時間：2023-03-14 15:20:21
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二、基于4G通信技術的煤礦無線通信系統(tǒng)
（一）無線移動通信系統(tǒng)架構
針對當前煤礦生產對無線移動通信系統(tǒng)的需求，利用4G中的TD-LTE通信技術來實現(xiàn)高傳輸速率的寬帶無線網絡，建立信息化、自動化、智能化于一體的煤礦安全生產管理系統(tǒng)，打破當前煤礦系統(tǒng)安全生產局面，將煤礦井下傳感器、視頻等各類業(yè)務數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的網絡部署，有效解決信息孤島的問題，確保煤礦安全生產，從而提高煤礦的生產效率。因此，建立基于分時長期演進（TD-LTE）的寬帶無線網絡，由于基于4G通信技術的無線移動通信系統(tǒng)可以在頻譜帶寬20MHz下可以實現(xiàn)上行峰值速率和下行峰值速率分別為50Mb/s，100Mb/s，其接入時延可以小于100ms，如表1所示[3]，表示4G通信系統(tǒng)與3G無線通信系統(tǒng)的對比，因此，采用TD-LTE無線通信技術不僅可以滿足語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的實時傳輸，也可以有效避免數(shù)據(jù)丟包、延時等問題。下面對基于4G通信技術的無線移動通信系統(tǒng)進行對比分析：1.基于TD-LTE通信技術的系統(tǒng)架構。TD-TLE煤礦無線通信系統(tǒng)網絡總體架構主要由基站、接入網關、BRAS及核心網通信構成，其中，核心網網元可以實現(xiàn)語音通信、數(shù)據(jù)傳輸及集群呼叫功能，其主要通過IMS+EPC+DSS集群模式來實現(xiàn)的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技術的基站通信系統(tǒng)。將Femto/Pico基站應用于無線通信系統(tǒng)建設中，增強區(qū)域的覆蓋范圍，通過自身的傳輸網絡統(tǒng)一接入到安全網關中，采用IPSEC的方式，以保證網絡傳輸安全。當基站通過提供WLANAP來承載數(shù)據(jù)業(yè)務過程中[5]，其也可以通過PDG直接接入網絡來承載數(shù)據(jù)業(yè)務，為了確保提高高質量、高傳輸速率的數(shù)據(jù)和語音業(yè)務，則可以通過直接接入3GPP核心網來滿足不同的產品需求，實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務活動，建立以SmallCell為基站的網管系統(tǒng)，從而實現(xiàn)下層無線網絡通信系統(tǒng)與上層網管系統(tǒng)的對接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心網[6]。在系統(tǒng)中設置核心網，其主要作用是提供用戶連接、系統(tǒng)管理、網絡承載等功能，分析該系統(tǒng)的核心網系統(tǒng)AXUNiEPC-5[7]，其主要依托電信級EPC核心網的優(yōu)勢來實現(xiàn)網元MME、PGW等功能融為一體的模式，該核心網實現(xiàn)了移動辦公、遙感業(yè)務、監(jiān)視控制及電子商務等基本業(yè)務，其可以為用戶提供安全可靠的LTE接入。另外，核心網系統(tǒng)還利應用了IMS系統(tǒng)，其是一種全新的多媒體業(yè)務形式，其不僅可以滿足多樣化的多媒體業(yè)務需求，還可以實現(xiàn)LTE語音業(yè)務系統(tǒng)，并且DSS核心網可以實現(xiàn)LTE的集群呼叫功能，DSS與EPC相比，其都采用了ATCA架構，并且都可以實現(xiàn)設備小型化的核心網。4.建立綜合應用無線通信系統(tǒng)平臺。利用分布式高性能計算機框架架構來建立一個安全、可靠、統(tǒng)一的綜合應用系統(tǒng)平臺，為了構建靈活、適用強的處理平臺，應在軟件處理平臺基礎上增加分析處理數(shù)據(jù)的專用支持工具，如支持LTE、Wi-Fi網絡和終端的基站系統(tǒng)[8]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、視頻及語音等各類業(yè)務，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲及應用接口，從而實現(xiàn)自動化管理的應用系統(tǒng)。
（二）無線移動通信系統(tǒng)功能概述
1.調度功能。調度系統(tǒng)是煤礦生產的重要通信手段，生產調度員通過利用調度功能來統(tǒng)籌調度所有資源，并對煤礦生產中各種突發(fā)狀況進行處理，以保證煤礦生產順利進行。調度功能主要包括生產進程管理、煤礦生產流程整合及資源分配等功能。2.語音業(yè)務。其主要包括以下幾種業(yè)務：第一，移動電話，其可以提供語音通信功能；第二，緊急呼叫業(yè)務，當煤礦井下的集群用戶發(fā)起緊急呼叫，呼叫中心將會做出答復，其類似與電話業(yè)務，具有簡單方便、快速的特點；第三，主叫號碼識別顯示業(yè)務，其主要功能是提供主叫用戶號碼給被叫用戶。3.集群通信。為了實現(xiàn)用戶之間的通信，利用無線集群通信系統(tǒng)來實現(xiàn)自動化的信息共享功能，與公眾無線移動通信相比，無線集群通信系統(tǒng)不僅可以提供系統(tǒng)內部的全呼、組呼之外，還可以提高雙向通話功能，通過建立優(yōu)先等級呼叫和緊急呼叫功能，以滿足煤礦生產安全部門指揮調度的需求。4.增殖數(shù)據(jù)服務。在增殖數(shù)據(jù)業(yè)務中，主要包括提供視頻通話、物聯(lián)網接入、手機終端定位、多種數(shù)據(jù)等業(yè)務，其中，對于視頻通話，通過手機實時進行無線視頻業(yè)務，以便于井上工作人員的判斷和決策；數(shù)據(jù)網接入，通過利用3G通信技術來實現(xiàn)終端及無線傳感器等接口的采集，并利用物聯(lián)網提供終端接入；手機終端定位，即利用4G無線通信技術來實現(xiàn)語音通話及礦用無線通信手機終端定位，即通過操作人員攜帶的手機與基站之間的信號傳輸來獲得操作人員在井下的信息，這樣地面上的工作人員則可以通過計算機來了解井下工作人員的信息，其可以確保煤礦井下的安全生產，同時也可以提供實時信息；數(shù)據(jù)業(yè)務，為了滿足煤礦井下多種業(yè)務對寬帶的需求，實現(xiàn)高速分組無線數(shù)據(jù)業(yè)務，并通過智能手機綁定內部系統(tǒng)，實現(xiàn)信息、視頻監(jiān)控及安全生產實時監(jiān)控等功能，將綜合自動化系統(tǒng)應用于系統(tǒng)中，實現(xiàn)組態(tài)軟件實時顯示功能，當煤礦井下出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將會提供自動報警提示功能。
