WiFi、WiMAX、WBMA與3G的比較
1.引言
第三代移動(dòng)通信系統（3G）的標準由ITU-R提出，因為其主要工作頻段在2000MHz左右，并具有最高速率為2000Kbps的業(yè)務(wù)能力，一般被稱(chēng)為IMT-2000。3G系統能夠滿(mǎn)足高速率傳輸以支持多媒體業(yè)務(wù)，它在室內靜止環(huán)境可達2Mbps、在室內外步行環(huán)境可達384Kbps、在室外快速移動(dòng)環(huán)境可達144Kbps。全球主流的3G制式有三種，分別為WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，目前世界上絕大多數拿到3G許可證的運營(yíng)商選擇了WCDMA制式，其標準化工作主要由3GPP負責。前幾年，由于受標準變化快、終端短缺、市場(chǎng)前景不明的影響，在許多國家3G的發(fā)展不如預計的那么樂(lè )觀(guān)。
與此相反，各種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的發(fā)展卻顯得紅紅火火。尤其是電氣電子工程師協(xié)會(huì )（IEEE）的802.15（無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)，WPAN）、802.11（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，WLAN）、802.16a/d（無(wú)線(xiàn)固定接入，FWA）和802.20（寬帶移動(dòng)接入，WBMA）等標準。其中WPAN主要包括藍牙（Bluetooth）技術(shù)和超寬帶（UWB）技術(shù)，而采用802.11標準的WLAN和采用802.16a/d標準的FWA也被稱(chēng)為WiFi和WiMAX。由于WiFi、WiMAX、WBMA和3G一樣都可以有電信級的應用，本文將分別把這3種技術(shù)標準與3G標準進(jìn)行比較，探討了它們的各自應用領(lǐng)域和相輔相成的發(fā)展前景。
2.WiFi與3G
WLAN標準主要包括802.11b、802.11a和802.11g等。其中802.11b采用2.4GHz的頻段，可支持11Mbps的共享接入速率；802.11a采用5GHz的頻段，其速率高達54Mbps，采用OFDM（正交頻分復用）技術(shù)，但無(wú)障礙的接入距離降到30－50米；802.11g其實(shí)是一種混合標準，既能適應802.11b標準，又符合802.11a標準，它比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。另外，IEEE在WLAN方面的主要進(jìn)展還包括802.11i（安全方面內容）、802.11e（QoS方面的內容）、802.11f（接入點(diǎn)之間的切換協(xié)議）、802.11n（速率高達320Mbps）等。目前，WLAN的推廣和認證工作主要由產(chǎn)業(yè)標準組織WiFi（Wireless Fidelity,無(wú)線(xiàn)保真）聯(lián)盟完成，所以WLAN技術(shù)常常被稱(chēng)之為WiFi。
表1列出了3G和WiFi的主要異同點(diǎn)。顯然，3G網(wǎng)絡(luò )可以利用WiFi高速數據傳輸的特點(diǎn)以彌補自己數據傳輸速率受限的不足，而WiFi不僅可利用3G網(wǎng)絡(luò )完善的鑒權與計費機制，而且可結合3G網(wǎng)絡(luò )廣覆蓋的特點(diǎn)進(jìn)行多接入切換功能。這樣就能實(shí)現WiFi與3G的融合，使3G運營(yíng)錦上添花，進(jìn)一步擴大業(yè)務(wù)量。
目前，ETSI和3GPP都對3G和WiFi的融合進(jìn)行了一些規定，我們認為主要包括：
1)終端的融合
新技術(shù)并不能立刻將已經(jīng)根深蒂固的技術(shù)掃地出門(mén)，尤其在經(jīng)濟低迷時(shí)更是如此，目前折中的方案大行其道，在WLAN領(lǐng)域，出現了能兼容802.11a/b/g的雙?；蚨嗄Ｐ酒?，在移動(dòng)通信領(lǐng)域，出現了能兼容GSM/CDMA/3G的雙?；蚨嗄Ｊ謾C，人們期盼的WLAN/3G雙模芯片或終端的研究也在進(jìn)行。
2)網(wǎng)絡(luò )的融合
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)可以通過(guò)兩種方式和WCDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )相結合：松散和緊湊模式。
•緊湊模式
WLAN網(wǎng)絡(luò )采用和WCDMA基站相同的方式（Iups接口）與GPRS核心網(wǎng)相連。這一方式充分利用了GPRS核心網(wǎng)絡(luò )已有的移動(dòng)、安全和服務(wù)品質(zhì)等方面的機制，能夠在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )間提供很強的移動(dòng)性。但緊湊模式存在著(zhù)兩個(gè)缺點(diǎn)。首先，為了直接與WCDMA核心網(wǎng)絡(luò )相連，需要重新修改和定制已有的WLAN產(chǎn)品。其次，這一方案中WLAN為WCDMA的骨干傳送網(wǎng)帶來(lái)了業(yè)務(wù)流量和信令，WCDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和WLAN相比，具有非常不同的移動(dòng)模式和業(yè)務(wù)流量特性，因此這種結合，在工程上，也許要重新設計WCDMA的骨干傳送網(wǎng)。
•松散模式
