無線通訊技術

無線通信(Wireless communication)是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。

基本介紹

• 中文名：無線通信技術
• 外文名：Wirelesscommunication

1.定義

在移動中實現的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。

2.技術原理

無線通信是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領域中，發展最快、套用最廣的就是無線通信技術。在移動中實現的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。

從最初的電報開始經過150多年的現代電信的發展是來自各界的成千上萬科學家、工程師和研究人員的辛勤勞動的結果。他們當中只有少數獨立負責發明的人成了名，而大多數達到頂點的發明是許多個人的成果。這裡匯集了部分對於無線電通信發展中起到重要作用的歷史人物。

3.主要分類

無線通信主要包括微波通信和衛星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛星通信是利用通信衛星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯繫。

4.研發進展

NFC（近場通信，Near FieldCommunication），又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點數據傳輸交換數據。由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，與目前使用較多的藍牙技術相比，NFC使用更加方便，成本更低，能耗更低，建立連線的速度也更快，只需0.1秒鐘。但是NFC的使用距離比藍牙要短得多，有的只有10CM，傳輸速率也比藍牙低許多。[1]

5.無線通訊技術發展

（1）平流層氣球通信

1997年1月，在ITU-R SG9會議上，美國SkyStation International公司提出了一種嶄新的47/48GHz平流層氣球通信技術，構想在離地20～24km高處外型如汽艇的內充氦氣的氣球之間，以雷射或衛星方式連網，建立全球氣球平台，覆蓋全球，組成高速網際網路，將收到的信息中繼轉發給攜帶型多媒體終端。

氣球平台上裝有通信有效載荷、太陽能電池陣、燃料電池以及由電暈離子推進器和GPS接收器組成的位置穩定保持系統，構成高空通信中繼站。在其對地垂線下的地面上，有三個成同心圓的服務區：都市區(半徑40 km)、市郊區(半徑125 km)和偏遠區(半徑546 km)。

氣球平台(含所載設備)與通信衛星相似，但升空費用比衛星發射費用低得多，而且可返回地面補充氦氣和修理，風險小、壽命長，這些都明顯優於衛星通信。預計將來平流層氣球通信可以部分取代衛星通信。

（2）廣帶無線接入

隨著通信技術的不斷進步，電信業務正在由窄帶語音業務向寬頻數字綜合業務發展。然而，制約業務發展的一個主要問題是最後1km問題，也就是接入問題。固定接入有其局限性和不方便的問題，而目前的無線接入也在覆蓋範圍、速率等方面無法讓人滿意。於是，IEEE 802.16a小組提出了廣帶無線接入標準(BWA IEEE 802.16a)，經近百家公司數次投票後於2001年7月中旬確定。

所謂廣帶是指網路速率高於10Mbit/s的傳輸系統，比寬頻網路具有更高的系統性能指標。廣帶無線網際網路接入系統標準是針對微波及毫米波段中新的空中接口標準，它具有高速率、多速率、新頻道、多樣化、抗干擾性強等特點，能夠成功地支持無線接入多媒體數據通信、數據網路、視頻、多媒體等結合業務網路的信息傳輸，同時還兼有靈活機動的特點，適用於商務大樓、熱點地區及家庭用戶的寬頻接入。

第三代移動通信技術正在被炒得沸沸揚揚，三種主流標準各執一辭，互不相讓，各國移動通信運營商圍繞3G技術的採用問題也大傷腦筋，給全球三代移動通信帶來了不小的阻力。模擬移動通信和第二代移動通信從來都沒有像第三代移動通信的熱鬧景象，究其原因就是這兩種技術的標準大體都是比較統一的，不存在採取不採取哪一種技術的問題。既然第三代移動通信的發展出現了這么多的問題，人們就在想，何不跳過3G直接進入到4G，制定一個統一的4G標準。就像窄帶接入對於GSM，寬頻接入對於2.5代的GPRS和CDMA，甚至於第三代的寬頻CDMA，廣帶接入技術將使第四代移動通信技術得到快的發展。應該相信的是，只要一種標準和技術是先進的，而且標準是統一的，總比雖然也不錯但操作起來總也不能達成一致意見的技術和標準容易推廣和套用。從這個意義上講，廣帶無線接入技術的統一性就為4G的發展鋪平了道路，有專家認為，廣帶接入標準可能將成為第四代、第五代移動通信的技術標準。