無線通信技術信息溝通的靈活性，以及其在全球無縫覆蓋的特性，使其成為當今世界最具競爭力的通信方式。目前的無線通信技術根據(jù)其傳輸?shù)木嚯x大致可以分為以下四種：WPAN、WLAN、WMAN、WWAN。長距離的無線接入技術代表有GSM、GPRS、3G，短距離的無線接入技術大致包括WLAN、UWB等。當前的主流無線通信技術還是以OFDM+MIMO為核心的通信技術，以B3G、WiFi、WiMAX、WMN等四種為主。除了這幾種逐流無線通信技術外，還存在著IrDA、RFID、UWB、Bluetooth、集群通信等短距離內的通信技術和MMDS、LMDS、衛(wèi)星通訊、點對點微波等長距離通信技術。而我國現(xiàn)無線通信技術還是以中國聯(lián)通和中國移動兩大公司所提供的2G業(yè)務服務為主，主要包括的是人們所熟知的語音、電子郵件、數(shù)據(jù)、網頁瀏覽等，電信企業(yè)也推出了3G無線網絡TD-SCDMA，在接入方面，多個用戶可以通過WLAN技術實現(xiàn)Internet共享的高速接入。高接入速率的無線技術在我國還停留在技術研究階段，沒有實質性進展，在這一方面，自主知識產權的無線通信技術還需大規(guī)模發(fā)展。在網絡應用上，大中城市的使用率和覆蓋率還需要大力提高，特別是高速無線接入的應用。
21世紀的通信技術還處于關鍵的轉折期，現(xiàn)目前的無線通信邁入大規(guī)模發(fā)展階段，呈現(xiàn)向寬帶多媒體和數(shù)據(jù)領域轉變的態(tài)勢，在未來的十年內，無線通信技術還將朝著分組化、個人化、綜合化、分組化、多元化飛速發(fā)展。就目前看來，無線通技術的發(fā)展十分火熱，正以向高寬帶、大范圍快速躍進。將來，無線通信領域還可能會出現(xiàn)對無線通信產業(yè)有著更加強大推進作用的新技術。但就目前來看，對于無線通信技術，我們應有一個科學理性的態(tài)度正確把握，我們對寬帶無線接入技術發(fā)展應該有一個理性的態(tài)度和科學的把握。無線通訊技術走向趨勢呈現(xiàn)出一下幾個態(tài)勢：
首先，就目前的通信領域來看，無線通信技術使用區(qū)域、技術特點、和接入速率存在一定的分化，在未來的發(fā)展中，各種通信領域的互補性會更加明顯。如現(xiàn)在人們比較熟悉的WLAN、3G、UWB等，在互補效應上會更加成熟。WLAN更利于結局中等舉例的較高數(shù)據(jù)接收，3G則更加適應強漫游和廣域無縫覆蓋的移動需求，而UWB則以低發(fā)射率、高傳輸速率、抗干擾能力強、結構簡單和安全性高的為優(yōu)勢，可幫助實現(xiàn)短距離的高速無線連接。未來的無線網絡將是一個綜合一體化的系統(tǒng)，各種無線通信技術各自發(fā)揮作用，大范圍來看，3G或者超3G技術將成為該領域主導，而UWB、WLAN等技術則因各自不同的技術特點在相應的區(qū)域和覆蓋范圍內，與3G形成有效互補。因此，我們應當在各種無線的接入和組網的一體化，以及接入手段的多元化上做進一步的嘗試和推進發(fā)展，更加利于實現(xiàn)不同客戶群的需求，實現(xiàn)業(yè)務多元化和市場的細化，進一步平衡移動通信的發(fā)展狀況，同時也達到合理規(guī)劃無線通信網絡和資源有效配置及利用的目的。將無線通信技術演變成為推動社會市場經濟發(fā)展的強大動力。
第二，單純從公眾移動通信的發(fā)展來看，3G已成為現(xiàn)目前全球移動網絡發(fā)展的趨勢。歐美發(fā)達國家早已不采用以發(fā)展用戶數(shù)量的模式來實現(xiàn)利潤的增長，他們更希望可以通過3G網絡搭建更大、更廣、更全面的業(yè)務平臺。就這方面，他們的經驗值得我們借鑒。據(jù)GSMA和CDG的數(shù)據(jù)顯示表明，目前全國已有超過86%的運營商已提供了3G服務，全球3G用戶已高達11.6億。動態(tài)觀察顯示，3G走勢還在繼續(xù)上升。新興經濟體系為3G發(fā)展所作出的重要貢獻已被普遍認可。據(jù)調查，僅2010年上半年，全球3G用戶的增長率就高達37%，其中中國是94.1%。有機構作出這樣的預測：今年全球將會有一半以上的3G手機用于新興市場。3G商務網絡部署的啟動，也在一定程度上給我們以提示，培育新興的移動市場將是移動業(yè)界所面臨的巨大機遇之一。
當今，全球無線通信產業(yè)的兩個突出特點體現(xiàn)在：一是公眾移動通信保持增長態(tài)勢，一些國家和地區(qū)增勢強勁，但存在發(fā)展不均衡的現(xiàn)象；二是寬帶無線通信技術熱點不斷，研究和應用十分活躍。
資料顯示，在全球電信市場普遍低調的背景下，移動通信依然保持了較好的增長態(tài)勢。統(tǒng)計顯示，2003年全球移動用戶數(shù)增長率在17％以上，總計達到13.54億戶。在市場值方面，全球移動業(yè)務市場在2003年已達到4680億歐元，比上年增長了11.3％以上。
盡管全球移動市場在增長，但這種增長也呈現(xiàn)出很大的不均衡性。從用戶數(shù)來看，在北美、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)，由于移動用戶普及率已經很高，因此新增用戶數(shù)日益減少；而在亞洲、非洲等地區(qū)，特別是像中國這樣的發(fā)展中國家，移動用戶數(shù)增長迅猛。從用戶創(chuàng)造的價值來看，歐美發(fā)達國家的ARPU值遠遠超過了新興的發(fā)展中國家。從數(shù)據(jù)新業(yè)務市場的增長來看，韓國、日本呈現(xiàn)爆發(fā)態(tài)勢，已成為全球移動通信發(fā)展的新熱點。
目前，我國的移動通信市場呈現(xiàn)持續(xù)快速增長的局面，截至4月底，移動用戶總數(shù)達到2.96億，用戶普及率達到20.9％。考慮閑置的充值卡和一人雙機的情況，我國移動通信由于用戶普及率相對還比較低，仍有相當巨大和持久的增長空間。但我國的移動通信領域已進入了全面競爭的時代，GSM、CDMA乃至小靈通等網絡激烈爭奪用戶，這已導致了資費下降，用戶ARPU值下降的情況。目前我國的GPRS、CDMA1X等2.5G數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展態(tài)勢不錯，并已逐步培育了用戶群。而3G還處在技術試驗階段，政府依然保持謹慎態(tài)度。
