數(shù)據(jù)移動通信系統(tǒng)簡介

一、分組無線網(wǎng)的基本概念

早期的數(shù)據(jù)移動通信系統(tǒng)，統(tǒng)稱為分組無線網(wǎng)，是一種利用無線信道進(jìn)行分組交換的移動通信網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息以分組(或稱信包)為基本單元。而所謂分組就是若干比特組成的信息段，它通常包括包頭和正文兩部分。與TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)中的IP包相似，分組的包頭中通常包括該分組的源地址(起始地址)、宿地

分組傳輸方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的一種，用戶終端必須先把要傳輸?shù)男畔⒋鎯?、分段，加上包頭以構(gòu)成分組，再送上無線信道進(jìn)行傳輸。這一過程必然要產(chǎn)生額外的時間延遲，因此，分組無線網(wǎng)特別適用于實(shí)時性要求不高的數(shù)據(jù)通信，如果要用于傳輸分組話音，則必須保證時間延遲不大于規(guī)定值。

分組傳輸能適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星型結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。前者網(wǎng)中設(shè)有中心站，類似于蜂窩網(wǎng)中的基站，用戶通信均受其控制并由它轉(zhuǎn)接；后者網(wǎng)中不設(shè)中心站，所有用戶終端均屬網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，可以隨機(jī)分布在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的任意位置，每個節(jié)點(diǎn)均可作為源節(jié)點(diǎn)或宿節(jié)點(diǎn)來發(fā)送或接收消息，也可作為中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)其他用戶需要傳送的信息，而且可利用分組包頭中的控制信息分別為每個分組選擇傳輸路由，因此，即使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障只剩下一條通信路由，也可以通過迂回轉(zhuǎn)發(fā)，保持通信不中斷。

二、早期分組無線網(wǎng)舉例

最早的分組無線網(wǎng)是1968年由美國夏威夷大學(xué)開發(fā)的ALOHA系統(tǒng)。這是一種計算機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其主要目的是供分布在4個島上7個分校的人員，對設(shè)在瓦胡島上的主計算機(jī)進(jìn)行訪問，從而避免使用費(fèi)用高又不可靠的電話線路。該系統(tǒng)使用2個載波頻率，一個用于從終端到中心站，另一個用于從中心站到終端。網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，傳輸?shù)闹饕墙K端和中心站之間的業(yè)務(wù)。由中心站發(fā)向每個用戶終端的信息，稱正向傳輸或下行傳輸，采用時分復(fù)用的方式：由若干用戶終端發(fā)向中心站的信息，稱反向傳輸或上行傳輸，需采用競爭的、隨機(jī)接入共用信道的多址方式，即任一節(jié)點(diǎn)在需要發(fā)送分組信息時，不管當(dāng)時的信道狀態(tài)如何，立即占有共用信道進(jìn)行發(fā)送。如果一次發(fā)送之后，在規(guī)定的時間內(nèi)，沒有收到目的節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)消息，則認(rèn)為這次發(fā)送因為發(fā)生沖突(也稱碰撞)而失敗，需要重發(fā)。為了避免再次發(fā)送時連續(xù)出現(xiàn)碰撞，規(guī)定該分組包必須經(jīng)過一隨機(jī)時延后才能再次發(fā)送。由于這種接入共用信道的多址方式首先由ALOHA系統(tǒng)使用。故人們稱之為ALOHA多址方式。

為了更好地解決隨機(jī)多址方式容易發(fā)生碰撞的問題，人們在ALOHA方式的基礎(chǔ)上提出許多改進(jìn)的辦法，例如時隙ALOHA(S-ALOHA)多址方式、載波檢測多址(CSMA)方式(用于數(shù)據(jù)傳輸時亦稱DSMA方式)、帶碰撞檢測的載波檢測多址(CSMA/CD)方式、忙音多址(BTMA)和閑音多址(ITMA)方式、分組預(yù)約多址(PRMA)方式等。

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，世界各國都在致力于發(fā)展移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中大都以分組傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)。例如：ARDIS(先進(jìn)的無線電數(shù)據(jù)信息設(shè)備)系統(tǒng)，由美國IBM和Motorola公司在1983年提出；Mobitex(全國性互聯(lián)的集群無線電網(wǎng)絡(luò))系統(tǒng)，由Ericsson公司和瑞典電信公司開發(fā)，1986年在瑞典首次運(yùn)行，1991年被美國采用；TETRA(泛歐無線數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn))系統(tǒng)，是由ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)為集群無線電和移動數(shù)據(jù)系統(tǒng)制定的公共標(biāo)準(zhǔn)；CDPD(蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù))系統(tǒng)，由IBM公司聯(lián)合9家運(yùn)營商開發(fā)，在我國的上海等幾座城市中得到應(yīng)用，中國的電信運(yùn)營商利用該網(wǎng)絡(luò)為客戶提供專用無線數(shù)據(jù)通信服務(wù)，比如，為上海的部分銀行構(gòu)建無線POS(銷售點(diǎn)終端)系統(tǒng)，使POS終端可采用無線方式與銀行后臺進(jìn)行金融數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)。

三、無線局域網(wǎng)(WLAN)標(biāo)準(zhǔn)

最近幾年，無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)正日益成為市場的熱點(diǎn)，中短程無線數(shù)據(jù)接入在通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，無線局域網(wǎng)市場前景十分廣闊。目前，無線局域網(wǎng)的傳輸方式主要有兩種，即微波和紅外線。采用微波為傳輸媒介的又分為擴(kuò)頻和窄帶兩種。采用擴(kuò)頻方式的無線局域網(wǎng)一般選用ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻段，因為使用這個頻段時只要功率和帶外輻射滿足要求，就無需向頻管部門申請。

