移动互联网的无线接入方式

对于移动Internet，移动智能设备以无线方式连接互联网的方式，根据网络覆盖范围的不同主要有四种：WPAN接入、WLAN接入、WMAN接入和WWAN接入。虽然不同的接入方式，在功能上存在重叠，但同时相互补充、相互促进，具有不同的应用需求定位。

1.WPAN

无线个人局域网（Wireless Personal Area Networks，WPAN）技术主要用于小范围个人移动设备之间的互联，并可接入局域网以及互联网的场合。WPAN技术通常被用于相距10 m以内的电话、计算机和附属设备之间的通信。WPAN以IEEE802.15标准为基础，常用的WPAN技术有：蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、超频波段（UWB）、HomeRF等，其中蓝牙技术是目前最流行的WPAN技术，通信距离为10 m，带宽为3 Mbit/s。

2.WLAN

无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）的通信覆盖范围在100 m以内，主要用于在商务区、大学、机场及其他公共区域等网络环境下，使移动智能设备能够接入互联网。WLAN以IEEE802.11标准为基础，被广泛应用的WiFi（无线相容性认证）指的就是WLAN。WLAN允许移动设备在静止和低速移动时连接网络，其中80211g标准WLAN，其通信覆盖范围约100 m，带宽可达54 Mbit/s。

借助于成熟WiFi技术，WLAN接入已经成为移动Internet最主要的无线接入方式之一。有关WALN技术的全面介绍，请参阅本书55节。

3.WMAN

无线城域网（Wireless Metropolitan Area Networks，WMAN）是一种新兴的适合于城域内无线接入的技术。WMAN以IEEE80216标准为基础，为确保不同供应商产品与解决方案的兼容性，部分具有IEEE80216领先技术的供应商于2003年4月发起并成立了旨在推进无线宽带接入的WiMax论坛。WiMax（World Interoperability for Microwave Access）即全球微波互联接入，如同WiFi联盟的强大促进了WLAN的快速发展一样，统一全球IEEE 80216技术标准与发展战略，进行相关产品的兼容性认证等。目前WiMax论坛已经拥有约100个成员，运营商占25%。因而WiMax成为了WMAN的代名词！正在成为继WiFi之后最受业界关注的宽带无线接入技术。

WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术。由于WiMAX的数据通信覆盖范围接近于3G通信技术，对3G和4G的发展构成了威胁，使WiMAX在一段时间备受业界关注。WiMAX的目标是将逐步实现宽带业务的移动化，而3G则将实现移动业务的宽带化，两种网络的融合令人期待。WiMAX不仅在北美、欧洲迅猛发展，而且已经开始遍及到亚洲，成为又一种为企业和家庭用户提供“最后一公里”的宽带无线连接方案。

4.WWAN

无线广域网（Wireless WideArea Networks，WWAN）接入是指利用现有移动通信网络（如2G和3G）实现移动Internet接入的方案。由于现有移动通信网络具有网络覆盖范围广，基站覆盖范围可达7 km，室内应用带宽可达2Mbit/s，并支持高速移动性（在设备高速移动时仅支持384 Kbit/s的数据传输速率），且具有用户接入方便等优点，使得WWAN接入自然成为了移动Internet无线接入的首选方案。

移动Internet的WWAN接入方式，决定于移动通信网络的技术优势。目前，广泛被用于移动Internet的移动通信网络技术标准比较混乱，有2G的、也有3G的、还有正在推广的4G移动通信技术。随着移动通信技术的突破和不断发展，其数据通信能力大幅度地提高，使得移动Internet的应用也在快速升级和创新。

下面简要介绍用于移动Internet的主要移动通信技术要点，重点是它们在移动数据通信方面的技术特点。

（1）WAP

无线应用协议（Wireless Application Protocol，WAP）是随着Internet和无线移动通信的发展而迅速发展起来的一种无线网络协议。使用WAP协议，数字移动电话用户可以在无线网络享受与普通Internet所提供的服务一样的大多数服务内容，如用来支持特定商业程序、信息发送或接收、消息通知与呼叫管理、基于电话的增值业务、群体计划、气象与交通信息、地图与位置服务、新闻与体育报道、收发Email、获取金融信息、接入数据库、在线购物、在线地址簿与目录服务等。这样无论用户身在何处，都可以得到股票价格、天气预报等信息，并可以进行网上冲浪。移动Internet访问已经成为一种巨大的信息增值服务。

WAP实际上是为了利用现有的各种承载网络，将各种移动通信设备接入Internet而定义的一组协议标准，它是移动通信和Internet之间的桥梁。WAP定义了一套软硬件接口协议，遵守此协议的移动设备和网站服务器均可使用移动电话收发Email和浏览Internet。

WAP主要是基于WWW和IP技术开发的。手持设备要浏览Internet网上信息，要求通信双方即客户机和服务器（源服务器或网关代理）遵循WAP栈。为移动设备提供信息和服务的网站称之为WAP网站。