除傳統(tǒng)的公眾移動通信外，全球的寬帶無線接入領域近期研究和應用十分活躍，熱點不斷出現(xiàn)，給無線通信業(yè)界帶來了清新的空氣。這包括寬帶固定無線接入技術、WLAN技術、WiMAX技術、UWB技術等等，呈現(xiàn)百花齊放的局面。這些技術的出現(xiàn)和發(fā)展，給整個無線通信產業(yè)注入了勃勃生機。
二、熱點解析：五大技術引領應用模式各展所長
前文對全球無線通信領域的發(fā)展情況作了概要性介紹，以下將重點就當前無線通信領域的焦點問題和熱點技術展開較深入的介紹和分析。主要包括3G、3.5GHzMMDS、WLAN、WiMax、UWB等五大熱點。
1.舉世矚目的3G
今天，第三代移動通信3G格外引人矚目，成為無線通信產業(yè)的最大熱點。
首先，從技術角度來看，3G主流技術已經基本成熟。cdma2000由于技術本身的平滑演進特性，進入3G的障礙不大。WCDMA以前受版本不斷更新的影響，阻礙了商用進程，但目前主體標準已經定型，具備了規(guī)模商用的基礎。TD－SCDMA技術要相對滯后一些。
總的說來，當前的3G技術已經能夠支持規(guī)?；纳逃镁W絡部署。
其次，目前歐美等運營商已經進入了3G網絡部署階段。3G網絡的商用部署正在全球一步步地鋪展開來。截至2004年3月底，就WCDMA而言，全球已經發(fā)放了120份牌照，簽署了91份商業(yè)部署合同，目前已有二十多家網絡投入商用，預計到2004年年底總數(shù)將超過40家。目前兩家韓國運營商STK和KTF在使用cdma20001xEV－DO，日本KDDI也開始了EV－DO網絡的商用，而Verizon也即將參與該制式下3G網絡的部署。
應該說，2004年已經進入了全球3G的商用部署年。
第三，部分運營商的3G用戶數(shù)量開始呈現(xiàn)快速增長的局面。最早推出3G商用業(yè)務的NTTDoCoMo近期宣布，在距離突破200萬用戶僅僅兩個月的時間內，他們的3G用戶總數(shù)就增長至300萬大關。5月中下旬，和記黃埔表示，在過去兩個月中，3G用戶數(shù)出現(xiàn)了快速增加，目前在全球范圍內已經達到了173萬。截至2004年1月1日，全球使用cdma2000（包括CDMA1X）系列和WCDMA標準制式的3G用戶數(shù)已經達到了7300萬。
從全球來看，3G商用在部分地區(qū)已取得了初步成功。
第四，我國3G處在黎明的前夕。我國對3G一直采取積極穩(wěn)健的態(tài)度，目前，我國正在進行第二階段的網絡技術試驗，或稱外場測試。自今年3月起，開始啟動WCDMA、cdma2000和TD－SCDMA的測試工作，由6大運營商分別在北京、上海、廣州三地進行。測試的重點包括：3G網絡覆蓋、容量等性能試驗；不同3G技術之間、3G和2G技術之間的干擾、共存；各種3G業(yè)務及業(yè)務兼容性試驗；3G終端和系統(tǒng)之間互操作試驗；3G和2G之間的互操作試驗。
預計此階段試驗將在今年10月份完成，試驗將對我國對3G的決策工作起到重要的參考作用。由于此次試驗由運營商參與，且屬于網絡試驗。因此，預計若此次試驗結果令人滿意的話，我國的3G牌照發(fā)放工作有可能順勢展開。
趨勢分析3G一波三折，曾經有一段時間，人們對3G的前途失去了信心，并在今天留下了心理陰影。對3G問題，我國應如何把握呢？筆者認為，目前，3G已處在商用的爆發(fā)階段，由于3G技術和產品的成熟，3G的商用已不容置疑地擺在了我們面前。歐美等國運營商加緊部署3G網絡以及日韓等國3G用戶的快速增長，表明3G已經成為全球移動通信領域新的成長點，我國需要當機立斷，盡快開展3G牌照的發(fā)放工作和商用部署工作。這樣才不至于坐失機遇，在本來領先的移動網絡建設中落后。同時，3G也為國內的電信制造商提供了絕佳的機遇，這也是我國移動通信產業(yè)的一次發(fā)展良機。
應該說，目前3G還存在一些問題，主要表現(xiàn)在市場還處在啟蒙階段，殺手級的業(yè)務還沒有呈現(xiàn)，終端還不夠多。在我國，政府將考慮對市場競爭度的把握，涉及3G網絡發(fā)放幾張牌照的問題，同時，還將考慮設備國產化問題。這些問題已經屬于次要矛盾，目前最重要的是要選擇恰當時機盡快推動3G網絡平臺的建設，這才是解決以上矛盾的關鍵環(huán)節(jié)和引導環(huán)節(jié)。
這主要是因為我國3G網絡建設不同于西方發(fā)達國家，我國移動話音用戶市場還有很大的成長空間，這就能夠避免出現(xiàn)因為發(fā)展初期新應用新業(yè)務不足無法支撐網絡生存的狀況。同時，我國有迫切需要進入移動市場的“新”運營商，中國電信和中國網通如果被允許經營移動通信業(yè)務，其網絡建設必然會選擇3G，這從中遠期的網絡成本上要遠遠低于2G技術。此外，盡快發(fā)放3G牌照，對解決現(xiàn)有的小靈通（PHS）的矛盾，也有重要的戰(zhàn)略意義。目前，日本都已經棄PHS而轉攻3G，其目的十分明顯，即要糾正自己早期大上帶有強烈本土化特征的PHS導致失去移動領域國際領先地位的失誤，重新用全球性的先進技術武裝自己的移動通信產業(yè)，實現(xiàn)在該領域的戰(zhàn)略性崛起。如果我國反其道而行之，將是不明智的，這關鍵還是政府的決策引導問題，而不能抱怨運營商?？傊?，3G不是一蹴而就的，如果遲遲不進行網絡的建設，其他的矛盾將繼續(xù)積聚，難以得到根本性的解決。
2.3.5GHz寬帶固定無線接入的推廣應用
3.5GHz寬帶固定無線接入技術MMDS，是工作于3.5GHz無線頻段上的中寬帶無線接入技術。今年4月份，第三批3.5GHz寬帶固定無線接入頻率評選（招標）工作在我國進行，使MMDS技術在我國的應用進一步擴大，這也使3.5GHz固定無線接入技術成為今年業(yè)界的熱點之一。
在此次評選（招標）工作中，中國電信、中國網通、中國移動、中國聯(lián)通、中國鐵通五大運營商分別獲得河北、山西、內蒙古等27個?。▍^(qū)）的3.5GHz頻段2×30MHz頻率使用權，并將獲準經營相應電信業(yè)務。加上此前的兩次3.5GHz頻率使用權分配，我國3.5GHz頻段已在絕大部分地區(qū)分配完畢。這表明，我國的3.5GHz寬帶固定無線接入進入了規(guī)模商用。
前一段時間，無線電管理局副局長劉巖率領由無線電管理局、電信管理局、電信研究院共同組成的調研組，對第二批3.5GHz中標企業(yè)的工作情況進行了調研。通過調研發(fā)現(xiàn)，在第二批中標的9家企業(yè)中有7家建設開通了網絡，這7家企業(yè)在一半以上的中標城市建設了自己的網絡。目前運營商傾向于提供的業(yè)務包括：語音接入業(yè)務（本地和IP電話），數(shù)據(jù)專線業(yè)務，Internet接入業(yè)務等。調研中還發(fā)現(xiàn)，如果將3.5GHz網絡作為單一網絡來經營，盈利困難比較大，特別是對于大型企業(yè)。調研中，運營企業(yè)對進一步獲得3.5GHz頻率資源表現(xiàn)出了很大熱情。
