WiFi、WiMAX、WBMA与3G的比较

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1.引言

第三代移动通信系统（3G）的标准由ITU-R提出，因为其主要工作频段在2000MHz左右，并具有最高速率为2000Kbps的业务能力，一般被称为IMT-2000。3G系统能够满足高速率传输以支持多媒体业务，它在室内静止环境可达2Mbps、在室内外步行环境可达384Kbps、在室外快速移动环境可达144Kbps。全球主流的3G制式有三种，分别为WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，目前世界上绝大多数拿到3G许可证的运营商选择了WCDMA制式，其标准化工作主要由3GPP负责。前几年，由于受标准变化快、终端短缺、市场前景不明的影响，在许多国家3G的发展不如预计的那么乐观。

与此相反，各种无线接入技术的发展却显得红红火火。尤其是电气电子工程师协会（IEEE）的802.15（无线个域网，WPAN）、802.11（无线局域网，WLAN）、802.16a/d（无线固定接入，FWA）和802.20（宽带移动接入，WBMA）等标准。其中WPAN主要包括蓝牙（Bluetooth）技术和超宽带（UWB）技术，而采用802.11标准的WLAN和采用802.16a/d标准的FWA也被称为WiFi和WiMAX。由于WiFi、WiMAX、WBMA和3G一样都可以有电信级的应用，本文将分别把这3种技术标准与3G标准进行比较，探讨了它们的各自应用领域和相辅相成的发展前景。

2.WiFi与3G

WLAN标准主要包括802.11b、802.11a和802.11g等。其中802.11b采用2.4GHz的频段，可支持11Mbps的共享接入速率；802.11a采用5GHz的频段，其速率高达54Mbps，采用OFDM（正交频分复用）技术，但无障碍的接入距离降到30－50米；802.11g其实是一种混合标准，既能适应802.11b标准，又符合802.11a标准，它比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。另外，IEEE在WLAN方面的主要进展还包括802.11i（安全方面内容）、802.11e（QoS方面的内容）、802.11f（接入点之间的切换协议）、802.11n（速率高达320Mbps）等。目前，WLAN的推广和认证工作主要由产业标准组织WiFi（Wireless Fidelity,无线保真）联盟完成，所以WLAN技术常常被称之为WiFi。

表1列出了3G和WiFi的主要异同点。显然，3G网络可以利用WiFi高速数据传输的特点以弥补自己数据传输速率受限的不足，而WiFi不仅可利用3G网络完善的鉴权与计费机制，而且可结合3G网络广覆盖的特点进行多接入切换功能。这样就能实现WiFi与3G的融合，使3G运营锦上添花，进一步扩大业务量。



目前，ETSI和3GPP都对3G和WiFi的融合进行了一些规定，我们认为主要包括：

1)终端的融合

新技术并不能立刻将已经根深蒂固的技术扫地出门，尤其在经济低迷时更是如此，目前折中的方案大行其道，在WLAN领域，出现了能兼容802.11a/b/g的双模或多模芯片，在移动通信领域，出现了能兼容GSM/CDMA/3G的双模或多模手机，人们期盼的WLAN/3G双模芯片或终端的研究也在进行。

2)网络的融合

无线局域网可以通过两种方式和WCDMA移动网络相结合：松散和紧凑模式。

·紧凑模式

WLAN网络采用和WCDMA基站相同的方式（Iups接口）与GPRS核心网相连。这一方式充分利用了GPRS核心网络已有的移动、安全和服务品质等方面的机制，能够在两个网络间提供很强的移动性。但紧凑模式存在着两个缺点。首先，为了直接与WCDMA核心网络相连，需要重新修改和定制已有的WLAN产品。其次，这一方案中WLAN为WCDMA的骨干传送网带来了业务流量和信令，WCDMA移动网络和WLAN相比，具有非常不同的移动模式和业务流量特性，因此这种结合，在工程上，也许要重新设计WCDMA的骨干传送网。

