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摘要：無線個域網(wǎng)(WPAN)目前以自成網(wǎng)絡的內(nèi)部應用為主，其與蜂窩網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡共存和相互融合的問題還需要深入研究。多網(wǎng)融合必然要求網(wǎng)絡和終端更加智能化，由于目前WPAN技術還不成熟，因而其實際應用將面臨較大挑戰(zhàn)，但這同時也是一次機遇，一旦解決了相關技術問題，有可能產(chǎn)生巨大的商機。
全球通信的寬帶化、無線化、個人化需求推動著無線接入的寬帶化進程。由于便攜式產(chǎn)品的發(fā)展和應用需求的迅速增長，促成了無線個域網(wǎng)(WPAN)技術的誕生，使無線接入的產(chǎn)業(yè)鏈更加完善。隨著統(tǒng)一標準進一步形成，WPAN必然迎來一個全面興盛的時期，成為運營商進入接入市場的新機會。
信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，寬帶接入技術不斷涌現(xiàn)。各種寬帶無線接入系統(tǒng)憑借其建設速度快、運營成本低、投資回報高等特點，受到了電信運營商的青睞。當前寬帶無線接入的主要技術有：本地多點分配系統(tǒng)(LMDS)、多點多信道分配系統(tǒng)(MMDS)、無線局域網(wǎng)(WLAN)和藍牙技術(Bluetooth)等。其中，LMDS和MMDS屬于無線城域網(wǎng)(WMAN)技術，IEEE 802.16寬帶無線訪問標準工作組正在開發(fā)相應規(guī)范以標準化這些技術；WLAN標準主要指IEEE 802.11系列標準和HiperLAN/2標準；藍牙則是目前無線個域網(wǎng)(WPAN)應用的主流技術。由于消費需求和應用場合的多樣化，WMAN、WLAN和WPAN技術將互為補充，共同推進寬帶無線接入市場的發(fā)展。
1 寬帶無線接入技術
1.1 無線城域網(wǎng)
目前屬于WMAN應用的寬帶無線接入系統(tǒng)(如LMDS、MMDS)缺乏統(tǒng)一的標準，彼此互不兼容。WMAN采用的技術多種多樣，主要有正交頻分復用(OFDM)技術、碼分多址(CDMA)技術等。
IEEE 802.16標準為解決上述兼容性問題而制定。該標準的2002年修正草案定義了3個主要WMAN網(wǎng)絡類型，即：固定式、便攜式和移動式，分別對應于標準IEEE 802.16、IEEE 802.16a和IEEE 802.16e。其中IEEE 802.16標準適用于視距傳輸，工作頻率為10～66 GHz，應用于LMDS；IEEE 802.16a標準為超視距傳輸，工作頻率為2～11 GHz，應用于MMDS；IEEE 802.16e標準工作頻率為2～6 GHz，主要應用于蜂窩移動通信及3G。
現(xiàn)階段802.16標準制定工作的重點在IEEE 802.16e上面，目標是當?shù)退佥p巧的移動設備在跨越不同存取點時，仍能維持一定程度的網(wǎng)絡漫游服務。
WMAN的寬帶無線接入業(yè)務正迅速由北美和歐洲向世界其他地區(qū)擴展，為電信運營商拓寬網(wǎng)絡接入市場提供了新的機會和前景。
1.2 無線局域網(wǎng)
IEEE 802.11系列標準是WLAN事實上的標準，包括IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g。其中，IEEE 802.11b傳輸速率可高達11 Mb/s，采用2.4 GHz免執(zhí)照頻段，已在辦公室、家庭、賓館、機場等眾多場合得到廣泛應用，是目前WLAN的主流標準；IEEE 802.11a是IEEE 802.11b的后繼標準，峰值速率可達54 Mb/s，特別適合于室內(nèi)及移動環(huán)境，有著更廣的應用前景，被很多廠商看好；IEEE 802.11g可以在2.4 GHz頻帶上實現(xiàn)最高54 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸，與IEEE 802.11b保持兼容，并已經(jīng)較好地解決了采用藍牙技術和基于IEEE 802.11b標準的設備間相互干擾的問題。
