“最后一公里”和“最后十米”的无线接入

朱镕基总理在“十五”计划纲要报告中明确提出，要大力发展高速宽带信息网，重点建设宽带接入网。这是政府首次将宽带网和宽带接入网建设列入国家发展规划，这就意味着2001年乃至21世纪初叶将成名副其实的“宽带年”。宽带，不仅是中国要解决的难题，在世界也同样存在。就宽带网建设可分三个层次，骨干网、城域网和接入网，骨干网和城域网统称通信网的核心网，接入网介于核心网与用户终端之间，也就是“最后一公里和最后十米”。
　　最后一公里的理想解决方案当然是全面实现光纤入户。它的难度较大，有专家认为，中国要想全面实现光纤入户，从现在算起，至少需要50年时间。就是经济较发达的美国，在它的“AI计划”中，美国也需要20年左右的时间才能全面实现宽带接入。在这段时间里接入网市场就显得异常活跃，就目前的技术条件和经济环境，各种可以替代光纤入户的解决方案层出不穷，出现了百花齐放、百家争艳的大好局面。
接入网概述
　　(一).接入网在通信网中的地位与作用
　　在通信网中，宏观的可划分为接入网和核心网两大类，核心网和接入网在物理上、技术上和经济上都处于完全不同的网络应用环境。在过去的几十年间，无论是交换设备还是传输设备都经历了几代的更换，核心网正在越来越快的更换和应用最先进技术，不久将成为全数字化、智能化、软件主宰和控制的高度集成的大系统。然而，传统的接入网技术己经“老牛拉破车”似的稳定使用了一个世纪，至今仍然由双绞铜缆和落后的模拟系统所主宰(90％以上)，两者在技术上形成巨大的反差，说明接入网已经成为制约全网进一步发展的瓶颈，接入网的革命势在必行。进入90年代以来，新的政策法规、新的业务需求、以及一系列新技术的产生，提供了解决接入网问题的最好机遇，长期遭受冷落的接入网领域开始变得十分热门，各种新老接入技术此起彼伏。预计光纤技术和无线接入技术在接入网中会有飞速的增长。可以确信，接入网、特别是宽带无线接入网将成为21世纪电信网研究、开发和建设的热点，某种意义上可以说“21世纪进入了接入时代”。
　　(二).接入网的分类
　　接入网可分为有线和无线两大类，有线分光纤接入、铜线接入和双绞线接入；无线接入分移动无线和固定无线接入。有线接入技术有CATV电视接入、双绞铜线、ADSL/HDSL/VDSL:非对称数字用户环路/高密度数字用户环路/甚高密度数字用户环路。无线接入有移动通信系统、无线本地环路系统、无绳电话系统、移动卫星接入系统和无线局域网系统。固定无线接入是接入网建设中较重要的解决方案，它具有建设速度快、维护简单、相对成本较低等特点，从应用的角度分类，固定无线接入包括LMDS、蓝牙、无线局域网、无线光通信等新技术。
　　(三). FDMA、TDMA和CDMA三种多址系统方式
　　多址系统是指多个用户通过一个共同的信道交换信息的通信系统。传统的信号划分方式有频分(FDMA)和时分(TDMA)，频分是将所给的信道带宽分割成互不重叠的许多小区间，每个小区间能顺利通过一路信号，频分复用的多路信号在频率上不会重叠，但在时间上是重叠的。时分是将多路信号在时间轴上互不重叠地穿插排列就可以在同一条公共信道上进行传输，这种按一定时间次序依次循环地传输各路消息，以实现多路通信。码分多址(CDMA)系统，是给用户分配一个多址码。要求这些码的自相关特性尖锐，而自相关特性的峰值尽量小，以便准确识别和提取有用信息。同时各用户间的干扰可减小到最低限度。
固定无线接入的技术分析
　　(一). "最后一公里"的无线光纤LMDS
　　1. LMDS简介：
　　无线接入技术正从窄带、中宽带向宽带方向发展，以本地多点分配业务(Local Multipoint Distribution Service－LMDS)为代表的宽带无线固定接入技术正越来越受到广泛关注，成为一种不可忽视的发展趋势。这种系统工作在20GHz－40GHz频带上，传输容量可与光纤比拟，同时又兼有无线通信的经济和易于实施等优点。窄带和中宽带无线接入是基于电路交换的。但宽带无线接入系统是基于分组交换的，是一种点到多点的结构，由一个中心站和许多用户站组成。宽带无线接入LMDS是基于MPEG技术的，并从微波视频分布系统(Microwave Video Distribution System MVDS)发展而来。作为一种新兴的宽带无线接入技术，LMDS为“最后一公里"宽带接入和交互式多媒体应用提供经济和简便的解决方案，它的宽带属性使其可以提供大量下一代电信服务和应用。
　　2. LMDS的特点
　　(1). LMDS的带宽可与光纤相比拟，实现无线光纤到大楼，可用频带至少1GHz。与其他接入技术相比，LMDS被认为是最后一公里光纤的灵活替代技术。