·松散模式

WLAN作为WCDMA网络的补充形式与移动网络相结合（Gi接口），未通过GPRS核心网，只有鉴权、计费信令从GGSN或专用设备进入GPRS核心网，从而避免了两种不同的接入技术所带来的数据流量到GPRS核心网络节点的混合。这种结合方式，保证了两个无线网络完全分开，两者完全独立，并且对WLAN的IEEE 802.11标准没有任何改变。同时，松耦合方式可以使用移动IP支持网间的移动性，但这会导致较高的时延。松散方案中分享AAA的架构，使WCDMA的运营商在混合的网络环境中可以使用一致的用户鉴权机制，也可以使电信运营商更好的建立自己独有的业务模型，以充分利用原有的计费系统和客户关系。WLAN可利用WCDMA的USIM卡的安全机制来保证WLAN用户的鉴权，即将USIM卡的信息读出来，通过WLAN网络传送到AS，再到HLR里进行鉴权，然后允许客户使用WLAN，并将WLAN的计费信息传送到计费系统，将费用算在该USIM的帐户上，生成包含WCDMA和WLAN使用情况的统一客户账单。

3.WiMAX和3G

作为线缆和xDSL的无线扩展技术，802.16a规范于2003年1月29日被IEEE通过。这是一种全新的宽带FWA技术，是为解决宽带接入"最后一公里"的问题而设计的。为了保证FWA的兼容性和互用性，WiMAX（全球微波接入互操作性联盟）于2003年4月成立，主要从事推广和认证802.16a设备，目前已有70家以上的通信设备企业加入。2003年7月10日，Intel正式宣布开发基于WiMax标准的芯片，并将于2004年的第二季度推出。



表2列出了3G与WiMAX的技术比较，笔者认为，WiMAX与3G的应用市场不同，其应用范围与LMDS相似，但成本低的多，还可以利用非许可频段，将来可以在电信运营商中广泛使用，例如：

1）针对新型社区，覆盖整个社区的网络接入，直接给用户提供话音与数据、视频图像等。

2）针对大面积城区，用于连接整个城区的热点地区，例如WLAN、IP-PBX等。

另外，根据使用频率的不同，WiMAX还包括IEEE802.16b（10-66GHz）、IEEE802.16c（5-6GHz）等，IEEE802.16e则是向移动无线接入（WBMA）过渡的一个标准。

4.WBMA

移动宽带无线接入(WBMA)提供与移动电话系统一样的覆盖率和移动速度并拥有Wi-Fi的数据传输速率。WBMA目前主要采用了一种从局域网(LAN)扩展到广域网(WAN)的互联网协议——IEEE802.20标准。Flarion科技公司（由朗讯贝尔实验室分拆而出）率先开发出了基于FLASH(Fast Low-latency Access with Seamless Handoff)-OFDM技术的WBMA系统，表3对该技术标准和3G技术标准进行了比较。



5.结论

目前，WiFi、WiMAX、WBMA和3G的标准发展势头强劲，标准越来越完美、技术越来越先进、产品越来越实用，不变的是它们的发展方向：带宽更大、安全性更高、兼容性更好。背后则是商业利益在驱动，数据通信厂商拥抱WiFi、WiMAX、WBMA，而传统电信企业拥抱3G。

图1和图2分别表示了各种技术标准的数据传输速率与移动速度、覆盖范围之间的关系。显然，3G可以提供广覆盖、高移动性和中等数据传输速率；WiFi可以提供热点覆盖、低移动性和高数据传输速率；WPAN可以提供超近距离的无线高速率连接；WiMAX可以提供城域覆盖和高数据传输速率；WBMA则可以提供广覆盖、高移动性和高数据传输速率。





应该说WiFi、WiMAX、WBMA和3G在高速无线数据通信领域都将扮演重要角色，但是在最初设计时，它们采用了不同的技术手段来解决不同的应用问题。WiFi、WiMAX、WBMA和3G的主流是互补的，在局部会有部分融合，但要相互取代不太可能完成。另外，在应用和需求上它们也有着显著的差距，它们都将在越来越细化的市场中，找到自己的生存空间。因此，与其说它们是竞争的关系，还不如说是共存的关系。

为了克服3G的种种缺点，4G的相关研究在世界范围内正广泛展开，但制定一个全世界统一的4G标准还至少需要耗费7至10年的时间，而现有的2G系统在未来的3至5年内是无法满足日益增长的通信需求的，从这个角度来说，3G系统是不可替代的。最近随着标准的基本稳定、终端类型的迅速增加、宽带增值业务的广泛普及，3G系统的大规模使用已经开始。而WiFi、WBMA和WiMAX等技术作为局部的高速接入手段来弥补3G的不足也会有广阔的应用前景。