趨勢分析寬帶固定無線接入技術因為其高帶寬、建設速度快、接入方式靈活等特點，受到了業(yè)界的關注。但這項技術也有其局限性，比如高頻段26GHz的LMDS技術受天氣影響較大，而3.5GHzMMDS技術在我國又受到了帶寬不足等因素的限制。因此，對于寬帶固定無線接入技術，我們應該回歸理性的認識。它具有自身的優(yōu)勢，但也有其固有的缺陷，因此在應用中要實事求是。
就目前重點推廣的3.5GHz技術來看，運營商的經營經驗表明，若單獨把MMDS技術作為一個獨立網絡來運作，由于其技術、用戶規(guī)模和頻率帶寬的限制，較難實現(xiàn)盈利。因此，我們應該進一步放寬眼光，把它推廣至更大的應用領域。比如可以考慮像現(xiàn)在某些運營商所采用的，將之作為移動基站的回路。
對于3.5GHzMMDS技術，我們一方面要積極推動其綜合業(yè)務的應用，比如數(shù)據(jù)增值業(yè)務的開發(fā)和經營。同時也要從全局的角度考慮，使之成為移動通信網絡的有效補充手段。這樣才能充分發(fā)揮3.5GHz頻段的效率。未來，隨著3G技術的商用，3.5GHz將有望成為移動網絡重要的接入補充手段，并對3G網絡的搭建起到支撐作用。
3.沸沸揚揚的WLAN標準之爭
無線局域網技術WLAN（Wi－Fi），其技術標準為802.11，可實現(xiàn)十幾兆至幾十兆的無線接入。我國目前發(fā)展的主要是802.11b標準的WLAN網絡，支持11Mbps的無線接入。作為近年來的一項新技術，WLAN在歐美等國快速發(fā)展，在我國近兩年也得到了幾大運營商的追捧。而自去年開始的WAPI標準之爭，吸引了全球的關注目光。
2003年5月12日，由中國寬帶無線IP標準工作組負責起草的無線局域網兩項國家標準（即WAPI標準），由國家信息產業(yè)部報送國家標準化管理委員會正式頒布。2003年12月1日，國家認證認可監(jiān)督管理委員會2003年第113號公告，宣布對無線局域網產品實施強制性產品認證，要求所有產品都要加載我國擁有自主知識產權的安全保密協(xié)議WAPI，從2004年6月1日起，不符合WAPI標準的無線局域網產品不得出廠、進口、銷售或者在其他經營活動中使用。但2004年4月22日，國務院副總理吳儀表示中國已經同意美方提出的要求，不在2004年6月1日最后期限到來之時強制實施WAPI標準。2004年4月29日，國家質檢總局、認監(jiān)委、國標委聯(lián)合了2004年第44號公告。公告強調：WAPI標準實施時間只是推遲，并沒有取消，也沒有取消標準的強制性屬性。
筆者認為，之所以出現(xiàn)WAPI標準之爭，除了國家出于自身信息安全的考慮外，我國無線通信設備廠商希望成長壯大，占領新興技術市場的渴望也是重要因素。但該標準的無限期推遲，也暴露出一些問題。那就是，我國的無線技術的核心能力，與國際水平相比還有一定差距，還難以撼動國際主流的技術集團。同時，我國通信技術標準的制訂策略，還存在封閉性的問題，這也是其受到國際社會普遍攻擊的重要原因。當然，WAPI標準的推遲執(zhí)行，也是出于更大的國家利益的考慮。
趨勢分析WAPI標準之爭，表明WLAN技術在全球的重要戰(zhàn)略地位。其戰(zhàn)略意義不只在于網絡的部署、用戶的發(fā)展、業(yè)務的經營范疇，更在于其對IT通信產品領域的巨大拉動力量，特別是對計算機芯片的突出貢獻。因此，我國應該積極推進WLAN核心技術的研究工作，這不僅涉及通信產業(yè)，而且涉及IT領域的巨大利益。
拋開WAPI標準之爭，我們如何把握WLAN技術的發(fā)展趨勢呢？應該說，WLAN在我國目前的工作，陷入了低潮階段。這主要是受制于WLAN技術自身的限制，比如其漫游性、安全性、如何計費等等，還沒有得到妥善的解決。另外，高端商業(yè)用戶的不足，使網絡建設的投資收益比較低，因此也影響了運營商的積極性。未來，隨著技術的進一步成熟，WLAN技術將在特定的區(qū)域和范圍，特別是熱點區(qū)域和高速信息接入領域，發(fā)揮對移動通信網絡的重要補充作用。3G網絡商用后，WLAN將成為彌補3G固定區(qū)域高速覆蓋的不足。總體來看，WLAN具有很強的生命力，但其在運營領域的發(fā)展速度估計會低于過去的預期。
4.寬帶無線技術新寵WiMAX
有資料顯示，“WiMAX”已經成為近期互聯(lián)網上搜索量最大的通信關鍵詞，該項技術以其遠覆蓋和高帶寬特性，成為無線業(yè)界的新寵。
WiMAX全稱為WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作系統(tǒng)，其技術標準為IEEE802.16。WiMAX也組織了自己的聯(lián)盟。目前這個聯(lián)盟已經發(fā)展了數(shù)十家會員，該聯(lián)盟由Intel牽頭，我國中興通訊也名列其中。WiMAX的目標是促進IEEE802.16的應用。
WiMAX相對于Wi－Fi的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在Wi－Fi解決的是無線局域網的接入問題，而WiMAX解決的是無線城域網的問題。Wi－Fi只能把互聯(lián)網的連接信號傳送到300英尺遠的地方，WiMAX則能把信號傳送31英里之遠。Wi－Fi網絡連接速度為每秒54兆，而WiMAX為每秒70兆。有專家認為，WiMAX的覆蓋范圍和傳輸速度將對3G構成威脅。在成本等各個方面的優(yōu)勢使得業(yè)內人士將WiMAX技術看作是一項打破產業(yè)格局的技術。
近期，英國電信（BT）、法國電信、Qwest通信公司、Reliance電信和XO通信加入了WiMAX論壇，目前WiMAX論壇已經擁有98個成員，運營商占25％。今年初，Intel也宣布，下半年開始將會在其生產的芯片中部分采用WiMAX標準。
趨勢分析對于今天異常火熱的WiMAX技術，我們該如何看待？它會成為3G技術的終結者嗎？筆者認為，這種觀點不盡正確。首先，從技術自身角度來看，WiMAX還不具備公眾移動通信網絡的廣域漫游、安全特性、終端便攜等移動特性。其次，WiMAX標準還不成熟，因此預計商用還需要至少兩年以上的時間，規(guī)模普及還要五年左右的時間。其三，WiMAX的特點是高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，但其還沒有對實時話音業(yè)務的高效支持能力，這將限制其作為公眾移動通信的應用。其四，WiMAX的產業(yè)規(guī)模以及技術和設備成熟性還遠遠難以和3G相抗衡，其推廣期也將滯后于已經開始啟動的3G技術。其五，WiMAX技術有可能受到傳統(tǒng)移動通信運營商或制造商的抵制，從而限制其發(fā)展。
