互聯網為人們的生活提供了便利。在城市中，人們可以通過電纜或光纖接入互聯網，輕松獲得超百兆帶寬的下載速度。然而，這輕而易舉就能夠得到的資源，在很多農村地區，是無論付出什么代價都是無法獲得的，他們只能通過撥號和DSL來接入互聯網。無線ISP（WISP）為農村地區的互聯網接入提供了新的解決方案，它可能為近四百萬人的互聯網接入提供便利。

WISP是什么？

WISP為固定無線接入（FWA）或寬帶無線接入（BWA）提供“最后一英里”服務，其服務對象是固定區域的網絡接入而不是移動設備。WISP通常采用雙向的單對多的方式進行數據傳輸，即網絡接入方從多個分布在不同位置的節點接收和發送數據。除農村地區可以使用WISP接入互聯網外，它也填補了城市中網絡覆蓋的空白。WISP的應用范圍很廣，適用于從擁有幾百名用戶的小公司到擁有幾十萬用戶的大公司。

對于任何一個無線通信系統，工作頻段都是影響其系統構成和性能的關鍵因素。例如，對于小于1GHz的低頻段，可以使用更少的基礎設施來覆蓋更遠的距離，但是由于該頻段頻譜密集，只有很窄的一段帶寬可用。在稍微高些的頻段處，可用的帶寬大得多，但覆蓋的距離短，這就需要更多的基礎設施。

盡管WISP比大型電信和有線網絡運營商的資源少很多，但他們都希望通過搭建更少的基礎設施來服務更多的用戶。另外，對于他們而言，通過采用先進的編碼流以及MIMO和諸如LTE的無線接入方法，以最有效的方式使用頻譜都是至關重要的。據報道，一些大規模的WISP已經在探索在所服務的區域內使用授權的頻譜。使用授權的頻譜具有唯一頻率“所有權”和合法強制執行的優勢，但其巨大的成本超出了所有大規模WISP所能承受的范圍。

他們是如何工作的？

正如工業界的早年做法那樣，WISP通過將光纖、電纜或其他高速有線介質，連接到所服務區域的數據中心，一般來說數據中心安置在鐵塔或者其他高的建筑物上。為擴大覆蓋區域，在完成這項工作之后，運營商將使用點對點的微波鏈路或光纖將數據中心與下一層次的基站進行連接，下一層次的基站也安置在鐵塔或高的建筑物上。在用戶端，用戶設備（CPE）是一個小型高增益碟形天線，其尺寸與衛星電視天線相似，天線方向指向最近的基站（圖1）。

圖1：典型的用戶端天線 （來源：KP Performance Antennas）

WISP采用多種方法實現與用戶的數據交互，其中最基礎和最便宜方法的是在基站上部署360度覆蓋范圍的全向天線。針對僅要求對某特定區域進行信號覆蓋的場景，可以使用扇形方法將360度區域分為三個或四個部分，并只針對某個部分進行信號覆蓋。扇形方法需要部署更多的基礎設施，并且需要租用塔樓或其他結構的空間（圖2）。

圖2：扇形天線系統（來源：KP Performance Antennas）

但是，這種扇形方法可以為每一個用戶提供更大的帶寬。通過將更多數據打包成流以及使用MIMO，扇形架構還允許WISP隨著用戶數量的增加擴展其服務，而不會對性能產生負面影響。MIMO允許每個基站同時為多個用戶服務，每個用戶的性能與MIMO的水平成正比。目前大多數MIMO配置方案是2×2，即兩個發射和兩個接收天線，但業界正在向4×4，8×8和即將推出的16×16 方向發展。

要理解這一點，可以考慮這樣一個系統，該系統在特定扇區內有100個客戶，總可用信道帶寬為30MHz。

4×4 MIMO將這些客戶分成四組，每組25個。帶寬決定了數據的吞吐量，由于每組都可以利用全部的30MHz帶寬，因此，每組的數據速率可以更高。如果沒有扇區方法和MIMO，所有100個用戶將共享30MHz帶寬，這樣，每個用戶的可用帶寬都很少。

