無線ATM是一種嶄新的、面向交換的傳輸技術。其特點是信道統計復用、信元長度固定、採用虛通道(VP)與虛通路(VC)的交換技術、頻寬動態分配、QoS保證、能綜合多種業務。特別的優點是其信道頻寬利用率高，最高達99.9%，一般都能達90%以上。
將ATM技術與無線移動通信技術結合就形成了WATM。WATM實質上是將ATM網上的寬頻業務延伸至無線移動網，把ATM技術無縫隙地擴展到移動通信終端。
基本介紹
- 中文名：無線ATM網
- 外文名：Wireless ATM network
- 套用學科：通信
定義
無線ATM是指一種嶄新的、面向交換的傳輸技術。
無線ATM網的目的
無線ATM的目的是在ATM骨幹網的基礎上實現端到端的ATM連線，以提供質量可保證的各種服務，如ABR、VBR、CBR和UBR等。由於無線ATM網路採用的無線傳輸信道與ATM骨幹網所採用的光纖傳輸信道具有很大的差異，一些新的問題,如介質共享性、廣播性、較長的傳輸延時、較高的信道誤比特率以及信道衰落的影響等等，必須加以解決。因而無線ATM除了具有與ATM相同的ATM層、AAL層以及信令部分外，還要增加與無線通信有關的無線物理層(PHY)、介質訪問控制層(MAC)、數據鏈路控制層(DLC)，以及相應的無線控制功能，這樣才能在無線網路中實現ATM服務。為支持對各種業務的服務質量控制，DLC協定常常針對不同的業務採用不同的差錯控制方式；MAC協定則一般採用信道動態分配算法來支持業務速率的可變。
另外，無線ATM通信網要支持移動用戶，因此網路應具有移動管理功能。當無線ATM通信網採用微蜂窩小區形式的網路結構時，越區切換控制就是移動管理的一項關鍵技術。無線ATM網和現有的移動通信系統(如GSM)相比具有一些不同的特點。例如，無線ATM網可支持多種類型的業務及多速率業務的通信，越區切換時需保證各種業務的服務質量(信元丟失率、延時等)不惡化；ATM信元字頭沒有序號欄位，越區切換時可能出現信元次序混亂，造成信元丟失；現有的ATM網路採用固定VP/VC連線方式(即固定路由)，而越區切換需更新原來的連線、重建路由。這就必須研究適用於無線ATM網路的切換控制方案。
標準
於無線ATM的無線接口方面和移動管理方面的標準分別由ETSI和ATM論壇負責制定。依據這些標準，許多無線ATM系統被推出。無線ATM技術在生活中的深層次套用主要包括如何幫助人們完成遠程醫療、保健和教育。
研究和開發WATM的原因及目的
研究和開發WATM，主要基於以下原因：①用戶對ATM/BISDN的無線接入需求；②多媒體套用需要有支持多媒體技術的無線平台；③通用型移動通信系統和WLAN不能滿足所有數據用戶的要求。
WATM的總目標是設計整體的無線業務網路，以相對透明的、無縫的、有效的方式，提供基於光纖的ATM網的無線業務延伸，系統應該有業務等級、比特率和QoS控制的合理範圍。系統設計包括系統功能、提供的業務、支持環境以及與固定網路的接入。
WATM的缺點
由於無線信道是時變、頻變的信道，並且移動通信的傳播損耗、多徑衰落、高誤比特率、受限的傳輸速率、有限的頻譜頻寬等決定了以ATM為基礎開發WATM的工程還需要探索和解決很多新的問題。表1是ATM和WATM的比較。
ATM網路設計思想 | WATM需要進行的改善 |
高可靠性(誤信元率10-8～10-4) | 增加DLC層的差錯控制和ARQ協定 |
信元連線傳輸 | 增加信元序列代號 |
定向連線、固定的虛擬路徑(VP、VC) | 維持定向連線的業務 |
大容量幹線上統計多路傳輸 | 在RF信道上實現統計多路傳輸 |
網路擁有VPI/VCI標誌 | 改善VPI/VCI，便於選定基站、移動信道 |
信元大小固定 | 信元大小可劃分 |
呼叫連線控制功能 | 增加移動功能，如越區控制、位置管理、用戶鑒權、登記註冊、路由連線等 |
光纖信道 | 優越的調製技術、多址技術等 |
表1ATM和WATM技術的比較
WATM的網路結構和協定模型
（1）網路體系結構
WATM網路有兩種結構：蜂窩式WATM結構和分散式WATM結構。
①蜂窩式WATM結構為獨立完整的有中心結構。在此結構中，一個小區同時管理若干個用戶，一個基站管理若干個小區，一個移動交換中心(MSC)管理若干個基站，而MSC又可與PSTN、網際網路、BISDN等其他網路互連。移動交換功能由MSC來完成。