對于WiMAX技術，筆者認為它具有巨大的潛力，但尚處在襁褓階段，目前還難以對當前的全球無線通信格局產生重大的影響。由于3G的實施，WiMAX將可能成為未來3G網絡的補充手段，在高速信息接入領域發(fā)揮其特性。但受其自身移動性和話音支持能力的限制，WiMAX不大可能殺死3G。
5.超寬帶無線接入技術UWB
無線技術領域的活躍除表現(xiàn)在新技術不斷涌現(xiàn)外，還表現(xiàn)在其傳輸能力的不斷拓展。近兩年，一項超高速的無線接入技術受到了大家的關注，那就是UWB。
UWB是一種時域通信技術，它采用超短周期脈沖進行調制，把信號直接按照0或1發(fā)送出去，而不使用載波，這與此前的無線通信截然不同。脈沖調制產生的信號為超寬帶信號，譜密度極低，信號的中心頻率在650MHz～5GHz之間，平均功率為亞毫瓦量級，抗干擾和多徑的能力強，具有多個可利用信道。與CDMA系統(tǒng)相比，時域通信系統(tǒng)結構簡單，成本相對較低。UWB技術具有高速率、低成本、低功耗的顯著特性。
UWB最引人注目的特點是具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。XtremeSpectrum公司預測，他們即將開發(fā)出的產品具有在10米內傳輸約100Mbps的能力，Intel則把目標定在了500Mbps。
趨勢分析對于UWB技術，我們應該這樣看待，它以其獨特的速率鋒芒以及特殊的應用范圍，也將在無線通信領域占據(jù)一席之地。由于其高速、窄覆蓋的特點，它很適合組建家庭的高速信息網絡。它對藍牙技術具有一定的沖擊，但對當前的移動技術、WLAN等技術的威脅不大，甚至可以成為其良好的能力補充。
三、走勢把握：接入多元網絡一體綜合布局代表方向
以上，就當前無線通信領域的熱點和焦點問題進行了敘述和討論。那么，我們該如何把握中期未來無線領域的發(fā)展趨勢呢？
首先，無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍，不同的適用區(qū)域，不同的技術特點，不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等，都可實現(xiàn)互補效應。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實現(xiàn)近距離的超高速無線接入。因此，在政策上我們應該綜合推進各種無線接入的發(fā)展，推進組網的一體化進程，通過建網的接入手段多元化，實現(xiàn)對不同用戶群體的需求覆蓋，達到市場細分和業(yè)務的多元化，解決移動通信發(fā)展不均衡的狀況。
其次，我國政府應該給企業(yè)配置更多的無線頻率資源，推進不同技術相關頻譜的規(guī)劃和應用工作。這樣才有利于不同的企業(yè)根據(jù)不同的發(fā)展策略和市場需求，綜合地規(guī)劃自己的無線通信網絡，實現(xiàn)資源的有效配置和利用。當然，政府也需要加強對有限頻率資源的管理，對于企業(yè)閑置不用的頻率占用，考慮適當?shù)氖侄斡枰允栈亍?/p>
其三，從公眾移動通信網絡發(fā)展來看，3G已經成為全球包括中國移動網絡演進的主要進程。從歐美發(fā)達國家的經驗來看，由于其移動話音用戶的普及率高，通過發(fā)展用戶實現(xiàn)增長的模式已成為歷史。因此，他們期望通過3G搭建更大的業(yè)務平臺，從而實現(xiàn)利潤的新來源。由于3G技術的成熟，目前3G商用網絡部署已經在全球范圍內啟動。就我國而言，也要借鑒歐美的經驗，在用戶數(shù)量增長放緩之前，就應提前培育新興移動市場。目前，政府應該開始積極考慮3G牌照發(fā)放和商用問題，把握住這個移動業(yè)界的巨大歷史機遇。
其四，從寬帶無線接入技術來看，全球該領域發(fā)展十分火熱。該領域的發(fā)展呈現(xiàn)出向高帶寬快速躍進、覆蓋范圍逐步擴張的趨勢。未來，該領域還可能出現(xiàn)更強大的新技術，從另一個角度對整個無線通信產業(yè)起到推進作用。但從近期來看，我們對寬帶無線接入技術發(fā)展應該有一個理性的態(tài)度和科學的把握。目前的寬帶無線接入技術主要集中在固定環(huán)境下的高速接入，其移動性和話音支持能力無法和公眾移動通信網絡抗衡。在發(fā)展中，我們應該從全局的觀點來把握，使之成為與移動網絡互補的重要技術手段，這樣既可以充分發(fā)揮其技術個性，又防止出現(xiàn)不必要的資源競爭和浪費。
其五，未來的無線通信網絡應該是怎樣的呢？專家認為，未來的無線通信網絡將是一個綜合的一體化的解決方案。各種無線技術都將在這個一體化的網絡中發(fā)揮自己的作用，找到自己的天地。從大范圍公眾移動通信來看，3G或超3G技術將是主導，從而形成對全球的廣泛無縫覆蓋；而WLAN、WiMAX、UWB等寬帶接入技術，將因其自己不同的技術特點，在不同覆蓋范圍或應用區(qū)域內，與公眾移動通信網絡形成有效互補。
其六，更遠的未來，按當前專家們的預想，通信信息網絡將向下一代網絡NGN融合。在未來NGN概念中，固定網絡將形成一個高帶寬、IP化、具有強QoS保證的信息通信網絡平臺。在這一平臺上，各種接入手段將成為網絡的觸手，向各個應用領域延伸。而3G、寬帶固定無線接入、各種無線局域網或城域網方案，都將成為大NGN平臺的延伸部分。從而形成集固定無線手段于一體，各種接入方式綜合發(fā)揮效用，各種業(yè)務形成全網絡配置的一體化綜合網絡。當然，這一進程將是漫長的，也必將遇到很多挫折。
這主要是由于網絡故障引起的瀏覽器無法正常運行上網、網絡通信中斷等問題。對這樣問題的解決辦法則是通過運行網絡故障修復的診斷命令或者根據(jù)提示的故障原因報修等。除此之外，計算機網絡通信常常提示計算機設置錯誤等，則應該根據(jù)實際狀況進行設置即可。
2、網絡通信安全
網絡通信安全問題越來越成為人們頭疼的問題，尤其是計算機網絡在電子商務、電子銀行、電子購物等B2C、B2B領域的發(fā)展，使得計算機網絡安全問題越來越受到關注。網絡信息安全問題的出現(xiàn)，很大程度上是由當前技術發(fā)展過快、人們保護信息意識較差等原因造成的。這樣的問題，雖然給計算機網絡通信帶來了一定的障礙，但是卻可以在短時間內解決。
二、新時期計算機網絡通信技術的發(fā)展趨勢
1、多網融合技術
