CN102858032A - 城市无线接入平台 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种城市无线接入平台，包括：服务器集群、主无线网络和辅助无线网络。服务器集群具有接入接口，接入接口能接入扩展功能平台。主无线网络连接到服务器集群，主无线网络覆盖城市的室外区域和室内区域。辅助无线网络通过网络协议转换装置接入主无线网络，辅助无线网络覆盖城市的室内区域。在终端设备中配置主无线网络接入模块，使得终端设备接入主无线网络。辅助无线网络提供辅助无线网络接入点，设置在辅助无线网络覆盖的室内区域，与终端设备的辅助接入装置匹配，使得终端设备接入辅助无线网络，并通过辅助无线网络接入主无线网络。

Description

城市无线接入平台

技术领域

本发明涉及数字通信技术，尤其涉及一种城市数字无线接入平台。

背景技术

“无线城市”的概念指的是利用无线网络覆盖整个城市范围，使整个城市范围内的用户都可以通过无线终端实现网络互连的一种模式。无线城市的建设从2004年首先在美国的费城开始，随后逐渐蔓延至全球范围，形成一股建立“无线城市”的热潮。

无线城市的定义有广义和狭义之分。从广义上讲，无线城市是一种城市发展理念，通过无线技术手段对城市网络进行覆盖，并提供无线接入的服务，以此提升整个城市的信息化水平。广义上的无线城市包括了所有的无线技术，如2G、3G、Wi-Fi、WAPI和WiMAX等。狭义上的无线城市是指“无线宽带城市”，如利用无线宽带技术再加上Mesh组网技术建立城市无线网络。

尽管无线城市的建设热潮轰轰烈烈的席卷全球，但是目前的无线城市建设仍然处于探索阶段。无线城市以2004年7月费城提出的无线城市计划为标志，无线城市的探索期可以分为：概念技术探索期和实际应用探索期两个阶段。

概念技术探索期：在这一阶段主要是不断探索无线方面的技术，推动无线城市的发展，在这一阶段的主要问题是技术标准的建立。WLAN技术经过20多年的探索发展，在局域网应用方面已经很相当的成熟。WLAN无线局域网是固定局域网的一种延伸。无线局域网没有有线电缆的限制，但是对于用户来说则是完全透明的，与有线局域网一样。前几年的热点技术如多点分配业务***(LMDS)和多点信道分配***(MMDS)之所以在后来的实际应用中无法生存和发展就是因为这些技术没有统一的标准。到了21世纪初，Wi-Fi技术开始成熟，热点建设和公共接入服务被引入电信行业，电信运营商开始建设Wi-Fi热点。在这一阶段，Wi-Fi作为一种新新兴技术逐渐被用户熟悉和接受。运营商也开始为笔记本电脑和一些手持终端提供无线接入服务。这是一个潜在的巨大市场，无线的乐趣使得上班族和年轻人开始热衷于此，飞机场、咖啡厅、公司等热点地区开始形成。家庭宽带也开始逐步实现无线接入。2001年-2003年是市场对Wi-Fi预期的高峰。Wi-Fi技术被认为是3G业务的有益补充，全球各大电信运营商及无线互联网服务提供商纷纷大规模建设Wi-Fi热点，市场普及率迅速提高。整个市场对Wi-Fi宽带业务的预期空前高涨。到了2003年和2004年，Wi-Fi建设就进入了低谷阶段。原因就是电信运营商未能找到Wi-Fi业务的盈利模式，电信行业建设Wi-Fi热点的速度放慢，市场也就陷入低谷。

实践应用探索期：这一阶段的主要问题是解决无线城市的运营模式问题。在这一阶段，Wi-Fi、WiMAX技术一度成为IT领域的热点。目前，全球很多城市都制定可无线城市计划，有的开始部署，有的已经进入阶段性试运行阶段。然而发展较早的美国，很多城市的无线网络规划要么破产、要么停顿、要么处于进退两难的境地。但是在亚洲，无线城市却出现一幅勃勃生机的态势。新加坡、韩国首尔、中国香港、中国台北等城市的无线城市建设如火如荼。出现这种情况的原因有很多，从全球范围来看，主要是不同国家受其国电信市场环境、市场竞争状况等因素影响，发展差异很大。而且无线城市地域发展也不平衡，失败的如费城模式、也出现了新加坡模式等值得借鉴的成功模式。

