互联网为人们提供了便利的生活。在城市，人们可以通过电缆或光纤接入互联网，轻松获得超过100兆带宽的下载速度。然而，在许多农村地区，可以轻易获得的资源是不惜任何代价都得不到的。他们只能通过拨号和DSL上网。无线ISP(WISP)为农村地区的互联网接入提供了一种新的解决方案，可以为近400万人的互联网接入提供便利。
WISP是什么？
WISP提供最后一英里服务对象为固定无线接入(FWA)或宽带无线接入(BWA)，其服务对象是固定区域网络接入而非移动设备。WISP通常采用双向一对多的方式传输数据，即网络接入方从分布在不同位置的多个节点接收和发送数据。除了农村地区可以使用WISP访问互联网，它还填补了城市中网络覆盖的空白。WISP的应用范围很广，从拥有数百用户的小公司到拥有数十万用户的大公司。
对于任何无线通信系统，工作频带都是影响其系统结构和性能的关键因素。例如，对于低于1GHz的低频带，可以使用更少的基础设施来覆盖更长的距离，但是由于该频带的密集频谱，只有窄带宽可用。在稍微高一点的频段，可用带宽大很多，但是覆盖距离短，需要更多的基础设施。
虽然WISP的资源比大型电信和有线网络运营商少得多，但他们都希望通过建设更少的基础设施来服务更多的用户。此外，通过采用先进的编码流、MIMO和LTE等无线接入方法，以最有效的方式使用频谱对他们来说非常重要。据报道，一些大型WISP已经在探索在其服务的地区使用许可频谱。许可频谱具有独特的频率所有权和法律强制执行，但其巨大的成本超出了所有大型WISP所能承受的范围。
它们是如何工作的？
就像行业早期的做法一样，WISP将光纤、电缆或其他高速有线介质连接到服务区的数据中心。一般来说，数据中心放在铁塔或者其他高楼上。为了扩大覆盖区域，这项工作完成后，运营商将使用点对点的微波链路或光纤将数据中心与下一级的基站连接起来，下一级的基站也将放置在铁塔或高楼上。在用户端，用户设备(CPE)是一个高增益的小型碟形天线。它的大小和卫星电视天线差不多，天线方向指向最近的基站(图1)。
图1:典型的客户天线(来源：KP Performance Antennas)
WISP使用多种方法实现与用户的数据交互，其中最基本也是最便宜的方法是在基站上部署一个360度覆盖的全向天线。对于只要求对特定区域进行信号覆盖的场景，可以采用扇区法将360度区域分成三四个部分，只覆盖某一部分。扇区方法需要部署更多的基础设施，并为塔或其他结构租用空间(图2)。
图2:扇形天线系统
然而，这种扇区方法可以为每个用户提供更大的带宽。通过将更多的数据打包成流并使用MIMO，扇区架构还允许WISP随着用户数量的增加而扩展其服务，而不会对性能产生负面影响。MIMO允许每个基站同时服务多个用户，每个用户的性能与MIMO的水平成正比。目前大部分MIMO的配置方案都是22，也就是两个发射两个接收天线，但是行业正在向44、88以及即将到来的1616发展。
为了理解这一点，考虑一个系统，在一个特定的扇区中有100个客户，总的可用信道带宽为30MHz。
44 MIMO将这些客户分为四组，每组25个客户。带宽决定了数据的吞吐量。因为每组可以使用所有的30MHz带宽，所以每组的数据速率可以更高。如果没有扇区方式和MIMO，所有100个用户将共享30MHz带宽，这样每个用户的可用带宽非常小。
WISP使用的无线电设备虽然体积小，但是非常复杂。Mimosa的A5c就是一个很好的例子，它可以同时使用Wi-Fi和TDMA，动态分配时隙，适应向上扩展，通过GPS同步优化频率以供重用。它可以为用户提供高达1.5Gb的数据速率，并可以在5GHz频段使用20至80MHz的信道带宽来服务100多个用户。它结合了千兆以太网、多用户MIMO、网络处理功能和动态频谱管理等技术，以减少干扰并优化信道重用。
研究展望
与其他受管制的运营商相比，WISP传输使用开放的频段，这使得它除了最大射频输出功率之外，几乎没有任何限制。但由于缺乏监管，如何充分利用可用频段是其成败的关键。一旦较低的理想频段饱和，就只能使用较高的频段服务客户，这就需要建设更多的基础设施。
WISP的概念不是美国或加拿大独有的。全世界有成千上万家这样的公司，这些公司提供的快速、经济、高效的互联网接入非常有价值。例如，每个孩子一台笔记本电脑计划，其目标是促进世界教育美国儿童通过低成本电脑和互联网接入，现在几乎完全依靠WISP来实现网络接入。
和无线运营商一样，WISP也一直在寻找更多的频谱。随着新的联邦通信委员会(FCC)分配和其他频谱调整带来更多可用频率，WISP力争纳入运营服务组合。例如，联邦通信委员会创建的公民宽带无线电服务(CBRS)为商业服务开放了3，550和3700MHz之间的频率，这些频率必须与军用雷达和固定卫星无线电台共享。然而，WISP industry并不是唯一主张在这一领域运营的实体，其相对较低的预算使其比竞争对手拥有更好的影响力。
为了争取他们，WISP在美国有一个无线互联网服务提供商协会(WISPA)，在加拿大和其他国家也有类似的宣传组织。WISPA有800多个成员，包括提供互联网接入的WISP、电力和电话合作社以及设备制造商。该组织致力于鼓励国会制定法律支持该行业，提供技术论坛，促进WISP之间的交流与合作。
从技术角度来看，WISP行业的持续增长将取决于频谱的可用性、高效的编码方案、MIMO、信号处理硬件的进步和成本的降低。该行业已经开始采用各种技术来扩大其覆盖范围并提高其性能。最近，一种流行的技术是使用小型基站，也称为微型pops 在业内。这项技术使基站更靠近用户，缩短了延迟(这对语音服务很重要)并优化了数据速率。这些小型基站不需要附着在塔上，可以放置在任何足够高且没有障碍物的结构上。
典型的WISP可以提供至少10Mbs的数据速率和15英里的VOIP电话服务，其中一些还包含通过卫星传输的娱乐频道包。当然，后者在未来可能不会很有吸引力，因为随着WISP吞吐量的增加，用户可以完全依靠网络访问网飞、Hulu和亚马逊等媒体服务。
结论
在今天在竞争激烈的美国通信行业，WISP即使没有补贴、专用网络频段许可证，主要依靠电话和有线电视公司也能生存。这是因为即使在人口密度较小的地方，WISP仍然是传播宽带数据和语音服务的最经济的方式。WISP也是他们所服务的农村社区的重要组成部分。他们可以提供紧急报警服务和致力于业务发展的服务。但无论WISP发展到多大规模，他们都会处于劣势，因为其他无线服务已经占据了主导地位。
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