无线通信技术

　　无线通信技术是当前最热门的技术之一。无线通信技术出现在几乎所有电子设计的每个领域。近年来全球通信技术的发展日新月异，尤其是近两三年来，无线通信技术的发展速度与应用领域已经超过了固定通信技术，呈现出如火如荼的发展态势。 其中最具代表性的有蜂窝移动通信、宽带无线接入，也包括集群通信、卫星通信，以及手机视频业务与技术。

　　无线通信技术 给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有15万人成为新的无线通信用户，全球范围内的无线通信用户数量目前已经超过2亿。这些人包括大学教授、仓库管理员、护士、商店负责人、办公室经理和卡车司机。他们使用无线技术的方式和他们自身的工作一样都在不断地更新。

　　从七十年代，人们就开始了无线网的研究。在整个八十年代，伴随着以太局域网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补“有线”所短，也赢得了特定市场的认可，但也正是因为当时的无线网是作为有线以太网的一种补充，遵循了IEEE802.3标准，使直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其它微波噪声干扰，性能不稳定，传输速率低且不易升级等弱点，不同厂商的产品相互也不兼容，这一切都限制了无线网的进一步应用。

　　这样，制定一个有利于无线网自身发展的标准就提上了议事日程。到1997年6月，IEEE终于通过了802.11标准。

　　802.11标准是IEEE制定的无线局域网 标准，主要是对网络的物理层（PH）和媒质访问控制层（MAC）进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层（LLC）是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。这样就使得无线网的两种主要用途：“（同网段内）多点接入”和“多网段互连”，易于质优价廉地实现。对应用来说，更重要的是，某种程度上的“兼容”就意味着竞争开始出现；而在IT这个行业，“兼容”就意味着“十倍速度”降临了。

　　在MAC层以下，802.11规定了三种发送及接收技术：扩频（SpreadSpectrum）技术；红外（Infared）技术；窄带（NarrowBand）技术。而扩频又分为直接序列（DirectSequence，DS）扩频技术（简称直扩），和跳频（FrequencyHopping，FH）扩频技术。直序扩频技术，通常又会结合码分多址CDMA技术。根据预测，今后几年，无线网在全世界将有较大的发展。

　　目前，下一代无线通信系统关键技术的研究也成为了国内外通信界关注的热点。下一代无线通信的主流是随时随地的无线通信系统和无缝的高质量无线业务，其关键技术主要包括软件无线电、智能天线与MIMO技术、OFDM技术以及IPv6技术。到目前为止，第三代移动通信系统已进入商用阶段，但是第三代移动通信系统的技术规格仍将无法满足个人通信越来越高的要求。IMT-2000可以支持高质量的无线话音业务，以及最高达2Mb/s的数据通信，满足当前要求。但是随着移动用户数的剧增和互联网的迅速普及，人们希望能随时随地接入不同的无线网络，获得各种各样的服务，而不受时间地点的限制，且要求的数据传输速率更高。与此同时，随着社会的发展，人们对各种业务如移动Web浏览、视频会议、移动商务、文件传输、Email、远程教育、远程医疗、公司和数据库访问等的移动Internet接入提出了更多的需求，未来高速多媒体数据传输将取代语音业务成为新一代无线通信系统的主流业务。下一代无线通信技术主要考虑的因素：

　　（1）无缝融合。未来无线通信要形成一个以IP为中心的网络体系结构，让不同标准的通信网络成为一个融合体，形成全IP网络。它要求在不同层面上有多种需求，能够去除网络和业务提供者之间的接入障碍，所有的这些需要一种将多网的功能进行融合的技术。

　　（2）高性能的物理层。未来无线通信对数据速率的要求是很高的，要求能提供50-100Mb/s甚至高达1Gb/s的数据率，这需要以高性能的物理层作为支持。高数据率使信道成为真正的宽带，这就需要更复杂的多径技术来处理大量随机路径。当带宽和数据率增大时，正交频分复用（OFDM）类技术愈发具有吸引力。也可以采用更有效的调制和编码方案，使得信道容量更接近香农极限。

　　（3）灵活和自适应的接入。新的更为有效的物理层技术将需要更多的适配性。基本原则就是使可行的调制、编码方案和链路质量相匹配。为了在可变信道条件下获得更高数据率，需要在每一层对每种资源进行可能的快速适配。

　　（4）业务和应用适配。无线通信中，对用户和业务需求的适配也是需要的。适配性在频谱利用（智能频谱）、物理层、MAC （媒体接人控制）和链路层、网络层和传输层、应用和业务各层都有用武之地。

