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[導(dǎo)讀]摘要:無線個域網(wǎng)(WPAN)目前以自成網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部應(yīng)用為主,其與蜂窩網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)共存和相互融合的問題還需要深入研究。多網(wǎng)融合必然要求網(wǎng)絡(luò)和終端更加智能化,由于目前WPAN技術(shù)還不成熟,因而其實際應(yīng)用將面臨

摘要:無線個域網(wǎng)(WPAN)目前以自成網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部應(yīng)用為主,其與蜂窩網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)共存和相互融合的問題還需要深入研究。多網(wǎng)融合必然要求網(wǎng)絡(luò)和終端更加智能化,由于目前WPAN技術(shù)還不成熟,因而其實際應(yīng)用將面臨較大挑戰(zhàn),但這同時也是一次機遇,一旦解決了相關(guān)技術(shù)問題,有可能產(chǎn)生巨大的商機。 


 

關(guān)鍵詞:寬帶無線接入;無線城域網(wǎng);無線局域網(wǎng);無線個域網(wǎng)

編者按

 

 

全球通信的寬帶化、無線化、個人化需求推動著無線接入的寬帶化進程。由于便攜式產(chǎn)品的發(fā)展和應(yīng)用需求的迅速增長,促成了無線個域網(wǎng)(WPAN)技術(shù)的誕生,使無線接入的產(chǎn)業(yè)鏈更加完善。隨著統(tǒng)一標準進一步形成,WPAN必然迎來一個全面興盛的時期,成為運營商進入接入市場的新機會。

     信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,寬帶接入技術(shù)不斷涌現(xiàn)。各種寬帶無線接入系統(tǒng)憑借其建設(shè)速度快、運營成本低、投資回報高等特點,受到了電信運營商的青睞。當(dāng)前寬帶無線接入的主要技術(shù)有:本地多點分配系統(tǒng)(LMDS)、多點多信道分配系統(tǒng)(MMDS)、無線局域網(wǎng)(WLAN)和藍牙技術(shù)(Bluetooth)等。其中,LMDS和MMDS屬于無線城域網(wǎng)(WMAN)技術(shù),IEEE 802.16寬帶無線訪問標準工作組正在開發(fā)相應(yīng)規(guī)范以標準化這些技術(shù);WLAN標準主要指IEEE 802.11系列標準和HiperLAN/2標準;藍牙則是目前無線個域網(wǎng)(WPAN)應(yīng)用的主流技術(shù)。由于消費需求和應(yīng)用場合的多樣化,WMAN、WLAN和WPAN技術(shù)將互為補充,共同推進寬帶無線接入市場的發(fā)展。

 

1 寬帶無線接入技術(shù)

 

 

1.1 無線城域網(wǎng)

 

 

    目前屬于WMAN應(yīng)用的寬帶無線接入系統(tǒng)(如LMDS、MMDS)缺乏統(tǒng)一的標準,彼此互不兼容。WMAN采用的技術(shù)多種多樣,主要有正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)、碼分多址(CDMA)技術(shù)等。

    IEEE 802.16標準為解決上述兼容性問題而制定。該標準的2002年修正草案定義了3個主要WMAN網(wǎng)絡(luò)類型,即:固定式、便攜式和移動式,分別對應(yīng)于標準IEEE 802.16、IEEE 802.16a和IEEE 802.16e。其中IEEE 802.16標準適用于視距傳輸,工作頻率為10~66 GHz,應(yīng)用于LMDS;IEEE 802.16a標準為超視距傳輸,工作頻率為2~11 GHz,應(yīng)用于MMDS;IEEE 802.16e標準工作頻率為2~6 GHz,主要應(yīng)用于蜂窩移動通信及3G。

    現(xiàn)階段802.16標準制定工作的重點在IEEE 802.16e上面,目標是當(dāng)?shù)退佥p巧的移動設(shè)備在跨越不同存取點時,仍能維持一定程度的網(wǎng)絡(luò)漫游服務(wù)。

WMAN的寬帶無線接入業(yè)務(wù)正迅速由北美和歐洲向世界其他地區(qū)擴展,為電信運營商拓寬網(wǎng)絡(luò)接入市場提供了新的機會和前景。

1.2 無線局域網(wǎng)

 

 

    IEEE 802.11系列標準是WLAN事實上的標準,包括IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g。其中,IEEE 802.11b傳輸速率可高達11 Mb/s,采用2.4 GHz免執(zhí)照頻段,已在辦公室、家庭、賓館、機場等眾多場合得到廣泛應(yīng)用,是目前WLAN的主流標準;IEEE 802.11a是IEEE 802.11b的后繼標準,峰值速率可達54 Mb/s,特別適合于室內(nèi)及移動環(huán)境,有著更廣的應(yīng)用前景,被很多廠商看好;IEEE 802.11g可以在2.4 GHz頻帶上實現(xiàn)最高54 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸,與IEEE 802.11b保持兼容,并已經(jīng)較好地解決了采用藍牙技術(shù)和基于IEEE 802.11b標準的設(shè)備間相互干擾的問題。