1999年11月美通公司宣布开通了中国第一个互联网WAP门户网站——掌门网（wwwbyaircom），专门支持WAP手机、平板电脑等移动终端的无线Internet接入，并提供丰富的信息资源和个人电子商务服务，使得移动终端用户实现了上网浏览、信息点播、信息查询、上网炒股、漫游炒股、网上订货等服务。WAP技术无疑给人们展示了一个全新的空间。WAP已成为通过移动电话或其他无线移动终端使用无线信息服务的核心技术与工业标准。

（2）GPRS

通用分组无线业务（GeneraI Packet Radio Service，GPRS）是25G通信产品中具有代表性的一种移动通信无线网络技术。对具有高度移动性的用户来说，希望GSM网络既能提供良好的语音，又能提供高速数据传输，但现有GSM网络其数据传输速率仅有86Kbit/s。GPRS的出现，使数据传输速率可达到160Kbit/s，最高可达384～400Kbit/s。GPRS就是为解决GSM网络通信速度慢的问题而提出来。

GPRS能支持突发流量，有效地利用了有线和无线网络资源，以较低的费用提供灵活的语音及数据通信业务并能快速访问，同时还提供了Internet连接，以灵活的方式与GSM语音共存。其关键特征是支持IP协议和X25协议。

GSM曾在我国得到广泛的应用，利用GSM基础设施，在当时提供了最佳的Internet接入。GPRS最重要的革新之处在于，它在移动通信网络上的数据传输是基于分组的，从而将数据传输速率从8.6 Kbit/s提高到100Kbit/s以上，并将Internet连接一直延伸到移动PC和移动智能设备（如手机），用户无须再拨号到ISP。图9-17是WAP在GSM GPRS承载网上的应用协议模型。

图9-17 WAP在GSM GPRS承载网上的应用协议模型

由于GPRS技术进一步提高了信道利用率，提供了更大的带宽，从而降低了移动数据通信的费用，对移动数据应用产生了深远的影响。GPRS正在应用于第三代蜂窝网络（3G）使其具有更强的数据通信能力。

（3）3G移动数据通信

相对第一代模拟制式手机的移动通信网络（1G）和第二代GSM与TDMA等数字手机的移动通信网络（2G），3G（3rd Generation）指第三代移动通信技术。简单地说，3G是把无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为此，3G必须能够支持不同的数据传输速度，分别在室内、室外和行车的环境中支持至少2Mbit/s、384Kbit/s以及144Kbit/s的数据通信传输速度。

国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定欧洲WCDMA、美国CDMA2000和中国TD-SCDMA为三大主流无线接口标准。在2007年，WiMAX也被接受为3G标准之一。

在我国3G的三种主流标准的移动通信网络都已经推向市场，并正在蓬勃发展。中国三大电信运营商采用了不同的3G通信标准，中国移动获得的是TD-SCDMA牌照，中国电信为CDMA2000，中国联通是WCDMA。以下简要介绍WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的性能和技术特点。

1）WCDMA：宽频码分多重存取（Wideband CDMA，WCDMA）是欧洲首先提出的3G技术，目前在欧洲、日韩和中国等国家广泛应用。WCDMA是由GSM网络技术发展而来，采用信道编码、空时码、智能天线和多用户检测等技术，具有扩频增益高、全球漫游能力强的特点。这套系统能够架设在已有的GSM网络上，使得WCDMA具有先天的市场优势。WCDMA是目前世界上采用的国家及地区最广泛的，支持的终端种类最丰富的一种3G标准，占据全球80%以上市场份额。WCDMA具有三大技术特点。(www.xing528.com)

●码片速率高。WCDMA采用直接序列扩频方式，其码片速率为384Mchip/s，比CDMA2000和TD-SCDMA都高。码片速率高能有效地利用频率选择性分集以及空间的接收和发射分集，可以有效地解决多径问题和衰落问题。另外，载波带宽方面，WCDMA具有5MHz的载波带宽，意味着可支持更多的用户数。

●软切换。WCDMA与CDMA2000都采用了越区“软切换”技术，即当手机发生移动或是目前与手机通信的基站话务繁忙，使手机需要与一个新的基站通信时，并不先中断与原基站的联系，而是先与新的基站连接后，再中断与原基站的联系，这是经典的CDMA技术。

●全球漫游能力强。由于WCDMA在全球占有的市场份额最高，覆盖了100多个国家和地区，规模应用最大，这就使得WCDMA用户在全球大部分国家和地区可以实现无缝漫游。中国联通采用的3G技术就是WCDMA。

2）CDMA2000：码分多重存取（Code Division Multiple Access 2000，CDMA2000）也称为CDMA Multi-Carrier，即多载波码分多址。CDMA2000是从CDMA IS95技术发展而来，采用了多种射频信道带宽、前向快速功率控制等技术。该技术由美国高通公司主导提出，目前只在我国、韩、日三个国家和北美地区应用，韩国现在成为了该标准的主导者。中国电信的3G网络采用的就是CDMA2000标准。CDMA2000在技术上有以下特点。

●兼容性较好。CDMA2000直接从2G时代的CDMA IS95发展而来，技术延续性好。

●建设成本低。CDMA2000保留了原有的一部分CDMA IS95设备，升级时仅仅需要在现有基站设备上加入新的载波板即可。而TD-SCDMA系统和WCDMA均有GSM网络过渡而来，但他们不可能重用GSM基站。

