无线通信网络

新华通讯社通信技术局 李京生

无线通信是指利用电磁波信号在自由空间中的传播进行信息传输和交换的一种通信方式。由于无线通信突破了有线通信对收、发端地理位置固定的束缚，从而大大拓展了人们通信和活动的范围。随着无线通信技术的发展，人们开始把个人通信作为通信的最高目标，也就是利用各种可能的网络技术，使用任何终端、在任何时间、任可地点与任何人进行任何种类的信息交换。

根据所用的通信设备、通信内容和通信方式的不同，无线通信网络又能细分为蜂窝移动通信系统、集群调度移动通信系统、卫星通信系统、无线电寻呼系统、宽带无线接入系统等。当前，生活中应用最多的就是蜂窝移动通信系统和无线宽带接入系统，它们为用户提供了内容丰富的业务，其发展改变了人们日常的通信方式。

蜂窝移动通信系统

手机通信就是蜂窝式公用移动通信系统，从蜂窝移动通信系统开始商用到现在，只不过短短30多年，其技术发展突飞猛进。

第一代（1G）蜂窝通信系统是模拟通信系统，采用频分多址方式，直接将语音信号调制到相应的频点发送，提供全双工通信。它在地域上将覆盖范围划分成多个小单元，每个单元使用频带的一部分。通过频率复用方式，在一定程度上提高了频率资源的使用效率。典型的应用系统有美国的先进移动电话系统（AMPS）和欧洲的全入网通信系统（TACS）。第一代蜂窝移动通信系统最大的贡献就是摆脱了电话线的束缚，使用户第一次能够在移动状态下无线接收和拨打电话。然而，由于模拟系统自身的缺陷，使得其业务单一，通话质量较差，覆盖和容量都有很大局限，终端体积大且成本高，保密性差。因此，在20世纪90年代初期开发出了数字蜂窝移动通信系统，即第二代（2G）移动通信系统。

第二代移动通信系统基于数据通信，克服了模拟系统存在的诸多缺陷，能够为用户提供优质的语音通信服务，因而迅速取代了模拟移动通信系统，成为全球最大的移动通信系统，并能够为用户提供无缝的国际漫游。第二代移动通信系统主要有GSM（全球移动通信系统）和IS95系统，其中GSM采用时分多址（TDMA）的接入方式，而IS95系统采用码分多址（CDMA)的接入方式。与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统采用了数字化，具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点。

虽然2G系统能够提供良好的语音通信服务，但是人们已经不再满足于单一的业务，运营商也在不断寻找增值服务。尤其是随着互联网的发展，人们在移动通信系统中使用数据业务的需求与日俱增。为了不对现有系统进行大的改动，研究人员在2G系统架构的基础上适当增加一些网络和数据业务的协议，使得2G系统也能提供一定速率的数据业务，即2.5G系统。可以说，2.5G系统只是一个过渡系统，由于其系统架构和传输技术上的先天不足，传输速率很低，因此3G系统应运而生。

3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。2000年5月，国际电信联盟（ITU）确定WCDMA,cdma2000,TD-SCDMA作为3G系统的全球三大标准。

（1）WCDMA主要由欧洲标准化组织ETSI制定。WCDMA系统中，不同的用户可以同时以不同的速率或时变的速率在空中传送数据。其主要特点包括：宽带直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）系统，最小带宽为5MHz；基站间不需要同步和GPS（全球定位系统）；正反向信道相干解调；可变的用户速率；频分双工（FDD）和时分双工（TDD)；支持异步基站；上下行链路采用基于导频符号或公用导频的相干检测；允许不同QoS（服务质量）要求的业务进行复用。WCDMA系统能够提供的最高上下行速率分别为64kb/s和384kb/s，为了提高速率引入了HSPA（高速分组接入）。HSPA中引入了LTE（长期演进）系统的一些特性，包括64QAM调制、层2增强、多入多出（MIMO）等，下行峰值可高达168Mb/s。