（3）藍牙技術

早在1994年，瑞典的愛立信公司便已經著手藍牙技術的研究開發工作，意在通過一種短程無線鏈路，實現無線電話與PC、耳機及台式設備等之間的互聯。在此之後，其他一些也紛紛加盟藍牙計畫，他們的共同目標是開發一種全球通用的小範圍無線通信技術，即藍牙。藍牙是針對目前近距離的攜帶型器件之間的紅外線鏈路(Infrared link，簡稱IrDA)而提出的，是一種無線數據與語音通信的開放性全球規範，它以低成本的近距離無線連線為基礎，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連線的短程無線電技術。

藍牙的載頻選用在全球都可用的2.45GHz的工業、科學和醫學(ISM)頻帶，其收發信機採用跳頻擴譜技術，在2.45GHz ISM頻帶上以1 600跳/s的速率進行跳頻。藍牙支持點到點和點到多點的連線，可採用無線方式將若干藍牙設備連成一個微微網(Piconet)，多個微微網又可互連成特殊分散網，形成靈活的多重微微網的拓撲結構，從而實現各類設備之間的快速通信。

（4）GSM

GSM早期的工作始於1982年，由歐洲電信標準協會(ETSI)的一個工作組開展，被稱為移動通信特別小組，縮寫為GSM。GSM/DCS的目標是在移動設備(或任何便攜設備)之間提供各種各樣的業務，包括語音傳輸和報文處理業務(X. 400、傳真傳輸、緊急呼叫以及各種類型的數據傳輸業務)。

GSM的拓撲。GSM的小區半徑約為35km；它同移動站(MS)間的接口由收發基站(BTS)提供，MS和BTS通過空中接口中的無線信道相互作用。BTS由基站控制器(BSC)控制，而BSC是GSM引入的新的蜂窩網路單元，它負責呼叫切換操作以及BTS與MS之間的功率信號控制，這樣便減輕了交換中心的負擔。移動交換中心(MSC)是GSM的“心臟”，它負責連線的建立、管理和清除，以及把呼叫經選路送到適當的小區，它提供與電話系統的接口及計費服務。GSM系統要求使用兩個資料庫：歸屬位置暫存器(HLR)和訪問者位置暫存器(VIR)，這些資料庫用於存放每個GSM用戶的信息。另外，GSM包含的鑒權中心(AC或AUC)和設備標識暫存器(EIR)。

（5）CDMA

CDMA是新近才進入商用移動—無線通信領域的。CDMA完全不同於TDMA。像TDMA一樣，CDMA中的模擬語音也被編碼成數位訊號，但與TDMA不同的是，CDMA中的每個對話都被分配給一個惟一的代碼(為每個獨立的傳輸分配一個“簽名”)，一個小區內的所有用戶使用同一個頻寬頻譜(而不是該頻寬的一部分)。在CDMA接收端，通過使用補碼，可以從已編碼信號中恢復原始信號。接收機以相干方式把多徑接收信號組合起來，這樣可以改善信號的質量。功率控制系統通過調整發射功率來改善信號的質量。CDMA系統可實現軟越區切換。

（6）無繩系統

CT2 CAI和DECT(歐洲數字無繩通信)一起組成了無繩系統的歐洲標準。CT2可以支持語音和數據業務。作為向第2代無繩電話系統發展的一種方法，DECT標準始於20世紀80年代中期的歐洲郵政和遠程通信會議(CEPT)，DECT也被認為是支持大容量PABX系統的合適技術[GRIL93]。DECT工作於1 880～1 990MHz頻段，同CT2一樣，它用ITU-T G.721推薦標準所規定的ADPCM對語音進行編碼，而且，32kbit/s的語音信號按TDMA方式接入。DECT並不限於只傳語音信號，它也支持數據套用。