②分散式WATM結構以基站為單位，每個基站管理一個或多個小區，各基站通過基站接口單元(BSIU，Base-StationInterfaceUnit)連線到MAN。移動交換功能由WATM交換機完成。
（2）WATM系統構成
WATM系統主要由WATM終端適配器、WATM基站、移動ATM交換機、ATM網路(固定的標準ATM網)和ATM主機(標準的ATM終端用戶設備及服務設備)組成。
（3）WATM網路的概念
WATM網路包括無線接入層和移動ATM網路兩大部分。無線接入層是在無線鏈路上擴展ATM服務所必需的協定層，包括物理層，為多個終端共享信道的介質訪問層(MAC)和改善系統差錯特性的數據鏈路控制層(DLC)，以及用於無線資源管理、總信令控制的無線控制。
移動ATM網路作為整個ATM網路的一部分，位於固定ATM網路內，用於支持終端移動性所需的擴展功能，如位置管理、切換控制、處理選路變化和服務質量控制，這些功能可作為用於現有個人通信網路(PCN)、蜂窩網、WLAN套用的互連基礎結構。
（4）網路協定參考模型
ATM標準的協定參考模型由用戶層、適配層、ATM層、物理層等組成。WATM協定與標準ATM協定的差別，是在標準的ATM模型中增加了與無線信道有關的內容。
WATM的傳輸有兩個平面：①提供控制信令處理功能的控制平面(C平面)，該平面具有呼叫和連線控制功能，為有效利用無線信道，基站設定無線信道控制器，與其有關的有遠端交換和專用交換兩種協定結構，無線控制支持無線接入層的控制功能、支持與ATM網的結合。②提供用戶信息傳送功能的用戶平面(U平面)，U平面具有本地WATM和互連WATM兩種協定結構。
（5）WATM的物理層和MAC層
物理層位於ATM層之下，負責處理物理媒介上的實際數據傳輸。WATM的物理層以無線信道為媒介，其無線信道上傳輸的不僅僅是高速多媒體數據，而且還有許多實時性很強的互動式業務。信道頻寬不足、信道時變性和失真是必須面對的問題。解決辦法是採用自適應均衡技術[10]，大部分自適應均衡系統需要根據所傳輸的數據序列特點及信道特點進行預訓練，對於強突發性的不同業務源，均衡器很難達到平衡，採用盲均衡技術也需要一定的時間來收斂。總體說來，WATM的系統效率沒有有線ATM高，此外還需要載波恢復和時鐘恢復的開銷。
WATM的調製方式的選擇目標是在半徑100～500m的微小區和微微小區範圍內提供可靠的傳輸。可供選擇的調製方式有QPSK、QAM、OFDM、CDMA等。QPSK/QAM可以不要求均衡器，但需要進行複雜的頻率變換計算，多載波工作時還會在高比特率傳輸時帶來時延；OFDM可以簡化均衡技術，實現方法簡單，傳輸速率可達到100Mbit/s以上；從信號可靠性和容量等方面考慮，CDMA是一種重要的方案，但人們需要進一步解決在10Mbit/s時的多速率和突發條件下的有效操作方式。目前，WATM的工作頻率一般在10GHz以下，典型為5GHz，未來有可能達到20/30GHz，甚至60GHz。目前主要採用CDMA，其傳輸速率在25Mbit/s左右，與有線ATM規範的最低端非禁止雙絞線(UTP，UnshieldedTwist-Pairline)速率完全一致。
目前國外已有多個WATM實驗系統。日本NEC公司的WATMnet微蜂窩，工作頻率2.4GHz，速率達到8Mbit/s。美國將5GHz的一部分頻譜安排給了NII，ATM論壇的WATM工作組正在研究用於NII的5.2GHz頻譜的標準。加拿大Carleton大學的寬頻毫米波室內WATMLAN採用20～60GHz頻段的直接序列擴頻(DSSS，Direct-SequenceSpectrum-Spreading)，速率可達到160Mbit/s；使用智慧型多扇區開關輪詢的時分雙工TDMA/TDD工作方式，將時隙分配給各扇區；採用宏分集和選擇重發(ARQ)加前向糾錯編碼(FEC)工作方式，以提高通信的可靠性。歐洲的寬頻移動系統MBS(現在又命名為HiperLAN)，工作頻率40～60GHz，調製方式採用偏置正交調幅(OQAM，OffsetQAM)16-OQAM，信道速率40～160Mbit/s；MAC層採用基於ALOHA的動態時隙分配協定(DSA，DynamicSlotsAllocationprotocol)，可對每個上行時隙進行預約。日本NTT公司的ATM無線接入系統，工作頻率3～30GHz，調製方式QPSK或差分檢測p/4–QPSK，採用窄波束定向天線來降低多徑衰落和時延擴展的影響，每波束方向速率30～80Mbit/s；信道復用方式為TDMA/TDD；採用ARQ提高傳輸質量。