HiperLAN/2是歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)的寬帶無線電接入網(wǎng)絡(BRAN)項目組著手制定的高性能無線接入標準。HiperLAN/2對應于IEEE 802.11a標準，工作在5 GHz頻帶，調(diào)制技術也采用正交頻分復用(OFDM)，與IEEE 802.11a在物理層兼容，使用一種動態(tài)時分雙工技術，數(shù)據(jù)速率可高達54 Mb/s，并且能在高吞吐率下支持QoS，從而為視頻、話音等實時應用提供支持。
中國四大通信運營商均已進軍WLAN領域，共同推進了WLAN市場的發(fā)展。2002年7月，信息產(chǎn)業(yè)部下發(fā)了《使用5.8 GHz頻段頻率的通知》，批準將5 725 MHz～5 850 MHz頻段用
作點對點或點對多點擴頻通信系統(tǒng)、高速無線局域網(wǎng)、寬帶無線接入系統(tǒng)、藍牙技術設備及車輛無線自動識別系統(tǒng)等無線電臺站的共用頻段[1]。從政策上為WLAN在中國的進一步應用推廣開辟了新空間。
1.3 無線個域網(wǎng)
WPAN是繼WMAN和WLAN之后提出的概念，其目標是解決如何讓人們將網(wǎng)絡隨身攜帶的問題，核心是解決小區(qū)域的無線多媒體傳輸。
成立于1999年的IEEE 802.15工作組[2]專門負責制定有關WPAN的標準，該工作組由4個小組組成。其中，IEEE 802.15.1負責藍牙的標準化；IEEE 802.15.2研究WPAN和WLAN的互存性；IEEE 802.15.3制定高速WPAN標準；IEEE 802.15.4研究特別節(jié)電技術和低復雜度方案，應用領域主要為傳感器、遠端控制和家庭自動化等等。
IEEE 802.15.1標準以藍牙v1.1規(guī)范為藍本，定義了藍牙技術的媒體訪問控制(MAC)層(包括L2CAP、LMP、基帶)和物理層。IEEE 802.15.1一直在關注藍牙特別興趣小組的標準版本升級工作，以使得IEEE 802.15.1與藍牙標準保持同步。藍牙特別興趣小組已于2003年底正式公布了藍牙標準v1.2。
IEEE 802.15.3于2003年6月完成了高速WPAN的MAC層/物理層標準制定。該標準具有以下特點：支持高達55 Mb/s的數(shù)據(jù)速率，可傳送高質(zhì)量視像和聲音，支持服務質(zhì)量保障，具有Ad hoc點對點網(wǎng)絡特點，功耗和成本低。
IEEE 802.15.4已通過第18輪修正草案。該標準具有以下特點：數(shù)據(jù)速率為25、40、250 kb/s，采用CSMA-CA機制，保證傳輸可靠性，提供最優(yōu)的功率管理。
屬于WPAN應用的藍牙技術，由于其靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信，而成為目前的WPAN主流技術。在藍牙特別興趣小組的極力推廣下，藍牙技術正較快地滲透到PC、消費類電子產(chǎn)品以及垂直應用市場中。
目前藍牙仍被大多數(shù)業(yè)界人士譽為最具廣闊前景的WPAN技術，其推廣應用程度標志著無線個域網(wǎng)的實用化程度。
正因如此，中國國家標準化管理委員會以“國標委[2002]41號”文將藍牙技術列入2002—2003年國標制定計劃，并授權信息產(chǎn)業(yè)部郵電工業(yè)標準化研究所主持起草該系列標準，體現(xiàn)了中國對藍牙技術的重視程度。中國藍牙標準制定工作組一直在密切關注藍牙標準升級情況，以期與國際藍牙標準同步。
藍牙的傳輸速率限制了其應用拓展，成為影響該技術全面普及的最主要因素，而IEEE 802.15.3由于比藍牙具有更高的數(shù)據(jù)速率、更全面的業(yè)務及QoS支持、更短的連接時間等特點，得到了業(yè)界的廣泛關注。然而，雖然IEEE 802.15.3標準制定工作已經(jīng)完成，但據(jù)IEEE 802.15標準小組負責人介紹，使用IEEE 802.15.3標準的通信設備在2004年年底才可能推出，估計芯片價格會在100～150美元之間。
2 寬帶WPAN接入技術問題
在互為補充的3種寬帶接入技術中，WMAN和WLAN相對成熟，已開始占據(jù)寬帶無線接入市場。相對于WMAN和WLAN來講，WPAN目前還以自成網(wǎng)絡的內(nèi)部應用為主，其接入技術還不夠完善，在無線接入方面的應用拓展較為緩慢。中國應該及時抓住這個機遇，加強力度研究并完善WPAN接入技術。
2.1 WPAN的網(wǎng)絡結構
