不断发展中的无线接入网技术

不断发展中的无线接入网技术(何淑贞)
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，传统的接入网技术已经
“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
变得十分活跃，各种新老技术层出不穷。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”。本文将重点介绍无线接入技
术、无线接入市场分析。
接入网综述
为了更好的了解无线接入，首先要对接入网的概念、接入网在电信网中的地位、接入网的
分类，无线接入网在各种接人网中所处的位置和作用，要有一个全面的了解，才能更深刻
的理解一场接入网的革命已经到来。
一、接入网的概念
(一)接入网： 
1.接入网的物理位置和覆盖范围
所谓接入网是指用户到本地交换局之间的所有机线设备又称为用户线路。接入网需要覆盖
所有类型的用户目前的接入网仍然由以双绞线为主的铜缆所主宰。
接入网的概念是国际电联标准部(ITU-T)根据近年来电信网的发展演变趋势提出的，其目的
是综合考虑本地交换局、用户环路和终端设备，通过有限的标准接口，将各种用户接入到
业务节点。ITU-T规定，接入网由业务节点接口和相关用户网络接口之间的一系列传送实体，
诸如线路设施和传输设施组成。
2.接入网的覆盖范围
接入网所覆盖的范围可由3个接口来标志。图2示出了接入网和这3个接口的关系。
图1中:  
AN?接入网
SN?是提供业务的实体，是一种可以接入各种交换型、半永久连接型电信业务的网元。可
提供规定业务的业务节点，有本地交换机、租用线业务节点或特定配置下的点播电视和广
播电视业务节点等。
TMN__电信管理网
SNI是AN与SN之间的接口
UNI 相关用户网络接口，与用户终端相连。
接入网技术可根据使用的媒体可以分为光纤接入、铜线接入、光纤同轴混合接入(HFC)和无
线接入等多种类型，本文主要介绍无线接入技术。      
(二)接入网的特点：接入网在全网所处的位置和其功能，决定了接入网与核心网相比有如
下特点：
1.电信设施不能共享
2.分散独立
3.使用率低
4.成本高
5.工作在恶劣环境
6.原始模拟技术为主
7.技术演进迟缓
8.硬件为主
9.主要功能是完成复用、交叉连接和传输功能，不具备交换功能。
10.接入网可独立于交换机进行升级，灵活性高，有利于引入新业务和向宽带网过渡。
二、业务需求接入网向宽带方向发展
(一) 接入网业务需求
随着信息化的发展，接入网除了支持2Mbit/s以下的窄带业务以外，还要支持各种宽带业
务，具体如下：
1.点播电视(VOD)或准点播电视(NVOD)
2.交互式图像游戏
3.交互式图像业务
4.远程教育
5.多媒体库。这类业务是允许用户进行交互式搜索，并能看、读、听多媒体信息，即有
视听读能力。
6.宽带有线、无线接入因特网。
(二)接入网向宽带方向发展
1.将光纤推向用户是最终发展方向
2.宽带无线接入网具有巨大潜力
三、接入网的分类
(一)接入网分为固定和移动;有线和无线之分，有线接入多数是铜双绞线，CATV是铜缆，
发展方向是光纤到用户。目前，可以将主要的技术选择归纳为5类，即纯双绞线铜缆接
入网、混合光纤/双绞线铜缆网、混合光纤/同轴电缆网、无线接入网和纯光纤网。
无线接入系统主要有以下几种方式：移动通信系统、无线本地环路、无绳电话系统、移
动卫星通信系统和无线局域网。本专题主要介绍无线接入技术，故在此重点介绍无线接
入系统的分类。
(二)无线接入系统的优点
1.建网投资费用低，与有线网建设相比，省去不少铜线设备，网络设计灵活，安装迅速，
大约几周就可投入使用，加速资金回收。
2.扩容可以因需求而定，方便快捷，防止过量配置设备而造成浪费。
3.运营成本低，无线接入取消了铜线分配网和铜线分接线，也就无需配备维护人员，因
而大大降低了运营费用。
(三)无线接入系统的技术基础
无线接入系统 基本上采用频分多址(FDMA)技术，时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)
技术等。
1.FDMA它将不同用户的电话信息分配到不同频率的载波信道中进行传输，一个载波信道
仅能传输一种电话信息，频谱利用率低，FDMA技术主要应用在模拟移动电话网中。
2.TDMA按照规定在不同时隙分别传输不同的电话信息，在同一载波中可同时传输多路信
息，频谱利用率比FDMA高。该技术比较成熟，标准完善，因而得到了广泛的应用了。
GSM(全球移动通信系统)就是同时采用FDMA和TDMA两种技术，使通信容量有了较大的提高。