从目前来看，无线城市仍然是未来城市信息化发展的必经之路。通过采用新技术，同时寻找到一条可持续发展的经营道路，无线城市的发展将呈增长趋势。当然，由于国家和地区建设环境差异的存在，任何一种成功模式都需要因地制宜的进行创新，而不能完全照搬。

目前的无线城市建设一般采用Wi-Fi加WiMAX技术来实现无线城市网的建设，这种模式存在的弊端就是项目风险太大，企业无法承担如此巨大的投资和风险担保。

发明内容

本发明旨在提出一种具有更加好的可实现性的无线城市的建设方案。

根据本发明，提出一种城市无线接入平台，包括：服务器集群、主无线网络和辅助无线网络。

服务器集群具有接入接口，接入接口能接入扩展功能平台。主无线网络连接到服务器集群，主无线网络覆盖城市的室外区域和室内区域。辅助无线网络通过网络协议转换装置接入主无线网络，辅助无线网络覆盖城市的室内区域。在终端设备中配置主无线网络接入模块，使得终端设备接入主无线网络。辅助无线网络提供辅助无线网络接入点，设置在辅助无线网络覆盖的室内区域，与终端设备的辅助接入装置匹配，使得终端设备接入辅助无线网络，并通过辅助无线网络接入主无线网络。

在一个实施例中，扩展功能平台包括智能管理平台、市政服务平台和商业管理平台。

在一个实施例中，主无线网络为TD-LTE网络，主无线网络模块为TD-LTE模块。辅助无线网络为Wi-Fi网络、3G网络或者WiMax网络，辅助无线网络接入点包括Wi-Fi热点。

本发明的城市无线接入平台利用TD-LTE作为主无线网络，采用Wi-Fi网络、3G网络或者WiMax网络作为辅助网络来对TD-LTE网络进行补充，能够很好地实现对城市区域的全面无线信号覆盖。

附图说明

图1揭示了根据本发明的一实施例的城市无线接入平台的结构框图。

具体实施方式

参考图1所示，揭示了根据本发明的一实施例的城市无线接入平台，该城市无线接入平台包括服务器集群102、主无线网络104和辅助无线网络108。

服务器集群102具有接入接口，接入接口能接入扩展功能平台。在一个实施例中，扩展功能平台包括智能管理平台、市政服务平台和商业管理平台。

主无线网络104连接到服务器集群102，主无线网络104覆盖城市的室外区域和室内区域。主无线网络104可以由终端设备200接入。在终端设备200中配置主无线网络接入模块106，使得终端设备200能够通过主无线网络接入模块106接入主无线网络104。在本发明的实施例中，主无线网络104为TD-LTE网络，相应的，设置在终端设备200中的主无线网络模块106为TD-LTE模块。TD-LTE全称为“TD-SCDMA Long TermEvolution”，是指TD-SCDMA的长期演进。TD-LTE是通过采用OFDM技术即采用不对称频率来进行双工传输信号的一种新技术。TD-LTE能提高峰值数据速率、小区边缘速率、频谱利用率，并着眼于降低运营和建网成本方面进行进一步改进，同时为使用户能够获得“Always Online”的体验，降低控制和用户平面的时延。TD-LTE能够与2G/2.5G/3G兼容。