（2）TD-SCDMA是FDMA,TDMA,CDMA三种多址方式的灵活组合，采用时分双工（TDD）方式和智能天线技术，系统容量大、频谱效率高，是我国第一个拥有自主知识产权的通信标准。TD-SCDMA采用同步CDMA、智能天线、软件无线电、多用户检测（包括联合检测和干扰抵消）、Turbo编码等技术，其关键是使每个终端的上行信号在到达基站系统天线口或解调器时是同步的。这样使用正交扩频编码的各个码道在解扩时可以完全正交，相互不产生多址干扰，从而提高了CDMA系统容量。

（3）cdma2000是美国电信工业协会制定的第三代移动通信系统。它采用Turbo码技术、前向链路快速功率控制技术、前向快速寻呼信道技术、连续的反向空中接口波形、增强的媒体接入控制功能。cdma2000需要通过GPS同步。

2009年，国内三大运营商中国联通（WCDMA)、中国移动（TD-SCDMA）和中国电信（cdma2000）相继将3G移动通信网络商用。目前，中国联通的WCDMA/HSPA网络有一定的优势，而中国移动也在极力推进LTE网络的建设，力求在4G网络建设中处于有利地位。

在技术发展、业务需求和外部竞争的驱动下，3G系统开始了向带宽更大、速率技术更先进、业务内容更丰富的LTE（长期演进）系统演进。LTE系统以OFDM（正交频分复用）和MIMO（多入多出）技术为基础，是一种满足更低时延传输、更大数据传输速率、增强系统容量和覆盖、具有扁平化架构的移动通信标准。

在ITU提出了作为4G标准的IMT-Advanced系统需求和指标后，世界各国的标准化组织、运营商及设备厂商又开始了新的针对LTE系统的演进计划，提出了更为先进的LTE-Advanced系统。

宽带无线接入系统

移动通信的迅猛发展，大大超出了系统设计者们的预期。随着业务类型的不断丰富，用户数目也在不断增长，使得移动通信成为通信领域发展最为迅速的市场。在此背景下，非传统的设备商（如Intel等）也将目光投向了移动通信市场，利用其在固定宽带接入技术方面的优势，将宽带技术无线化，提出了与移动通信系统相抗衡的无线宽带接入系统。其中以IEEE（美国电气与电子工程师学会）提出的IEEE802.11系列标准和IEEE802.16系列标准最为典型。

无线局域网技术是无线通信技术与网络技术相结合的产物。无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。

（1）无线局域网的发展

1997年美国电气和电子工程师学会（IEEE)发布了无线局域网领域第一个在国际上被认可的协议——IEEE 802.11协议。后来陆续发布了IEEE802.11b，IEEE802.11a，IEEE802.11g，IEEE802.11n。

IEEE802.11b也称为Wi-Fi技术，采用补码键控（CCK)调制方式，使用2.4GHz频带，可支持5.5Mb/s和11Mb/s。IEEE802.11a采用正交频分复用（OFDM）调制，用5GHz频带，物理层速率54Mb/s，传输层25Mb/s。IEEE802.11g采用PBCC（分组二进制卷积编码）或CCK/OFDM调制，在2.4GHz频段兼容IEEE802.11b，传输速率11Mb/s；在5GHz频段兼容IEEE802.11a，传输速率54Mb/s。IEEE802.11n传输速率提高到300Mb/s，最高可达600Mb/s。它将MIMO（多入多出）与OFDM（正交频分复用）相结合，提高了无线传输质量和传输速度。

IEEE发布了多个WLAN的标准，WLAN得到广泛的应用，很多运营商也用WLAN作为移动通信系统的补充，但是WLAN有漫游不方便、系统不安全的问题。

（2）WiMAX的发展

WiMAX全称为全球微波互联接入，是微波和毫米波频段的无线城域网技术。它的优点是经济便捷、运行简单、容量高、覆盖面广（数据传输距离最远可达50km）、能提供高速宽带业务，还能支持终端移动，能够为企业或家庭提供最后一公里无线接入。WiMAX是基于IEEE802.16系列协议。IEEE802.16工作在2～66GHz，根据频带不同分为视距和非视距两种。其中，2～11GHz适用于非视距、10～66GHz适用于视距。

总之，无线通信网络的最终目的都是为人们的生活和工作服务，促进社会、经济发展。它的发展主要受用户需求、业务发展、新技术研究和市场调节的影响。其标准是要适应未来无线通信业务的需要，能够满足人们的通信需求。