工作在高頻段的微波SDHIP環系統。過去在點對點的微波接力傳輸電路中使用較多的微波SDH設備。現在隨著技術的進步，一些公司推出了微波SDH雙向環網，具有自愈功能，與光纖環的自愈特性一致，集成了ADM，採用系列化的Modem，實現QPSK-256QAM可程式，有多種接口(G.703、STM-1、E3/T3、E1、乙太網10Base-T/100Base-T)。同時，小型化結構設備的工程安裝較以往的微波設備更方便，並且在頻率緊張的情況下，這種設備可工作在13GHz、15GHz、18GHz、23GHz等頻率，在城域網的建設中可避開對3.5GHz/26GHz無線接入頻率的激烈爭奪，可支持8×155M的頻寬。
2.3多點分配LMDS
本地多點分配業務LMDS。它工作在20GHz～40GHz頻段上，傳輸容量可與光纖比擬，同時又兼有無線通信的經濟和易於實施等優點。LMDS基於MPEG技術，從微波視頻分布系統(MVDS)發展而來。一個完整的LMDS系統由四部分組成，分別是本地光纖骨幹網、網路運營中心(NOC)、基站系統、用戶端設備(CPE)。LMDS的特點是：頻寬可與光纖相比擬，實現無線“光纖”到樓，可用頻段至少為1GHz，與其他接入技術相比，LMDS是最後一公里光纖的靈活替代技術;光纖傳輸速率高達Gb級，而LMDS的傳輸速率可達155Mbit/s，穩居第二;LMDS可支持所有主要的話音和數據傳輸標準;LMDS工作在毫米波段、20GHz～40GHz頻率上，被許可的頻率是24GHz、28GHz、31GHz、38GHz，其中28GHz獲得的許可較多，該頻段具有較寬鬆的頻譜範圍，最有潛力提供多種業務。
2.4固定無線接入系統
採用的空中接口種類大體分為三類：基於IP、基於ATM信元、基於TDMA的時隙分配。其對於調製解調、糾錯、接收靈敏度及頻譜效率等指標都有相應的理論值和工程可實現值。不同的調製方式一般對應不同的糾錯方式，在無線通信系統中糾錯性能將直接影響系統的整體性能，尤其是在組織多扇區時更要對這一點充分重視。但是，不可否認，在實際建網中調製方式與糾錯方式的對應關係與理論值有很大偏差。為什麼理論和工程之間有較大的差別呢?主要原因是任何設備在帶外輻射受到限制的情況下，達到理想的頻譜效率是不可能的，因為在占用頻寬之外必須增加滾降路由器以防止本系統對鄰頻系統的干擾。目前，對於頻譜利用率普遍存在著誇大宣傳的問題，同時存在定義不一致的問題，不同的定義得到的值有時會有很大的差別，這一點在網路設備選擇時更要注意，以免所選擇的設備無法滿足要求。
業務承載
在業務承載上，3.5G系統的業務基本上可分為兩大類：主要是基於透明傳輸的TDM電路基本業務(基站傳輸鏈路及租用線業務)和IP業務，無線接入設備一般同時支持這兩種業務，以便運營者為用戶提供差異化服務。
關於網管、鑒權及計費，大多數無線接入設備的網管系統都採用SNMP協定平台，並且用戶鑒權及計費基本都由第三方設備完成，無線接入設備本身可提供儘可能多的參數供相關設備訪問和使用。
由於資源限制和3.5GHz設備本身的傳輸特性、天線的工藝原因，一個運營商在3.5GHz頻段上難以組織同城域多小區系統，除非基站有較大的選擇自由度，因此在組網規劃時要慎重考慮，尤其是選擇的設備一定要有較高的性能指標。
移動寬頻無線接入技術
（1）寬頻數字蜂窩技術
第一代蜂窩移動通信技術，採用的主要是模擬技術，傳輸的是模擬話音，第二代數字蜂窩系統雖然採用了全數位技術，但主要業務是話音，以後擴展的是窄帶的WAP(第一代≤9.6kbit/s，第二代56kbit/s～2Mbit/s)數據和GPRS(第一階段單信道≤48kbit/s，第二階段8信道≤384kbit/s)數據。
第三代蜂窩移動通信系統的設計思想是將蜂窩移動技術與IP移動技術結合，形成真正的多媒體移動通信系統。目前，系統的設計和實驗樣品已初步達到了以上設計的目標：靜止數據速率2Mbit/s，慢速移動速率384kbit/s，高速移動144kbit/s。
