计算机网络基础：无线接入技术概述

无线接入技术在本地网中的重要性与日俱增，越来越多的通信厂商和电信运营部门积极地提出和使用各种各样的无线接入方案，无线通信市场上的各种蜂窝移动通信、无绳电话、移动卫星技术等，也纷纷被用于无线接入网。

目前，无线接入技术正开始走向宽带化、综合化与智能化，以下介绍正在开发的一些无线接入新技术。

1.本地多点分布业务技术

本地多点分布业务（Local Multipoint Distribution Service，LMDS）系统是一种宽带固定无线接入系统。它工作在微波频率的高端（20～40 GHz 频段），以点对多点的广播信号传送方式为电信运营商提供高速率、大容量、高可靠性、全双工的宽带接入手段，为运营商在“最后一千米”宽带接入和交互式多媒体应用提供了经济、简便的解决方案。

LMDS 首先由美国开发，其不支持移动业务。LMDS 采用小区制技术，根据各国使用频率的不同，其服务范围约为1.6～4.8 km。运营商利用这种技术只需购买所需的网元就可以向用户提供无线宽带服务。LMDS 是面对用户服务的系统，具有高带宽和双向数据传输的特点，可以提供多种宽带交互式数据业务及语音和图像业务，特别适用于突发性数据业务和高速Internet 接入。

LMDS 是结合高速率的无线通信和广播的交互性系统。LMDS 网络主要由网络运行中心（Network Operating Center，NOC）、光纤基础设施、基站和用户站设备组成。NOC 包括网络管理系统设备，它管理着用户网的大部分领域，多个NOC 可以互联；光纤基础设施一般包括SONET OC-3 和DS-3 链路、中心局（CO）设备、ATM 和IP 交换机系统，可与Internet及PSTN 互联；基站用于进行光纤基础设施向无线基础设施的转换，基站设备包括与光纤终端的网络接口、调制解调器和微波传输与接收设备，可不含本地交换机。基站结构主要有两种：一种是含有本地交换机的基站结构，则连到基站的用户无须进入光纤基础设施即可与另一个用户通信，计费、信道接入管理、登记和认证等是在基站内进行的；另一种基站结构是只提供与光纤基础设施的简单连接，此时所有业务都接向光纤基础设施中的ATM 交换机或CO 设备。如果连接到同一基站的两个用户希望建立通信，那么通信以及计费、认证、登记和业务管理功能都在中心地点完成；用户站设备因供货厂商不同而相差甚远，但一般都包括安装在户外的微波设备和安装在室内的提供调制解调、控制、用户站接口功能的数字设备。用户站设备可以通过TDMA、FDMA 及CDMA 方式接入网络。不同用户站要求不同的设备结构。

如图8.24所示为目前被广泛接受的LMDS 系统。用户站由一个安装在屋顶的天线及室外收发信机和一个用户接口单元组成，而中心站是由一个安装在室外的天线及收发信机以及一个室内控制器组成，此控制器连接到一个ATM 交换机的光纤环路中。此系统目前仍是以4个扇区进行匹配的，今后可能发展到24 个扇区。

图8.24　LMDS 基本结构框图

LMDS 技术的主要特点如下：

（1）可提供极高的通信带宽。LMDS 工作在28 GHz 微波波段附近，是微波波段的高端部分，属于开放频率，可用频带为1 GHz 以上。

（2）蜂窝式的结构配置可覆盖整个城域范围。LMDS 属无线访问的一种新形式，典型的LMDS 系统为分散的类似蜂窝的结构配置。它由多个枢纽发射机（或称为基地站）管理一定范围内的用户群，每个发射机经点对多点无线链路与服务区内的固定用户通信。每个蜂窝站的覆盖区为2～10 km，覆盖区可相互重叠。每个覆盖区又可以划分多个扇区，可根据用户远端的地理分布及容量要求而定，不同公司的单个基站的接入容量可达200 Mb/s。LMDS 天线的极化特性用来降低同一个地点不同扇区以及不同地点相邻扇区的干扰，即假如一个扇区利用垂直极化方式，那么相邻扇区便使用水平极化方式，这样理论上能保证在同一地区使用同一频率。

（3）LMDS 可提供多种业务。LMDS 在理论上可以支持现有的各种语音和数据通信业务。LMDS 系统可提供高质量的语音服务，而且没有时延，用户和系统之间的接口通常是RJ.11电话标准，与所有常用的电话接口是兼容的。LMDS 还可以提供低速、中速和高速数据业务。低速数据业务的速率为1.2～9.6 kb/s，能处理开放协议的数据，网络允许本地接入点接到增值业务网并可以在标准语音电路上提供低速数据。中速数据业务速率为9.6 kb/s～2 Mb/s，这样的数据通常是增值网络本地接入点。在提供高速数据业务（2～55 Mb/s）时，要用100 Mb/s的快速以太网和光纤分布的数据接口（Fiber Distributed Data Interface，FDDI），另外还要支持物理层、数据链路层和网络层的相关协议。除此之外，LMDS 还能支持高达1 Gb/s 速率的数据通信业务。

（4）LMDS 能提供模拟和数字视频业务，如远程医疗、高速会议电视、远程教育、商业及用户电视等。

此外，LMDS 有完善的网管系统支持，发展较成熟的LMDS 设备都具有自动功率控制、本地和远端软件下载、自动故障汇报、远程管理及自动性能测试等功能。这些功能可方便用户对网络的本地和远程进行监控，并可降低系统维护费用。

与传统的光纤接入、以太网接入和无线点对点接入方式相比，LMDS 有许多优势。比如LMDS 的用户能根据自身的市场需求和建网条件等对系统设计进行选择，并且LMDS 有多种调制方式和频段设备可选，上行链路可选择TDMA 或FDMA 方式，因此，LMDS 的网络配置非常灵活。(www.xing528.com)