TD-LTE通过在在无线接入网(RAN)侧，将CDMA技术转变为能够更有效对抗宽带***多径干扰的正交频分调制(OFDM)技术。OFDM技术在数字广播、DSL和无线局域网等领域具有极其广泛的应用。同时，OFDM技术具有抗多径干扰、实现简单、支持带宽灵活、频谱利用率高、高效自适应调度等优点。为进一步提高频谱效率，MIMO(多输入/多输出)技术也成为LTE的必选技术。MIMO技术是利用多天线***的空间信道特性，同时传输多个数据流，从而有效提高数据速率和频谱效率的一种方法。为了降低控制和用户平面的时延，满足低时延(控制面延迟小于100ms，用户面时延小于5ms)的要求。目前的NodeB-RNC-CN的结构将得到简化，RNC作为物理实体将不复存在，NodeB将具有RNC的部分功能，成为eNodeB，eNodeB间通过X2接口进行网状互联，接入到CN中。

TD-LTE***具有如下几种特点：

1)灵活支持1.4、3、5、10、15、20MHz带宽；

2)下行频率使用OFDMA，最高速率达到100Mbits/s，能够满足高速数据传输的要求；

3)上行频率使用OFDM衍生技术SC-FDMA(单载波频分复用)，在保证***性能的同时能有效降低峰均比(PAPR)，减小终端发射功率，延长使用时间，上行最大速率可达50Mbits/s；

4)充分利用信道对称性等TDD的特性，在简化***设计的同时提高***性能；

5)将智能天线与MIMO技术相结合，提高***在不同应用场景的性能，同时应用智能天线技术降低小区间干扰，提高小区边缘用户的服务质量。

6)能进行时间/空间/频率三维的快速无线资源调度，保证***吞吐量和服务质量。

辅助无线网络108通过网络协议转换装置109接入主无线网络104，辅助无线网络108覆盖城市的室内区域。在室内区域，由于干扰屏蔽的现象比较严重，因此主无线网络104的覆盖可能会有所不足，此时，利用辅助无线网络108来对室内区域进行覆盖，作为对主无线网络104的一种补充。辅助无线网络108提供辅助无线网络接入点110，设置在辅助无线网络覆盖108的室内区域，辅助无线网络接入点110与终端设备200的辅助接入装置202匹配，使得终端设备200接入辅助无线网络108，并通过辅助无线网络108接入主无线网络104。在一个实施例中，辅助无线网络108为Wi-Fi网络、3G网络或者WiMax网络。如果使用Wi-Fi网络作为辅助无线网络108，则辅助无线网络接入点110为Wi-Fi热点。

Wi-Fi网络基于IEEE802.11a、b和g规范以及等待批准的802.11n规范。Wi-Fi是首先得到广泛部署和应用的高速无线技术，包括家庭和办公室以及越来越多的咖啡屋、酒店和机场、Wi-Fi热点几乎风靡全球，并因为其提高工作效率的能力和良好的移动性而受到出行在外人士的追捧。然而，Wi-Fi的缺点也很明显，那就是其支持的范围非常有限。用户只有保持离无线接入点设备(AP)100米的范围内才能实现高速连接。并且同时可用的频点只有三个，且单频点支持的可用速率只有5Mbps左右，对于大容量的网络密集部署就存在困难。目前，一些平台已经能够支持多个Wi-Fi标准(如802.11a、b、g)，从而支持数个无线网络之间的兼容性，对解决大容量的网络密集部署提供了支持。Wi-Fi的缺陷是支持的范围有限。

3G是指第三代移动通信技术(3rd-generation，3G)，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。3G是支持高速无线通信的ITU规范。这一遍布全球的无线连接与GSM、TDMA和CDMA相兼容。3G蜂窝服务能够为语音和数据提供一个远程无线接入范围，速率最高可以达到2Mbps。目前设备厂商普遍实现了384Kbps的速率。3G蜂窝服务能够跨地域创建广泛的数据接入范围，从而为语音通信和互联网连接提供最理想能力。HSDPA是后3G发展的产物，电信运营商一直遵循着更高移动传输速率的思路。其速率可以达到10Mbps，HSPDA技术，提供了大幅提高移动数据传输速度的能力。HSDPA侧重在移动性数据和语音服务方面。

