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    1. 無線寬帶接入技術及應用分析

      2017-03-16 10:49  出處:其他  作者:佚名   責任編輯:lixianmei 

        1 、概述

        受限于2G、2.5G無線網絡的能力,移動互聯網業務發展受到了制約。最近,移動網絡技術發展迅速,3G已得到普遍的應用,HSDPA技術也已逐步得到應用,移動寬帶化成為移動通信發展趨勢,通信運營商對移動互聯網業務也越來越重視。

        隨著PDA筆記本電腦的發展普及,用戶希望能夠隨時隨地上網,一個新的市場一“寬帶無線游牧/移動接入”正在興起。

        寬帶無線接入技術面向一個固定和移動通信融合的新市場,它可提供與寬帶有線固定接入并行的寬帶無線接入業務,支持游牧和移動應用。它與寬帶固定接入使用共同的核心網、業務支持和AAA系統,其速率可達幾百千比特每秒甚至幾十兆比特每秒,終端主要是筆記本電腦和PDA。

        但是,一項新技術是否能夠獲得成功,除了自身的先進性之外,很大程度上還是要看是否有好的業務形式和好的商業模式,市場用戶并不關心技術本身,而是要看推出的業務能否被用戶接受,能否給企業帶來盈利。而這恰恰是目前困擾包括無線寬帶接人技術在內的諸多寬帶無線接入技術的最大問題。

        2、無線寬帶的業務需求

        無線寬帶接入技術的初衷就是移動互聯網業務,它在傳輸速率、靈活性,以及成本方面都非常適合移動互聯網業務。移動互聯網內容和服務也能夠很好地發揮無線寬帶接入的技術優勢,是運營商無線寬帶接入業務發展的戰略方向。

        其他諸如VolP業務、互聯網接入服務等等,都應被視作運營商為了獲得近期利益而采取戰術行動。

        當然,移動互聯網業務并不會是固定互聯網業務在移動網上的簡單復制,移動終端的移動性、隨身性以及個性化等特征賦予了移動互聯網更多的內涵。

        實際上,人手一部的私有終端將更有利于互聯網的發展,更有利于體現互聯網人人參與發展、人人參與創新的理念,更加符合Web2.0的本質特征。

        因此,移動互聯網的業務內容將會更加豐富,更加人性化,將會比現在的互聯網更大地改變我們的生活方式。

        毋庸置疑,提供無線互聯網接入服務的確是無線寬帶接入技術的一個重要的業務形式。此外,隨著新技術的發展,移動通信業務的重心正在從話音、互聯網接入等通道類業務向內容和服務類業務轉移。無線寬帶接入技術將主要用于互聯網應用。

        互聯網的價值還是在于無邊界的海量信息,同時具有開放性、對等性、透明性,因此核心網絡、無線接入網絡作為互聯網基礎設施的一部分也需要符合這一原則,從這幾個原則可以看出未來互聯網只有一個,WAP只是終端與網絡能力不足時的過渡,不會為無線互聯網復制一個系統,但在互聯網中針對用戶的無線特征,增加新的個性應用。

        同時也可以看出無線寬帶接入技術和移動互聯網有一個很好的匹配,將廣泛在網絡建設中充當重要角色。

        3、無線寬帶技術的進展

        無線寬帶接入技術主要有兩類技術體系,一類是蜂窩移動通信技術,以3G、HSDPA、HSUPA、LTE、AIE、4G等方向發展;另一類無線技術是以MMDS、WiFi、WiBro、WiMAX、MCWill技術。

        適合游牧/移動寬帶無線接入應用的系統基本采用OFDMA。OFD—MA結合了時分和頻分多址技術,客戶終端可以在上行鏈路中只使用幾個子載頻,所以將發射功率集中在這幾個子載頻內,能夠提高信噪比十幾分貝,滿足筆記本電腦0dB天線室內接收需求。

        3.1 移動蜂窩寬帶接入技術

        移動數據業務基本是一個專網,下載速率在lOOkbit/s以下。智能手機可以接入互聯網,但是性能不理想沒有形成主流應用。3GPP和3GPP2都已認識到他們目前的系統提供互聯網接入業務的局限性,試圖在原來的體系框架內,首先在下行鏈路中采用分組接入技術,大幅度提高IP數據下載和流媒體速率。

