无线宽频网络的未来实现者

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  WiMAX全球微波存取兼容组织(Worldwide Interoperability for Microwave Access)是由英特尔主导、基于IEEE 802.16a/d/e标准的无线城域网技术。
   WiMAX能够迅速崛起,除了因为多家业界巨头的参加、大力支持和推广,以及未来能够带来的社会效应和商业利益外,其实也在于其技术的领先,甚至可能威胁到包括中国在内的世界各国正在要上马的3G(第3代移动通信)。第一个商用的3G网络与WiMAX相比,数据传输速度低30倍,而一个3G基站的覆盖范围也不及WiMAX基站的1/10。考虑成本等各个方面的优势后,使大家认识到WiMAX技术是一项可以打破产业格局的新型技术。这也是英国电信、法国电信、Qwest通信公司、Reliance电信等加入WiMAX组织,从而使在其内的运营商已经占到WiMAX组织成员近3成的原因。
  WiMAX的由来
   1987年世界上第一个试验性无线局域网WirelessLAN被建立,随后,在医疗、零售、机场等场所,出现不同厂商支持的无线局域网,因而还不能互联。为解决这个问题,于1990年11月成立IEEE802.11委员会,开始着手制定无线局域网WirelessLAN标准。经过几年的努力,终于在1997年6月颁布实施了全球第一个无线局域网WirelessLAN标准IEEE802.11,从而使得不同供应商之间的产品具有了互操作性。现在1Mbps和2Mbps的WirelessLAN技术和产品已非常成熟,其整个系统的实现成本也已大幅下降。
   然而,WirelessLAN与至少有10Mbps的以太网Ethernet相比,WirelessLAN的数据传输率较慢。为此,IEEE小组又相继推出新的高速标准IEEE802.16b和IEEE802.16a两个新标准,合称为固定的WiMAX技术(也就是IEEE802.16-2004)标准,到2005年上半年已经基本完成,相关文件也已经在2004年发布。就在2005年上半年的马拉加会议上,有关WiMAX的系统产品也已经进行了展示。而且在全球范围内,有100多家运营商已经或者打算进行WiMAX产品的评估或者测试。据称,这个固定WiMAX市场在2005年内应该就可形成。也有消息说,目前出售的相关产品已经达到5亿美元,据预测,随着产品不断标准化,这个市场规模将很快攀升到20~30亿美元。这是因为它能够将宽带延伸到一些二级和三级的城市,尤其是一些还没有接入DSL的城市,让那里的居民利用这项技术就能充分体验到无线宽带的魅力。
   同时欧洲电信标准化协会ETSI的宽带无线电接入网络(BRAN)小组也着手制定Hiper(High Performance Radio)接入标准,其研究任务之一是HiperLAN标准,并已推出HiperLAN1和HiperLAN2。其中,HiperLAN1对应IEEE802.11b,HiperLAN2与IEEE
  802.11a具有相同的物理层PHY。此外,在目前的无线标准和规范方面,由于利益的不同追求,不同厂商支持的不同标准和规范相互争执激烈,主要有IEEE802.11b、HomeRF、HyperLAN2以及蓝牙技术等,虽然它们各有自己的特点,各自的应用领域也不尽相同。
   因为在早期所通过的这个固定的WiMAX技术(即IEEE802.16-2004)标准里,所规定的工作频段是11到60G,还不能提供非视线(NLOS)连接。所谓视线连接,就是指通讯的基站和客户端之间不能有任何阻挡,必须存在一条光线(或者视线)可以直接通过的通道。这主要是由于微波通讯的特性所决定。微波这种高频信号绕过障碍物的能力非常有限,还要受天气影响,例如下雨通常会导致信号衰竭(雨衰现象),致使通讯质量降低。同时当时的IEEE802.16协议是基于固定无线接入技术来设计,不能满足移动的需求;而3G是面向广域移动通讯的技术方案,在移动性和信号绕过障碍物的能力上远远超过了IEEE802.16。为使WiMAX自己的技术和应用范围能够扩展,WiMAX组织随后开发了IEEE802.16a,其工作的频段主要在2到11G的频段范围,比IEEE802.16的低许多,其信号绕过障碍物的能力得到提高,也支持非视距(NLOS)传输,这意味着在基站和客户端之间可以有树木或者建筑物的阻挡,因而WiMAX的应用领域就被进一步的拓宽了。