儘管ITU一再努力，但最終還是形成了以美國的cdma2000、歐洲寬頻CDMA(WCDMA，)、中國的時分同步CDMA(TD-SCDMA，TimeDivision&SynchronousCDMA)等16個主要的標準，當然，目前由各個公司或集團提出申請的、希望被ITU認可為標準的第三代標準草案更是多如牛毛。
cdma2000標準是美國在第二代CDMA系統的基礎上，通過其第2.5代的無線套用協定(WAP)技術逐步過渡到符合第三代技術指標的純CDMA技術；WCDMA則是歐洲各國支持的標準,它試圖從第二代GSM技術通過第2.5代的通用分組無線業務(GPRS)，逐步過渡到符合ITU技術指標的技術，它實際上是FDMA和CDMA的混合產物；中國提出的TD-SCDMA標準也是以歐洲的第二代GSM為基礎，但採取的是TDMA和CDMA混合的技術。
雖然第三代蜂窩技術與第二代相比有很大的提高，但這種提高還不是本質性的，從上面所列的數據速率參數就可以看到這一點；其次是所採用的技術沒有從根本上提高頻率資源的利用率；第三是沒有形成國際統一的標準，不同標準的系統之間的互通性和兼容性都是未知的。為此，國際上很多公司集團在ITU的支持下開始研究和制定下一代蜂窩數字移動通信系統(4G)的國際標準，目前初步確定的目標是數據速率100Mbit/s，是第三代移動通信系統的50倍，採用以正交頻分多路復用技術(OFDM，OrthogonalFrequency-DivisionMultipleaccess)為主的技術，使頻率利用率與第三代移動通信系統相比有本質的提高。
（2）寬頻移動無線區域網路技術
WLAN是在有線和無線LAN技術的基礎上，一種支持移動功能的計算機網路。它是移動通信技術和LAN技術結合的產物，是計算機網路(區域網路、廣域網、網際網路)向無線移動方向延伸的結果。要實現計算機行動網路，首先計算機系統必須是可移動的系統，如筆記本、手持機、個人數字助理(PDA，PersonalDigitalAssistant)等，其次是可移動的通信終端接口，如數字終端設備(DTE)和數字電路設備(DCE)，目前移動通信接口設備的小型化是有目共睹的。
最簡單直觀的移動無線區域網路技術是將移動計算機和支持WAP及GPRS功能的手機連線起來，因為WAP和GPRS都支持TCP/IP協定，因而形成了當之無愧的支持國際互聯的IP網路，當然該網路還稱不上寬頻IP網，因為WAP和GPRS都是窄帶移動技術。
MLAN技術可以通過兩條途徑來產生，第一是等待第三、四代蜂窩移動通信網路的建立，則上述方案就可實現寬頻IP，當然，還需一定時日；第二是在目前寬頻有線LAN網路上通過擴展支持移動功能的無線區域網路來實現寬頻移動IP網或移動ATM網。第二種方案是目前很快能夠實現的技術，當然無線區域網路的移動性還需要解決一些關鍵問題。寬頻移動IP技術可以用圖1形象地描述。
固定寬頻無線接入技術
固定寬頻無線接入系統所用到的設備比較大，不適合移動，同時這種系統也沒有考慮支持移動的相應技術，如移動用戶身份識別、越區切換等技術的配套支持。典型的固定寬頻無線接入系統有MMDS、LMDS、WLAN、平流層通信系統。
（1）MMDS
MMDS是作為有線電視的無線延伸，為那些不適合架設有線電視電纜的地區開發的，是單向多點廣播式無線接入系統。最早的MMDS系統於1970年左右出現在美國等已開發國家。因為它與衛星地面站相比要便宜，因此，一經推出就受到那些居住在遠郊和農村的居民們的歡迎。第一代MMDS的基帶頻寬為45～900MHz，載波為2.5～2.7GHz，實際頻寬為202MHz，只能單向傳播模擬電視頻道信號，是一個與網際網路和其他公共網沒有連線點的獨立系統。但由於技術成熟，設備便宜，目前在一些偏遠地區和山區還在普遍使用。現在還可以實現加密、加擾，以防止非法接收。
第二代MMDS系統的工作頻帶沒有改變，但可以傳送數字視頻信號和多媒體信號，也可以開展按需視頻點播(VOD)業務。當然，信道仍然是單向的，用戶的上傳信息還需要藉助電話信道來實現。第二代MMDS系統的工作原理如圖2所示。
支持雙向全數字傳輸的第三代MMDS系統也已經研製出來並進入市場。
MMDS也屬於微波通信，需要進行視距傳播，一般有效的工作距離也就是50km，若將接收系統架設在山頂，則相應可獲得更大的工作距離。