WiMMAX的全称是World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作性，是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术(Broadband Wireless Access Metropolitan Area Network)。Wimax的关键技术包括：OFDM/OFDMA、HARQ、AMC、MIMO、QoS和切换技术。

OFDM(正交频分复用)是一种多载波数字调制技术，它具有较高的频谱利用率，能够抵抗多径效应，减少频率选择性衰落以及窄带抗干扰上具有比较明显的优势。OFDMA是利用OFDM的概念实现上行多址接入，每个用户占用不同的子载波，通过子载波将用户分开，允许单个用户仅在部分子载波发射，从而降低了对发送功率的要求。在WiMAX***中，OFDM作为物理层技术，主要有OFDM物理层和OFDMA物理层两种应用。OFDM物理层采用OFDM调制方式，OFDM正交载波集由单一用户产生，为单一用户并行传送数据流。它支持TDD和FDD双工方式，上行链路采用TDMA多址方式，下行链路采用TDM复用方式，可以采用STC发射分集以及AAS自适应天线***。OFDMA物理层采用OFDMA多址接入方式，支持TDD和FDD双工方式，可以采用STC发射分集以及AAS。通常向下数据流被分为逻辑数据流，这些数据流可以采用不同的调制及编码方式以及以不同信号功率接入不同信道特征的用户端。向上数据流子信道采用多址方式接入，通过下行发送的媒质接入协议(MAP)分配子信道传输上行数据流。虽然OFDM技术对相位噪声非常敏感，但是标准定义了ScalableFFT，可以根据不同的无线环境选择不同的调制方式，以保证***能够以高性能的方式工作。

HARQ(混合自动重传要求)技术因为提高了频谱效率，所以可以明显提高***吞吐量，同时因为重传可以带来合并增益，所以间接扩大了***的覆盖范围。HARQ技术在需要高吞吐量的数据接收和发送有很好的优势。在WiMAX技术的应用条件下(室外远距离)，由于无线信道的衰落现象非常明显，因而在质量不稳定的无线信道上运用TCP、IP协议，其效率十分低。通过在链路层加入HARQ机制，减少了到达网络层的信息差错，大大提高了***的业务吞吐量。在802.16e的协议中虽然规定了信道编码方式有卷积码(CC)、卷积Turbo码(CTC)和低密度校验码(LDPC)编码，但是对于HARQ方式，根据目前的协议，16e中只支持CC和CTC的HARQ方式。具体规定为：在16e协议中，混合自动重传要求(HARQ)方法在MAC部分是可选的。HARQ功能和相关参数是在网络接入过程或重新接入过程中，用消息SBC被确定和协商的。HARQ是基于每个连接的，它可以通过消息DSA/DSC确定每个服务流是否有HARQ的功能。

AMC(自适应调制编码)在WiMAX的应用中有其特殊的技术要求，由于AMC技术需要根据信道条件来判断将要采用的编码方案和调制方案，因此AMC技术必须根据WiMAX的技术特征来实现AMC功能。与CDMA技术不同的是，由于WiMAX物理层采用的是OFDM技术，所以时延扩展、多普勒频移、PAPR值、小区的干扰等对于OFDM解调性能有重要影响的信道因素必须被考虑到AMC算法中，用于调整***编码调制方式，达到***瞬时最优性能。WiMAX标准定义了多种编码调制模式，包括卷积编码、分组Turbo编码(可选)、卷积Turbo码(可选)、零咬尾卷积码(ZeroTailbaitingCC)等多种调制方式。

MIMO(多进多出)是未来移动通信的关键技术。MIMO技术主要有两种表现形式，即空间复用和空时编码。这两种形式在WiMAX协议中都得到了应用。WiMAX相关协议还给出了同时使用空间复用和空时编码的形式。支持MIMO是协议中的一种可选方案，结合自适应天线阵(AAS)和MIMO技术，能显著提高***的容量和频谱利用率，可以大大提高覆盖范围并增强应对快衰落的能力，使得在不同环境下能够获得最佳的传播性能。