   再者,为解决802.16a/b/d不能移动的问题,WiMAX又在此基础上制定了IEEE802.16e标准。其核心技术其实是要提供10~20Mbit/s的速率,这是4G所能实现的能力,不同之处在于,第一,它是完全基于IP的,第二是能够覆盖任何区域,并可降低基础设施的成本。这个移动WiMAX的IEEE802.16e标准,将使手持PDA步行或者使用移动计算机设备的用户,始终无线连接网络,时刻也不会中断。不过满足移动WiMAX无线接入性能的产品,按照WiMAX的计划,要在2006年才能正式投入商用。
  WIMAX发展计划
   早在1999年IEEE组织就已经成立了IEEE 802.16工作组,负责进行固定无线接入空中接口标准的规范,当时并没有引起人们的太多的注意。目前,IEEE 802.16标准主要包括IEEE 802.16a、IEEE 802.16d和IEEE 802.16e,其中IEEE 802.16a和IEEE 802.16d是固定无线接入的标准,即固定版WiMAX,其初衷是统一固定无线接入的空中接口,二者通过采用可选的网格拓扑模式,在网格拓扑中每个站点都可以和网络中的其它站点直接形成通信链路;也可在提供较大的容量下,不需使用均衡器就能有效克服码间干扰;而且,网络在保证数据精确传输下,可根据实际情况灵活、机动地选择分布式调度方式、集中式调度方式或者两者结合的方式来合理分配带宽,充分利用网络系统资源。这个标准可以应用于2~11GHz非视距(NLOS)传输和10~66GHz视距(LOS)传输, 并已经于2004年6月得到了正式批准。
   但随着IEEE802.20技术的发展,WiMAX支持者意识到,只有具有移动特性才能保证WiMAX拥有广阔的市场前景。而IEEE 802.16e就是支持移动特性的标准,即移动版WiMAX,其目标是能够向下兼容IEEE 802.16d,并在IEEE 802.16d固定无线接入标准研制的基础上,正在加入支持移动特性的无线接入方面的特性,如切换、安全等。按照预期2005年上半年IEEE802.16e标准将应该完成标准化。
   英特尔在2004年7月上旬给出了更为具体的产品时间表,也称为英特尔“WiMAX路线图计划”,其原来的具体内容为:
   2004年WiMAX技术将出现在企业热点(Hot Spots)和家庭网络所租用的互联网中;
   2005年WiMAX技术将扩展到用于小企业、家庭企业和消费者市场的宽带网络;
   2006年WiMAX技术将用于手机中,并且开始用于笔记本电脑;
   2007年WiMAX技术将在笔记本电脑领域迅速发展;
   2008年全球一半的笔记本电脑都将采用WiMAX技术。
   而在实际进展中,WIMAX的发展计划是一直在不断的修正当中进行的。2005年4月在西班牙马拉加的WiMAX论坛上,高调登场的WiMAX论坛正式宣布,推出自己的认证计划,并对认证过程和时间期限做出了详细的说明。也确定马拉加为WiMAX论坛的官方认证测试实验室Cetecom所在地。本来预计首款WiMAX论坛认证产品将于今年11月到12月间诞生,可实际上2005年7月6日,Aperto就成功完成基于WiMAX硅片的PacketMAX基站互操作性测试,成为了第一个产品被认证的WiMAX供应商。一种产品如果能够获得认证,就证明它符合该认证标准,并能够实现与其它供应商产品的互操作。为证明对这些时间计划期限的承诺,一些设备OEM供应商在此次论坛成员的会议中,还对相关的设备进行了演示。此外,在这个WiMAX论坛会上,还详细说明了基于IEEE 802.16-2004标准对WiMAX设备进行测试的认证过程和时间期限。也预期在2005年6月之前完成必要的测试框架和测试脚本以及测试设备的准备工作。并在开始时将根据两种规格对设备进行验证,即TDD(时分双工模式)和FDD(频分双工模式)(3.5GHz频段,使用3.5MHz信道)。根据市场需求和供应商产品的提交情况,论坛将会在2006年增加更多的规格。此外,WiMAX论坛还承诺未来对基本规格的所有增强都将能够支持向后兼容。
