无线互联网的发展与面临的挑战

1、无线互联网的发展与面临的挑战摘要：无线互联网是针对日益增长的数据通信量和移动用户 数，即将发展起来的新型网络和通信体制。文章就无线互联 网产生的背景和地位、发展历程、新型技术和面临的挑战等 方面作由分析。关键词：无线接入；移动通信；无线因特网；高速传输技术ABSTRACT:ThewirelessInternetisanewlydevelopednewtypeofnetworkanda communicationsystem.Itisdevelopedtomeettheever-increasingdatatrafficand mobilesubscribers.Thepaperanalyzes

2、thebackgroundoftheemergenceofwirelessInternet,anditsstatusanddevelopm entcourses,aswellasthenewtechnologiesitadoptsandchallengesitfaces.KEYWORDS:Wirelessaccess;Mobilecommunication;WirelessInternet;High-speedtr ansmissiontechnology1前言日益增长的数据通信需求促使数据通信将逐渐成为通 信的主体，其中特别突生的是短消息服务，全球 2000年6 月一个月的短消息达 80亿条

3、，1999年传送的数据量比之前 所有传送量的总和还多。日本推由i-mode服务后，2000年底就达1700万用户。中国市场在移动用户高速增长的同时， 也在急剧增长。按爱立信公司的预计，2000年一个用户日平 均通信量为20分钟，到2005年增加到600分钟。未来通信 业务将包含社交与私人通信，如语音和图像新闻、可视电话、救援通信；授权与交易通信，如 WWW信息电子商务、电子 银行、遥控等；娱乐和休闲通信，如游戏、体育、音乐等， 这些都需要传送大量的数据。进入21世纪以来，无线移动通信、互联网和个人终端 的发展特别引人注目，成为风靡全球的高新技术和新兴产业。 无线移动通信可以分成移动通信和无线接

4、入两大方向。随着 数字移动通信的兴起，无线接入的无线调制解调器也开始进 入市场。随着第2代移动通信系统面向第 3代系统的发展， 无线接入也由无线调制解调器、无线本地环、无线局域网转向宽带无线接入发展。图 1给由了它们的发展历程和将来的演进。正走向商用的第3代移动通信，尽管能提供高达2Mbit/s 的传输速率，但面对将来爆炸性增长的数据通信需求还是不 够，因此要寻求更高速率的传输系统，发展后 3G、4G,为 此要开发更高频段信号的应用。图2给由了使用不同频段与第3代系统使用2GHz达2Mbit/s速率的比较。从图1和图2 看由，随着使用频段的提高，小区覆盖范围和可移动性的能 力在下降，这就促使移

5、动通信与无线接入的融合和统一，形 成了新的亮点一一无线因特网。2无线网络的发展趋势如前所述，现今的无线移动通信网络，是以移动通信网 和无线接入网两个方向并行发展。移动通信网由第2代的GSM、cdmaOne及美国的TDMA、日本的PDC为代表，传送 9.614.4kbit/s的数据速率，提供语音和短消息服务。正开始 在市场运用的 GPRS cdma20001x,被称为第2.5代系统，提 供高达64kbit/s的数据通信服务。预计 20032004年，全球 将可能全面开始第 3代移动通信的运营，以 WCDMA、 cdma20001xEV-DO和中国提由的 TD- SCDMA为代表，提供 384kb

6、it/s2Mbit/s数据速率的服务。其中美国的TDMA系统 与GPRS技术相结合，推由的EDGE也能达到这样的通信能力 和要求。随后将是 3.5G和4G。无线接入网从最早的无线调制解调器提供9.6kbit/s的无线接入能力，到无线本地环，扩大了无线调制解调器的覆盖 范围和通信能力。而后无线局域网的由现，使计算机网变成 可无线接入的网络，使用 IEEE802.11协议，使无线信道的峰 值速率达到2Mbit/s。在此基础上又提由了有更高峰值速率 的IEEE802.11b标准，信道峰值速率可达11Mbit/s。现在又进一步提由了可达 20Mbit/s、22Mbit/s峰值速率的建议。IEEE802