WLAN作為WCDMA網(wǎng)絡(luò )的補充形式與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )相結合（Gi接口），未通過(guò)GPRS核心網(wǎng)，只有鑒權、計費信令從GGSN或專(zhuān)用設備進(jìn)入GPRS核心網(wǎng)，從而避免了兩種不同的接入技術(shù)所帶來(lái)的數據流量到GPRS核心網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的混合。這種結合方式，保證了兩個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )完全分開(kāi)，兩者完全獨立，并且對WLAN的IEEE 802.11標準沒(méi)有任何改變。同時(shí)，松耦合方式可以使用移動(dòng)IP支持網(wǎng)間的移動(dòng)性，但這會(huì )導致較高的時(shí)延。松散方案中分享AAA的架構，使WCDMA的運營(yíng)商在混合的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中可以使用一致的用戶(hù)鑒權機制，也可以使電信運營(yíng)商更好的建立自己獨有的業(yè)務(wù)模型，以充分利用原有的計費系統和客戶(hù)關(guān)系。WLAN可利用WCDMA的USIM卡的安全機制來(lái)保證WLAN用戶(hù)的鑒權，即將USIM卡的信息讀出來(lái)，通過(guò)WLAN網(wǎng)絡(luò )傳送到AS，再到HLR里進(jìn)行鑒權，然后允許客戶(hù)使用WLAN，并將WLAN的計費信息傳送到計費系統，將費用算在該USIM的帳戶(hù)上，生成包含WCDMA和WLAN使用情況的統一客戶(hù)賬單。
3.WiMAX和3G
作為線(xiàn)纜和xDSL的無(wú)線(xiàn)擴展技術(shù)，802.16a規范于2003年1月29日被IEEE通過(guò)。這是一種全新的寬帶FWA技術(shù)，是為解決寬帶接入"最后一公里"的問(wèn)題而設計的。為了保證FWA的兼容性和互用性，WiMAX（全球微波接入互操作性聯(lián)盟）于2003年4月成立，主要從事推廣和認證802.16a設備，目前已有70家以上的通信設備企業(yè)加入。2003年7月10日，Intel正式宣布開(kāi)發(fā)基于WiMax標準的芯片，并將于2004年的第二季度推出。
表2列出了3G與WiMAX的技術(shù)比較，筆者認為，WiMAX與3G的應用市場(chǎng)不同，其應用范圍與LMDS相似，但成本低的多，還可以利用非許可頻段，將來(lái)可以在電信運營(yíng)商中廣泛使用，例如：
1）針對新型社區，覆蓋整個(gè)社區的網(wǎng)絡(luò )接入，直接給用戶(hù)提供話(huà)音與數據、視頻圖像等。
2）針對大面積城區，用于連接整個(gè)城區的熱點(diǎn)地區，例如WLAN、IP-PBX等。
另外，根據使用頻率的不同，WiMAX還包括IEEE802.16b（10-66GHz）、IEEE802.16c（5-6GHz）等，IEEE802.16e則是向移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入（WBMA）過(guò)渡的一個(gè)標準。
4.WBMA
移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入(WBMA)提供與移動(dòng)電話(huà)系統一樣的覆蓋率和移動(dòng)速度并擁有Wi-Fi的數據傳輸速率。WBMA目前主要采用了一種從局域網(wǎng)(LAN)擴展到廣域網(wǎng)(WAN)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議——IEEE802.20標準。Flarion科技公司（由朗訊貝爾實(shí)驗室分拆而出）率先開(kāi)發(fā)出了基于FLASH(Fast Low-latency Access with Seamless Handoff)-OFDM技術(shù)的WBMA系統，表3對該技術(shù)標準和3G技術(shù)標準進(jìn)行了比較。
5.結論
目前，WiFi、WiMAX、WBMA和3G的標準發(fā)展勢頭強勁，標準越來(lái)越完美、技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)、產(chǎn)品越來(lái)越實(shí)用，不變的是它們的發(fā)展方向：帶寬更大、安全性更高、兼容性更好。背后則是商業(yè)利益在驅動(dòng)，數據通信廠(chǎng)商擁抱WiFi、WiMAX、WBMA，而傳統電信企業(yè)擁抱3G。
圖1和圖2分別表示了各種技術(shù)標準的數據傳輸速率與移動(dòng)速度、覆蓋范圍之間的關(guān)系。顯然，3G可以提供廣覆蓋、高移動(dòng)性和中等數據傳輸速率；WiFi可以提供熱點(diǎn)覆蓋、低移動(dòng)性和高數據傳輸速率；WPAN可以提供超近距離的無(wú)線(xiàn)高速率連接；WiMAX可以提供城域覆蓋和高數據傳輸速率；WBMA則可以提供廣覆蓋、高移動(dòng)性和高數據傳輸速率。
應該說(shuō)WiFi、WiMAX、WBMA和3G在高速無(wú)線(xiàn)數據通信領(lǐng)域都將扮演重要角色，但是在最初設計時(shí)，它們采用了不同的技術(shù)手段來(lái)解決不同的應用問(wèn)題。WiFi、WiMAX、WBMA和3G的主流是互補的，在局部會(huì )有部分融合，但要相互取代不太可能完成。另外，在應用和需求上它們也有著(zhù)顯著(zhù)的差距，它們都將在越來(lái)越細化的市場(chǎng)中，找到自己的生存空間。因此，與其說(shuō)它們是競爭的關(guān)系，還不如說(shuō)是共存的關(guān)系。
為了克服3G的種種缺點(diǎn)，4G的相關(guān)研究在世界范圍內正廣泛展開(kāi)，但制定一個(gè)全世界統一的4G標準還至少需要耗費7至10年的時(shí)間，而現有的2G系統在未來(lái)的3至5年內是無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(cháng)的通信需求的，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，3G系統是不可替代的。最近隨著(zhù)標準的基本穩定、終端類(lèi)型的迅速增加、寬帶增值業(yè)務(wù)的廣泛普及，3G系統的大規模使用已經(jīng)開(kāi)始。而WiFi、WBMA和WiMAX等技術(shù)作為局部的高速接入手段來(lái)彌補3G的不足也會(huì )有廣闊的應用前景。
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