（2）LMDS
LMDS是為了適應無線通信網寬頻化發展的需要，對MMDS的頻寬和數據傳送能力進行寬頻化提升的結果，以解決市場對寬頻化需求的燃眉之急。自美國FCC完成頻譜拍賣後，就有人看到使用LMDS可以提供多種多樣的業務，特別是寬頻多媒體數據業務，這為LMDS的發展起了決定性作用。
LMDS工作於20～40GHz的毫米波頻段，各個國家所規定的具體頻率有所不同，絕大部分規定為28GHz的頻率上，頻寬1.3GHz，比MMDS寬得多。
第一代LMDS是模擬系統，最早由美國CellularVision公司提出並在紐約進行試驗，主要用於電視節目的傳播，稱為無線CATV網。很顯然，就是用於更新微波多點分配系統(MMDS)的產品。但實際上，由於LMDS工作於毫米波，因此傳播距離一般只有2～5km，無法真正取代MMDS。
第二代LMDS系統採用全數字的技術，於近期才進入市場，數字LMDS不僅可以傳播單向的電視節目，還可以升級為本地環路中的全互動式雙向交換型寬頻網路。LMDS只是中性的協定，能夠支持各種主要的傳輸標準，如ATM、用於運動圖像壓縮的國際標準運動圖像專家組-II(MPEG，MovingPictureExpertGroup)、TCP/IP等，它可以為每個用戶提供從T1(1.5Mbit/s)到OC-3c(155.52Mbit/s)的數據速率，因此，LMDS又被稱為“無線光纖”。
正由於多點無線技術及其相關協定和接入方式的結合，賦予了LMDS以改造社會的巨大潛力，成為有能力與目前的共用天線電視(CATV，CommonAntennaTeleVision)有線寬頻網、支持xDSL的本地電話網以及衛星傳輸系統競爭的無線接入技術。
（3）WLAN
有線形式的區域網路早在20世紀60年代美國的國際商用機器公司(IBM，InternationalBusynessMachineCo.)，為其大型機360系列的主機與終端之間互連而誕生，以後隨著國際標準化組織的ISO-OSI/RM的制定和TCP/IP協定的國際化使區域網路得到飛速發展。但是，區域網路的連線限制了其進一步發展，隨著網路規模的增加，布線越來越複雜，數據通道的最佳化和避免瓶頸的產生就更加複雜，而且無法從移動媒體獲得數據。為了克服上述缺點，人們提出了支持高傳輸速率、可移動性的WLAN的概念，WLAN採用無線電或紅外光作為傳輸媒體，無須複雜的連線。早期的WLAN沒有統一的國際標準，只有各個廠家根據有線區域網路的IEEE802.3標準自行確定無線方案。IEEE從20世紀90年代初就開始制定WLAN的標準，但直到1998年才最終出台了IEEE802.11國際標準。同時歐洲也加緊制定速率更高、進一步支持無線ATM(WATM，WirelessATM)的HiperLAN國際標準，估計很快能完成。
WLAN分為兩種類型，一類是網際網路的無線延伸，即通過掛接WLAN的接入點(AP)使WLAN設備與網際網路互聯，AP可以看成WLAN的基站或中心，因此為有中心繫統；另一類是完全由無線設備之間對等互連的無中心繫統。藍牙技術也是屬於WLAN中無中心繫統的一種。當然藍牙協定與802.11不同，但它們在開放系統互連參考模型(ISO-OSI/RM)的物理層以上協定可以兼容。兩種網路結構如圖3所示。
IEEE802.11和IEEE802.3類似，其標準化工作主要集中於物理層(PHY，PHYsicallayer)和媒體訪問控制子層(MAC，MediaAccessControl)的標準制定。
（4）平流層通信系統
平流層也稱為同溫層，是指離地面8～50km範圍的空間區域。這個區域的特點是溫度基本為常數，氣流基本沿水平方向移動。平流層通信是指在平流層空間設定穩定的空中平台作為微波中繼站，與地面控制系統、關口系統、用戶系統構成一個完整的通信系統。該系統與衛星中繼通信有點類似，不過平流層離開地面近，因此信號衰減小，延遲小，當然覆蓋範圍也小。
①平流層平台：由充氦飛艇、姿態定位控制穩定系統、轉發器或反射器、供電系統等構成。定位穩定系統極為關鍵，它由GPS接收機、離子推進器等組成，將平台控制在直徑40m的立體空間內。平流層平台的工作壽命一般為10年。當然現在還有人提出用遙控無人駕駛飛機作為空中平台的構想。
