無線通信發(fā)展的現(xiàn)狀分析

鄧芳明

摘要:針對當(dāng)前無線通信發(fā)展的三個大方向:蜂窩移動通信、無線局域網(wǎng)和衛(wèi)星通信,文章介紹了當(dāng)前發(fā)展的現(xiàn)狀,并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:無線通信;蜂窩移動通信;無線局域網(wǎng);衛(wèi)星通信

一、引言

無線通信發(fā)展100年來,已形成了蜂窩移動通信系統(tǒng)、數(shù)字廣播系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等多種體制的無線通信網(wǎng)絡(luò)。無線通信的基礎(chǔ)理論也隨著微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展得到了巨大的進(jìn)展。下面介紹近幾年來蜂窩移動通信、無線局域網(wǎng)(WLAN)、衛(wèi)星通信的狀況。

二、無線通信發(fā)展的現(xiàn)狀

(一)蜂窩移動通信

當(dāng)前,蜂窩移動通信系統(tǒng)的研究主要集中在新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)(稱為4G或Beyond 3G)。

1985年國際電聯(lián)(ITU)提出了第三代移動通信系統(tǒng)(3G)的概念,當(dāng)時(shí)稱為未來公共陸地移動通信系統(tǒng)(FPLMTS),后來發(fā)展為現(xiàn)在的IMT-2000,其主要特性為全球化、多媒體化、綜合化、智能化和個人化,但I(xiàn)MT2000并未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),而是采納了WCDMA、CDMA 2000和TD-SCDMA等幾種標(biāo)準(zhǔn),作為IMT-2000的參考標(biāo)準(zhǔn)。

二十世紀(jì)末,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和人們對數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)越來越多的依賴,沖擊著G3技術(shù)的發(fā)展,同時(shí),G3技術(shù)的演進(jìn)策略也阻礙了其自身的發(fā)展,其中最顯著的特征是與IP技術(shù)的融合進(jìn)度緩慢。因此,旨在提供高速率數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)、無縫融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸技術(shù)的研究成為各國通信企業(yè)的重點(diǎn)和發(fā)展目標(biāo)。

在歐洲,比較有影響的當(dāng)數(shù)由德國西門子、英國電信(BT)、法國電信(CNET)、日本電信(NTT)、愛立信、諾基亞、倫敦大學(xué)國王學(xué)院等合作進(jìn)行的且以歐洲為主的BRAIN計(jì)劃。它提出一種基于IP核心網(wǎng)絡(luò)、適于不對稱信道傳輸、支持多速率(最高可達(dá)20Mbps)、兼容多種體制的系統(tǒng)設(shè)想。在日本,NTTDoCoMo為保持在第三代移動通信的優(yōu)勢,提出建立“次世代通信系統(tǒng)”,該公司在1998年成立了專門研究室,對新一代移動通訊系統(tǒng)進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究。另外,AT&T、Motorola、HP、三星等公司通過建立專門的研究機(jī)構(gòu)、投資支助基礎(chǔ)研究、建立研究合作實(shí)體等加快了研制步伐。在我國,2001年專門在國家“十五”863信息技術(shù)領(lǐng)域成立了B3G 總體組,并通過招投標(biāo),選擇了6個課題組進(jìn)行新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術(shù)研究。

普遍認(rèn)為,新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)的物理層核心技術(shù)之一是正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequen- cy Division Multiplexing,OFDM)調(diào)制技術(shù)。它是一種多載波并行傳輸?shù)捏w制,其最大優(yōu)點(diǎn)是可以對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾,并可有效對抗信號波形問的干擾,頻譜利用率高,適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。

(二) 無線局域網(wǎng)

在無線通信與Internet網(wǎng)相結(jié)合的眾多技術(shù)中,帶有移動特點(diǎn)的無線局域網(wǎng)是一種發(fā)展迅速的通信技術(shù),正在引起人們的日益關(guān)注,特別是信息產(chǎn)業(yè)部最近發(fā)出了“開放5.8GHz頻段作為無線上網(wǎng)頻段”的通知,允許5.8GHz和2.4GHz兩個頻段均可用于WLAN業(yè)務(wù),為無線上網(wǎng)清除了政策障礙。

國際上現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種:

1.IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)于1997年頒布,最高速率為2Mbps。1999年IEEE又批準(zhǔn)了兩個補(bǔ)充擴(kuò)展版本:802.11b和802.11a。前者采用補(bǔ)碼鍵控(CCK)和直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù),可提供在2.4GHz頻段的1～11Mbps的數(shù)據(jù)速率;后者采用OFDM 調(diào)制技術(shù),可提供在5GHz頻段6～54Mbps的數(shù)據(jù)速率。因易于在物理層實(shí)現(xiàn),802.11b的產(chǎn)品已得到廣泛的應(yīng)用;最近,市場上也已開始出現(xiàn)802.11a的產(chǎn)品。在802.11b和802.11a的基礎(chǔ)上,IEEE又于2003年6月推出了可提供在2.4GHz頻段高達(dá)54Mbps的數(shù)據(jù)速率的802.11g標(biāo)準(zhǔn)。

2.HiperLAN/1和HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)。這些由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)提出的標(biāo)準(zhǔn),兩者的MAC層采用不同的技術(shù)。HiperLAN/1工作于5.3GHz,采用GMSK 調(diào)制,最高速率可達(dá)23.5 Mbps;HiperI AN/2與IEEE802.11a具有類似的物理層,也采用OFDM 技術(shù),也提供在5GHz頻段的高達(dá)54Mbps的數(shù)據(jù)速率。

無線局域網(wǎng)具有高數(shù)據(jù)速率、低成本、頻段開放、高邏輯端口密度等優(yōu)點(diǎn),因此它已成為終端無線接人的主流技術(shù),無論在國際上還是在國內(nèi),電信運(yùn)營商正利用WLAN展開“網(wǎng)絡(luò)無處不在”的活動。但由于這種技術(shù)本身定位于企業(yè)級應(yīng)用,因此在提供公共電信服務(wù)時(shí)必然面臨信號干擾、安全、費(fèi)用結(jié)算、可靠性等諸多問題的挑戰(zhàn)。

由于無線局域網(wǎng)可在較小的覆蓋范圍內(nèi)提供高速的數(shù)據(jù)傳輸,而蜂窩移動通信網(wǎng)可為大的覆蓋范圍提供相對低速的數(shù)據(jù)傳輸,所以兩者的結(jié)合可起到互補(bǔ)的作用。國際上,目前已有一些WLAN與蜂窩網(wǎng)互聯(lián)的建議,例如ETSI提出了分別被稱為“松耦合”和“緊耦合”的兩種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方法;3GPP (the3rd Generation Partnership Project)和3GPP2等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也正在開展3G與WLAN互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。在國內(nèi),“中國移動”已在2002年推出“GPRS加WLAN”的無線數(shù)據(jù)捆綁業(yè)務(wù),“中國聯(lián)通”與“中興通訊”均報(bào)道了各自WLAN與CDMA 2000 lx相結(jié)合的解決方案。

(三) 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信是支持移動通信實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋的唯一選擇,它可在陸地蜂窩覆蓋不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)、河海、空中空間實(shí)施移動通信,與陸地移動通信系統(tǒng)一起,共同完成全球移動個人通信任務(wù)(GMPCS)。衛(wèi)星通信的兩類業(yè)務(wù):固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)和移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)。當(dāng)前衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢:包括由集中服務(wù)結(jié)構(gòu)向分布服務(wù)的結(jié)構(gòu)發(fā)展,與地面光纖通信和蜂窩移動通信協(xié)調(diào)增效,IP化等。在衛(wèi)星使用上,由重視LEO/MEO衛(wèi)星轉(zhuǎn)向高、中、低軌道綜合利用及大、中、小衛(wèi)星并存的局面;在頻段使用上,商用衛(wèi)星已從Ku/c頻段向Ka頻段開發(fā),今后還要向毫米波、V頻段、Q頻段發(fā)展;在終端方面,將開發(fā)低費(fèi)效、低功耗、支持速率高達(dá)2Mbps的多媒體業(yè)務(wù)的寬帶微型終端,支持衛(wèi)星移動通信的個人用戶終端,用于航空、航天等領(lǐng)域,用相控陣天線能自動搜索、接入衛(wèi)星通信系統(tǒng)的智能移動通信終端等;在調(diào)制編碼方式上,衛(wèi)星的MODEM 已啟用OFDM、64QAM 等調(diào)制方式,今后將向更高效的數(shù)據(jù)速率達(dá)Gbps級的MODEM 發(fā)展,做到4～8bit/Hz的傳輸效率;信道糾錯編碼已開始采用TCM 和Turbo等編碼方式,將進(jìn)一步研發(fā)工作在Ka、Q/V頻段克服雨衰的先進(jìn)編譯碼技術(shù)。

三、結(jié)束語

針對當(dāng)今三種無線通信的主流形式:蜂窩移動通信、無線局域網(wǎng)和衛(wèi)星通信的發(fā)展現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點(diǎn),筆者做了一些探討,限于篇幅,本文所涉及的內(nèi)容只能說是冰山一角,僅借此機(jī)會拋磚引玉,愿與大家共勉。

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