由于當前社會手機終端的發(fā)展、平板電腦的出現(xiàn)，在很大程度對傳統(tǒng)筆記本或家用電腦產生了沖擊。在這樣的背景下，移動網絡技術、光通信技術以及多媒體通信技術的融合發(fā)展，成為了人們在新時期新時代下的新要求。利用光通信技術的快速、移動通信技術的便利性以及多媒體技術的多樣性等優(yōu)勢，融合成為一種快速、便利、多樣的新技術，這樣不僅可以滿足人們對移動通信技術的要求，也可以促進人們在工作、生活中辦公的效率，大大提升人們由于計算機網絡通訊不便、不暢所帶來的工作效率低下等問題的解決效率。而且，還可以滿足不同人群、不同地點對計算機網絡通信的不同要求，一舉多得。
2、無線通信技術的跨越
在新時期網絡通信的改革中，人們對于網絡通信技術發(fā)展的便利性提出了越來越高的要求，因此，計算機網絡技術向無線通信技術的發(fā)展越成為了必然的趨勢。目前，無線通信技術主要是指WiFi技術，包括中國電信的chinanet、中國移動的CMCCauto等。這些率先使用無線通信技術的移動通信公司，在很大程度上是借鑒外國無線通信技術，缺少獨立自主的開發(fā)。所以，完成無線通信技術的消化吸收，完成無線技術的跨越，成為了擺在當前網絡通信技術公司的嚴峻問題。把無線網絡技術的發(fā)展作為基礎設施來建設，把便利性提高，惠澤民眾，使得社會的發(fā)展更加得益于此，也是當前無線網絡通信公司所要解決的重大問題之一。
3、移動通信技術的革新
現(xiàn)如今，移動通信技術的發(fā)展正在由2G向4G跨越。然而，就目前的狀況來說，對4G移動網絡通信技術的追求，是為了保護三家移動通訊巨頭的市場占有率，并沒有真正的做到方便民眾，而是作為營銷的策略才進行的通信技術革新。因此，在未來的移動網絡通信中，如何做到通信技術革命真正的有益于使用者，這才是移動網絡通信所需要解決的首要問題。
2中心服務器通道管理軟件
中心服務器通道管理軟件包括數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊、系統(tǒng)設置模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、下位機管理模塊通信協(xié)議棧模塊、數(shù)據(jù)加密模塊以及GPRS通信模塊通道管理軟件是目前所有電網調度自動化系統(tǒng)中的通信方式與通信規(guī)約的集成所在。其中通道管理軟件每個模塊都有各自的功能，系統(tǒng)設置模塊主要是擁有用戶權限管理、用戶注銷以及更改用戶等功能系統(tǒng)設置在數(shù)據(jù)庫中保存；數(shù)據(jù)庫模塊由系統(tǒng)配置庫、報表庫以及采集轉發(fā)數(shù)據(jù)庫三個子庫組成，而系統(tǒng)配置庫又包括系統(tǒng)設置庫、下位機信息庫以及通信協(xié)議棧庫三個子庫；每個子庫又都有不同的模塊來組成，每個模塊都有其各自的作用，這里就不再進行一一的描述了。
3GPRS的安全性分析
3.1GPRS所采用的安全措施
與固定網絡相比，無線網絡在安全性方面做得還不夠到位，為了使這種狀況得到改善，對用戶的傳輸信息進行保密，GPRS采用了GSM中大量的安全保證措施。
（1）為了不讓未注冊的用戶接入，GPRS采用了GSM的移動終端鑒別方法進行加密，從而對SIM卡的有效性進行確認。
（2）運營商和用戶首先商量好使用GPRS服務的區(qū)域，一旦離開這個區(qū)域就不能享受一定級別的QOS這是接入控制。
（3）由于GPRS中的所有安全功能都與SIM卡有關，所以對SIM卡進行了獨特的設計，想要對其進行復制或偽造都是很難的，從而為網絡以及用戶的安全提供了可靠保障。根據(jù)對GPRS四點安全機制的描述不難看出，在GPRS的安全性已經能使電力系統(tǒng)的相關應用要求得到滿足，最重要的就是對SIM卡的安全保護，確保用戶信息不被泄露；除此之外GPRS本身也有不足之處，不能確保用戶連接的GPRS網絡都是真實的。
3.2應用GPRS的安全性建議
根據(jù)GPRS的變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)情況，不光要在GPRS本身安全機制上作改變，還要加強應用層的安全保護。
（1）采用APN接入方式，利用SIM卡的唯一性來進行保護，只有是規(guī)定的SIM卡手機號才能訪問，在移動終端與數(shù)據(jù)中心采用專門的APN進行無線網絡接入，普通手機做不到。
（2）使用V.25協(xié)議的點對點傳輸方式。從調度自動化系統(tǒng)所處的位置來看，為了安全性考慮其不能采用TCP/IP網絡與其他分區(qū)直接相連。利用V.25協(xié)議的點對點傳輸方式，不僅使調度自動化系統(tǒng)與外部公網的網絡有所區(qū)分，而且這樣是符合國家經濟貿易委員會第30號令《電網和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調度數(shù)據(jù)網絡安全防護規(guī)定》，同時也滿足了電力系統(tǒng)二次安全防護的分區(qū)要求。
4GPRS技術特點
GPRS的分組交換技術與以前的GSM拔號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式相比有許多優(yōu)點，例如：（1）高速率。GPRS在理論上的最高速率能夠達到171.2kbit/s。相比于現(xiàn)有的電路交換數(shù)據(jù)服務與短消息服務GPRS雖不能分配所有的時隙給數(shù)據(jù)服務但相比之下已有非常大的優(yōu)越性。除此之外，與電路交換數(shù)據(jù)服務按連接時長計費法GPRS按數(shù)據(jù)通信量進行計費比較，后者更能享受實惠。（2）永遠在線。無論是發(fā)送或者接收信息，GPRS能夠立刻連接起來在無線信道內。當用戶一直處在在線狀態(tài)的時候，用戶可以更快的進行連接不再需要復雜的程序。（3）費用低廉。GPRS付費按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)來進行付費，當用戶不接收數(shù)據(jù)包時就算在網上掛著也不會有費用的流出。中國移動對GPRS的收費是按照1K數(shù)據(jù)1min來收取的，而且不收漫游費，非常有利于野外施工以及長途運輸?shù)刃袠I(yè)。
2車載式移動醫(yī)療通信網絡系統(tǒng)設計
2.1業(yè)務需求分析
圍繞醫(yī)療通訊車設置“帳篷醫(yī)療點”，帳篷相當于科室，內設醫(yī)療設備和電腦等，設備需要通過本地無線網絡，訪問車內數(shù)據(jù)中心的醫(yī)院信息系統(tǒng)、實驗室信息系統(tǒng)和影像歸檔及傳輸系統(tǒng)。同時，本地桌面會診、遠程醫(yī)療及物資管理信息等也需要通過無線網絡進行通信。