    HiperLAN/2是歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)的寬帶無線電接入網(wǎng)絡(luò)(BRAN)項目組著手制定的高性能無線接入標準。HiperLAN/2對應(yīng)于IEEE 802.11a標準,工作在5 GHz頻帶,調(diào)制技術(shù)也采用正交頻分復(fù)用(OFDM),與IEEE 802.11a在物理層兼容,使用一種動態(tài)時分雙工技術(shù),數(shù)據(jù)速率可高達54 Mb/s,并且能在高吞吐率下支持QoS,從而為視頻、話音等實時應(yīng)用提供支持。

    中國四大通信運營商均已進軍WLAN領(lǐng)域,共同推進了WLAN市場的發(fā)展。2002年7月,信息產(chǎn)業(yè)部下發(fā)了《使用5.8 GHz頻段頻率的通知》,批準將5 725 MHz~5 850 MHz頻段用

    作點對點或點對多點擴頻通信系統(tǒng)、高速無線局域網(wǎng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、藍牙技術(shù)設(shè)備及車輛無線自動識別系統(tǒng)等無線電臺站的共用頻段[1]。從政策上為WLAN在中國的進一步應(yīng)用推廣開辟了新空間。

1.3 無線個域網(wǎng)

 

 

    WPAN是繼WMAN和WLAN之后提出的概念,其目標是解決如何讓人們將網(wǎng)絡(luò)隨身攜帶的問題,核心是解決小區(qū)域的無線多媒體傳輸。

    成立于1999年的IEEE 802.15工作組[2]專門負責(zé)制定有關(guān)WPAN的標準,該工作組由4個小組組成。其中,IEEE 802.15.1負責(zé)藍牙的標準化;IEEE 802.15.2研究WPAN和WLAN的互存性;IEEE 802.15.3制定高速WPAN標準;IEEE 802.15.4研究特別節(jié)電技術(shù)和低復(fù)雜度方案,應(yīng)用領(lǐng)域主要為傳感器、遠端控制和家庭自動化等等。

    IEEE 802.15.1標準以藍牙v1.1規(guī)范為藍本,定義了藍牙技術(shù)的媒體訪問控制(MAC)層(包括L2CAP、LMP、基帶)和物理層。IEEE 802.15.1一直在關(guān)注藍牙特別興趣小組的標準版本升級工作,以使得IEEE 802.15.1與藍牙標準保持同步。藍牙特別興趣小組已于2003年底正式公布了藍牙標準v1.2。

    IEEE 802.15.3于2003年6月完成了高速WPAN的MAC層/物理層標準制定。該標準具有以下特點:支持高達55 Mb/s的數(shù)據(jù)速率,可傳送高質(zhì)量視像和聲音,支持服務(wù)質(zhì)量保障,具有Ad hoc點對點網(wǎng)絡(luò)特點,功耗和成本低。

    IEEE 802.15.4已通過第18輪修正草案。該標準具有以下特點:數(shù)據(jù)速率為25、40、250 kb/s,采用CSMA-CA機制,保證傳輸可靠性,提供最優(yōu)的功率管理。

屬于WPAN應(yīng)用的藍牙技術(shù),由于其靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信,而成為目前的WPAN主流技術(shù)。在藍牙特別興趣小組的極力推廣下,藍牙技術(shù)正較快地滲透到PC、消費類電子產(chǎn)品以及垂直應(yīng)用市場中。

    目前藍牙仍被大多數(shù)業(yè)界人士譽為最具廣闊前景的WPAN技術(shù),其推廣應(yīng)用程度標志著無線個域網(wǎng)的實用化程度。

    正因如此,中國國家標準化管理委員會以“國標委[2002]41號”文將藍牙技術(shù)列入2002—2003年國標制定計劃,并授權(quán)信息產(chǎn)業(yè)部郵電工業(yè)標準化研究所主持起草該系列標準,體現(xiàn)了中國對藍牙技術(shù)的重視程度。中國藍牙標準制定工作組一直在密切關(guān)注藍牙標準升級情況,以期與國際藍牙標準同步。

    藍牙的傳輸速率限制了其應(yīng)用拓展,成為影響該技術(shù)全面普及的最主要因素,而IEEE 802.15.3由于比藍牙具有更高的數(shù)據(jù)速率、更全面的業(yè)務(wù)及QoS支持、更短的連接時間等特點,得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而,雖然IEEE 802.15.3標準制定工作已經(jīng)完成,但據(jù)IEEE 802.15標準小組負責(zé)人介紹,使用IEEE 802.15.3標準的通信設(shè)備在2004年年底才可能推出,估計芯片價格會在100~150美元之間。

2 寬帶WPAN接入技術(shù)問題

 

 

    在互為補充的3種寬帶接入技術(shù)中,WMAN和WLAN相對成熟,已開始占據(jù)寬帶無線接入市場。相對于WMAN和WLAN來講,WPAN目前還以自成網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部應(yīng)用為主,其接入技術(shù)還不夠完善,在無線接入方面的應(yīng)用拓展較為緩慢。中國應(yīng)該及時抓住這個機遇,加強力度研究并完善WPAN接入技術(shù)。

