5GHz频段的优势及其宽带接入方案

摘要：本文对无线宽带接入的发展趋势做了较为系统的概述，重点分析、描述了5GHz频段的技术优势，并介绍了一个5GHz无线宽带接入方案的技术指标和关键技术，最后展望了5GHz无线宽带接入网的应用前景。
　　无线接入的发展趋势
　　将与有线接入方式竞争接入市场：在有线难以达到的地方，可作为有线的延伸和补充，在新建的工业园区和居民小区，可作为有线通信的应急手段和替代手段；在地下线缆施工困难的城镇，则成为有线接入有力的竞争对手，竞争的目标将是最终用户的数量，目前无线接入用户和有线接入用户的比例不到1∶100。在两年内预计可达到1∶10，而在5年后可能达到1∶3，即无线接入正在进入快速发展的阶段。
　　向高频段、宽带宽、高速率、高频谱利用率发展：随着用户业务的多样化特别是宽带化，以往几kbps或十几kbps的信息速率已不敷使用，许多用户要求提供几十Mbps的信息速率。要提高信息速率，除了采用先进的双工技术、编码技术和调制技术外，最基本的就是更宽的频道带宽，相应的就是需要占据更高的频段。典型的例子就是几百MHz频段。频道带宽只有几kHz到几十kHz，信息速率也在几十kbps以下；而在几GHz频段，频带带宽可达几MHz到十几MHz，信息速率也可达几Mbps到几十Mbps，若使用几十GHz的毫米波段，频道带宽高达一百多MHz到二百多MHz，信息速率则高达155Mbps基至几百Mbps。无线电频谱是非常宝贵的稀缺资源，提高频谱利用率就是节约资源。
　　提供IP中（Internet协议）传输业务：IP业务对无线接入网的要求是实时快速、宽带多媒体、上／下行不对称、易于扩展等，Internet上的信息传输是分组的、传输方式由TCP／IP（传输控制协议／Internet协议）规定，规定信息包怎样分层和分组，怎样重新组装，怎样在信道上传输等。TCP／IP分为链路层、网际层（IP层）、传输层（TCP层）和应用层，TCP为、发两端提供双工传输协议，IP为不同的计算机网络提供互连协议。无线接入网应在传输和接口方面适应IP业务的需要。
　　适应不同用户的近于苛刻的多种需求：大致可归纳为电话、视像、高速数据的综合接入；风险投资小，启动开销低，适应初始用户少的环境：易于扩容，扩大覆盖区，适应用户快速增加的需求；简单、可靠，傻瓜化，减低维护开销；装、拆、搬托简便快捷，保证投资不沉淀；具有灵活的接口能力，例如V5、ATM以及Ethernet接口等，以适应与不同网络的连接；具有抗恶劣环境的能力、例如室外工作、不受雨衰影响等。
　　无线接入技术向综合化、宽带化、智能化方向发展：综合化使用户实现多业务双向通信，宽带化使用户能随心所欲地传送动态视像，在Internet网上高速冲浪，智能化可使系统获得更多更好的功能，软件无线电技术则是智能化的有力工具。
　　5GHz是宽带无线挂入技术的黄金频段
　　固定无线接入的工作频段很多。目前使用的有：450MHz频段的“无线农话”：1.5GHz频段的点对多点微波通信；2.4GHz频段的无线扩频通信；2.5～2.7GHz频段的数字双向MMDS（多点多信道分配系统）；3.5GHz频段的WLL（无线本地环路）；5.725～5.85GHz频段的点对点无线扩频通信等。可能发展的频段有：5Hz频段的宽带无线接入10GHz、21GHz、24GHz、26GHz、28GHz、31GHz、38GHz频段的LMDS（本地多点分配业务）等。在2000年更有制造商推出了800nm波段的宽带无线红外光接入系统，成为名符其实的“无线光纤”。