        3G系統在支持IP數據業務時頻譜效率低的原因是,其面向連接固定帶寬的結構不適應突發式IP數據業務的需求。

        為此,3GPP在R5系統中增加了高速下行分組接入(HSDPA)(被稱為3.5G),速率可以達到10Mbit/s以上,隨后將進一步在R6中增加高速上行分組接入(HSUPA),核心網也在向全IP網演化。為了能夠與WiMAX競爭,3GPP在2004年底發展了長期演化(LTE)計劃(被稱為3.9G)。

        3.2無線寬帶接入技術

        寬帶無線接入(Broadband Wireless ACCess,BWA)技術目前還沒有通用的定義,一般是指把高效率的無線技術應用于寬帶接入網絡中,以無線方式向用戶提供寬帶接入的技術。IEEE 802標準組負責制定無限寬帶接入BWA各種技術規范,根據覆蓋范圍將寬帶無線接入劃分為:無線個域網WPAN(Wireless Personal Area Network)、無線局域網WLAN、無線城域網WMAN、無線廣域網WWAN。

        其中比較有代表性的是WiFi和WiMAX技術,雖然在商業上還不成功,WiFi已經有了大規模的應用,這里就不作介紹,其中相關技術有Wibro和WcWill技術。

        McWiLL(Multi—Carrier Wireless Internet LocalLoop)是信威公司的專有技術,目前正在開發屬于SCDMA R4和R5版本的McWiLL,它是繼SCDMA無線本地環路接入系統之后針對高速數據傳輸的需要而開發的一種無線寬帶城域網接入系統。該標準在網絡設備和用戶設備都已經有比較成熟的應用,但是私有標準預計會阻礙發展,而WiBro就已經作為WiMAX的一個子集加入到了WiMAX陣營。

        3.3兩類無線寬帶技術的比較

        WiMAX面向的是寬帶無線接入市場,3G移動通信面向的是以手機為主的蜂窩移動通信系統,一般來說它們之間是互補的關系。但是當3GPP面向寬帶無線接入市場發展HSDPA,尤其是發展LTE之后就出現了競爭關系。

        從上面的分析中我們可以看到WiMAX和3GPP LTE面對的是同一市場,指標是相近的,采用技術也是類似的,可以說是殊途同歸。

        3GPP決定發展LTE是一次有戰略意義的決定,對于其未來的發展有深遠影響。盡管目前LTE的發展能否擺脫原來體系結構的束縛還有疑問,但是其成員是目前3G的主流運營商,力量雄厚又擁有3G頻率使用許可證,他們發展的LTE即使性能差一些,在寬帶無線接入市場上仍然擁有很強的競爭力,而且他們一旦擁有LTE就不會再考慮使用WiMAX等競爭的技術。

        此外,LTE使用3G的頻率,甚至可以使用2G的頻率,有較好的穿透能力,保障系統有較高的性能價格比。

        WiMAX是由IT界發展的寬帶無線接入技術,由于沒有原體制的束縛,最符合寬帶接入市場的需求。由于LTE的出現,可能采用WiMAX的運營商主要是固網運營商和新運營商。

        Intel等IT設備制造商是WiMAX堅定的、強有力的支持者,他們希望通過WiMAX進入寬帶無線接入市場。Intel在未來筆記本電腦中捆綁WiMAX的承諾增強了WiMAX的競爭能力。

        4、無線寬帶網絡的網絡部署

        WiMAX和LTE的核心技術基本一致,在網絡能力和網絡部署上也接近,前一段時間,WiMAX技術的發展情況比較占優一些,但目前LTE的前景又更看好。但未來具體會用什么樣的技術,什么樣的技術會成為主流,將取決于設備產商的力量和產業鏈的完善程度。本文以WiMAX技術為例來進行網絡部署討論。

