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本文作者牛志升先生，清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國家重點實驗室教授、博士生導(dǎo)師。
關(guān)鍵詞：寬帶無線接入 IP
隨著用戶對移動多媒體業(yè)務(wù)需求的增加以及高性能移動終端的發(fā)展，用戶對寬帶無線接入(峰值數(shù)據(jù)速率在2Mb/s以上)的呼聲越來越強烈。而且，伴隨著Internet的飛速發(fā)展以及IP over WDM技術(shù)的逐漸成熟，下一代寬帶通信網(wǎng)對寬帶IP技術(shù)的呼聲也越來越高漲。
寬帶無線IP接入的概念正是在這樣的環(huán)境下提出的，它既是移動用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬和多媒體業(yè)務(wù)需求不斷擴大的結(jié)果，同時又是解決下一代寬帶通信網(wǎng)的寬帶移動接入(最后一公里)的一個重要手段，即無線移動用戶可以直接以IP的形式接入到下一代寬帶互聯(lián)網(wǎng)(NGI)，實現(xiàn)移動計算的功能。
由此可見，寬帶無線IP的概念是伴隨著Internet寬帶化的趨勢應(yīng)運而生的，國外對它的研究也剛剛處于起步階段，且大都停留在概念性討論狀態(tài)之中。因此，我國在現(xiàn)階段開展寬帶無線IP接入技術(shù)的研究是非常必要的，它的成功必將會推動我國在寬帶網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用向前邁進一大步，趕上甚至超過歐、美、日等先進國家的水平。
一 寬帶無線IP接入的幾種解決方案
與窄帶無線Internet類似，寬帶無線IP接入也有以下幾種可能的實現(xiàn)方案。
(1)基于無線LAN的寬帶接入方案
基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)或者歐洲HIPERLAN方式的無線LAN接入方式，比較適用于本地網(wǎng)的無線接入，特別是在實驗室和辦公室環(huán)境下。它可以充分發(fā)揮無線LAN的靈活方便的特點。
接入網(wǎng)絡(luò)的信息速率也可以從1Mb/s到幾十甚至上百Mb/s。該項技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且已經(jīng)有產(chǎn)品問世。
(2)基于CDMA方式的寬帶無線接入方案
這是一種在無線空中接口部分采用CDMA或?qū)拵DMA方式的接入方案。它的突出優(yōu)勢是帶寬利用率高、抗多徑干擾能力強、通信質(zhì)量高等。
(3)基于無線ATM(WATM)或衛(wèi)星ATM的寬帶接入方案
用戶通過無線方式或衛(wèi)星鏈路接入ATM網(wǎng)絡(luò)，其無線空中接口部分采用基于TDMA的準(zhǔn)ATM或純ATM方式。這是一種提供端到端ATM連接的方法，其接入速率可高達(dá)150Mb/s，而且可以在無線信道上提供服務(wù)質(zhì)量保證。
比較上述3種方案可知，基于無線LAN的方案技術(shù)成熟度高，用戶可接入速率也較高。但由于它是基于共享媒體的，不可控制的信息沖突會帶來較大的信息延遲，因此該技術(shù)一般只適合于對延遲不敏感的高速數(shù)據(jù)信號的傳輸。而且，更重要的是，由于該技術(shù)沒有多址的尋址能力，它只能在室內(nèi)范圍為幾個固定無線終端提供信息交換服務(wù)，無法在室外為多個高速移動用戶提供遠(yuǎn)程無線接入服務(wù)。而基于CDMA方式的接入方案，盡管它有帶寬利用率高、抗多徑干擾能力強、通信質(zhì)量高等優(yōu)點，但由于它需要在無線信道上對用戶信息進行擴頻(寬帶CDMA的擴頻比會高達(dá)上百倍)，因此它不適合于寬帶用戶信息的接入。
當(dāng)然，選擇更高的無線波段(如毫米波段)會在一定程度上緩解這個矛盾，但射頻速率越高，其元器件的費用越高，物理上實現(xiàn)起來也就越困難。
基于以上考慮，我們認(rèn)為基于TDMA結(jié)構(gòu)的寬帶WATM接入方案應(yīng)該是一個比較好的方案，即無線信道按時隙進行分割，寬帶IP數(shù)據(jù)包按TDMA時隙的大小進行固定長度信元的切割，通過WATM方式傳遞到收信端后再將信元重新組合成IP包。當(dāng)然，這里所說的“ATM方式”只是從信元長度固定的角度來說的，并不意味著一個TDMA時隙必須對應(yīng)一個ATM信元。實際上，我們的前期研究工作已經(jīng)證明，多個ATM信元封裝成一個宏信元(Macrocell)在TDMA時隙上傳輸是一個非常有效的手段，它不僅可以減少ATM信元帶來的額外開銷，而且可以保留WATM的獨特優(yōu)勢(如與ATM骨干網(wǎng)的無縫接通性)。采用這種方案的寬帶無線IP接入系統(tǒng)，既可以達(dá)到很高的接入速率，同時又可以較容易地實現(xiàn)用戶服務(wù)質(zhì)量的保證，較好地實現(xiàn)移動多媒體業(yè)務(wù)的寬帶接入。
盡管在有線通信領(lǐng)域IP大有取代ATM而成為下一代通信網(wǎng)主流技術(shù)的趨勢，但至少在無線接入領(lǐng)域，與無線IP相比，WATM具有如下優(yōu)勢：短信元格式抗無線信道干擾能力強；固定信元格式比較適合于固定時隙的TDMA制式；可以充分借鑒ATM技術(shù)的多媒體處理能力，保證多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量；ATM的面向連接特性可以簡化業(yè)務(wù)的越區(qū)切換(Handoff)處理等。