　　一般而言，频段越低，可传输的信息速率也比较低。以3.5GHz频段为例，按国家通信行业标准《接入网技术要求-3.5GHz固定无线接入》规定，上行频段为3400～3430MHz，下行频段为3500～3530MHz频段间隔为175、3.5、7和14MHz四种：采用频分双工；当复用／多址方式采用TDM／TDMA时，以频道间隔为3.5MHz所能传送的速率来比较，若采用QPSK或与其等效的调制方式时最低可传4Mbps，采用16QAM或与其等效的调制方式时最低可传8Mbps，采用64QAM或与其等效的调制方式时最低可传12Mbps；但调制方式越复杂，成本越昂贵、接收灵敏度越低、误码率越高、抗干扰能力越低，要保持一定的传输距离则需要更大的发射功率。目前在3.5GHz频段，按性能价格比排列，大多数用户选用3.5MHz带宽传输4Mbps速率，比较适合于少数小业务量用户的窄带低速无线接入使用。
　　而在高频段，国家目前还未制定相关的频谱规范，以26GHz频段为例，上行频段为25.557～26.061GHz，下行频段为24.549～25.053GHz；上行频道间隔为10MHz，下行频道间隔为56MHz；采用频分双工；上行每频道的传输容量按不同的调制方式分别为QPSK13.3Mbps、16QAM 26.7Mbps、64QAM 40Mbps，下行每频道的传输容量为QPSK66.5Mbps、16QAM 133.5Mbps、64QAM200.0Mbps；调制方式越复杂，接收灵敏度越低，所需发射功率越大；通信距离一般不超过3公里。在20GHz以上的频段，雨衰和多径的影响都比较严重，南方地区的雨衰几乎不可避免雨衰的计算繁杂而不准确，甚至树叶的衰耗也不可忽视，加之技术难度大、设备成本高、大范围、大规模地投入无线接入市场尚有困难。至于无线光通信系统，由于不适于在雨、雪、浓雾和沙尘天气使用，显然在无线接入领域也不会占多少份额。
　　如果在传输带宽、传输速率、传输距离、传输质量、建设规模、投资成本、运营利润之间进行选择并折衷，在当今的技术条件下，5GHz频段对固定无线接入而言是性能价格比最高的黄金频段。
　　1997年1月，美国联邦通信委员会（FCC）宣布在5GHz频段分配三个100MHz频段，作为U-NII（无须许可证的国家信息基础设施）频段使用，以提供快速开通的高速无线数据通信。三个100MHz频段是：5.15～5.25GHz，规定其EIRP不大于23dBm适用于室内无线通信；5.25～5.35GHz，规定其EIRP不大于30dBm，适用于中等距离通信。通常人们选用5.725～5.825GHz来进行社区的宽带无线接入，以获得更佳的性能价格比。FCC规定频道间隔为15MHz，其它的限制很少，以鼓励制造商和运营商的创新，使有限的频谱资源获得更有效的利用。5GHz频段为用户在5-10公里的范围内建立宽带无线接入提供了方便，一般不需要考虑雨衰、沙尘和树叶的影响，人们普遍认为5GHz在接入领域会制造出巨大的社会效益和经济效益。
　　我国还没有出台5GHz频段的频率计划，但信息产业部无线电管理局十分关注此频段的开发利用，为推进固定无线接入业务的竞争和发展，建议在完善基础研究工作的同时，尽快开展5.725～5.825GHz宽带无线接入系统的技术试验。可以肯定，5.725～5.825GHz频段的试验试用，将为我国的宽带无线接入开辟一个新天地。
　　5GHz宽带无线接入方案
　　由于FCC对5GHz频段的具体规定和限制比较少，这给研制者提供了较为自由的创意空间，可以选用多种多样的网络结构和技术体制。但聪明的研制者会运用自己的奇思妙想创造出一些独特的原理、工艺和技术，突破一些矛盾的焦点，在更高的层次上进行融合、兼顾和折衷，而不是一昧地追求高、精、尖、新，从而获得更高的性能价格比和用户满意度。