　　1 软件无线电技术

　　软件无线电（Software Defined Radio）是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支持的通信技术，它为满足未来个人通信需要提供了一条新的思路，是通向未来无线通信的桥梁。软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置不同的应用软件来实现各种无线电功能。其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、编码方式、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。随着3G技术不断地成熟并最终进入市场进行运营，国际电信联盟（ITU）已经开始研究制订第四代移动通信标准，并已达成共识：把移动通信系统同其他系统（例如无限局域网、WLAN 等）结合起来，产生4G技术，在2010年使数据传输数率达到100Mb/s，以提供更有效的多种业务，最终实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信的无缝衔接并相互兼容。由于各种技术的交迭有利于减少开发的风险，所以未来的4G技术需要适应不同种类的产品的要求。而软件无线电技术则是未来无线通信适应产品多样性的基础。它不仅能减少开发风险，还更易于开发系列型产品。此外，它还减少了硅芯片的容量，从而削减了运算器件的价格，其开放的结构也会允许多方运营的介入。同时，由于DSP的使用，也弥补了廉价RF（Radio Frequency）所造成的不足。在实际应用中， RF部分是昂贵而缺乏灵活性的，通过使用SDR技术可弥补其在灵活性上的不足。在4G众多关键技术之中，软件无线电技术是通向未来4G的桥梁，由于多种移动通信标准的加入，使得现存的移动通信标准族变得十分繁杂。从近期发展上看。软件无线电技术可以解决不同标准的兼容性，为实现全球漫游提供方便； 从长远发展上看，软件无线电发展的目标是实现具有可以根据无线电环境变化而自适应地配置收/发信机的数据速率、调制、解调方式、信道编码、译码方式，甚至调整信道频率、带宽以及无线接入方式的智能化无线通信系统，从而更加充分地利用频谱资源，在满足用户QoS（Quality of Service）要求的基础上使系统容量最大。相信随着SDR 技术的不断成熟与发展，其在未来无线通信中的作用会越来越突出，这必将加快未来无线通信系统的完善。

　　2 OFDM技术

　　用软件无线电技术解决了未来无线通信多标准无缝兼容和产品多样化适应的问题，而高性能高传输速率的物理层技术需要依靠OFDM技术来解决。OFDM技术已广泛应用于DAB、DVB - T/H、IEEE 802. 11a、IEEE 802. 16d、ISDB-T、DMB-T等无线通信系统中。OFDM思想起源于FDM。在FDM中，所有低速率用户信号被独立的载波调制并进行并行传输。因此用户之间在频域是独立的。为了防止各用户载波的相互干扰和更容易地解调出每个用户信号，子载波之间保留了足够的保护间隔，频谱利用率是很低的。OFDM核心思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰（ICI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相干带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦衰落信道，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡也变得相对容易。OFDM相对于非正交的多载波的不同是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间互相正交，就可以从混叠的子载波上分离出数据信息。由于OFDM允许子载波频谱混叠，其频谱效率大大提高，因此是一种高效的调制方式，是未来无线通信技术的候选方案。

　　（1）蜂窝移动通信:已经制订了由100多个标准组成的3G系列标准;包括了TD-SCDMA、WCDMA、cdma2000系列标准;同时积极参与3GPPs面向未来的标准制订。

　　（2）宽带无线接入:SCDMA系列标准、WLAN系列标准（包括与蜂窝移动通信的互通、互操作标准）、WiMAX的行业标准正在制订中。

　　（3）数字集群:我国已经制订了基于GSM（GT800）和CDMA（GoTa）技术的数字集群标准。

　　（4）短距离通信:UWB、RFID等技术标准正在研究中。

　　当前流行的无线通信技术有Bluetooth、CDMA2000、GSM、Infrared(IR)、ISM、RFID、UMTS/3GPPw/HSDPA、UWB、WiMAX Wi-Fi和ZigBee。各种无线通信技术的适用频段、调制方式、最大作用距离、数据率和应用领域。这些无线通信技术的作用距离与数据率的关系,数据率越高,作用距离就越短。可用网络技术扩展作用距离而仍然保持数据率。

　　现在大多数蜂窝电话开发都采用2.5G技术,如CDMA2000、GSM/GPRS/EDGE和它们的变异。UMTS/3GPP 3G蜂窝电话和系统正在不断地涌现出来,但仍然是总市场份额的一部分。3G将要增长并在将来逐步大转换。VoIP over Wi-Fi和WiMAX会调整这种增长趋势。另外,多模手机将覆盖标准蜂窝电话和VoIP。

　　802.11(或Wi-Fi)可能没有什么新鲜的,但无论如何它正在蓬勃发展。标准继续工作在改善安全性和服务质量,网络选项也在计划中。高速802.11n将采用多输入/多输出技术,在可观的距离提高速率到100Mbits。