無線城市關鍵技術研究

王雨晴

摘 要：“無線城市”作為城市的第五大基礎服務，對居民生活品質的提高以及城市信息化發展具有積極的推動作用，越來越被人們所接受和認可。無線城市中的技術源于IT界，以WIFI、MIMAX等技術為代表，并吸取了CT界先進的技術。本文對無線城市建設關鍵技術進行研究。分析WIFI、WIFI-MESH、WIMAX三種無線接入技術的差異性。對未來網絡發展趨勢的CT領域關鍵技術OFDM（正交頻分多址）和MIMO（多入多出）進行了研究與總結。

關鍵詞：無線城市；接入技術；OFDM（頻分復用）；MIMO（多輸入多輸出）

無線城市概念于2004年7月由美國費城提出。無線城市的技術起源于Wi-Fi802.11b，初衷是作為有線的延伸，有效接入固定無線互聯網。目前全球及我國“無線城市”建設主要采用了以下三種接入技術：分別是WiFi、WiFiMesh、WiMAX技術。

一、無線城市接入技術

Wi-Fi（WirelessFidelity）技術又稱無線局域網技術（WLAN），涉及到的網絡標準有802.11a、802.11b、802.11g，802.11a標準工作頻段在5GHz，802.11b和802.11g標準工作頻段為2.4GHz，最高帶寬為54Mbps，在信號較弱或有干擾條件下，寬帶可自動調整，從而有效保障網絡的可靠性和穩定性。其主要特性為速度快，可靠性高，在開放性區域，通信距離可達幾百米或幾公里，在封閉性區域，通訊距離為幾十米到幾百米方便與現有的有線以太網絡整合，組網成本較低，布網簡單。

WiMAX由一系列IEEE802.16標準構成，工作頻段為2-66GHz，它所規定的無線接入系統覆蓋范圍可達50KM。因此802.16系統主要應用于城域網，是“最后一公里”寬帶接入解決方案。802.16標準主要特點為：覆蓋范圍大，數據傳輸率高；部署靈活，容量升級方便；數據安全性更高。

WiMAX網絡體系主要由接入網和核心網構成，核心網包括網絡管理系統，用戶數據庫以及網關等設備，主要負責為WiMAX用戶實現認證、漫游、網絡管理等功能；接入網包括基站（BS）、用戶站（SS）、移動用戶站（MSS）。主要為WiMAX用戶提供無線接入。基站提供用戶站和核心網絡之間的連接，通常采用定向天線和全向天線。用戶站提供基站與用戶終端設備間的中繼連接，通常采用固定天線。

無線網狀網（Wi-FiMesh）是一種基于WIFI技術而發展出來的一種新型的無線技術，其空口接入部分仍沿用Wi-Fi技術，但接入點間采用Mesh技術。Wi-FiMesh是一種基于多跳路由和對等網絡技術的新型無線網絡，和傳統的Mesh網相比，它具有移動寬帶的特性，同時網絡中的每個節點都具備路由的功能，可以動態地不斷擴展、自組網、自管理、自動修復、自我平衡。因此，較傳統的Mesh網，其組網方式、傳輸距離以及移動性上都有了很大的改進。

根據以上分析，雖然WiFi、WiFiMesh、WiMAX都已經發展成為目前主流的寬帶無線技術，但由于各自特性在應用場景上各有明顯的側重。

Wi-Fi定位為無線局域網（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）接入技術，主要是面向“熱點”覆蓋區域內提供高速數據傳輸，適用于小面積覆蓋。Wi-FiMesh通過引入了網狀網（Mesh）技術，使用接入點之間的網狀連接擴大了網絡覆蓋范圍，適用于室外的區域性連續覆蓋。WiMAX定位為無線城域網（WirelessMetropolitanAreaNetwork，WMAN）接入技術，在遠距離傳輸、高速寬帶接入及多媒體通信等方面具有非常突出的優勢，WiMAX技術可應用于固定、游牧、便攜、簡單移動和自由移動這五類業務應用場景。

二、最新無線技術研究

以IT界為主導的無線接入技術在近幾年得到了快速發展，同時，積極吸納了CT行業先進的技術，其中最典型的代表就是OFDM技術和MIMO技術。IT技術與CT技術的融合（ICT）是無線城市的基礎，是無線城市建設的關鍵技術。MIMO技術和OFDM技術作為最新的物理層技術，已成功應用于以上三種網絡。本文主要對CT領域OFDM技術和MIMO技術進行了研究。

（一）OFDM技術

正交頻分復用（OFDM）技術與已經普遍應用的頻分復用技術十分相似，OFDM調制也是將高速傳輸的數據流經過串/并變換后，分別將數據分配到速率較低的子信道中進行傳送。對傳統的FDM系統而言，為了防止干擾，要將傳輸的信號在兩個信道之間存在較大的頻譜間隔，這就使全部的頻譜利用率大大降低。然而在OFDM調制中，各個子載波上的頻譜相互重疊，提高了頻譜利用率，每個子載波的頻譜在每個OFDM符號周期內是相互正交的，這樣使接收端能不失真地恢復發送信號。由以上得，OFDM技術可以提高頻譜利用率，有效對抗多徑效應，消除符號間干擾，從而提升通信質量。

（二）MIMO技術

MIMO技術是另外一個可以提高頻譜利用率的技術。在通信系統中，MIMO技術是指在發送端和接收端都是用多個天線來發送和接收信號，是一種全新無線技術。MIMO利用多組分離的發射、接收天線的空間分集作用，將通信鏈路分解成為若干并行的子信道，達到提高容量和性能的效果。MIMO通常利用兩種技術來得到分集增益或容量增加，第一種是實現最大化空間分集來提高功率效率。第二種是使用分層的辦法來提高容量，在功率帶寬受限的無線信道中，當不同的接收天線和不同的發射天線之間互不相關時，MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能，從而顯著改善系統容量。

三、總結

目前，無線城市以WiFi、WiFiMesh、WiMAX技術為引領。在無線城市建設中，需分析比較各技術標準完善程度、設備成熟程度，并結合無線覆蓋場景特點選擇最佳的接入技術。結合當前CT界最新技術—OFDM技術和MIMO技術，無線城市實現了速率更快、帶寬更大、安全性更高。endprint