　　(2).光纤的传输速率高达Gbps，而LMDS传输速率可达155Mbps，稳居第二。
　　(3). LMDS可支持所有主要的话音和数据传输标准，如ATM、TCP/IP、MPEG－2等。
　　(4) LMDS工作在毫米波波段，工作20GHz－40GHz频率上，被许可的频率是24GHz、28GHzz、31GHz、38GHz，其中以28GHz获得的许可较多，该频段具有较宽松的频谱范围，最有潜力提供多种业务。
　　3. LMDS的系统结构
　　LMDS的典型结构由图1示出。一个完整的LMDS系统是由四部分组成，分别是本地光纤骨干网、网络运营中心(NOC)、基站系统、用户端设备(CPE)。　　　　
　
图1. LMDS系统结构
　　本地光纤骨干网接收来自基站系统的数据 ，一般由同步光纤传输网(如SDH)及中心交换设备(如ATM交换机、IP交换机)组成，并与外部网络如Internet或PSTN等相连，完成语音交换、ATM交换、IP交换等。
　　网络运营中心设有网络管理系统(NMS)，用于管理所服务范围内的设备和用户。网络管理系统， 具有开放标准，能够与其他的网络管理系统互连。
　　基站系统是网络中光纤部分和无线部分的连接处，应包括与骨干网的光纤接口、调制和解调模块及一般置于屋顶的无线接收单元。
　　用户端设备，应包括安装在室外的天线、收发单元和室内的用户接口单元。有时用户端设备还根据厂家和应用场合不同而种类较多。用户端设备可以放在大中型企业内，由多个用户共享使用，也可以放在小型企业或家庭内，由一个用户使用，当然这些用户终端设备的配置和价格都可以不同。
　　一般的情况下，LMDS设备厂商提供基站系统、用户端设备以及网络运营中心的软件，而本地光纤骨干网作为基础网络设施，由运营商建设和提供。
　　4. LMDS广阔的发展前景
　　(1).LMDS的竞争优势
　　由LMDS特点可见，LMDS的传输容量可以与光纤媲美，且又具有无线通信的经济和易于实施等优点。这两大特点决定了LMDS具有天然的竞争优势，由于它是用于固定点无线通信，对于其他移动无线通信不构成威胁，相反对其他有线通信，如HDSL、ADSL、HFC技术等形成强烈的竞争局面，首先，在传输速率方面，LMDS传输速率仅次于光纤为155Mbps，而HFC为50Mbps，XDSL为6Mbps；其次，LMDS和光纤两种方式都具有提供高速对称业务的潜力，而HFC和XDSL是上下信道不对称的，且LMDS比光纤便宜，建站要比铺设光纤容易得多。第三，由于LMDS采用多点传输技术，当增加新用户时，基站无须增加新的射频设备，可以快速扩容增加新的用户。
　　(2).LMDS网络应用前景看好
　　在21世纪的信息化时代，发展接入网，特别是宽带接入网，不仅成为解决电信网瓶颈问题，而且也成为未来国家信息基础设施的发展重点和关键，其市场之大前所未有，吸引了几乎所有国内外制造商、运营公司和业务提供者的关注。LMDS为代表的宽带固定无线接入技术与其他接入技术相比，具有不受地形限制、实施简便，建设周期短，具有强大的竞争优势，代表了一种宽带接入的发展趋势，我们必须明确的认识到发展LMDS的战略地位，给予高度重视。
　　(3).LMDS在国内的发展情况
　　LMDS技术1998年进入中国，引起中国电信、中国移动、中国网通、联通、吉通等各大运营商的重视，他们纷纷申请频点，与美国P－COM等制造商携手，分别在广州、上海、北京、武汉、杭州、大连、青岛、深圳、珠海等地建立了规模不等的实验网。
　　P－COM公司继1999年底成功开通中国首个LMDS试验网——中国联通广州试验网之后，又陆续开通了中国电信－上海、中国移动－武汉、中国网通－北京的LMDS试验网。目前各试验网运行良好，性能指标已由各运营商组织专业测试部门完成了各项测试。该公司在中国电信－绵阳、中国移动－贵阳、中国移动－西安的LMDS试验网也即将建成。目前，由P－COM公司设计的中国制式LMDS改造已经完成。该公司又与我国电信制造商普天集团在北京设立了合资企业——北京立康普通信公司，为加速LMDS产品的国产化及完善售后服务奠定了坚实基础。
　　目前，中国联通、中国网通、中国移动等电信运营商都表示，将以光纤接入为基础，以无线接入为切入点，加快我国接入网的建设步伐。同时期待有关部门早日制定接入网开放的系列政策，希望尽早进行3.5G、LMDS固定无线接入的频率和执照的发放工作。
　　(二).“最后十米”的蓝牙技术
　　1. 蓝牙技术简介