   目前WiMAX论坛的5个工作小组目前有条不紊地开展各自的工作。通过其全球众多的WiMAX实验网络,其发展计划原定为三个步骤,英特尔公司2004年下半年推出了WiMAX标准的芯片样品属于第一步骤,符合WiMAX标准的设备也在2004年第四季度提交商用和实验。包括摩托罗拉、西方多路和奥维通等3家公司就已经推出了相应的WiMAX固定接入产品,产品化进程超过了WiMAX论坛组织的原计划预期;而WiMAX论坛2005年主要的精力是放在IEEE802.16a/d(2004)的版本上,在2005年第一季度正式接受相关产品认证申请,第二季度将有认证产品问世;2005年7月后正式启动WiMAX认证测试实验室,对相关设备进行一致性和互通性测试,这对WiMAX市场是一个里程碑,测试以后,这些经过认证的产品就可以大规模进入商用,则相关的WiMAX基站和接入设备也可以于2005年下半年正式发售,开始为家庭和企业推出WiMAX固定宽带无线接入服务。WiMAX系统产品的认证和互操作性测试也将在第三季度进行,例如华为的产品将在10月后进行互操作测试;同时运营商也将进行相关的实验室试验,2005年第四季度运营商将进行试商用。
   尽管当前最初的WiMAX论坛认证产品将是固定产品,但随着移动运营商和相关设备制造商的积极参与,增加移动性认证产品的要求将会变得更加强烈。
  
   随着2005年下半年将支持移动数据访问和便携特性的IEEE802.16e标准的通过,用以支持像笔记本和PDA在6GHz以下频率的应用,其它授权和免授权频谱都将被利用到。解决了便携性和移动性问题之后,将BWA直接带入到终端用户的大规模应用也随之开始;据英特尔的预计,2006年初进行首次商业性WiMAX实验,并推出针对移动的应用,例如移动设备和笔记本用IEEE802.16e的WiMAX芯片,届时用户即使在出租车等交通工具上亦可实现无线上网;英特尔和诺基亚也表示,它们将在客户和基站策略方面将密切进行合作;英特尔计划在2006年推出用于移动PC上、并集成了移动WiMAX芯片的迅驰芯片组,实现在城域网范围内的可移动的宽带无线数据服务。在城域网的范围内,用户无须购置新的终端,仅用集成IEEE802.16 e功能的笔记本电脑,就能以60公里/小时以上的移动速度,不间断地享用高于3G十倍以上的速率而构成的宽带精彩内容服务。而且WiMAX还能作为Wi-Fi的备份,使用户可快速、容易地访问、漫游Wi-Fi热点(Hot Spots),而笔记本电脑、PDA、手机也可以通过在Wi-Fi和WiMAX间自由切换访问互联网,实现无缝的无线连接。预期2006到2007手持设备方面包括手机、PDA或汽车都可内建WiMAX,即移动版的WiMAX(IEEE802.16e)实验则需要等到2007年初实现。此举将把WiMAX从"纸上谈兵"阶段推到"前线实战"阶段,从而带动整条产业价值链的发展。如果进展顺利的话,2008年奥运会之前,北京也能够建成全面的WiMAX无线移动城域网络。
   另根据英特尔与阿尔卡特的合作计划,双方将在2006年上半年进行外场测试,2006年中部署商用网络。此外,目前包括英特尔、富士通在内的至少5家芯片厂商已经开始生产或正计划生产WiMAX芯片。
   随着WiMAX设备官方认证测试开始的时间临近,就在最近的2005年6月17日,供应商们在美国芝加哥举行的Supercomm贸易展会,展示了他们期望销售给无线ISP和电信运营商的产品。一个月后的2005年7月6日,Aperto成功完成基于WiMAX硅片的PacketMAX基站互操作性测试,而成为首家实现硅片供应商单系统内互用性的WiMAX供应商。这也表明,类似配合测试认证WiMAX进程的供应商,已经加快了其产品上市的步伐。
   随着成本的不断下降,WiMAX客户端价格也不断的下降。从200美元下降到100美元左右,如下图的ASP 价格曲线所示。当然,设备成本的降低,一定能够促进该技术的普及和应用
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