2.2帶寬設計
根據(jù)現(xiàn)場救援環(huán)境需要，本網絡按可承受全網80臺業(yè)務訪問終端進行設計。其中帶寬需求最大的是PACS傳輸、遠程視頻及本地桌面會診3個業(yè)務；HIS、LIS訪問及語音通信等業(yè)務帶寬需求較小。文件傳輸保留1.2Mbps帶寬，桌面共享平均每方60K。由于終端的局限性，本研究設計語音按8并發(fā)、2路視頻并發(fā)、1路文件傳輸及5路桌面共享計算，共需帶寬設計為4種。
2.3傳輸距離設計
通常帳篷醫(yī)療點圍繞在通訊車220m范圍以內，相互間距＜60m。在特殊地形地貌的救援現(xiàn)場，系統(tǒng)應能支持擴展1倍的距離，提供400m左右的通信能力。為進一步發(fā)揮移動醫(yī)療通信車的作用，如與離開一定距離的醫(yī)護人員進行通信、從山上對山溝下需要救助人員進行現(xiàn)場環(huán)境采集等，系統(tǒng)若能提供千米(km)級的無線通信能力則更好，如支持4km長距離的通信，能夠使醫(yī)療通信系統(tǒng)適應各種救援現(xiàn)場環(huán)境下的靈活部署。
3基于LTE和WLAN的無線通信技術
LTE技術，即3.9G無線寬帶技術(準4G)，是未來的通信發(fā)展趨勢和發(fā)展目標?；贚TE的無線寬帶專網集群系統(tǒng)作為新一代寬帶無線移動通訊技術，具備同時傳輸大容量的下行和上行數(shù)據(jù)的能力。單站情況下，單小區(qū)的下行峰值速率可達到90Mbps，上行峰值速率可達到40Mbps。在4km超長距離下，系統(tǒng)認可提供0.9Mbps的通信帶寬。通過強大的寬帶數(shù)據(jù)接入功能，現(xiàn)場人員可以通過無線網絡實現(xiàn)遠端數(shù)據(jù)快速查詢、現(xiàn)場采集信息便捷上報以及工作電子流現(xiàn)場處理等業(yè)務，極大的提高應急救援人員的工作效率。單個CPE的WiFi可覆蓋40～90m的范圍，＜60m范圍的WiFi信號衰減較弱，不影響通信帶寬，相鄰數(shù)個CPE同時存在時WiFi設備可以接入信號最強的CPE中。為保障系統(tǒng)能夠提供WLAN無線定位功能，本研究在系統(tǒng)設計時將LTE網絡上疊加WLAN網絡，形成LTE和WLAN的本地無線網絡。AP通過CPE提供的LAN接口接入到網絡中，以LTE為管道承載數(shù)據(jù)通信業(yè)務，AP由AC集中管控，上電后可自動部署。采用LTE通信技術能夠同時提供基于LTE的集群通信功能，實現(xiàn)清晰、易于操作的語音通話以及語音對講功能。
4LTE和WLAN安全性分析
醫(yī)療信息涉及個人隱私，屬于保密信息，故整個系統(tǒng)建設需要充分考慮信息安全。LTE高安全加密集群通信和WLAN無線信號支持WIDS/WIPS無線攻擊檢測；MAC/802.1x接入認證等保障無線網絡安全，能夠滿足一般民用設計的要求。
當今，全球無線通信產業(yè)的兩個突出特點體現(xiàn)在：一是公眾移動通信保持增長態(tài)勢，一些國家和地區(qū)增勢強勁，但存在發(fā)展不均衡的現(xiàn)象；二是寬帶無線通信技術熱點不斷，研究和應用十分活躍。
資料顯示，在全球電信市場普遍低調的背景下，移動通信依然保持了較好的增長態(tài)勢。統(tǒng)計顯示，2003年全球移動用戶數(shù)增長率在17％以上，總計達到13.54億戶。在市場值方面，全球移動業(yè)務市場在2003年已達到4680億歐元，比上年增長了11.3％以上。
盡管全球移動市場在增長，但這種增長也呈現(xiàn)出很大的不均衡性。從用戶數(shù)來看，在北美、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)，由于移動用戶普及率已經很高，因此新增用戶數(shù)日益減少；而在亞洲、非洲等地區(qū)，特別是像中國這樣的發(fā)展中國家，移動用戶數(shù)增長迅猛。從用戶創(chuàng)造的價值來看，歐美發(fā)達國家的ARPU值遠遠超過了新興的發(fā)展中國家。從數(shù)據(jù)新業(yè)務市場的增長來看，韓國、日本呈現(xiàn)爆發(fā)態(tài)勢，已成為全球移動通信發(fā)展的新熱點。
目前，我國的移動通信市場呈現(xiàn)持續(xù)快速增長的局面，截至4月底，移動用戶總數(shù)達到2.96億，用戶普及率達到20.9％?？紤]閑置的充值卡和一人雙機的情況，我國移動通信由于用戶普及率相對還比較低，仍有相當巨大和持久的增長空間。但我國的移動通信領域已進入了全面競爭的時代，GSM、CDMA乃至小靈通等網絡激烈爭奪用戶，這已導致了資費下降，用戶ARPU值下降的情況。目前我國的GPRS、CDMA1X等2.5G數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展態(tài)勢不錯，并已逐步培育了用戶群。而3G還處在技術試驗階段，政府依然保持謹慎態(tài)度。
除傳統(tǒng)的公眾移動通信外，全球的寬帶無線接入領域近期研究和應用十分活躍，熱點不斷出現(xiàn)，給無線通信業(yè)界帶來了清新的空氣。這包括寬帶固定無線接入技術、WLAN技術、WiMAX技術、UWB技術等等，呈現(xiàn)百花齊放的局面。這些技術的出現(xiàn)和發(fā)展，給整個無線通信產業(yè)注入了勃勃生機。
二、熱點解析：五大技術引領應用模式各展所長
前文對全球無線通信領域的發(fā)展情況作了概要性介紹，以下將重點就當前無線通信領域的焦點問題和熱點技術展開較深入的介紹和分析。主要包括3G、3.5GHzMMDS、WLAN、WiMax、UWB等五大熱點。
1.舉世矚目的3G
今天，第三代移動通信3G格外引人矚目，成為無線通信產業(yè)的最大熱點。
首先，從技術角度來看，3G主流技術已經基本成熟。cdma2000由于技術本身的平滑演進特性，進入3G的障礙不大。WCDMA以前受版本不斷更新的影響，阻礙了商用進程，但目前主體標準已經定型，具備了規(guī)模商用的基礎。TD－SCDMA技術要相對滯后一些。
總的說來，當前的3G技術已經能夠支持規(guī)?；纳逃镁W絡部署。
其次，目前歐美等運營商已經進入了3G網絡部署階段。3G網絡的商用部署正在全球一步步地鋪展開來。截至2004年3月底，就WCDMA而言，全球已經發(fā)放了120份牌照，簽署了91份商業(yè)部署合同，目前已有二十多家網絡投入商用，預計到2004年年底總數(shù)將超過40家。目前兩家韓國運營商STK和KTF在使用cdma20001xEV－DO，日本KDDI也開始了EV－DO網絡的商用，而Verizon也即將參與該制式下3G網絡的部署。