WISP所采用的無線電設備雖然尺寸不大，但都非常復雜。一個很好的例子是Mimosa的A5c，該設備可以同時使用Wi-Fi和TDMA，可以動態地分配時隙，能夠適應向上的縮放，并且可以通過GPS的同步化來優化頻率實現重復利用。它可以為用戶提供高達1.5Gb的數據速率，并且可以在5GHz頻帶內使用20到80MHz的信道帶寬，為100多個用戶提供服務。它結合了千兆以太網，多用戶MIMO，網絡處理功能和動態頻譜管理等技術以減少干擾并優化信道復用。

研究前景

WISP傳輸所使用的是開放頻段，這使得其與其他受監管的運營商相比，除對最大RF輸出功率有所限制外，幾乎沒有任何限制。但是由于沒有監管，如何充分利用可用頻段，是決定其成敗的關鍵。一旦較低的、更為理想的頻段變得飽和，它們就只能使用更高的頻段來為客戶服務，這就需要搭建更多基礎設施。

WISP的概念不只是美國或加拿大所特有的，在世界各地，這樣的公司已成千上萬，這些公司所提供的快速、經濟且高效的互聯網接入方式是非常寶貴的。例如，“每個兒童一臺筆記本電腦”計劃，它的目標是通過低成本計算機和互聯網接入來促進世界兒童的教育，現在該計劃幾乎完全依靠WISP實現網絡接入。

像無線運營商一樣，WISP一直在尋找更多的頻譜。由于新聯邦通信委員會（FCC）撥款以及其他頻譜的重新調整導致更多的可用頻率，WISP爭取納入可運行的服務組合。例如，FCC創建的公民寬帶無線電業務（CBRS）開辟了3550至3700MHz之間的頻率以供商業服務使用，這些商業業務必須與軍用雷達和固定衛星電臺共享。然而，WISP行業并不是唯一一個倡導在該地區運營的實體，其相對較低的預算使其具有比競爭對手更好的影響力。

為了爭取它們，WISP在美國設有無線互聯網服務提供商協會（WISPA），在加拿大和其他國家也有類似的宣傳組織。WISPA擁有800多名成員，其中包括WISP，提供互聯網接入的電力和電話合作社以及設備制造商。該組織致力于鼓勵國會制定支持該行業的法律，提供技術論壇，并促進WISP之間的交流與合作。

從技術角度看，WISP行業的持續增長將依賴于頻譜的可用性，高效的編碼方案，MIMO，信號處理硬件的進步以及成本的降低。業界已經開始采用多種技術，以擴大其覆蓋范圍，同時提高性能。最近廣受歡迎的一項技術是使用小型基站，也就是業界所謂的“micro pops”，這種技術使得基站更貼近用戶，縮短延遲（這一點對語音服務很重要）并且可以優化數據速率。這些小型基站并不需要依附于塔臺之上，而是可以放置在任何足夠高且沒有障礙物的結構上。

典型的WISP可以提供至少10Mbs的數據速率和15英里的VOIP電話服務，，有些還包含衛星傳送的娛樂頻道包。。當然，后者在將來可能不是很有吸引力，因為隨著WISP吞吐量的增加，用戶完全可以依靠網絡來訪問Netflix，Hulu和Amazon等媒體服務。

結論

在當今競爭激烈的通訊行業中，即使沒有補貼，沒有專用網絡頻段的許可證，并且主要依賴于電話和有線電視公司，WISP依然能夠存活下來。這是因為即使是在人口密度很小的地方，在傳播寬帶數據和語音服務方面，WISP仍然是最經濟的方式。WISP在它們服務的農村社區也是重要的組成部分，它們可以提供緊急警報服務和致力于商業發展的服務。但是不管WISP發展到多大規模，他們都將處于劣勢地位，因為其他的無線服務早已占據主導地位。