3.CDMA CDMA技术，亦称为扩频技术，由于其具有较强的抗干扰能力，保密、低功率密
度等特点，早在几十年前用在军事通信和卫星通信中。系统容量已达到FDMA模拟系统的
10倍，达到现有的TDMA系统的2倍。是未来第三代移动通信系统的技术基础。
四、如何改变接入网瓶颈问题
(一)接入网怎样成为电信网的瓶颈
接入网走过了漫长的一个世纪，而仍然变化缓慢，究其原因，有其历史的、经济的和技
术原因，具体分析如下：
1.接入网长期以来缺乏市场牵引和技术推动
一种新的网络能否顺利发展，一是靠市场牵引，二是靠技术推动，新业务的需求是网络
发生变化的催化剂。长期以来，电话业务主宰着电信业，催化剂迟迟没有诞生，至到90
年代新业务才涌现，才使得接入网的需求由单纯的话音，增加了数据和图像，从而使接
入网发生了变化。
2.接入网业务量密度低，难以形成规模经济
核心网是高度互连的网络，可以应付很高密度的业务量，通常一条高密度业务量的中继
电路每天可传送数百次至上千次的呼叫；而一条处于住宅用户和本地交换机之间的接入
电路可能每天只需要传送几次呼叫而已，绝大部分时间闲置不用，业务量极低。统计结
果显示核心网中继电路使用率通常达50%以上，而住宅用户电路的占用率仅1%以下，形
成强烈对比，其结果是接入网部分经济效益很差，使人们不会轻易投资这一领域。传统
接入网的分散性、专用性和重复性使之难形成规模经济，成本居高不下。
3.接入网的成本与业务量无关
核心网的总成本对业务量很敏感，而接入网只工作在很低的业务量密度下，而用接入网
每天几分钟和几小时的业务量其接入网设施的成本是一样的，即成本与业务量无关。
4.接入网的运行环境恶劣，导致维护费用高
核心网的主要设备，如交换机和复用传输设备多都安装在环境可控的机房内，保持一定
的温度和湿度。而接入网设备必须安装在室外不可控环境下，如路边，遭受风吹、雨淋、
日晒、雷击、冰雹、虫鼠蛇咬及人为的破坏，所以技术上和机械保护上需要很多特殊措
施，维护费较高。
5.技术变化慢
由上述种种经济和需求的原因，使接入网稳使用了一百年，技术变化缓慢，形成整个电
信网的最大瓶颈。
(二)接入网怎样走出瓶颈
走出瓶颈就意味着接入网的宽带化、多媒体化。其措施是：光纤入户、CATV的HFC结构接
入、XDSL、宽带无线接入等。
宽带无线接入技术
一、无线接入的五种方式
(一)移动通信系统:移动通信系统由第一代模拟制式到第二代数字制式，第三代以CDMA技
术为基础的移动通信也即将商用，第四代移动通信系统正在实验中，5年后将面世。
(二)无线本地环路系统：是有线固定电话用户以无线方式接入公用电话网称为无饯本地
环路系统。此方式比较经济、现实，它不但降低了维护成本，缩短了建设周期，同时设
备扩容方便，特别适合远离城市的边远地区。GSM标准、CDMA、FDMA、TDMA技术也被应用
在无线本地环路中。
无线本地环路主要针对固定无线用户接入，因此其工作频率都不与公众移动通信网相同，
主要分布在1.8GHz～2.5GHz之间的频段。
一点多址微波通信设备，实际上就是一种典型的无线本地环路设备，它一般采用TDMA时
分多址方式，中心站通过用户与公用电话网联接，通过全天线与分布在周围的外围站通
信，提供固定的电话服务。
(三)无绳电话系统：是有线固定电话终端的延伸，无绳电话系统的突出特点是灵活方便。
这类固定的无线终端可以同时带有几个无线子机，子机除和母机通话外，子机之间还可
以通信。一类工作频率一般在45MHz，天线覆盖在100米左右。另一类如DECT、PHS等标准
的无绳电话系统工作频率在800MHz～1.9GHz。
(四)移动卫星接入系统：通过同步卫星实现移动通信联网是一种理想的无线接入方式，
可以真正实现任何时间、任何地点、任何人的移动通信。这种系统通常需要卫星运行在
低轨道，并且需要较多的卫星，投资很大。
卫星接入系统的最大特点是利用卫星通信的多址传输方式。为全球用户提供大跨度、大范
围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务，是陆地移动通信系统的扩展和延伸，在边
远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只、远航飞机等通信方面更具有独特的优越性。
(五)无线局域网：无线局域网(Wireless LAN，简称WLAN)是计算机网络与无线通信技术相
结合的产物。它不受电缆束缚，可移动，能解决因有线网布线困难等带来的问题，并且组
网灵活，扩容方便，与多种网络标准兼容，应用广泛等优点。WLAN既可满足各类便携机的
