无线通信技术介绍与应用分析

国外商用通信网络技术中最具代表性的是蜂窝电话和无线接入技术。短短的20年，无线通信技术经历了模拟的AMPS/TACS技术、数字的GSM/CDMAONE技术以及WCDMA/TD-SCDMA、HSDPA技术等发展阶段，在未来的B3G/4G网络中，预计还会使用上技术更加先进的MIMO、OFDM等。链路通信容量从小于10kbps发展到了300kbps，在4G中链路容量将超过100Mbps，通信终端的移动速度也将由低速发展到未来的高速。

在接入网技术中，以WLAN、WiMAX、UWB等为代表的通信系统为满足不同无线用户的接入需求，在技术上相互补充。WLANIEEE802.11a/b/g/n无线局域网为多个用户提供近距离的无线网络接入功能，采用跳频抗干扰技术，能够为用户提供高达54Mbps的链路容量。IEEE在1999年成立了WiMAX802.16工作组来专门开发宽带无线接入技术标准，目标就是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。IEEE802.16的工作思路是实现有线到无线、近距离到远距离、固定到移动的接入。IEEE802.16的固定无线接入标准IEEE802.16/16a/16d在2004年以前就已推出，移动无线接入标准IEEE802.16e也于2006年完成。UWBIEEE802.15属于无载波调制的无线通信，占用带宽可达1GHz，传输的数率高达几个Gbps，UWB通信功率较小，不会干扰其他设备的正常工作，目前受到美国军方的高度关注。

无线通信技术的发展一方面体现出通信技术本身的发展，另一方面也受使用需求的驱动得到发展。基于综合技术和使用需求等因素，无线通信技术的发展趋势可归结为以下几个方面：

（1）网络迈向融合

由于技术等原因，当前无线网络的种类较多，而重新构建一个全新的无线网络又需要巨额的资金投入，同时还存在技术等方面的风险，因此把多种网络通过融合的方式实现异构网络的互连互通，成为通信网络发展的大趋势。网络的融合主要体现在核心网的融合、接入网的融合、业务的融合和终端的融合等。

接入网络的异构性是无线通信网络最显著的特点之一。移动终端将会面对包括WCDMA、GSM、WLAN等在内的不同的移动接入网络，这些接入网络覆盖不同的区域，具有不同的技术参数，提供不同的业务能力，执行不同的通信与控制协议，具有不同的网络结构。不同的接入网络需要协同工作，以支持用户在异构无线环境中的无缝漫游。

业务的融合是指一种业务可以通过多种接入技术同时向多个终端提供服务，业务的融合驱使不同的网络走向最终的融合。在异构无线环境中，不同的业务需要根据接入网络及终端的能力选择合适的底层通信链路及服务级别QoS，让用户察觉不到业务服务的变化。

未来的通信终端具有重配置的能力，必将是计算机与通信技术的融合体。通信终端不需要用户的干预，会综合提供多种无线网络接入的能力，实时检测网络服务状况，自动完成网络的感知与选择、软件升级下载等方面的工作。

（2）高效频谱接入

无线频谱的当前使用状况异常拥挤，无线电频谱已成为稀缺资源。当前无线通信网络逐渐向Adhoc、Mesh网络过渡，传统的CSMA/CA、TDMA等协议不能很好地满足无线网络高效、大容量通信发展的需求，MAC层接入协议已成为其关键技术之一。近年来，新的MAC接入机制不断出现，其主要思想在于努力提高时隙的重用率，即一个时隙在单位时间内能够被多个用户使用的次数。通过理论仿真分析，在中等规模网络2至3兆范围内，时隙重用率至少可以达到1.5至1.7，高效的MAC接入机制大大提高了频谱使用率。

另一方面，新的通信机制也能提高频谱的使用效率，这种新的通信机制就是今年发展起来的认知无线电（Congnitive Radio）技术。认知无线电技术由Mitola提出，旨在解决目前拥挤的无线频谱使用问题。认知无线电技术能够认识感知并判断其操作、工作环境，能够通过训练去动态地和自适应地调整自己的操作参数，以适应无线环境和通信网络。

（3）宽带局域无线接入

通信系统通过接入网络为用户提供业务服务，由于用户的移动性，无线接入方式必将成为未来接入技术的重要发展方向，其中UWB、WLAN和WiMAX无线接入技术引起了广泛的关注。(www.xing528.com)

UWB技术具有传输速率高、发射功率低、结构简单、抗干扰能力强和安全性高的优点，主要用于雷达探测、精确定位、无线个人局域网和家庭无线网络等领域。美国军方广泛采用UWB技术。

VoWLAN是VoIP与WLAN技术的融合，也可以看成是VoIP技术在WLAN网络中的应用。MeshWi-Fi技术主要用于实现大规模室外覆盖，利用网状网WLAN技术把无线网络延伸到通信的每个角落，可为用户提供高速网络接入。

无线城域网技术（WiMAX 802.16）工作于2至66GHz无线频带，可无线覆盖高达50平方公里的通信范围。IEEE802.16固定无线接入标准IEEE802.16/16a/16d标准已经推出，在此基础上，IEEE又进一步推进出了移动标准IEEE802.16e，WiMAX技术无疑将成为无线接入网的主要技术之一。

（4）链路容量扩展

无线频谱资源是有限的，多用户在同一通信区域上对频谱资源的占用量日益增加，为了支持多用户对无线频谱的占用和多业务通信的要求，通信设备的数据传输速率将会朝高速化方向发展。目前实现高速数传的技术途径大多采用窄带高速、高阶数字调制等，今后随着多输入多输出MIMO技术、智能天线技术的发展和成熟，频谱资源的使用效率将进一步得到提高。据Bell实验室最新研究成果表明，高速数传技术使得未来频谱的利用率可以达到10至20bit/s的实用化水平，从而有效缓解频谱资源紧张的局面。

（5）集成多种抗干扰波形

单一的抗干扰手段已不能满足当前无线通信的要求。对于跳频抗干扰来说，高速侦测机已经能比较容易地侦测出中低速跳频电台，因而发展高速跳频电台是未来的发展方向之一。对于直扩抗干扰来说，虽然能很容易地实现高速扩频，但对于带内窄带干扰却很难有效地予以消除。为了充分发挥无线通信设备抗干扰的能力，应集成现有的抗干扰技术手段，设计多种有效的抗干扰波形，根据通信链路状况自适应地采取抗干扰措施。

（6）通信与保密相融合

无线通信容易暴露出通信双方的信息，现在越来越多的用户要求在通信时采取与之相适应的保密手段。当前大多数保密机或保密卡依靠通信设备提供的通信链路实现保密通信，这种方法会带来较大的额外带宽开销，降低了通信效率，使无线频谱资源白白遭受损失。通过深入分析会发现，战术电台中的通信与保密在很大程度上可以相互结合，降低无线信道的开销，在技术体制上，完全可以实现通信同步与保密同步二合一、跳频图案由保密算法导出等，一方面减少了通信频谱的开销，另一方面使得被侦察和破译的概率大大降低，充分发挥出通信与保密相结合的优势。

（7）多功能综合集成

由于用户业务需求的广泛性，未来的无线通信系统必须实现多种功能的综合集成：IP业务和非IP业务的综合，语音、数据和图像等业务的综合，多MAC接入的综合，无线传输模式的综合，服务模式的综合等。无线通信系统的多功能综合集成能够为不同的业务需求提供有力的保障，同时能够继承已有技术的优势，缩短新产品研发的周期。