②通信業務：平流層通信系統可提供從64kbit/s到155Mbit/s的全雙工數字傳輸通信。主要業務：數字電話、傳真、電子郵件、可視電話(256kbit/s)、E1(1.5～2Mbit/s)、LAN、WAN等。也可通過關口站實現不同蜂窩之間、甚至不同覆蓋區域之間用戶的多媒體通信。還可以與衛星通信網連線在一起，形成超高速、遠距離骨幹數字通信網和接入網。
③工作頻帶：47.2～50.2GHz之間至少600MHz的頻寬，其中上行47.2～47.5GHz，下行47.9～48.2GHz。
④多址方式：一般採用TDMA/FDMA和CDMA複合多址方式。
⑤覆蓋區域：平流層平台至少能覆蓋半徑40km、面積5000km2的區域。而視距覆蓋區域半徑可達500km以上，已與衛星蜂窩差不多大小了。
⑥通信容量：5000km2的區域被分割成700個蜂窩，每個蜂窩7.2km2，直徑約3km。若所有頻率每7個蜂窩復用一遍，則頻率復用率為100%，系統可提供20萬個64kbit/s信道，可服務200萬個64kbit/s用戶，或50萬個256kbit/s用戶，或6.25萬個E1用戶。
⑦平台造價：4000萬美元。
⑧平流層通信的優點：a.可實現低成本通信。平台造價比衛星便宜很多倍，用戶終端也只有200～300美元，用戶通話費每分鐘只有幾美分。b.覆蓋範圍大。一個平流層平台就能覆蓋直徑100km的面積。c.通信容量大。250個平流層平台可提供15億個64kbit/s的數字電話用戶。d.業務多樣性。既適合於固定業務，又適合於移動業務，既適合於窄帶業務，又適合於寬頻業務，既適用於單一話音業務或數據業務，又適用於多媒體綜合業務。e.適應性強。該系統既可以適用於城市人口密集區，又適用於農村及邊遠人口稀少地區。
⑨平流層通信存在的問題：a.關於通信業務的歸屬問題。它既不屬於衛星中繼通信，又不屬於陸地中繼通信，目前無明確定義。b.抗雨雪衰減問題，該頻段對雨雪衰減特別敏感，而且隨距離衰減很快，目前沒有很好的解決辦法。c.與現有業務的兼容性問題。由於關於平流層通信還沒有統一的國際標準，與現有同類業務，特別是移動業務兼容性很差，容易受到用戶和運營商的抵制。d.領空所有權問題，全球需250個平流層平台，在布點時與衛星在外太空不同，會隨機地落入各個國家的領空中，主權和利益如何平衡是一個大問題。e.市場開拓問題。目前在已開發國家，地面通信網和衛星通信網已全部覆蓋所有陸地，再開拓市場有一定難度。
寬頻無線接入的優勢及存在的問題
（1）寬頻無線接入的優勢
從上述討論的內容可以看出，寬頻無線接入的優勢是十分明顯的，主要表現在以下幾個方面：
①支持移動性是其根本的優點，從而避免了複雜的連線，為用戶的套用增加了方便性和自由度。
②在一些不可進行布線或不適合布線的荒野或野外臨時會場等地點，使用寬頻無線接入技術是最好的選擇，也是最便宜的選擇。
③在擁擠的老城區，用戶需求強烈而又不允許開溝埋纜的地點，通過寬頻無線接入技術可以緩解頻寬瓶頸，提供滿足用戶需求的服務。
④在居住分散的農村或郊區，採用寬頻無線接入技術可能比架設線纜更合算，使用起來也更方便。
⑤即使在布線很多的城區，寬頻無線接入技術也可以作為用戶的重要選擇方案，因為其使用成本遠低於衛星接入，比公共電信寬頻網也要低。
（2）寬頻無線接入技術存在的問題
寬頻無線接入技術所存在的問題也十分明顯，具體可表現為以下幾個方面：
①各個公司集團各自為政，雖然通過制定IEEE802.11等國際標準，在兼容性方面有很大的提高，但總體說來，兼容性、互操作性還是很差，沒有形成真正統一的國際標準。
②相應地，由於規模不大，使設備成本和用戶終端成本過高，反過來又影響了該技術的推廣套用。
③在保證通信質量和移動後的穩定性和可靠性方面還有一些技術問題需要解決。
④由於使用開放信道，如何設定基站位置，避免陰影效應，避免相互干擾，以及消除外來干擾，消除天氣影響等方面還有不少工作要做。
⑤如何真正做到與寬頻骨幹網、寬頻城域網、公共通信網等的高效、無縫連線，網路管理和服務收費等問題的分工合作等方面，也有待進一步改進。