最早的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品運(yùn)行在900MHz頻段上，速率只有1-2Mbit/s。1992年，工作在2.4GHz頻段的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品問世，之后大多數(shù)無線局域網(wǎng)產(chǎn)品都在此頻段上運(yùn)行。目前無線局域網(wǎng)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有IEEE802.11、1EEE802.1lb、IEEE802.1la、IEEE802.1lg(以上統(tǒng)稱IEEE802.1l協(xié)議族)、HomeRF(家用射頻)、IrDA(紅外數(shù)據(jù)協(xié)會)和藍(lán)牙。下面分別介紹IrDA、IEEE802.11協(xié)議族和藍(lán)牙。

1.IrDA

IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)視距通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用的軟件和硬件都比較成熟．主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、功率低，適合設(shè)備移動的需要；傳輸速

2.IEEE802.11協(xié)議族

1997年6月。美國的IEEE(電氣電子工程師協(xié)會)推出第一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11(1997版)，隨后又推出新的IEEE802.11(1999版)。這個標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和媒介訪問控制子層(MAC)的技術(shù)規(guī)范，使得任何遵守IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)或協(xié)議(包括TCP/IP和Novell、Netware)在無線局域網(wǎng)上運(yùn)行，像在以太網(wǎng)上一樣容易。

IEEE802.11在物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{(diào)制方法，定義了兩種無線電射頻(RF)傳輸方式：直接序列擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS)和跳頻擴(kuò)頻技術(shù)(FHSS)。DSSS采用一個長度為11bit的BARKER序列對無線發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，每個BARKER序列表示一個二進(jìn)制數(shù)據(jù)位，然后轉(zhuǎn)換成可以通過無線方式發(fā)送的波形信號。當(dāng)采用二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制技術(shù)時，它用1Mbit/s的速率進(jìn)行發(fā)射：當(dāng)采用正交相移鍵控調(diào)制技術(shù)時，發(fā)射速率可達(dá)2Mbit/s。FHSS利用GFSK(高斯頻移鍵控)二進(jìn)制或四進(jìn)制方式可以達(dá)到2Mbit/s的工作速率。

IEEE802.11b是IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的修改和補(bǔ)充，其中最重要的改進(jìn)就是在原來的基礎(chǔ)上增加了兩個更高的通信速率5.5Mbit/s和11Mbit/s。因此，移動用戶可以得到以太網(wǎng)級別的網(wǎng)絡(luò)性能、速率和可用性，管理者也可以無縫地將多種局域網(wǎng)技術(shù)集成起來，形成一種能最大限度滿足用戶需求的網(wǎng)絡(luò)。IEEE802.1lb的基本結(jié)構(gòu)、特性和服務(wù)仍然由IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)定義，只改動了原協(xié)議的物理層，采用DSSS作為傳輸方式，提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更牢固的連接性，已經(jīng)在辦公室、家庭、賓館和機(jī)場等眾多場合得到了廣泛應(yīng)用，占據(jù)了IEEE802.11協(xié)議族的主要市場份額。

IEEE802.1la是IEEE802.llb的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)，工作在5GHz的U-NI頻帶，物理層速率可達(dá)54Mbit/s，傳輸層速率可達(dá)25Mbit/s，可提供25Mbit/s的無線ATM(異步傳輸模式)接口和10Mbit/s的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口以及FDD(頻分雙工)/TDMA(時分多址)空中接口，支持語音、數(shù)據(jù)和圖像服務(wù)。由于這兩個標(biāo)準(zhǔn)所使用的頻帶不同，因此，兩者互不兼容。

IEEE802.llg標(biāo)準(zhǔn)使用2.4GHz頻帶，兼容目前已經(jīng)普及的IEEE802.llb規(guī)格，也就是說，即便把整個無線局域網(wǎng)全部變成IEEE802.11g規(guī)格，已經(jīng)購買的IEEE802.llb產(chǎn)品也不會遭淘汰。IEEE802.11g最高通信速率為54Mbit/s，與IEEE802.lla相同。IEEE802.11g規(guī)范已經(jīng)有部分應(yīng)用。

3.藍(lán)牙

藍(lán)牙協(xié)議是由以愛立信為首的幾個通信設(shè)備制造商組成的聯(lián)盟提出的小功率、短距離寬帶無線通信協(xié)議。裝備了藍(lán)牙系統(tǒng)的設(shè)備可以在一定的范圍內(nèi)(由功率大小決定)同時與多個(典型的為7個)設(shè)備實(shí)現(xiàn)無線互連，進(jìn)行高速(目標(biāo)速率是1Mbit/s，實(shí)際為721kbit/s)的數(shù)據(jù)傳輸。可見，藍(lán)牙實(shí)際上是一種以無線連接替代有線電纜的技術(shù)。現(xiàn)在，很多設(shè)備制造商加入了藍(lán)牙聯(lián)盟，已經(jīng)上市的藍(lán)牙設(shè)備有藍(lán)牙電腦、藍(lán)牙鍵盤、藍(lán)牙手機(jī)、藍(lán)牙家電等等。但是，由于技術(shù)還不夠成熟、藍(lán)牙器件成本較高等原因，藍(lán)牙系統(tǒng)完全取代電纜的目標(biāo)在短期內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)。目前，更多的應(yīng)用是在專用領(lǐng)域內(nèi)作為短距離高速通信接口使用。