（7）蜂窩數字數據分組系統(CDPD)

幾家公共電信運營商已經就現存數據網路的無線擴展制定了規範，稱為蜂窩數字數據分組系統(CDPD)規範，其目的是提供到移動通信用戶的無線分組數據連線[CDPD93]。開發CDPD的目的是利用現有先進行動電話系統的未用容量以及利用像無連線網路層協定(CLNP)、IP、OSI運輸層、TCP等現有的數據通信協定。CDPD的體系結構基於OSI模型，它來自ISO 7498和CCITT的OSI X.200建議。這種體系結構中有兩個基本的網路實體：端系統(ES)和中間系統(IS)。ES是一種用戶設備，它在網際網路中叫做主機，IS是一種互通設備，在網際網路中被稱作路由器。

（8）第三代移動通信系統

3G系統的研究工作是由歐洲委員會、CCIR和ETSI發起的。歐洲委員會通過“歐洲先進通信研究(RACE)”來發起這項工作。RACE的目標是到2000年研製出3G系統，這一系統被稱為“通用移動通信系統(UMTS)”。這些新系統可能採取的拓撲結構是混合小區體系結構，採用大小可變的小區，可以滿足具體的地理區域和業務要求。該技術面臨的挑戰是手機，它必須能無縫地跨越所有的小區。

（9） i–Mode

i–Mode是InformationMode的縮寫，也有人認為i 代表Interactive(相互作用)或Internet(網際網路)，或Independence(獨立)。i–Mode是從NTT分解出來的日本電信運營商NTTDoCoMo開發的一種無線網際網路套用技術，人們把用於i–Mode的手機稱為i–Mode手機，其業務稱為i–Mode業務。i–Mode使用壓縮格式HTML，即CHTML(Compact HTML)，在800MHz PDC(Personal Digital Cellular System)分組交換通信網上開通移動網際網路業務，內容包括：網際網路電子郵件、移動銀行服務、航班信息、股票信息、新聞、天氣和體育訊息，提供證券、銀行、生命保險公司、信息卡公司的信息以及移動食譜、房屋租借、日英字典等。

（10）WAP

無線套用協定(WAP，WirelessApplication protocol)其實是一種瀏覽器，我們平常最熟悉的瀏覽器莫過於Netscape和IE，可是這兩者是運用於計算機、固定電話上網的。而要利用行動電話上網，就要用另一種瀏覽器WAP。WAP的基本原理是把網站上的內容予以簡化，再利用無線網路傳到手機上，使其可以利用手機的小螢幕取代計算機螢幕，而成為具有互動性質的工具。WAP的目標是使網際網路的內容和各種增值服務適用於手機用戶和各種無線設備用戶，並能適用於不同的無線網路技術。

（11）GPRS

通用分組無線業務(GPRS，GeneralPacket Radio Service)是移動環境中高速數據傳輸的解決方案。GPRS技術作為GSM向第三代移動通信發展的過渡技術，由於具備節省建設投資、可充分發揮原有設備作用、建設周期短等多種優點，因此被越來越多的電信運營商青睞。GPRS技術可以充分利用現有GSM系統的設備，為用戶提供移動數據傳輸服務，並可為網際網路/ISP和企業內部網提供基於分組的高速、安全的無線接入。

（12）LAS-CDMA(大區域同步碼分多址聯接)

LAS-CDMA技術將成為未來“全IP”系統(3.5G或4G)的自然選擇。目前，無線通信製造商在提供服務方面面臨著巨大的壓力，他們不僅要向客戶繼續提供更高的語音質量，而且同時推出與目前有線線路聯接速率幾乎相同並能上網的數據服務，但現有的無線電信標準在功能上無法滿足這些需要。在我們進入3G之際，全世界都在翹首期待著無線數據或移動IP標準化系統的出現。特別是，這種系統需具備：更高的頻譜效率和移動速度，以更好地支持“移動通信”以及不對稱業務、更高的吞吐量和更少的延遲，以提高各項“IP”能力。