入网要求，也可实现计算机局域网远端接入、图文传真、电子邮件等多种功能。
二、宽带无线固定接入技术LMDS
(一)LWDS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 MDS)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。
(二)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10Gpbs，而LMDS传输速率可达155Mpbs，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、MPEGG-2等。
4.LMDS工作在毫米波波段，工作在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。
(三)LMDS的系统框图
LMDS的典型结构由图2示出。图中可见LMDS系统的中心网络对外有两个接口，一是与电信
网连接的电信交换单元(TSU)，一是与外部视频源连接的视像提供单元(VPU)，TSU和VPU在
内部与数字连接单元连接(DCU)。
其信号流程是：DCU从TSU和VPU接收数字信号，将它们综合处理成宽带数字信号，加载到
合适的视频进行传输，送到基站单元(BSU)。信号在用户站设备单元,经频率转换处理后送
往网络接口单元(NIU)。NIU实质上是一个连接到调制解调器或机顶盒的接口，调制解调器
转换信息后传送到计算机、电视机或电话机。回传时，BSU接收的信号送到DCU，若是数据
或话音信号则分配给TSU，若是视像控制信号则分配给VPU。
典型的LMDS的网络结构由类似蜂窝配置的多个收发信机的基站组成，每个收发信机经点到
多点无线链路与服务区的固定用户通信。一个LMDS系统与传统的无线网络相似之处是它也
由一系列蜂窝状区域和一个中央控制点组成，其单个蜂窝的覆盖区为50公里。
图2 LMDS系统框图
(四)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比美，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最有天然的竞争优势，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155Mpbs，而HFC为
50Mpbs，XDSL为6Mpbs；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的多。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。以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。
三、 宽带IP无线移动接入技术
移动信息社会是通过开发先进的移动IP网络和设备，在用户中实现在任何时间，任何地点，
在移动中为他们提供所需的多媒体业务。这就需要基于IP的无线移动接入网，该网应该是
一个统一于IP协议的网，包括2G、3G、无线LAN、家庭和办公室等一系列无线接入网技术的
综合，以统一的IP接入方式与IP核心网连接。新IP无线移动接入网，需开发支持多IP地址，
安全可靠的保障和不同QOP水平的无线接入网，并需要IPV6的支持。
(一)IP无线移动接入网的形成
1.IP无线移动接入网：未来所有数据网都将基于IP协议。从终端角度看，无线数据网是因
特网的自然延伸；从因特网角度看，无线数据网只是其一部分，是一个子网。IP无线移动
接入网并不局限于2G或3G网络，它还包括2G、GPRS、3G、IS136、EDEG、无线局域网，其它
宽带接入网以及办公室宽带接入系统。
2.IP无线移动接入网的演进与应用
(1)应有一个为无线网络业务设计的、有效的分组解决方案,那就是GPRS和WAP技术的诞生,
使无线移动接入成为可能。
GPRS是一种基于分组交换传输数据高效率的方式，其数据率是现有GSM的十倍以上，巨大的
吞吐量改变了单一面向文本的无线应用，使得包括图片、话音和视频的多媒体业务得以实现。
WAP (Wireless Application Protocol) 是一种标准，是无线应用协议标准，它的作用是
将Internet网的内容和数据服务引入无线移动终端，即WAP成为移动通信通向Internet的桥
梁。
(2)1999年底，通用无线分组业务GPRS进入了GSM。GPRS采用分组交换方式，最高速率可达
164kbp，它通过在网络中增加节点实现数据分组接入Internet和X.2.5等分组数据网，从而