在WiMAX标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。WiMAX***所定义的4种调度类型，只针对上行的业务流，分别为非请求的带宽分配业务(UGS.UnsolicitedGrantService)、实时轮询业务(rtPS.RealTimePolling Service)、非实时轮询业务(nrtPS.Non Real Time Polling Service)、尽力而为业务(BE.Best effort)。对于下行的业务流，根据业务流的应用类型只有QoS参数的限制(即不同的应用类型有不同的QoS参数限制)而没有调度类型的约束，因为下行的带宽分配是由BS中的Buffer中的数据触发的。这里定义的QoS参数都是针对空中接口的，而且是这4种业务的必要参数。

802.16e标准规定了一种必选的切换模式，在协议中简称为HO(handover)，实际上就是我们通常所说的硬切换。除此以外该协议提供了两种可选的切换模式：MDHO(宏分集切换)和FBSS(快速BS切换)。移动台可以通过当前的服务BS广播的消息获得相邻小区的信息，或者通过请求分配扫描间隔或者是睡眠间隔来对邻近的基站进行扫描和测距的方式获得相邻小区信息，对其评估，寻找潜在的目标小区。切换既可以由MS决策发起也可以由BS决策发起。在进行快速基站切换(FBSS)时，MS只与AnchorBS进行通信；所谓快速是指不用执行HO过程中的步骤就可以完成从一个AnchorBS到另一个AnchorBS的切换。

WiMAX技术能够在比Wi-Fi更广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，同时支持T1类服务以及相当于DSL的访问能力。WiMAX凭借其在任意地点的3～10公里覆盖范围，可以为高速数据应用提供更出色的移动性。此外，凭借这种覆盖范围和高吞吐率，WiMAX还能够为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi热点提供传输。因此，WiMAX技术为无线城市的建设提供了一个非常可行的技术基础。这也是未来无线城市建设的发展方向。通常来说，WiMAX的部署一般分三个阶段进行。第一阶段是通过室内天线来部署采用IEEE802.16d规范的WiMAX技术，目标用户是固定地点的已知订户。第二阶段会大量部署室内天线，将WiMAX技术的吸引力拓宽到寻求简化用户点安装的运营商身上。第三阶段将推出IEEE802.16e规范，在此规范中WiMAX认证硬件将应用于便携式解决方案，面向那些希望在服务区内漫游的用户，支持类似于当今Wi-Fi能力，但更加持久稳固的连接性。

本发明的城市无线接入平台利用TD-LTE作为主无线网络，采用Wi-Fi网络、3G网络或者WiMax网络作为辅助网络来对TD-LTE网络进行补充，能够很好地实现对城市区域的全面无线信号覆盖。

Claims (6)

1.一种城市无线接入平台，其特征在于，包括：

服务器集群，服务器集群具有接入接口，所述接入接口能接入扩展功能平台；

主无线网络，连接到服务器集群，主无线网络覆盖城市的室外区域和室内区域；

辅助无线网络，通过网络协议转换装置接入主无线网络，所述辅助无线网络覆盖城市的室内区域；

主无线网络接入模块，主无线网络接入模块能配置在终端设备中，使得终端设备接入主无线网络；

辅助无线网络接入点，设置在辅助无线网络覆盖的室内区域，与终端设备的辅助接入装置匹配，使得终端设备接入辅助无线网络，并通过辅助无线网络接入主无线网络。

2.如权利要求1所述的城市无线接入平台，其特征在于，所述扩展功能平台包括智能管理平台、市政服务平台和商业管理平台。

3.如权利要求1所述的城市无线接入平台，其特征在于，所述主无线网络为TD-LTE网络。

4.如权利要求3所述的城市无线接入平台，其特征在于，所述主无线网络模块为TD-LTE模块。

5.如权利要求1所述的城市无线接入平台，其特征在于，所述辅助无线网络为Wi-Fi网络、3G网络或者WiMax网络。

6.如权利要求5所述的城市无线接入平台，其特征在于，所述辅助无线网络接入点包括Wi-Fi热点。

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