WiFi、WiMAX、WBMA與3G的比較

　　1.引言

　　第三代移動通信系統(tǒng)（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，一般被稱為IMT-2000。3G系統(tǒng)能夠滿足高速率傳輸以支持多媒體業(yè)務(wù)，它在室內(nèi)靜止環(huán)境可達2Mbps、在室內(nèi)外步行環(huán)境可達384Kbps、在室外快速移動環(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(shù)拿到3G許可證的運營商選擇了WCDMA制式，其標準化工作主要由3GPP負責(zé)。前幾年，由于受標準變化快、終端短缺、市場前景不明的影響，在許多國家3G的發(fā)展不如預(yù)計的那么樂觀。

　　與此相反，各種無線接入技術(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（IEEE）的802.15（無線個域網(wǎng)，WPAN）、802.11（無線局域網(wǎng)，WLAN）、802.16a/d（無線固定接入，FWA）和802.20（寬帶移動接入，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也被稱為WiFi和WiMAX。由于WiFi、WiMAX、WBMA和3G一樣都可以有電信級的應(yīng)用，本文將分別把這3種技術(shù)標準與3G標準進行比較，探討了它們的各自應(yīng)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(fù)用）技術(shù)，但無障礙的接入距離降到30－50米；802.11g其實是一種混合標準，既能適應(yīng)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方面的主要進展還包括802.11i（安全方面內(nèi)容）、802.11e（QoS方面的內(nèi)容）、802.11f（接入點之間的切換協(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,無線保真）聯(lián)盟完成，所以WLAN技術(shù)常常被稱之為WiFi。
表1列出了3G和WiFi的主要異同點。顯然，3G網(wǎng)絡(luò)可以利用WiFi高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c以彌補自己數(shù)據(jù)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(quán)與計費機制，而且可結(jié)合3G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋的特點進行多接入切換功能。這樣就能實現(xiàn)WiFi與3G的融合，使3G運營錦上添花，進一步擴大業(yè)務(wù)量。

　　目前，ETSI和3GPP都對3G和WiFi的融合進行了一些規(guī)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，尤其在經(jīng)濟低迷時更是如此，目前折中的方案大行其道，在WLAN領(lǐng)域，出現(xiàn)了能兼容802.11a/b/g的雙?；蚨嗄Ｐ酒谝苿油ㄐ蓬I(lǐng)域，出現(xiàn)了能兼容GSM/CDMA/3G的雙模或多模手機，人們期盼的WLAN/3G雙模芯片或終端的研究也在進行。

　　2)網(wǎng)絡(luò)的融合

　　無線局域網(wǎng)可以通過兩種方式和WCDMA移動網(wǎng)絡(luò)相結(jié)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、安全和服務(wù)品質(zhì)等方面的機制，能夠在兩個網(wǎng)絡(luò)間提供很強的移動性。但緊湊模式存在著兩個缺點。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)帶來了業(yè)務(wù)流量和信令，WCDMA移動網(wǎng)絡(luò)和WLAN相比，具有非常不同的移動模式和業(yè)務(wù)流量特性，因此這種結(jié)合，在工程上，也許要重新設(shè)計WCDMA的骨干傳送網(wǎng)。

　　•松散模式

　　WLAN作為WCDMA網(wǎng)絡(luò)的補充形式與移動網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合（Gi接口），未通過GPRS核心網(wǎng)，只有鑒權(quán)、計費信令從GGSN或?qū)Ｓ迷O(shè)備進入GPRS核心網(wǎng)，從而避免了兩種不同的接入技術(shù)所帶來的數(shù)據(jù)流量到GPRS核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的混合。這種結(jié)合方式，保證了兩個無線網(wǎng)絡(luò)完全分開，兩者完全獨立，并且對WLAN的IEEE 802.11標準沒有任何改變。同時，松耦合方式可以使用移動IP支持網(wǎng)間的移動性，但這會導(dǎo)致較高的時延。松散方案中分享AAA的架構(gòu)，使WCDMA的運營商在混合的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可以使用一致的用戶鑒權(quán)機制，也可以使電信運營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(tǒng)和客戶關(guān)系。WLAN可利用WCDMA的USIM卡的安全機制來保證WLAN用戶的鑒權(quán)，即將USIM卡的信息讀出來，通過WLAN網(wǎng)絡(luò)傳送到AS，再到HLR里進行鑒權(quán)，然后允許客戶使用WLAN，并將WLAN的計費信息傳送到計費系統(tǒng)，將費用算在該USIM的帳戶上，生成包含WCDMA和WLAN使用情況的統(tǒng)一客戶賬單。