        4.1 網絡能力

        目前WiMAX帶寬靈活性強和頻段尚不確定,假定一種參數配置來分析IEEE 802.1 6e的網絡覆蓋能力,以2.5GHz頻段、10MHz帶寬為例。鏈路預算時考慮以下幾方面因素:由于存在陰影衰落的影響,為了保證一定的覆蓋概率,必須保留一定的陰影衰落裕量,取陰影衰落儲備6dB;快衰落儲備是為功率控制預留的功率裕量,功率控制可以在一定程度上抵抗快衰落,因此需要給功控預留功率裕量。

        在802.16e網絡中,由于終端可以移動接入,而移動會帶來一定的衰落,通過功控可以彌補這個衰落,因此需要給功控留一定的裕量,但是由于802.16e網絡功控的頻率比較低,所以不需要預留太多的快衰落儲備,這里取2dB;

        WiMAX網絡存在小區間的鄰頻和同頻干擾,干擾的大小與站距的大小、頻率的規劃、天線的朝向等因素有關,為了使小區內干擾嚴重的區域能正常通信,就要留一部分裕量。如果頻率復用模式為1/3/1,上行預留干擾儲備3dB,下行2dB;

        如果頻率復用模式為1/3/3,干擾儲備可以減小為0.2dB,但是這樣會帶來頻譜效率降低的后果。鏈路預算中采用COST-231 Hata模型。

        802.16e下行鏈路的總增益(QPSKl/2)為148.67dB,如果不考慮儲備視距傳輸的情況下,假設終端天線高度為1.5m,基站天線高度32m,用COST-231模型預測韻小區半徑為1.70km,如果考慮了9.6dB的儲備,計算出來的小區半徑為0.90km。對于非視距環境,考慮10dB的穿透損耗,系統允許的最大路徑損耗為129.1ldB,預測小區半徑為0.47km。

        上行鏈路的總增益(QPSKI/2,1/16子信道化)為148.41dB,如果不考慮儲備和視距傳輸的情況,假設終端天線高度為1.5m,基站天線高度32m,用COST-231模型預測的小區半徑為1.67km,如果考慮了9.6dB的儲備,計算出來的小區半徑為0.83km;對于非視距環境,考慮10dB的穿透損耗,系統允許的最大路徑損耗為126.8dB,預測小區半徑為0.43km。

        考慮非視距因素下,在大都市的城區環境里覆蓋距離約為500m左右,這實際上是能夠滿足實用要求的。無線網絡設計時,不能單純考慮覆蓋距離,還要考慮網絡容量、網絡帶寬,在為寬帶接入的目的下,后者通常比前者重要。如果3G以及B3G在密集城區提供寬帶的數據業務時,其站間距也不會小于500m。

        4.2網絡成本

        因為WiMAX技術比蜂窩網絡系統更加簡潔,WiMAX的全IP技術架構是其獲得成本優勢的一個重要因素。

        目前,WiMAX成本較其他3G系統要低的主要因素有以下分析:

        1.統一的國際標準

        WiMAX具有統一的國際標準,在全球市場的條件下,既促進了技術的發展,又保證了市場規模,同時降低了產業鏈各級產品的成本。同時又具有成本低、易實施的優勢,從而使新興運營商有機會快速切人市場,可帶給運營商一個能降低網絡部署和運營成本并加速性價比提升的公共平臺。

        2.不同的發展思路

        WiMAX不必為保持與以前系統的兼容而付出不菲的成本。在系統網絡結構方面,不必拘泥舊的業務限制,可以采用完全適應未來通信系統的網絡架構。這種架構將極大地提高系統設備和終端的軟硬件規模經濟性,同時也降低運營商的投資風險和運營成本。

        3.專利使用費用

        目前WiMAX還沒有完全明確其IPR政策,但WiMAX專利分散,不會出現一家或少數幾家掌控核心技術,漫天要價的局面。

        4.3政策頻率因素

        就頻率資源配置而言,WiMAX與3G、3G擴充及演進頻段和Wi-Fi等已規劃的使用頻段及即將規劃的4G頻段都存在沖突,從而必然會面臨嚴峻的頻率規劃與協調問題。戰略定位是WiMAX頻率配置的前提,任何戰略定位一定與本國的產業發展及競爭格局緊密相連。如果將WiMAX定位為3G的補充,則表明WiMAX進入了夢寐以求的中國主流市場,但是卻給WiMAX的頻率配置和監管帶來新的難題。