2.1 WPAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

 

 

寬帶WPAN是典型的Ad hoc網(wǎng)絡(luò),其工作環(huán)境有時非常簡單,有時卻非常復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的地位都是平等的,可以隨時組成一個小區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。寬帶WPAN中的任一設(shè)備可以與其前、后、左、右、上、下的類似設(shè)備構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),通過“多跳”可以擴展其應(yīng)用空間和功能,設(shè)備有固定、半固定、小范圍移動、較大范圍移動等情況,需要考慮越區(qū)切換。因此,WPAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究非常重要。圖1是WPAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]示意圖。

2.2 WPAN與蜂窩網(wǎng)的融合

 

 

    在WPAN與蜂窩網(wǎng)的接入技術(shù)得到解決的情況下,WPAN在室外空間的應(yīng)用將會非常廣闊。WPAN與蜂窩網(wǎng)的融合可以擴大整個系統(tǒng)的容量,平衡相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)量,減少基站的數(shù)目,減小移動終端的功耗,并可拓展蜂窩網(wǎng)的新應(yīng)用。
    在一個WPAN與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中通常將基站覆蓋區(qū)域分為3個部分:第1部分是高速率TDD區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)的移動終端能夠以高速率進行數(shù)據(jù)傳送;第2部分是低速率TDD區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)的移動終端只能以較低的速率進行數(shù)據(jù)傳送;第3部分是基站無法覆蓋的區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)的移動終端由于接收不到基站發(fā)送的同步信息而無法進行數(shù)據(jù)傳送。3個區(qū)域內(nèi)的移動終端都可以基于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在一定范圍內(nèi)直接通信,或者由多個微微網(wǎng)組成散布網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)相互間的通信。

 

 

3 需要深入研究的問題
    針對WPAN與蜂窩網(wǎng)多網(wǎng)融合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),本文認為研究以實時優(yōu)化為核心內(nèi)容的各種自適應(yīng)算法,研究寬帶WLAN、WPAN無線接入技術(shù),研究多網(wǎng)共存情況下的網(wǎng)絡(luò)容量以及終端設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計問題,研制實驗系統(tǒng)和相應(yīng)的設(shè)備至關(guān)重要。具體而言,應(yīng)該對如下課題展開深入研究:

 

 

(1)研究寬帶WPAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),包括WPAN空間拓撲結(jié)構(gòu)、移動自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)等。

 

 

(2)研究關(guān)鍵算法,包括信息速率的自適應(yīng)算法、跳頻圖案和跳頻速率的自適應(yīng)算法、鏈路自適應(yīng)算法、頻率選擇自適應(yīng)算法等。

 

 

(3)研究與開發(fā)寬帶WPAN共享訪問協(xié)議,包括WPAN協(xié)議總體結(jié)構(gòu)的研究,若干關(guān)鍵軟件模塊的研制與開發(fā)。

 

 

⑷研制實驗演示系統(tǒng),驗證研究開發(fā)的內(nèi)容,并在該系統(tǒng)中進行多址方式、高效調(diào)制方式、射頻模塊、多載波傳輸?shù)葍?nèi)容的研究。

 

 

(5)研究移動自組織網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合技術(shù),重點研究隨機驅(qū)動多址接入(ODMA)技術(shù)。ODMA作為UMTS TDD 模式的補充,用于在TDD蜂窩網(wǎng)中小區(qū)的邊緣為移動終端提供較高的數(shù)據(jù)速率,達到增加高速率數(shù)據(jù)服務(wù)范圍的目的。將ODMA與移動自組織網(wǎng)絡(luò)有機結(jié)合,取長補短,相互補充,可以有效地擴展3G系統(tǒng)的新應(yīng)用范圍。

 

 

(6)研究基于TD-SCDMA的移動自組織系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ODMA多跳轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和自適應(yīng)路由選擇算法專用按需距離向量(AODV)路由協(xié)議,能夠為3G系統(tǒng)提供多種全新應(yīng)用,實現(xiàn)移動終端與移動終端之間的直接通信、多跳通信,并能支持與現(xiàn)有3G系統(tǒng)間的無縫切換與漫游。

 

 

4 結(jié)束語
    雖然目前寬帶無線接入市場還處于起步階段,但是寬帶無線接入技術(shù)的發(fā)展極為迅速。機遇與挑戰(zhàn)并存。中國的相關(guān)研究部門應(yīng)當(dāng)積極開展相關(guān)課題的研究,通過研究產(chǎn)生中國自主的知識產(chǎn)權(quán),為形成中國的寬帶WPAN標準做出貢獻,或使中國在這一領(lǐng)域的研究至少與國際上保持同步。相信只要在這一領(lǐng)域廣泛深入地開展研究,密切關(guān)注國外行業(yè)動態(tài),加強各方面的合作,就一定能在國際上爭得更多的寬帶無線接入方面的發(fā)言權(quán)。

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