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高速無線互聯網技術介紹
2007-07-28   人民網

高速無線互聯網將無線通信、互聯網、計算機、微電子、軟件、安全加密等多種領域的先進技術結合在一起,涉及設備制造、軟件產業、網絡建設、系統集成和商業服務等眾多領域。例如,僅以各類上網設備為例,就涉及手機、掌上電腦或手提電腦、PDA等一系列終端產品和相應的網絡產品。從網絡角度來看,它涉及互聯網和城域網(MAN)、局域網(LAN)及最近提出的“無線個域網”(WPAN)。從應用角度來看,它可分為小范圍慢速移動(或相對靜止)、大信息量的區域連接和大范圍快速移動等多種情況,后者也是第三代及更新一代移動通信系統的主要研究內容,因此它和新一代移動通信系統又是密切相關的。

  高速無線互聯網在國際上是一個正在迅速興起的領域。圍繞著可移動設備如何接入互聯網和部分固定設備如何發揮無線通信的優勢這些基本問題,國際上已提出一些標準,并有許多跨國公司已經推出或正在研制一些系統,我國信息產業界則正密切注視這一領域的發展,以期抓住這個難得的機遇。

  引發人們對無線互聯網深入研究的,首先是無線上網的需求,而無線上網呼聲最高的,首推各類移動終端,尤其是蜂窩網手機。因此,無線互聯網首先是與“無線應用協議”(WAP)、通用分組無線業務(GPRS)、第三代移動通信等概念聯系在一起的。

  WAP是一個由無線應用協議論壇制訂的通信協議,它的載體可為CDMA、GSM、DECT、PHS、CDPD、FLEX等系統。利用它,無線數字電話及其他無線設備用戶能夠即時交互訪問互聯網和局域網。WAP協議為現有無線通信網和Internet之間的通信架起了橋梁。

  GPRS在現有GSM電路交換模式上增加了基于分組的空中接口,引入了無線分組交換功能,其速率可達115kbps。GSM數據傳輸的增強型稱為EDGE(Enhanced Data for GSM Evolution),采用新的調制技術,高效利用200kHz帶寬內合并在一起的8個時隙,使數據傳輸速率最高可達384kB/s。

  目前,第三代移動通信已有多種標準,其共有特點是:更大的容量和覆蓋范圍;高的和可變的數據率;支持多種同步業務等。最有代表性的系統有W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等。

  WAP作為移動通信與互聯網的橋梁,將發揮不可估量的作用。現在,一些大公司的網站都放置了大量的有關WAP和GPRS的資料,這種被稱為2.5代的移動通信系統實際上已經是一種無線互聯網系統,只不過其數據傳輸速率還不夠高。

  互聯網和移動通信的交叉已經呈現了強大的生命力。網上的內容太豐富、太精彩,而無線方式將使人們上網更方便,因此必將推動無線互聯網市場的快速發展。手機上網,一方面解決了人們的部分實際需求,另一方面也催生了一種新型網絡概念的誕生。

  通過改造原有的移動通信網絡使手機具有上網功能,也使得頻率資源和系統容量的矛盾變得更加突出。寬帶和大容量這一對矛盾促使人們開發新的頻段和尋求更有效的辦法,其中小范圍應用具有代表性。事實上,小范圍的應用和大范圍快速移動情況下的應用有著極為巨大的市場潛力,兩者相輔相成,互為補充,對國民經濟的發展和人們生活水平的提高都具有重要意義。從某種意義上說,小范圍應用的市場前景可能更為廣闊,因為它可以最大限度地利用各種原有系統,而且無線設備的發射功率較小,有利于頻率資源的復用,系統的容量大,同時也減少了人們對大功率電磁波對人體是否有危害的憂慮。

  從技術角度來看,小范圍應用利用“無線電纜”(Wireless Cable),為大量設備提供有效、廉價的無線連接。人們可以用無線的方法,方便地將計算機、外圍設備、電子設備乃至醫療設備、自動控制應用的各種產品、家用電器等連接起來,形成個人網絡,并可與Internet連接。其典型成果有:以無線LAN為典型應用的IEEE 802.11;由若干著名公司為核心的“家用無線電頻率工作組”(HRFWG)提出的、以家庭應用為主要背景的“共享無線訪問協議”(SWAP);由Ericsson等公司發起成立并提出的小范圍解決方案“藍牙系統”等。另外,還有紅外數據連接(IrDA)、DECT等。這些系統主要工作在小范圍,大多以采用跳頻技術為主要特色,工作在2.4GHz頻段,雖然這些標準目前還在不斷修改,但已展現出強大的生命力。目前,國際上一流的通信、計算機和軟件公司一方面協作攻關,另一方面也如火如荼地展開競爭。