WATM的概念是1992年提出的�，F(xiàn)在，它已被認(rèn)為是一種可以綜合各種多媒體業(yè)務(wù)的下一代無線通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，且提供有保證的服務(wù)質(zhì)量�，F(xiàn)有的電路交換的移動通信系統(tǒng)在支持變速率的業(yè)務(wù)時必須按照業(yè)務(wù)的峰值速率給它分配資源。對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也是類似的，無論有無數(shù)據(jù)需要傳輸，信道都是被占用的。而無線局域網(wǎng)是針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)環(huán)境設(shè)計的，它不支持實時的通信，不提供業(yè)務(wù)質(zhì)量的保證。以ATM為基礎(chǔ)的廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)，可以支持各種業(yè)務(wù)類型并且提供業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。但是，它是針對有線的光纖通信設(shè)計的。所以，WATM技術(shù)是移動通信技術(shù)、無線LAN技術(shù)與ATM技術(shù)等多種技術(shù)的綜合。作為一個系統(tǒng)，它是上述3個方面的相互補充。WATM系統(tǒng)相對于移動通信系統(tǒng)增加了對變速率業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持；相對于無線局域網(wǎng)，增加了實時業(yè)務(wù)和對業(yè)務(wù)質(zhì)量的保證；相對于有線ATM系統(tǒng)，WATM提供了無線接入。因此，WATM有非常廣闊的應(yīng)用前景。實際上，日本第三代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部分已經(jīng)宣布全面采用ATM技術(shù)，因此，基于WATM的寬帶IP接入更加具有現(xiàn)實意義。
鑒于WATM的重要性，研究開發(fā)ATM的聯(lián)合組織ATM論壇(ATM Forum)于1996年6月專門成立了一個WATM工作組。這個工作組致力于提出一些規(guī)范，從非常廣泛的意義上將ATM技術(shù)推廣到無線寬帶接入的各種應(yīng)用領(lǐng)域中去。
二 基于WATM的寬帶無線IP系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
從上述討論可以清楚地了解到，WATM不僅與無線IP沒有矛盾，相反兩者可以相輔相成、互相借鑒，分別在鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層發(fā)揮自己的作用。這對鏈路質(zhì)量不是很好，而且需要實現(xiàn)移動性管理等功能的無線Internet來講，是非常必要的。因為在有線網(wǎng)絡(luò)中，由于鏈路質(zhì)量比較好，而且網(wǎng)絡(luò)的功能又比較單一，因此用IP over WDM等技術(shù)來取代IP over ATM技術(shù)是完全有可能的。但在無線網(wǎng)絡(luò)中，尤其是以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主體的無線Internet中，為了克服無線鏈路的不可靠性以及實現(xiàn)無縫的越區(qū)切換，在網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間插入一個WATM層是非常有必要的。更進一步地，WATM還是實現(xiàn)寬帶無線IP的一個可行的途徑。
但是，眾所周知，ATM技術(shù)畢竟是在以光纖為傳輸媒質(zhì)的前提下提出的，因此，將ATM技術(shù)引入無線通信系統(tǒng)需要考慮一些新的問題。另外，ATM網(wǎng)面向的是較為統(tǒng)一的應(yīng)用環(huán)境，但在WATM中，可能會因傳播環(huán)境、覆蓋范圍等因素而造成多種應(yīng)用環(huán)境。在現(xiàn)行的移動通信系統(tǒng)中，不同的應(yīng)用環(huán)境可能代表了不同的移動通信網(wǎng)，例如蜂窩的GSM和微蜂窩的DECT，它們是不同移動通信網(wǎng)，它們的終端不同，協(xié)議也有很大差別。從這個意義上講，希望WATM不但能綜合業(yè)務(wù)，還能夠綜合不同應(yīng)用環(huán)境。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，應(yīng)該從不同的無線應(yīng)用的共同點出發(fā)，建立一個統(tǒng)一的協(xié)議框架結(jié)構(gòu)，使得不同的應(yīng)用環(huán)境能夠在較低的層次統(tǒng)一起來。不同的應(yīng)用環(huán)境主要差異在于物理層的差異，在考慮接入控制時，應(yīng)該盡量減少對物理層的依賴。
(全文完)
----《世界電信網(wǎng)絡(luò)》