另外，这种无线宽带接入方式配备多种中心站接口（如NEl，E3，155 Mb/s 等）和外围站接口（如El、帧中继、ISDN、ATM、10 MHz 以太网等）。LMDS 的高速率和高可靠性，以及它便于安装的小体积、低功耗外围站设备，使得这种技术极适合于市区使用。在具体应用方面，LMDS 除可以代替光纤迅速建立起宽带连接外，利用该技术还可建立无线局域网以及IP 宽带无线本地环。

2.蓝牙技术

蓝牙技术是由爱立信公司在1994年提出的一种最新的无线技术规范。其最初的目的是希望采用短距离无线技术将各种数字设备（如移动电话、计算机及PDA 等）连接起来，以消除繁杂的电缆连线。

随着研究的进一步发展，蓝牙技术可能的应用领域得到扩展。如蓝牙技术应用于汽车工业、无线网络接入、信息家电及其他所有不便于进行有线连接的地方。最典型的应用是在无线个人域网（Wireless Personal Area Network，WPAN），它可用于建立一个便于移动、方便连接、传输可靠的数字设备群，其目的是使特定的移动电话、便携式计算机以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离内实现无缝的资源共享。蓝牙协议能使包括蜂窝电话、平板式计算机、笔记本式计算机、相关外设和家庭Hub 等包括家庭RF 的众多设备之间进行信息交换。

蓝牙技术定位在现代通信网络的“最后10 m”，是涉及网络末端的无线互联技术，是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范。

它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定设备与移动设备通信环境建立一个特别连接。从总体上看，蓝牙技术有如下一些特点：

（1）蓝牙工作频段为全球通用的 2.4 GHz 工业、科学和医学（Industry Science and Medicine，ISM）频段，由于ISM 频段是对所有无线电系统都开放的频带，因此，使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。为此，蓝牙技术特别设计了快速确认和调频方案以确保链路稳定，并结合了极高跳频速率（1 600 跳/s）和调频技术，这使它比工作在相同频段而跳频速率均为50 跳/s 的802.11 FHSS 和HomeRF 无线电更具抗干扰性。

（2）蓝牙的数据传输速率为1 Mb/s。采用时分双工方案来实现全双工传输，支持物理信道中的最大带宽，其调制方式为BT=0.5 的GFSK。

（3）蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。信道上信息以数据包的形式发送，即在保留的时隙中可传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。蓝牙支持多个异步数据信道或多达三个并发的同步语音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步语音。每个语音信道支持64 kb/s 同步语音链路。异步信道可支持一端最大速率为721 kb/s 而另一端速率为57.6 kb/s 的不对称连接，也可以支持432.6 kb/s 的对称连接。

一个蓝牙网络由一台主设备和多个辅设备组成，它们之间保持时间和跳频模式同步，每个独立的同步蓝牙网络可称为一个微微网。由于蓝牙网络面向小功率、便携式的应用场合，在一般情况下，一个典型的微微网的有效范围大约在10 m 之内。微微网结构如图8.25所示。当有多个辅设备时，通信拓扑即为点到多点的网络结构。在这种情况下，微微网中的所有设备共享信道及带宽。一个微微网中包含一个主设备单元和可多达七个激活的辅设备单元。多个微微网交叠覆盖形成一个分散网。事实上，一个微微网中的设备可以作为主设备或辅设备加入另一个微微网中，并通过时分复用技术来完成。

图8.25　微微网的网络结构

从理论上讲，蓝牙技术可以被植入所有的数字设备中，用于短距离无线数据传输。目前可以预计的应用场所主要是计算机、移动电话、工业控制及无线个人域网（WPAN）的连接。蓝牙接口可以直接集成到计算机主板或者通过PC 卡或USB 接口连接，实现计算机之间及计算机与外设之间的无线连接。这种无线连接对于便携式计算机可能更有意义。通过在便携式计算机中植入蓝牙技术，便携式计算机就可以通过蓝牙移动电话或蓝牙接入点连接远端网络，方便地进行数据交换。从目前来看，移动电话是蓝牙技术的最大应用领域。在移动电话中植入蓝牙技术，可以实现无线耳机、车载电话等功能，还能实现与便携式计算机和其他手持设备的无电缆连接，组成一个方便灵活的无线个人域网（WPAN ）。无线个人域网（WPAN）将会是全球个人通信世界中的重要环节之一，所以蓝牙技术的战略含义不言而喻。蓝牙技术普及后，蓝牙移动电话还能作为一个工具，实现所有的商用卡交易。

至今已有250 种以上各种已认证通过的蓝牙产品，而且目前蓝牙设备一般由2～3 个芯片（9 mm）组成，价格较低。可以说借助蓝牙技术才可能实现“手机电话遥控一切”，而其他应用模式还可以进一步开发。

虽然蓝牙在多向性传输方面具有较大的优势，但也需防止信息的误传和被截取。如果用户带一台蓝牙的设备来到一个装备IEEE 802.11 无线网卡的局域网的环境，将会引起相互干扰；蓝牙具有全方位的特性，若是设备众多，识别方法和速度会出现问题；蓝牙具有一对多点的数据交换能力，故它需要安全系统来防止未经授权的访问；蓝牙的通信速度为750 kb/s，而现在带4 Mb/s 的IR 端口的产品比比皆是，16 Mb/s 的扩展也已经被批准。尽管如此，蓝牙应用产品的市场前景仍被看好，蓝牙为语音、文字及影像的无线传输大开方便之门。蓝牙技术可视为一种最接近用户的短距离、微功率、微微小区型无线接入手段，将在构筑全球个人通信网络及无线连接方面发挥其独特的作用。