  從網絡的角度來看,最近提出的“無線個域網(WPAN)”具有特殊的吸引力。這一新概念用網絡理論來概括小范圍的無線應用,成為頗受矚目的新熱點。

  比較而言,藍牙系統(Bluetooth)更具有代表性,它正在隨著WPAN概念的迅速推廣而蓬勃發展。事實上,藍牙系統和WPAN的概念相輔相成,藍牙系統已經是WPAN的一個雛形。在其1999年12月發布的Version 1.0的標準中,已定義了包括使用WAP協議連接Internet的多種應用。它能夠使蜂窩電話系統、無繩通信系統、無線局域網和互聯網等現有網絡增添新功能,使各類計算機、傳真機、打印機設備增添無線傳輸和組網功能,在家庭和辦公自動化、家庭娛樂、電子商務、無線公文包應用、各類數字電子設備、工業控制、智能化建筑等場合開辟了廣闊的應用。跳頻、TDD和TDMA等技術的使用使得藍牙系統的射頻電路較為簡單,通信協議的大部分內容可以用專用集成電路和軟件來實現,從技術上保證了藍牙系統設備的高性能和低成本,因此前景極為廣闊。從最初由Ericsson等公司發起,一年多以來,藍牙系統已吸引了國際上近2000家有影響公司的參與,使它在與SWAP、IEEE 802.11等類似應用標準的競爭中脫穎而出,發展前景更加明朗。

  藍牙系統及WPAN使人們隨身攜帶網絡成為可能,預計不久國內外將會出現較大的市場需求,在若干年內能夠滿足人們的無線上網和其他要求。但隨著Internet速率的提高和WPAN的發展,這種小范圍應用的速率必然需要提高,目前,IEEE 802.15的一個工作組正在制訂將來信息速率達20Mbps以上的WPAN標準。因此,WPAN將是高速無線互聯網的重要部分。

  對于大范圍應用場合或大信息量的區域連接,目前主要是使用光纖系統。但在很多場合鋪設光纖存在諸多不便,或經濟上并不合算,因此一種被稱為“無線光纖”的系統,即本地多點分布服務系統(LMDS)應運而生,有望在高速無線互聯網中發揮重要作用。

  LMDS是近年來逐漸發展起來的一種雙向寬帶固定無線接入技術。目前各國為LMDS分配的頻帶寬度至少有1GHz,是一種真正的寬帶系統,能夠滿足用戶日益增長的帶寬需求。它可以為用戶提供大量的新興寬帶業務,在無線互聯網中應用,可以更好地解決其寬帶化和高速化問題,是一種名副其實的“無線光纖”。

  目前,許多通信設備制造廠商已經推出或即將推出LMDS產品,如美國的TI、HP、Stanford Telecommunications、P-COM和UMS等公司,加拿大的新橋網絡(Newbridge Networks)、北電網絡(Nortel Networks),法國的Alcatel,德國的Bosch等。近年來,在世界各地也陸續建設了一些試驗系統,提供各種多媒體業務,一方面對LMDS進行現場測試,為產品的研發、完善和工程設計提供必要的數據,另一方面驗證在各種場合下LMDS系統的生存能力和實用性。

  現在,雖然許多系統還都處于試驗階段,有些基本的技術規范尚未達成統一,但一旦條件成熟,各項工作即可迅速展開。由于LMDS在服務方面的靈活性,營運商可以根據實際的應用需求確定資金投入的多少、發展的模式,逐步建設LMDS系統,這樣就降低了系統的初期投資,為網絡建設和后期擴容提供了便利條件。

  許多國家已經相繼分配了本地區LMDS的工作頻段,同時出臺了有關運營的具體管理辦法與技術要求。它們和美國一樣,大多采用拍賣頻譜的方法,并制定有利于新運營商的政策法規,使其通過采用這種新技術迅速進入電信市場,能與擁有大量基礎設施的老運營商展開競爭,從而有利于電信產業的健康發展。

  因此,在高速無線互聯網中,LMDS將是解決大信息量區域連接的一個有效方法,是使無線互聯網走向寬帶和高速的一項關鍵技術。進行LMDS技術的研究是十分有必要的,LMDS產品的市場也同樣十分廣闊。

  無線互聯網將無線應用技術、網絡技術和終端技術聯系在一起,現有網絡必然要作相應的配合,這已引起人們的極大重視。在總體思路上,一方面應該最大限度地使用現有網絡,另一方面需要盡快發展先進技術。