LAS-CDMA在性能上明顯地優於其他所有3G備選標準，將成為第三代無線通信系統的新標準。3G系統方面所面臨的通過LAS-CDMA迎刃而解。LAS-CDMA技術具有以下特點：首先是，附加頻譜。由於LAS-CDMA可提供比現有2G標準高20多倍的容量以及比cdma2000高3至6倍的容量，所以可最大限度地減少附加網路的建設和開支，從而使電信公司能以較低的成本在市場上競爭，並以最經濟的方式向客戶提供新穎和優良的服務。其次是，新型的網路結構。從設計角度看，LAS-CDMA技術不僅能夠強化當前的2G網路，而且還能為3G提供前所未有的功能，並能成功地推動第四代(4G)無線網路的發展。這些優勢可使電信公司獲得多方面的利益，其中包括近期和長期利益。這項先進技術在開發中統籌兼顧，可適用於各代無線通信系統的體系結構。電信公司可通過這項技術輕而易舉地發展各自的系統而無需在網路結構上做額外的修改，從而大幅度地降低成本、縮短工期。在全球兼容性方面，由於LAS-CDMA與所有現行和未來的標準兼容，故易於現有系統向LAS-CDMA過渡。此外，LAS-CDMA還能順應各項可進一步提高系統性能和容量的先進技術。作為一項空中接口技術，LAS-CDMA可通過配置使其作為一種增強模式與UTRA、IS-95、IS-2000以及TD-SCDMA等其他現用系統兼容。最後，LAS-CDMA還可顯著地改進服務質量。在這方面，LAS-CDMA可通過其專利擴頻技術大幅度地消除目前CDMA系統上出現的干擾現象。因為這種現象不僅影響語音服務質量，而且最終也會影響數據服務質量。在LAS-CDMA系統中，所有信號的碼間干擾(ISI)和多址干擾(MAI)都可在“無干擾”時間視窗內降為零，相鄰蜂窩區干擾(ACI)也可降低到邊際水平。因此，LAS-CDMA不僅提高了系統性能和容量，而且也不會在其他CDMA系統上增加任何複雜性。

LAS-CDMA TDD模式從設計上已將先進的LAS-CDMA技術與已被IP選取的TDD技術綜合為一體，因此非常適合於支持移動IP業務。LAS-CDMA TDD模式具有以下特點：首先，頻譜效率高。LAS-CDMA的專利擴頻技術可將所有信號的ISI和MAI在“無干擾”時間視窗內降為零，並將ACI降低到邊際水平。因此，LAS-CDMA能取得較高的頻譜效率。其次，高速移動性。在傳統的CDMA TDD系統中，功率控制速率受幀長度限定，因此，系統不能取得快速的閉環功率控制。因為，補償高速信道衰落需要這一控制，並以此提供速度較高的移動性，所以，傳統的CDMA TDD系統不能支持高速移動。但是，在LAS-CDMA TDD系統中，所有信號均將通過雙同步而被保持在一個“無干擾”的時間視窗內。LAS-CDMA系統不需要高速功率控制，它只採用低速功率控制節省移動站的電力。再其次，不對稱業務。LAS-CDMA TDD系統採用FDMA/TDMA/CDMA組合多址聯接方案。在這一方案中，發射/接收基於的單元為“子幀(或時隙)—碼—頻率”。待數據單元模組化後，該方案可經過修改用來支持可變數據速率，特別是分組數據。由於上行鏈路和下行鏈路的交換點可在一個時隙內靈活地分配，而且所有子幀(時隙)也可靈活地分配到上行鏈路或下行鏈路，因此在支持IP不對稱業務方面這是一個理想的方案。最後，兼容性。LAS-CDMA TDD模式所基於的擴頻技術與所有其他TDD系統兼容，其中包括UTRA TDD、TD-SCDMA等等。LAS-CDMA只需在物理層上做很小的修改便可結合到現用的TDD系統，用以取得較高的系統性能和容量。