WATM差錯控制
ATM是一種基於異步時分復用的傳輸方式，是為高傳輸速率、低誤比特率的光纖信道而設計的。無線信道的多徑效應和時變特性限制了無線鏈路中的傳輸速率，無線信道的誤比特率高且呈突髮型分布，因此需在數據鏈路層中採用差錯控制來提高物理層的傳輸性能。主要措施有兩個，⑴壓縮原ATM信源頭有效長度，從5Byte減為2Byte，增加2Byte無線數據包頭；⑵採用將視窗控制、ARQ、前向糾錯FEC組合起來使用。整個WATM的邏輯鏈路控制(LLC)可以用圖1所示的LLC數據幀格式來表示。更詳細的措施如下：
（1）信元頭的差錯控制
信元頭的差錯控制(HEC)。用循環冗餘校驗(CRC)對ATM信元頭進行保護。整個信元頭仍然由5Byte組成，其中包括4Byte的頭信息和1Byte的CRC，CRC(40，32)確保正確的路由選擇和信元定界(CD，CellDefinition)功能。
（2）前向糾錯（FEC）
強糾錯能力的FEC是最佳化WATM系統性能的重要環節；對功率受限的信道，用較低的編碼效率，以得到較高的編碼增益；對頻寬受限的信道，則使用較高的編碼效率達到較高的傳輸速率。實現FEC用RS碼(作外碼)和卷積碼(作內碼)級聯，性能明顯改善，實現也簡單。
（3）交織糾錯
WATM的交織糾錯(IEC，InterweavedError-Correction)分兩部分，①信道交織，用於存在突發錯誤的信道，交織長度的選擇依賴於突髮型差錯特性和信元傳輸的時延要求。②ATM交織，使FEC解碼後產生突髮型差錯由集中變成隨機分散變化，可使用交織長度較短的、簡單的卷積交織器。
（4）自動請求重發（ARQ）
ARQ用於保證可靠傳輸，且對延時和延時抖動不敏感的業務。在WATM中，使用ARQ比較合適。
WATM的越區切換和位置管理
ATM是一種面向連線的技術，因此對於WATM在移動過程中必須通過越區切換才能保證連線不被中斷。移動分為兩種情況，沒有超出同一個微蜂窩的移動稱為散步，而進入另一個微蜂窩的移動稱為漫遊。散步模式下不需要越區切換，只需要交換中心進行簡單的位置管理和功率控制；漫遊則需要越區切換，切換時必須改變移動終端當前的VP和VC，即路由也相應發生了改變。
漫遊的動態定址管理機制與第二代蜂窩移動通信系統類似，移動終端當前進入的微蜂窩所在的移動局，從用戶登記的移動局的歸屬位置存儲器(HLR，HomeLocationRegister)獲得其身份，並存放到本地的訪問位置存儲器(VLR，VisitingLocationRegister)中，一旦服務完畢，或該終端離開進入別的移動局管理的微蜂窩，其信息自動從VLR中刪除。
移動切換比動態定址在管理上更加嚴格，它必須在規定的時間內很快完成，並保證儘可能不中斷業務，但對於數據通信業務來說，這已經是致命的，會造成數據丟失。因此，在實時數據通信過程中，應儘量避免切換，尤其是高速移動下的切換。但移動的切換又是不可避免的，為此，人們提出了軟切換的概念，即在微蜂窩邊界上，新老兩個微蜂窩基站同時轉發該用戶的數據，維持一段時間，直到交換中心確信，新的微蜂窩所在移動局已經建立該用戶的身份和連線關係時，才徹底切換過去，即原蜂窩才完全停止數據幀的轉發。還有通過宏蜂窩和微蜂窩重疊覆蓋的方法，建立用戶與多重系統的連線關係，這樣使信道分配和切換使用更靈活，將低速用戶置於微蜂窩，高速用戶置於宏蜂窩，通過功率控制等措施防止干擾，這樣可以減少切換次數，畢竟切換會消耗頻率、時間、運算等多種資源。
軟切換的具體實現就稱為鏡像法，在切換過程中，信源和信宿之間同時建立兩條路由線路，具有不同的虛電路地址，直到確信信宿終端完成地址切換，才將其中通過原蜂窩的路由終止。
目前，WATM技術和系統還只是處於實驗階段，進入實際套用尚需一定時日。