        根據中國的頻率分配現狀,WiMAX的頻率規劃將集中在3.5GHz頻段上。在此頻段中,有3300。3399.5MHz和3531~3600MHz共168.5MHz尚未分配的通信頻率,如果考慮到已招標分配的3399.5。3531MHz地面固定接入頻率,從3300~3600MHz共300MHz頻率,成為業界注目的WiMAX的目標頻率。

        5、商業模式分析

        并不是所有受到用戶歡迎的業務都能夠給企業帶來盈利。固定互聯網上的很多業務,如即時通信、P2P業務雖然發展很好,但是因為缺乏有效的商業模式,迄今為止固網運營商沒有獲得應有的收益。WLAN在全球爆炸式的增長,受到了公眾廣泛的歡迎,但是曾大張旗鼓建設WLAN熱點覆蓋的運營商也沒有從中直接獲利。

        為此,無線寬帶接入業務的設計也必須要有合理有效的商業模式的保障,否則也將面臨類似互聯網和WLAN進退維谷的尷尬境地。

        我們以北京為例介紹網絡建設、業務開展分析,假設在北京部署2.5GHz的WiMAX網絡,覆蓋四環以內(暫不包括西南角)的中心城區、機場以及機場高速路。為個人和企業用戶提供高速、廉價的數據業務,包括互聯網接入,數據傳輸和多媒體服務。同時為政府提供一些公共安全應用的支持。

        該網絡由25個基站構成,每個基站覆蓋半徑為2.0km,面積10.8千平方米的區域。四環內部署21個基站,機場1個,每基站3個扇區。從四元橋到機場共16kin的公路上部署3個基站,每基站2個扇區。整個網絡共需要72個扇區。每個扇區通過E1線路與核心網聯接。

        根據不同城區業務需求的不同,30%的扇區配5條E1線路,40%的扇區配3條E1線路,其余30%配一條E1線路,共計216條E1線。核心網部分在利用原有系統的基礎上,進行升級和改造,以適應WiMAX網絡的需求。假定基站設備及天線、饋線,以平均每扇區78 000元計算,共72個扇區;設計、施工、監理及基礎建設費用按照基站等設備的15%計算。傳輸線租金包括租用216根E1線路租金(每年年初支付),則總費用為1500萬左右。

        網絡投入使用后,每年的現金流包括流人用戶的使用費和流出運營維護費用。其中設備維護費用按照基站設備成本的1%計算;加上傳輸線路等一年約900萬左右。

        網絡部署后,主要提供接入服務。整個WiMAX網絡的業務分為個人數據業務和企業數據業務。就個人數據業務來說,第一年假設13700個人用戶。參考ADSL及隨E行的交費,推出如下五種套餐:5元/月、10元/月、50元/月、100元/月、180元/月;預計用戶分別為5 000、5 000、2 000、1 000、700。

        另一方面考慮企業數據業務,估計企業用戶數為個人用戶的1/200,而企業用戶使用數據業務的資費高于個人用戶,收入占比為2比3。第一年共計收入約為900萬左右。

        假設每年通過發展更多的用戶,收入每年增加,之后四年增長率為10%、12%、15%和15%。網絡的運營維護成本保持不變。假設資本的年投資回報率為12%,截至第五年凈現值總和超過本項目部署投資。

        6、結束語

        在20,世紀90年代末的時候,固定通信服務還是通信運營商收入的主要支撐,也是主要的通信方式,但是移動通信取代固網已經露出了端倪,未來的十年迎來了移動通信的大發展,雖然移動話音業務一直是移動運營商的支撐,移動數據業務更有取代之勢,但是移動數據業務始終難以逃出實質性贏利少的宿命,以前看足球比賽久攻不下時,常招挫敗,但愿移動數據業務不會如此。

        今天我們看到互聯網的內容和應用成為了我們生活工作中不可缺少的一部分。或許隨身多媒體服務、信息服務才是最終的需求,追求隨時隨地的信息服務和快樂體驗是人類的本能,而通信的永遠在線并非必需。這為隨時隨地提供互聯網接入的無線寬帶接入技術贏得了發展機會。

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