　　3.WiMAX和3G

　　作為線纜和xDSL的無線擴展技術(shù)，802.16a規(guī)范于2003年1月29日被IEEE通過。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"的問題而設(shè)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(shè)備，目前已有70家以上的通信設(shè)備企業(yè)加入。2003年7月10日，Intel正式宣布開發(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(yīng)用市場不同，其應(yīng)用范圍與LMDS相似，但成本低的多，還可以利用非許可頻段，將來可以在電信運營商中廣泛使用，例如：

　　1）針對新型社區(qū)，覆蓋整個社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)接入，直接給用戶提供話音與數(shù)據(jù)、視頻圖像等。

　　2）針對大面積城區(qū)，用于連接整個城區(qū)的熱點地區(qū)，例如WLAN、IP-PBX等。
另外，根據(jù)使用頻率的不同，WiMAX還包括IEEE802.16b（10-66GHz）、IEEE802.16c（5-6GHz）等，IEEE802.16e則是向移動無線接入（WBMA）過渡的一個標準。

　　4.WBMA

　　移動寬帶無線接入(WBMA)提供與移動電話系統(tǒng)一樣的覆蓋率和移動速度并擁有Wi-Fi的數(shù)據(jù)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（由朗訊貝爾實驗室分拆而出）率先開發(fā)出了基于FLASH(Fast Low-latency Access with Seamless Handoff)-OFDM技術(shù)的WBMA系統(tǒng)，表3對該技術(shù)標準和3G技術(shù)標準進行了比較。

　　5.結(jié)論

　　目前，WiFi、WiMAX、WBMA和3G的標準發(fā)展勢頭強勁，標準越來越完美、技術(shù)越來越先進、產(chǎn)品越來越實用，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(qū)動，數(shù)據(jù)通信廠商擁抱WiFi、WiMAX、WBMA，而傳統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸速率與移動速度、覆蓋范圍之間的關(guān)系。顯然，3G可以提供廣覆蓋、高移動性和中等數(shù)據(jù)傳輸速率；WiFi可以提供熱點覆蓋、低移動性和高數(shù)據(jù)傳輸速率；WPAN可以提供超近距離的無線高速率連接；WiMAX可以提供城域覆蓋和高數(shù)據(jù)傳輸速率；WBMA則可以提供廣覆蓋、高移動性和高數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　應(yīng)該說WiFi、WiMAX、WBMA和3G在高速無線數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域都將扮演重要角色，但是在最初設(shè)計時，它們采用了不同的技術(shù)手段來解決不同的應(yīng)用問題。WiFi、WiMAX、WBMA和3G的主流是互補的，在局部會有部分融合，但要相互取代不太可能完成。另外，在應(yīng)用和需求上它們也有著顯著的差距，它們都將在越來越細化的市場中，找到自己的生存空間。因此，與其說它們是競爭的關(guān)系，還不如說是共存的關(guān)系。

　　為了克服3G的種種缺點，4G的相關(guān)研究在世界范圍內(nèi)正廣泛展開，但制定一個全世界統(tǒng)一的4G標準還至少需要耗費7至10年的時間，而現(xiàn)有的2G系統(tǒng)在未來的3至5年內(nèi)是無法滿足日益增長的通信需求的，從這個角度來說，3G系統(tǒng)是不可替代的。最近隨著標準的基本穩(wěn)定、終端類型的迅速增加、寬帶增值業(yè)務(wù)的廣泛普及，3G系統(tǒng)的大規(guī)模使用已經(jīng)開始。而WiFi、WBMA和WiMAX等技術(shù)作為局部的高速接入手段來彌補3G的不足也會有廣闊的應(yīng)用前景。