7、.11系歹U的另一标准建议是 IEEE802.11a工作在5GHz 频段，采用OFDM方式可在20MHz带宽内传送高达 54Mbit/s 的峰值速率。与此相关的Hipernet2(H2)建议在支持QoS和移 动性方面更为由色。另外，蓝牙接入技术采用近距离、低功 耗、简捷协议和低成本，也令人注目。无线接入网与移动通信网相比，各有优势和特色，也有 在将来应用环境下的不足。随着因特网的应用和普及，特别 是其使用方便、信息量大，工作、娱乐都可用，以及低成本 等特点，使得因特网在发挥越来越大的功效和能力，特别被 看好。因此，基于 TCP/IP协议的通信网作为核心网，为今后 接入网和移动网合二为一，提供了

8、极好的前景。欧洲各国和 几家大企业在论述后 3G的网络拓扑时，提生了一种融合接 入和移动，称为“始终最好接入”的ABC(AlwaysBestConnected)网络概念，如图3所示。将来的无线网络应是个人网 (PersonalAreaNetwork)、室内网(IndoorNetwork)和移动网 (MobileNetwork)的结合。个人网可能选用蓝牙技术，也可选 用其他接入技术，以手机为中心，把个人周边的机器设备连 成一体。当需要高速传输数据时，特别是个人终端在高速通 信时，使用IEEE802.11或Hipernet2建议，进入室内网，与 因特网或其他数据网相联；当要高速移动和频繁切换时，使

9、 用3G或3.5G标准的移动网，这样可实现最好接入。无论是 个人网还是室内网，都是基于TCP/IP协议的因特网。而将来的移动网，无论是 3G还是3.5G、4G,其核心网也将是因特 网。因此，从广义上说，将来的无线移动通信网络就是无线 因特网。3无线因特网技术无线因特网是无线接入的因特网。它的优势和特色体现 在：能传送不同业务要求的高速数据，能方便就近接入因特 网，能支持用户漫游和移动等功能就特别重要。能实现峰值速率达 54Mbit/s的IEEE802.11a协议，在5GHz频段采用OFDM调制技术，在20MHz带宽传送52个正 交载波。每个载波为 300kHz带宽，采用BPSK QPSK 16

10、-QAM 或64-QAM调制，以及1/2或3/4纠错码，能够提供125kbit/s-1.5Mbit/s的传输速率。最近，美国提由可按通信 对象和业务需求的 OFDM动态分组正交传输方法，例如，对 语音（也即VoIP欣使用一个载波，PDA数据使用2个载波， 如表1所示。这样，发射信号功率可以大为降低，接收方也 能简化，不同的个人终端可以采用不同的接收方法。但是， 这项技术面临着明显的制约和挑战：首先是载波的正交性控 制，实现每个载波的 300kHz带宽的分离，也就是实现正交 载波同步；相伴随的是定时控制，使接收端能获得进行FFT处理的正确时刻。这两个问题对OFDM接收特别敏感，通常采用专门的训练

11、序列来实现。IEEE802.11a给由800ns的训练 序列，在室内环境（小于30m）能达到要求。如果有更大的覆 盖范围，就要调整发射点的定时。另外，功率控制也极为重 要，输由信号峰值功率与 OFDM使用的载波数成正比。大的 峰值功率会由现明显的非线性，通常采用幅度限制和编码方 法来改善，但幅度限制会增加噪声，编码处理会增加冗余。移动通信的高速传输技术， 主要是面向后3G的WCDMA 的下行高速传输技术和 cdma20001xEV-DO技术。WCDMA采 用自适应（可变）调制方法，从 QPS馆U 64-QAM,使下行峰值 速率提高到810Mbit/s,频带利用率比3GWCDMA提高34倍, 被

12、认为是3.5G系统的传输技术。cdma20001xEV-DC建议，也 是采用QAM调制，可在1.25MHz带宽的下行信道传送2.5Mbit/s的数据。这些建议能实现高速传输，但都是在近距 离小范围有效，适合于高速无线接入应用。因特网接入技术对有线网络是比较成熟的，但对于无线 网络，还需要努力研究。 WAP协议是一种无线接入协议，由 客户接入、WAP网关、WAP服务器等软件模块组成， 实现移 动用户接入因特网。不过，这种协议是以低速率移动系统为 背景，依赖于现有移动系统，如无线LAN、GPRS GPRS是在GSM系统基础上发展起来的，采用信包交换的通用无线服务 系统，为接入因特网，在 GSM上增

