无线城市关键技术研究

王雨晴

摘 要：“无线城市”作为城市的第五大基础服务，对居民生活品质的提高以及城市信息化发展具有积極的推动作用，越来越被人们所接受和认可。无线城市中的技术源于IT界，以WIFI、MIMAX等技术为代表，并吸取了CT界先进的技术。本文对无线城市建设关键技术进行研究。分析WIFI、WIFI-MESH、WIMAX三种无线接入技术的差异性。对未来网络发展趋势的CT领域关键技术OFDM（正交频分多址）和MIMO（多入多出）进行了研究与总结。

关键词：无线城市；接入技术；OFDM（频分复用）；MIMO（多输入多输出）

无线城市概念于2004年7月由美国费城提出。无线城市的技术起源于Wi-Fi802.11b，初衷是作为有线的延伸，有效接入固定无线互联网。目前全球及我国“无线城市”建设主要采用了以下三种接入技术：分别是WiFi、WiFiMesh、WiMAX技术。

一、无线城市接入技术

Wi-Fi（WirelessFidelity）技术又称无线局域网技术（WLAN），涉及到的网络标准有802.11a、802.11b、802.11g，802.11a标准工作频段在5GHz，802.11b和802.11g标准工作频段为2.4GHz，最高带宽为54Mbps，在信号较弱或有干扰条件下，宽带可自动调整，从而有效保障网络的可靠性和稳定性。其主要特性为速度快，可靠性高，在开放性区域，通信距离可达几百米或几公里，在封闭性区域，通讯距离为几十米到几百米方便与现有的有线以太网络整合，组网成本较低，布网简单。

WiMAX由一系列IEEE802.16标准构成，工作频段为2-66GHz，它所规定的无线接入系统覆盖范围可达50KM。因此802.16系统主要应用于城域网，是“最后一公里”宽带接入解决方案。802.16标准主要特点为：覆盖范围大，数据传输率高；部署灵活，容量升级方便；数据安全性更高。

WiMAX网络体系主要由接入网和核心网构成，核心网包括网络管理系统，用户数据库以及网关等设备，主要负责为WiMAX用户实现认证、漫游、网络管理等功能；接入网包括基站（BS）、用户站（SS）、移动用户站（MSS）。主要为WiMAX用户提供无线接入。基站提供用户站和核心网络之间的连接，通常采用定向天线和全向天线。用户站提供基站与用户终端设备间的中继连接，通常采用固定天线。

无线网状网（Wi-FiMesh）是一种基于WIFI技术而发展出来的一种新型的无线技术，其空口接入部分仍沿用Wi-Fi技术，但接入点间采用Mesh技术。Wi-FiMesh是一种基于多跳路由和对等网络技术的新型无线网络，和传统的Mesh网相比，它具有移动宽带的特性，同时网络中的每个节点都具备路由的功能，可以动态地不断扩展、自组网、自管理、自动修复、自我平衡。因此，较传统的Mesh网，其组网方式、传输距离以及移动性上都有了很大的改进。

根据以上分析，虽然WiFi、WiFiMesh、WiMAX都已经发展成为目前主流的宽带无线技术，但由于各自特性在应用场景上各有明显的侧重。

Wi-Fi定位为无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）接入技术，主要是面向“热点”覆盖区域内提供高速数据传输，适用于小面积覆盖。Wi-FiMesh通过引入了网状网（Mesh）技术，使用接入点之间的网状连接扩大了网络覆盖范围，适用于室外的区域性连续覆盖。WiMAX定位为无线城域网（WirelessMetropolitanAreaNetwork，WMAN）接入技术，在远距离传输、高速宽带接入及多媒体通信等方面具有非常突出的优势，WiMAX技术可应用于固定、游牧、便携、简单移动和自由移动这五类业务应用场景。

二、最新无线技术研究

以IT界为主导的无线接入技术在近几年得到了快速发展，同时，积极吸纳了CT行业先进的技术，其中最典型的代表就是OFDM技术和MIMO技术。IT技术与CT技术的融合（ICT）是无线城市的基础，是无线城市建设的关键技术。MIMO技术和OFDM技术作为最新的物理层技术，已成功应用于以上三种网络。本文主要对CT领域OFDM技术和MIMO技术进行了研究。

（一）OFDM技术

正交频分复用（OFDM）技术与已经普遍应用的频分复用技术十分相似，OFDM调制也是将高速传输的数据流经过串/并变换后，分别将数据分配到速率较低的子信道中进行传送。对传统的FDM系统而言，为了防止干扰，要将传输的信号在两个信道之间存在较大的频谱间隔，这就使全部的频谱利用率大大降低。然而在OFDM调制中，各个子载波上的频谱相互重叠，提高了频谱利用率，每个子载波的频谱在每个OFDM符号周期内是相互正交的，这样使接收端能不失真地恢复发送信号。由以上得，OFDM技术可以提高频谱利用率，有效对抗多径效应，消除符号间干扰，从而提升通信质量。

（二）MIMO技术

MIMO技术是另外一个可以提高频谱利用率的技术。在通信系统中，MIMO技术是指在发送端和接收端都是用多个天线来发送和接收信号，是一种全新无线技术。MIMO利用多组分离的发射、接收天线的空间分集作用，将通信链路分解成为若干并行的子信道，达到提高容量和性能的效果。MIMO通常利用两种技术来得到分集增益或容量增加，第一种是实现最大化空间分集来提高功率效率。第二种是使用分层的办法来提高容量，在功率带宽受限的无线信道中，当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而显著改善系统容量。

三、总结

目前，无线城市以WiFi、WiFiMesh、WiMAX技术为引领。在无线城市建设中，需分析比较各技术标准完善程度、设备成熟程度，并结合无线覆盖场景特点选择最佳的接入技术。结合当前CT界最新技术—OFDM技术和MIMO技术，无线城市实现了速率更快、带宽更大、安全性更高。endprint