　　如果说LMDS技术是代替光纤解决‘最后一公里’宽带接入的理想方案，那么蓝牙技术就是现代通信网络解决最后10米的宽带接入的最佳方案，它将会像一种无处不在的、数字化的神经末稍一样，把现有的各种网络终端，各种信息化的设备在最后10米内都能连接起来。美国权威性杂志“网络计算”，将蓝牙与802.11b无线局域网及宽带技术等评为“十年来十大热门新技术产品”。蓝牙将创造一个全新的设备世界，这个世界将极大地剌激出对网上网下各种无线服务的需求，蓝牙代表着无线的天堂，在未来的几年内，蓝牙将会管理全球超过10亿台的各种设备、让电脑与电话、PDA以及家用智能电器无需线缆而相互连接，蓝牙技术将会给现代信息社会中，人们工作、生产生活方式带来一场新的革命。可以预计，基于篮牙技术的产品将会形成一股势不可挡的潮流席卷全球。
　　2. 蓝牙技术的世界组织
　　世界蓝牙技术标准化组织Bluetooth Special Interest Group(SIG)，目前有9名领导成员，其中5名是发起者，它们是爱立信、英特尔、IBM、诺基亚、东芝，其他四名是：微软、摩托罗拉、朗讯和3COM。全球支持蓝牙技术的厂商有2000多家设备制造商，都已经成为它的会员，其中包括康柏、戴尔、惠普、德洲仪器、高通以及卡西欧、飞利浦、三星、LG、精工、夏普等许多世界著名的计算机行业、通信领域以及消费电子产品，甚至还有汽车与相机制造商等生产厂家。一项公开的，全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持是空前的、参加的会员阵容如此罕见。由此可见，基于蓝牙技术的产品具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。
　　3. 蓝牙技术的技术定位
　　蓝牙技术在现代通信网络中的定位是到终端用户的最后10米，是最关键的冲刺阶段。它就像人体的神经末稍一样无处不在、无处不有。把现有的网络终端设备、各种信息化设备，不用任何电缆无线的连接起来。这就是用蓝牙技术组成的“微微网”，“微微网”将在人类生活中发挥出不可想象的变革。例如：你快下班的时候，可以语音通过任何智能信息设备经过互联网络向家里的信息控制中心发一道指令，让它从网上下载一套晚餐，然后，信息控制中心根据晚餐的需要，通过蓝牙模块与冰箱对话，看冰箱库存是否能够满足要求，如不够，可向电子商务公司发出订单，待各种材料齐全，信息控制中心通过蓝牙技术建立的无线链路向家庭机器人发布指令，调好各种配料，放入并启动微波炉......。当你回到家中，一道丰盛的晚餐等待你享用。看起来这是科幻小说中的描写，但是由于有了蓝牙技术的诞生，正在逐步走向现实，这就是“微微网”的强大魔力。不仅如此，科学家们还预测，正因为有了蓝牙技术，人们还会发明创造出许多现在还没有的、新的网络终端和智能化的信息设备及产品，并像水银泻地一样渗透到社会生活的方方面面，以推动信息化社会不断向前。
　　4. 全球统一、开放的标准
　　近距离的无线通信技术不只是蓝牙技术一种，但是与其他相应的无线通信技术比较起来，蓝牙技术的优势就在于它的全球统一的、开放的技术标准，世界蓝牙组织SIG知识产权共享的巨大诱惑力，以及蓝牙技术先进、成本低廉。
　　近年来，世界上一些权威的标准化组织，也都关注蓝牙技术标准的制定和发展。以IEEE标准化机构为例，已成立802.15工作组，专门关注蓝牙技术标准的兼容和未来发展的问题。
表1 IEEE关注蓝牙技术的制定和发展一览表
　　
　　名 称 内 容
IEEE 802.15.1(TGI) 讨论建立与蓝牙技术1.0版本相一致的标准
IEEE 802.15.2(TG2) 探讨蓝牙技术如何以IEEE 802.11b
无线局域网技术共存的问题
IEEE 802.15.3(TG3) 研究未来蓝牙技术向更高速率
(10－20Mbit/s)发展的问题
　　
　　5. 蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHz ISM频段
　　ISM频段即工业、科学、医学共用频段，是国际电联(ITU)为ISM设备专门划分的专业频段，目前包括蓝牙/微微小区无线接入、计算机无线局域网等业务也工作在2.4GHz ISM频段。蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHz ISM频段，其优点是全球通用，方便快捷标准一致，其缺点是相互干扰不可必免。在2.4GHz频段上典型ISM设备主要是家用微波炉和商用微波炉，由于微波炉的功率很大，如有泄漏，对其应用会造成很大影响，实验证明，对于靠近微波炉的蓝牙技术系统的误码率会大大增加。同时蓝牙设备和无线局域网之间的影响也必须注意，因为蓝牙设备功率只是无线局域网功率的5％左右，对局域网影响不大，但受局域网影响则较大，如果蓝牙设备在无线局域网环境内，通信距离只能缩短到2米左右才能保证正常工作。所以这类问题有待解决。