  Internet技術的核心是TCP/IP協議,即傳輸控制協議和網際協議,包括應用、傳輸、網間和網絡接口四個層次。當Internet能夠支持無線接入時,這時網絡協議又稱為“無線IP協議”或“移動IP協議”。

  無線IP協議的結構,在總體上與有線、無線計算機網絡協議結構一致。這樣,這些網絡之間的互連就比較方便,原有固定用戶設備的協議結構不用改變或改變很少,就可與移動設備通信,固定用戶之間通信時所用的協議則不用改變。要達到這一目的,需要在已有網絡協議結構中增加移動性管理功能,在系統管理、層管理和層操作程序中添補相應的模塊,以完成對移動設備的動態尋址并實現透明性。由于尋址問題一般由網絡層解決,故主要是對網絡層管理和操作進行填補。當原有協議用面向對象方法實現時,可以比較方便地填補移動功能。

  為了支持無線接入,人們在網絡管理和網絡結構等方面進行了較多的研究,主要集中在以下幾個方面:移動性管理、切換管理、IP層對QOS的支持、TCP對無線環境的支持、無線Internet的網絡安全措施等。

  射頻電路是無線應用最為關鍵的部分之一,也是無線系統的技術瓶頸。射頻電路的發展趨勢是MMIC,即微波集成電路。

  雖然國內外都在強調射頻電路設計和研制的重要性,但高層次射頻設計和研制的人才培養周期較長,目前處于國內外都奇缺的狀況。

  移動通信、多媒體通信和Internet的市場前景為全球世界所矚目,高速無線互聯網將它們結合在一起,必將顯現出強大的生命力。

  在技術上,我們的方案基于“無線電纜+無線光纖”為主導概念并綜合各種實用技術和先進技術,把各種移動通信設備、固定通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統甚至各種家用電器,使用一種廉價的無線方法建立起它們之間的信息傳輸,使公眾蜂窩系統、無繩通信系統、無線局域網和互聯網等現有網絡增添新功能,使各類計算機、傳真機、打印機等外設乃至各種室內電子、信息和電器設備增添無線傳輸和組網的功能,也可方便地應用于各種電話系統、無線公文包、各類數字電子設備(如數字照相機、數字攝像機等)、個人助理(PDA)、頭戴收發設備(Headset)、無線電子鎖、各種無線遙控器(特別是汽車防盜和遙控)、電子商務(如電子付賬系統、電子登記服務等)、工業控制等領域。因此,應用空間極為廣闊,市場特別巨大,將會逐步形成一系列新興產業或用高新技術改造傳統產業,對國民經濟的發展和改善人民的生活水平具有極為重要的意義。另外,通過這一課題的研究和開發,能使我國在無線通信和互聯網的建設領域,包括芯片、軟件、系統集成等方面,縮小與國際先進水平的差距,在某些方面走在前列,帶動全國的信息產業持續發展,擴大內需,也具有巨大的社會效益。

  高速無線互聯網在國際上是一個正在發展的課題,我國正抓住機遇,以期解決關鍵技術,使之迅速形成產業。結合我國的國情,我們對高速無線互聯網提出基于“無線電纜+無線光纖”為主導概念并綜合各種實用技術和先進技術的解決方案。

  具體地說,在小范圍應用場合,第一階段以藍牙技術為基礎,發展以WPAN為背景的各類設備和網絡,今后將向著寬帶高速WPAN的方向發展;對于大范圍應用場合或大信息量的區域連接,目前以本地多點分布服務系統為基礎,研究其在MAN和LAN方面的應用以及如何組網,今后將研究如何向更寬頻帶發展及如何與其他寬帶網絡連接等;在高速移動的應用場合,將結合GPRS、WAP協議的應用,配合第三代移動通信系統中有關互聯網應用的研究,開發關鍵芯片,研制主要軟件,以解決手機、便攜式電腦及其他通信設備訪問互聯網的需求并構成各類系列產品。

  東南大學移動通信國家重點實驗室和毫米波國家重點實驗室,早在1998年就瞄準了無線互聯網的發展方向。兩個國家重點實驗室分工合作,在這一領域進行了一系列前瞻性和有現實意義的研究,基本上和國際同行同步地開展研究,起步不晚,起點不低,機遇難得。但是,我們面臨的是一個不容樂觀的現實,全球經濟一體化的趨勢對我們這樣一個信息產業相對弱小的國家來說,高速無線互聯網的發展同樣也是嚴峻的挑戰。我們相信,在這一課題的研究上,集我國科技人員之智慧,一定能夠有所突破,給我國信息產業的持續發展創造必要的條件。

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