3）TD-SCDMA：时分同步码分多重存取（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）作为中国本土的3G技术，是我国自主研发的3G通信技术标准。TD-SCDMA融合了时分数字双工（TDD）模式、智能天线技术、联合检测以及接力切换技术为一体，在频谱利用率和不对称性业务支持上具有优势。目前众多中外手机厂商都生产有支持TD-SCDMA的手机。TD-SCDMA在技术上有以下特点。

●频谱利用率高。TD-SCDMA没有采用WCDMA与CDMA2000的FDD（频分数字双工）模式，而是采用了TDD（时分数字双工）模式。TDD模式在上行和下行的数据传输中使用同一频带的双工模式，它根据时间来区分上、下行并进行切换，物理层的时隙被分为上、下行两部分，不需要成对的频率，上下行链路业务共享同一信道，可以不平均分配，特别适用于互联网应用的非对称的分组交换数据业务。此外，TD-SCDMA在物理层面通过采用智能天线和联合检测技术，有效消除干扰，从而提高频谱利用率，并且成本低廉。

●应用了智能天线技术。这是TD-SCDMA所采用的关键技术之一。智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线还可以减少小区间及小区内的干扰，从而可显著地提高移动通信系统的频谱效率。

●克服了呼吸效应。呼吸效应是指随着用户数量的增加导致覆盖半径收缩的现象。而TD-SCDMA集成了频分（FDMA）、时分（TDMA）、码分（CDMA）和空分（SDMA）四种多址接入技术，可通过低带宽FDMA和TDMA抑制系统的主要干扰，通过联合检测和智能天线技术克服单间隙中多个用户的干扰，让TD-SCDMA成为没有呼吸效应的系统。

中国移动的3G网络采用了TD-SCDMA。

对于中国3G网络三足鼎立的局面，需要明确的是，3G的三个标准WCDMA、CDMA2000以及TD-SCDMA之间不兼容。这就是现实中不同制式的3G手机不能通用的根本原因。如联通的3G手机卡，放在中国移动的手机里不能当做3G手机使用，只能作为一个2G手机使用。

在3G通信技术发展中还有一个可能给未来带来惊喜的重要的技术，即WiMAX，非常令人期待。

（4）4G移动数据通信

4G是第四代移动通信技术的简称，不仅是3G技术的延伸，还将可能成就移动Internet新的辉煌。

4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，利用了一些新的通信技术，进一步提高了无线通信的网络效率和功能而已。如果说3G提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信就是一个超高速无线网络，可架构一种不需要电缆的信息超级高速公路。

与3G相比，4G最显著的优势在于通话质量更高，数据通信速度超快。4G最关键的技术特征是数据传输速率。国际电信联盟（ITU）要求4G的最大数据传输速率应达到100～150Mbit/s。

然而，在4G标准还没有形成之前，只要数据传输速率达到20Mbit/s，国际上就认为是4G技术。像中国移动采用的TD-LTE技术，理论上数据传输速率为100Mbit/s；中国联通沃4G过渡时期采用的HSPA技术，理论上数据传输速率为42Mbit/s。故而它们都属于4G技术。虽然它们实测时，其数据传输速率只有20～40Mbit/s，仍然达到了4G最低的数据传输速率的基本要求。

不过，2012年1月18日国际电信联盟（ITU）最后批准的五个4G标准，都要求数据传输速率达到100～150Mbit/s。这五个4G标准分别如下。

1）LTE技术标准（包括TD-SCDMA和FDD-SCDMA）。

2）LTE-Advanced技术标准（包括TD-SCDMA-Advanced和FDD-SCDMA-Advanced）。

3）WiMax技术标准。

4）HSPA+技术标准。

5）WirelessMAN-Advanced技术标准。

2013年12月4日工业和信息化部向中国移动、中国电信、中国联通正式发放了第四代移动通信业务牌照（即4G牌照），均获得TD-LTE牌照，此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。

中国移动获得130MHz频谱资源，分别为1880～1900MHz、2320～2370MHz、2575～2635MHz；中国联通获得40MHz频谱资源，分别为2300～2320MHz、2555～2575MHz；中国电信获得40MHz频谱资源，分别为2370～2390MHz、2635～2655MHz。

采用4G移动通信网络技术，相对于3G不仅仅是技术的升级换代，更重要的是移动Internet应用层次的重大变革。在4G技术条件下，由于数据传输速率的超高速，使得移动Internet的一些应用有了质的变化，如能够传输高质量视频图像，图像传输质量与高清电视不相上下。由于4G的覆盖更大，因此在数据用户线路和有线电视没有覆盖的地方，把互联网扩展到所有地区，4G有着不可比拟的优越性。

我国虽然已经正式把4G技术推向了市场，就目前4G技术水平和建设情况，4G的表现还不算完美。但随着移动通信理念的不断创新和技术进步，4G移动通信网络技术一定能够快速走向成熟，成为人类不需要电缆的信息超级高速公路。