浅谈广域无线通信的组成和特点

浅谈广域无线通信的组成和特点无线广域网WWAN(Wireless Wide Area Networks)主要是为了满足超出一个城市范围的信息交流和网际接入需求，让用户可以和在遥远地方的公众或私人网络建立无线连接。在无线广域网的通信中一般要用到GSM、GPRS、GPS、CDMA和3G等通信技术。1无线广域网的组成1.1GSM GSM是Global System for Mobile Communications的缩写，意为全球移动通信系统，是世界上应用的主要蜂窝系统之一。20世纪80年代，GSM开始兴起于欧洲，1991年在芬兰正式投入使用，到1997年底，已经在100多个国家实施运营。其发展之迅速，从实际意义上来讲已成为欧洲和亚洲的标准。到2004年，在全世界的183个国家已经建立了540多个GSM通信网络。GSM是基于窄带时分多址(TDMA)制式，允许在一个射频同时进行8组通话。GSM系统包括GSM900MHz、GSM1800MHz及GSM1900MHz等几个频段。由于GSM系统的容量是有限的，在网络用户过载时，就只能通过构建更多的网络设施来满足用户需求。但是GSM在其他方面性能优异，其除了提供标准化的列表和信令系统外，还提供了一些智能的业务，比如全球漫游功能等。GSM系统具有通话质量高，通话死角少，稳定性强，不易受外界干扰，采用SIM卡其防盗能力佳，网络容量大，号码资源丰富，信息灵敏，GSM设备功耗低等重要特点，因而直到现在，GSM在移动通信市场中仍然占有很大份额。1.2 GPRSGPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio System)的缩写，是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。GPRS是在现有的GSM网络上开通的一种新的分组数据传输技术，它和GSM一样采用TDMA方式传输语音，但是采用分组的方式传输数据。GPRS提供端到端的、广域的无线IP连接及高达115.2kbps的空中接口传输速率。GPRS采用信道捆绑和增强数据速率改进来实现高速接入，它可以实现在一个载频或8个信道中实现捆绑，每个信道的传输速率为14.4kbps，在这种情况下，8个信道同时进行数据传输时，GPRS方式最高速率可达115.2kbps。如果GPRS通过数据速率改进，将每个信道的速率提高到48kbps，那么其速率高达384kbps，对于这样的高速率，可以完成更多的业务，比如网页浏览、收/电子邮件等。1.3 CDMACDMA是Code Division Multiple Access的缩写，全称为码分多址，它是在数字技术的分支扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA是最早由美国高通公司研制出来用于商业的。CDMA研制出来时，正值GSM统领移动通信市场的时候，因此，几乎没有一个移动通信运营商敢使用它。最后是在20世纪90年代初，韩国政府致力于寻找发展本国电子制造业的机会，即使发现欧洲几乎已经垄断了GSM市场之后，还是果断地决定发展CDMA，CDMA从那时开始发展起来。1.4 GPSGPS即全球定位系统(Global Positioning System)。GPS是具有在海、陆、空全方位进行实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。它是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验，属于美国第二代卫星导航系统。美国从20世纪70年代开始研制GPS，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫星星座;地面监控部分地面监控系统;用户设备部分GPS信号接收机。GPS的空间部分由24颗均匀分布在互成120角的轨道平面内的卫星组成;其地面监控部分由主控站、注入站和监测站组成，主要是负责卫星的监控和卫星星历的计算;GPS的用户设备主要由GPS信号接收机硬件和处理软件组成。用户通过GPS信号接收机接收GPS卫星信号，经信号处理后获得用户位置、速度等信息，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。二、广域无线通信的工作方式2.1正交频分复用（OFDM）技术OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，是一种多载波数字调制技术，该技术的特点是易于实现信道均衡，降低了均衡器的复杂性。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，OFDM技术的主要思想就是在频域内把给定信道分成许多正交子信道，每个子信道用一个子载波进行调制，各子载波并行传输。这样，尽管总的信道频率响应是非平坦的，即为频率选择性衰落信道，但每个子信道则相对平坦，而且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此可大大消除信号波形间干扰。2.2 软件无线电技术软件无线电技术被认为是可以将不同形式的通信技术有效联系在一起的唯一技术。软件无线电是计算机与数字信号处理技术高度发展及军事通信迫切要求的产物。2.3 智能天线（SA）智能天线具有抑制信号干扰，自动跟踪以及数字波束调节等功能，是移动通信的关键技术。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量，其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，同时，通过基带数字信号处理器对各个天线链路上接收到的信号按一定的算法合并，实现上行波束赋形。智能天线可以明显改善无线通信系统的性能，提高系统的容量，具体体现在下列方面：提高频谱利用率；迅速解决稠密市区容量瓶颈；抑制干扰信号抗衰落；实现移动台定位。2.4 切换技术切换技术是指移动用户终端在通话过程中从一个基站覆盖区内移动到另一个基站覆盖区内，或者脱离一个移动交换中心（MSC）的服务区进入另一个MSC服务区内，以维持移动用户通话不中断。有效的切换算法可以提高蜂窝移动通信系统的容量和QoS。在4G通信系统中，切换技术的适用范围更广。切换技术一般分为硬切换、软切换、更软切换、频率间切换和系统间切换，适用于移动终端在不同移动小区之间和不同频率之间通信，或者信号降低信道选择等情况。三、广域无线通信的特点（1）3G时代的来临。3G指第三代移动通信，其有三大主流标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。3G网络不仅可以支持不同蜂窝之间的信号切换，还可以向电信用户提供全网络覆盖的移动通信，提供移动环境下的数据服务，可以同时支持语音和数据信号的传输。目前，各大移动运营商已经建立起3G网络，3G时代正改变着人们的生活。 （2） 后3G时代的LTE技术。LTE（Long Term Evoluation）为3G长期演进技术，具有更高容量、更高频谱效率和低时延的特点。在通信条件下，下行最高速率可达到100Mbps，上行最高速率可达到50Mbps。LTE改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM（Orthogonal Frequency Divis ion Multiplexing）和MIMO（Multiple- Input Multiple- Output）作为其无线网络演进的标准。近些年来，LTE被广泛采用，发展潜力强劲。 （3）准4G技术标准WiMAX。WiMAX全称Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球互通微波存取技术，是目前传输距离最远的4G技术也是发展最快的技术，在移动通信环境下，可以使上行和下行速率达到150Mbps和75Mbps。WiMAX由于其独特的高性能技术特点，具有构建网络灵活部署，价格成本低廉的优势，被誉为准4G技术。四、广域无线通信的前景和展望 随着社会发展而崛起的无线通信技术，必将随着新技术的崛起而不断深化发展，在理论基础上结合市场需求，笔者觉得其发展趋势主要包括以下几个方面： (1)无线通信技术各种技术互补性明显增加。由于不同的接入技术，在覆盖范围、使用区域、技术特点、接入速率等方面是不同的，比如，3G可以达到广域无缝覆盖和强漫游的移动需求，WLAN可以解决中距离的高数据传输，而UWB可以实现短距离的高速数据传输。因此我们要鼓励无线通信多技术规格的开发和发展，综合运用各种无线接入，使网络技术进一步一体化多元化。 （2）无线通信终端的信息个人化。中国运营商在终端设备的发展策略是信息个人化发展的重要技术手段，在智能移动终端上，智能手机、平板电脑等越来越受用户的青睐，推动了全球无线通信行业的快速发展，连续几年来，全球市场保持着对智能终端的强大需求。 （3）网络的优化融合与演进并行。网络的优化