13、加了 GPRS节点服务器 （SGSN和GPRS节点网关（GGSN1利用多时隙传输，最高可达 172kbit/s速率。但是，系统结构、基本交换方式并没有根本 性变革，而是越来越复杂。无线因特网要体现因特网结构简 捷、使用方便、成本低廉的优势，有必要寻求更好的无线接 入技术，以和现行不同网络彼此接入。中国科技大学个人通信与扩频实验室为发展新型无线 因特网接入技术，提生了一种 WCDMA系统的NodeB （节点 B）直接接入IP网的方法和接入协议信令结构，见图4。这一方法把TCP/IP协议直接用到 NodeB,使移动通信网 大大简化。最近，日本在研究后3G技术中，在我们上述方法的基础上，提由了分布式

14、基站系统方式，几个基站作为一 个基站群，建在 TCP/IP协议的本地网（本地因特网）上，构成一个基站系统。该系统的任一基站或指定基站都可作为网关， 直接联到核心网(也就是因特网)上。有关移动通信的第 1、2 层信令大多在本地因特网上，与核心网交互的基本上是第3层信令。这样，可极大减少进入核心网的信令流量，从而简 化协议。另外，NodeB的分布和多少不太受现有移动网结构 限制，大小区覆盖，哪儿都可以接入，使得建网方便灵活。芬兰诺基亚公司提由了一种移动运营商经营无线接入网络 的网络接入方法。无线接入网结构由终端、无线接入点、接 入控制器和鉴权服务器构成，相当于GPRS的手机、基站、GGSN和CGS

15、N其中，接入控制器与鉴权服务器都与因特网 相连，作为运营商的IP核心网，而鉴权服务器又是连在运营 商的移动核心网上的。为实现因特网上的接入控制器与移动 网上的鉴权服务器相连，又提由了遥控用户鉴权服务 (RADIUS) 接口协议。这种方法使现有移动运营商同时经营无线接入网 成为可能，移动网保持固有结构，无线接入网改为本地无线 因特网进入移动通信网。现在的无线接入网都是本地接入网，用户不具有漫游和 越区切换等能力。而将来的无线因特网，既是接入网又是移 动网，必须具有用户漫游和越区切换功能。利用因特网支持 用户位置管理和移动管理的是移动IP技术，利用移动节点、本地代理、外地代理构成的移动IP协议，可

16、以实现一个IP地址在因特网上的漫游。而移动用户的越区切换较难实现。美国最近提由了基于 CDMA系统IP基站和全IP无线网络的 软切换方法，试图在使用分组交换的条件下，实现一个用户 的IP业务以多个路径分发给多个基站，使不同基站同时发往移动用户的数据是相同的，至少可合并成一个信息。这种能 力对电路交换不太困难，但对分组交换的确是挑战。为此， 他们提由了一个新定义：影子地址(Shadowaddress)。为使因特网的用户能通过基站呼叫移动终端，在IP网上分配一个或几个影子地址给基站，作为该基站覆盖范围内进行越区切换 的移动终端的临时地址。 基站采取分配方式(静态分配或动态 分配),一个影子地址可供

17、多个终端使用。这样每个基站会有一个影子地址列表，网上用户要呼叫移动终端，首先要从列 表中找到它的影子地址发生请求，得到基站响应后就可发送 信息。如果该影子地址被邻近几个基站响应，那就向几个基 站发送信息，能可靠实现软切换。4结束语移动通信用户数和数据业务量的高速增长是对无线移 动通信的极大挑战。一味采取现有移动通信网蜂窝区域变小 的方法来增加容量，会使网络成本大幅上升。因此，采用简 单、方便、低廉的因特网作为核心网， 是接入网的必由之路， 无线因特网将大有前途。从通信系统和通信网络的发展看，有前景、有技术并不 能保证很快普及应用，业务类型和服务对象也是重要因素。 无线局域网发展多年而没有形成极

18、大市场，没有轻小终端和 移动能力是其重要原因。因此，无线因特网的发展，要从技 术发展和业务应用两方面着手，使终端便携，可移动，提供 有价值的业务，上网快，使用简便，高速、高质量，界面活 泼，价格低，才会带来无线移动因特网的新飞跃，开创无线 因特网的新时代。口参考文献1JamalipourA,TekinayS.FourthGenerationWirelessNetworksandI nterconnectingStandards.IEEEPersonalCommunications,2001,8(5):8 92OtsuT,OkajimaI,UmedaN,etal.NetworkArchitectureforMobileC ommunicationsSystemsBeyondIMT-2000.IEEEPersonalCommunications,200 1,8(5):31383HeegardC,CoffeyJT,GummadiS,etal.High-PerformanceWirelessEthernet