给移动用户提供电子邮件、WWW浏览、专用数据、LAN接入等无线IP和无线X.2.5业务。
WAP克服了无线网络和终端在传输无线多媒体和无线IP数据时所存在的局限，针对无线环境
的独特性提出了建立在现有的Internet标准基础上的新协议。WAP是一种新的描述性语言
WML(无线链接语言)，能够更好地在移动终端显示屏上阅读不同的文本信息。通过它确定了
在移动终端安装微型浏览器处理与显示信息的方式，这样使移动用户可以直接利用移动终
端(例如手机)访问Internet。而且WAP是一个开放且全球统一的标准，支持包括GSM的各种
移动网络，而它与GPRS结合是目前最佳方案。
(二)IPv6支持IP无线移动接入网
1.IP新协议IPv6
目前，采用的是IPv4协议，它包含32位地址，但随着网络信息爆炸，网络日益拥挤甚至堵
塞，有限的IPv4资源已越来越不能满足Internet的发展需要，且IPv4几乎不采用层次路由
选择，因此在网络安全，网络管理和可适应性路由选择方面均存在不足。鉴于此，有关机
构已制定出新的Internet协议__IPv6，亦称为IPng。相对于IPv4有如下改进：
(1)扩展寻址能力
IPv6将IP地址从32位扩展到128位，支持更多级别的寻址层次，拥有更大数目的可编址节点，
采用更简单的自动地址配置，并且定义了一种新的地址类型__任播地址。
(2)头部简化
一些IPv4头部字段被去除或变成可选项，从而降低了通常情况下分组处理的成本。
(3)可选项的变化
IP头部可选项方面的变化，既减少对可选项长度的严格限制，并为将来新可选项的加入提
供了灵活性。
(4)流标识能力
给特定业务流的分组标识添加了一种新的能力。
(5)认证和加密能力
IPv6支持认证、数据集成和数据保密的扩展。
2.IPv6给IP无线移动接入网强有力的支持
(1)IPv6将带来IP地址数量的巨大增加
在今天的固定网中，千百万人共享有限数量的IP地址，当你拨号上因特网时，你被分配一
个临时IP地址，在你这次上网时间内一直是这个地址。然而在未来移动信息社会里，你总
是连在网上，随时保持联系和准备发送和接收信息，这就需要比目前IPv4所提供的更多的
IP地址，据估计，在2002年至2012年间IP地址将用完，IPv4将成为通向移动信息社会道路
上的瓶颈。
IPv6有128位地址空间，据估计可以达到地球表面每平方米1500个IP地址的水平,届时可以
达到所有有线网、无线网用户以及其他大量的类似于汽车、洗衣机、电冰箱，甚至于汽车
和房间的钥匙都能分配一个专用IP地址。
(2)IPv6保证网络的安全
IPv6有两个扩展头部来保证安全，即认证扩展头部和封装的安全净荷扩展头部。IPv6通过
认证头部，用标记源端地址的方法来保证分组确实是来自某主机，这样就防止了恶意用户
通过设置IP地址假冒他人进入网络。而IPv4没有这种功能。
在IPv6提供了封装的安全净荷扩展头部来保证网络安全层的安全，它属于一种高级保密和
集成。
IPv6的加密和认证业务一起组成了健全的标准的安全机制，在持续扩展的基于IP网络结构
的商业和企业合作中起决定性的作用。
(3)网络的QOS
IPv4和IPv6都支持资源预留协议RSVP，IPv6中增加了业务流标识字段，是为了对分组进行
特殊的处理，如实时业务等。属于同一流的分组标识字段，其源端地址和目的端地址均相
同。IPv6还可提供各种QOS水平，确保象IP电话、可视电话、VoIP等的应用。IPv6还有更
有效的多播业务能力，对于广播型业务特别适用。
(三)宽带IP移动接入网,接入移动信息社会
社会的需求、市场的推动、相关技术的进步，使得移动通信技术，特别是宽带移动接入技
术向着更高速率、更宽带宽和提供更新业务的方向发展。移动通信和Internet网的深刻结
合，引导人类社会进入移动信息社会的新纪元。IP移动接入由于采用了GPRS和WAP最佳结合
方案，因特网正在进入每个人的口袋里，无线移动通信将进入无线网上信息内容爆炸阶段，
无线网上数据信息流量将超过我们的想象快速增长。
无线数据领域蕴藏着巨大的市场，无线多媒体和无线IP业务将给我们带来新的发展契机，
由于采用IP技术，数据业成本进一步降低。而随着GPRS、第三代移动通信系统的逐步商用，
速率进一步提高，因此无论从价格上还是速率上 ，无线IP完全有能力与有线通信相抗衡。
目前世界上许多GSM运营商已经开始绕过固定网络，通过在GSM网络上增加接入服务器和
TCP/IP服务局域网，直接接入国际Internet出口 ，提供从GSM到Internet的直接数字接入
服务。因此，建立的连接时间和互连费用都减少了一半，运营成本进一步降低。