寬帶WPAN是典型的Ad hoc網(wǎng)絡，其工作環(huán)境有時非常簡單，有時卻非常復雜。網(wǎng)絡中所有設備的地位都是平等的，可以隨時組成一個小區(qū)域網(wǎng)絡。寬帶WPAN中的任一設備可以與其前、后、左、右、上、下的類似設備構成網(wǎng)絡，通過“多跳”可以擴展其應用空間和功能，設備有固定、半固定、小范圍移動、較大范圍移動等情況，需要考慮越區(qū)切換。因此，WPAN網(wǎng)絡結構的研究非常重要。圖1是WPAN的網(wǎng)絡結構[3]示意圖。
2.2 WPAN與蜂窩網(wǎng)的融合
在WPAN與蜂窩網(wǎng)的接入技術得到解決的情況下，WPAN在室外空間的應用將會非常廣闊。WPAN與蜂窩網(wǎng)的融合可以擴大整個系統(tǒng)的容量，平衡相鄰小區(qū)的業(yè)務量，減少基站的數(shù)目，減小移動終端的功耗，并可拓展蜂窩網(wǎng)的新應用。
在一個WPAN與蜂窩網(wǎng)融合的系統(tǒng)結構中通常將基站覆蓋區(qū)域分為3個部分：第1部分是高速率TDD區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的移動終端能夠以高速率進行數(shù)據(jù)傳送；第2部分是低速率TDD區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的移動終端只能以較低的速率進行數(shù)據(jù)傳送；第3部分是基站無法覆蓋的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的移動終端由于接收不到基站發(fā)送的同步信息而無法進行數(shù)據(jù)傳送。3個區(qū)域內(nèi)的移動終端都可以基于Ad hoc網(wǎng)絡協(xié)議在一定范圍內(nèi)直接通信，或者由多個微微網(wǎng)組成散布網(wǎng)絡，實現(xiàn)相互間的通信。
3 需要深入研究的問題
針對WPAN與蜂窩網(wǎng)多網(wǎng)融合的系統(tǒng)結構，本文認為研究以實時優(yōu)化為核心內(nèi)容的各種自適應算法，研究寬帶WLAN、WPAN無線接入技術，研究多網(wǎng)共存情況下的網(wǎng)絡容量以及終端設備的優(yōu)化設計問題，研制實驗系統(tǒng)和相應的設備至關重要。具體而言，應該對如下課題展開深入研究：
(1)研究寬帶WPAN的網(wǎng)絡結構，包括WPAN空間拓撲結構、移動自組織網(wǎng)絡關鍵技術等。
(2)研究關鍵算法，包括信息速率的自適應算法、跳頻圖案和跳頻速率的自適應算法、鏈路自適應算法、頻率選擇自適應算法等。
(3)研究與開發(fā)寬帶WPAN共享訪問協(xié)議，包括WPAN協(xié)議總體結構的研究，若干關鍵軟件模塊的研制與開發(fā)。
(4)研制實驗演示系統(tǒng)，驗證研究開發(fā)的內(nèi)容，并在該系統(tǒng)中進行多址方式、高效調(diào)制方式、射頻模塊、多載波傳輸?shù)葍?nèi)容的研究。
(5)研究移動自組織網(wǎng)與蜂窩網(wǎng)融合技術，重點研究隨機驅(qū)動多址接入(ODMA)技術。ODMA作為UMTS TDD 模式的補充，用于在TDD蜂窩網(wǎng)中小區(qū)的邊緣為移動終端提供較高的數(shù)據(jù)速率，達到增加高速率數(shù)據(jù)服務范圍的目的。將ODMA與移動自組織網(wǎng)絡有機結合，取長補短，相互補充，可以有效地擴展3G系統(tǒng)的新應用范圍。
(6)研究基于TD-SCDMA的移動自組織系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ODMA多跳轉(zhuǎn)發(fā)技術和自適應路由選擇算法專用按需距離向量(AODV)路由協(xié)議，能夠為3G系統(tǒng)提供多種全新應用，實現(xiàn)移動終端與移動終端之間的直接通信、多跳通信，并能支持與現(xiàn)有3G系統(tǒng)間的無縫切換與漫游。
4 結束語
雖然目前寬帶無線接入市場還處于起步階段，但是寬帶無線接入技術的發(fā)展極為迅速。機遇與挑戰(zhàn)并存。中國的相關研究部門應當積極開展相關課題的研究，通過研究產(chǎn)生中國自主的知識產(chǎn)權，為形成中國的寬帶WPAN標準做出貢獻，或使中國在這一領域的研究至少與國際上保持同步。相信只要在這一領域廣泛深入地開展研究，密切關注國外行業(yè)動態(tài)，加強各方面的合作，就一定能在國際上爭得更多的寬帶無線接入方面的發(fā)言權。