應該說，2004年已經進入了全球3G的商用部署年。
第三，部分運營商的3G用戶數(shù)量開始呈現(xiàn)快速增長的局面。最早推出3G商用業(yè)務的NTTDoCoMo近期宣布，在距離突破200萬用戶僅僅兩個月的時間內，他們的3G用戶總數(shù)就增長至300萬大關。5月中下旬，和記黃埔表示，在過去兩個月中，3G用戶數(shù)出現(xiàn)了快速增加，目前在全球范圍內已經達到了173萬。截至2004年1月1日，全球使用cdma2000（包括CDMA1X）系列和WCDMA標準制式的3G用戶數(shù)已經達到了7300萬。
從全球來看，3G商用在部分地區(qū)已取得了初步成功。
第四，我國3G處在黎明的前夕。我國對3G一直采取積極穩(wěn)健的態(tài)度，目前，我國正在進行第二階段的網絡技術試驗，或稱外場測試。自今年3月起，開始啟動WCDMA、cdma2000和TD－SCDMA的測試工作，由6大運營商分別在北京、上海、廣州三地進行。測試的重點包括：3G網絡覆蓋、容量等性能試驗；不同3G技術之間、3G和2G技術之間的干擾、共存；各種3G業(yè)務及業(yè)務兼容性試驗；3G終端和系統(tǒng)之間互操作試驗；3G和2G之間的互操作試驗。
預計此階段試驗將在今年10月份完成，試驗將對我國對3G的決策工作起到重要的參考作用。由于此次試驗由運營商參與，且屬于網絡試驗。因此，預計若此次試驗結果令人滿意的話，我國的3G牌照發(fā)放工作有可能順勢展開。
趨勢分析3G一波三折，曾經有一段時間，人們對3G的前途失去了信心，并在今天留下了心理陰影。對3G問題，我國應如何把握呢？筆者認為，目前，3G已處在商用的爆發(fā)階段，由于3G技術和產品的成熟，3G的商用已不容置疑地擺在了我們面前。歐美等國運營商加緊部署3G網絡以及日韓等國3G用戶的快速增長，表明3G已經成為全球移動通信領域新的成長點，我國需要當機立斷，盡快開展3G牌照的發(fā)放工作和商用部署工作。這樣才不至于坐失機遇，在本來領先的移動網絡建設中落后。同時，3G也為國內的電信制造商提供了絕佳的機遇，這也是我國移動通信產業(yè)的一次發(fā)展良機。
應該說，目前3G還存在一些問題，主要表現(xiàn)在市場還處在啟蒙階段，殺手級的業(yè)務還沒有呈現(xiàn)，終端還不夠多。在我國，政府將考慮對市場競爭度的把握，涉及3G網絡發(fā)放幾張牌照的問題，同時，還將考慮設備國產化問題。這些問題已經屬于次要矛盾，目前最重要的是要選擇恰當時機盡快推動3G網絡平臺的建設，這才是解決以上矛盾的關鍵環(huán)節(jié)和引導環(huán)節(jié)。
這主要是因為我國3G網絡建設不同于西方發(fā)達國家，我國移動話音用戶市場還有很大的成長空間，這就能夠避免出現(xiàn)因為發(fā)展初期新應用新業(yè)務不足無法支撐網絡生存的狀況。同時，我國有迫切需要進入移動市場的“新”運營商，中國電信和中國網通如果被允許經營移動通信業(yè)務，其網絡建設必然會選擇3G，這從中遠期的網絡成本上要遠遠低于2G技術。此外，盡快發(fā)放3G牌照，對解決現(xiàn)有的小靈通（PHS）的矛盾，也有重要的戰(zhàn)略意義。目前，日本都已經棄PHS而轉攻3G，其目的十分明顯，即要糾正自己早期大上帶有強烈本土化特征的PHS導致失去移動領域國際領先地位的失誤，重新用全球性的先進技術武裝自己的移動通信產業(yè)，實現(xiàn)在該領域的戰(zhàn)略性崛起。如果我國反其道而行之，將是不明智的，這關鍵還是政府的決策引導問題，而不能抱怨運營商?？傊?，3G不是一蹴而就的，如果遲遲不進行網絡的建設，其他的矛盾將繼續(xù)積聚，難以得到根本性的解決。
2.3.5GHz寬帶固定無線接入的推廣應用
3.5GHz寬帶固定無線接入技術MMDS，是工作于3.5GHz無線頻段上的中寬帶無線接入技術。今年4月份，第三批3.5GHz寬帶固定無線接入頻率評選（招標）工作在我國進行，使MMDS技術在我國的應用進一步擴大，這也使3.5GHz固定無線接入技術成為今年業(yè)界的熱點之一。
在此次評選（招標）工作中，中國電信、中國網通、中國移動、中國聯(lián)通、中國鐵通五大運營商分別獲得河北、山西、內蒙古等27個省（區(qū)）的3.5GHz頻段2×30MHz頻率使用權，并將獲準經營相應電信業(yè)務。加上此前的兩次3.5GHz頻率使用權分配，我國3.5GHz頻段已在絕大部分地區(qū)分配完畢。這表明，我國的3.5GHz寬帶固定無線接入進入了規(guī)模商用。
前一段時間，無線電管理局副局長劉巖率領由無線電管理局、電信管理局、電信研究院共同組成的調研組，對第二批3.5GHz中標企業(yè)的工作情況進行了調研。通過調研發(fā)現(xiàn)，在第二批中標的9家企業(yè)中有7家建設開通了網絡，這7家企業(yè)在一半以上的中標城市建設了自己的網絡。目前運營商傾向于提供的業(yè)務包括：語音接入業(yè)務（本地和IP電話），數(shù)據(jù)專線業(yè)務，Internet接入業(yè)務等。調研中還發(fā)現(xiàn)，如果將3.5GHz網絡作為單一網絡來經營，盈利困難比較大，特別是對于大型企業(yè)。調研中，運營企業(yè)對進一步獲得3.5GHz頻率資源表現(xiàn)出了很大熱情。
趨勢分析寬帶固定無線接入技術因為其高帶寬、建設速度快、接入方式靈活等特點，受到了業(yè)界的關注。但這項技術也有其局限性，比如高頻段26GHz的LMDS技術受天氣影響較大，而3.5GHzMMDS技術在我國又受到了帶寬不足等因素的限制。因此，對于寬帶固定無線接入技術，我們應該回歸理性的認識。它具有自身的優(yōu)勢，但也有其固有的缺陷，因此在應用中要實事求是。
就目前重點推廣的3.5GHz技術來看，運營商的經營經驗表明，若單獨把MMDS技術作為一個獨立網絡來運作，由于其技術、用戶規(guī)模和頻率帶寬的限制，較難實現(xiàn)盈利。因此，我們應該進一步放寬眼光，把它推廣至更大的應用領域。比如可以考慮像現(xiàn)在某些運營商所采用的，將之作為移動基站的回路。
對于3.5GHzMMDS技術，我們一方面要積極推動其綜合業(yè)務的應用，比如數(shù)據(jù)增值業(yè)務的開發(fā)和經營。同時也要從全局的角度考慮，使之成為移動通信網絡的有效補充手段。這樣才能充分發(fā)揮3.5GHz頻段的效率。未來，隨著3G技術的商用，3.5GHz將有望成為移動網絡重要的接入補充手段，并對3G網絡的搭建起到支撐作用。
3.沸沸揚揚的WLAN標準之爭
無線局域網技術WLAN（Wi－Fi），其技術標準為802.11，可實現(xiàn)十幾兆至幾十兆的無線接入。我國目前發(fā)展的主要是802.11b標準的WLAN網絡，支持11Mbps的無線接入。作為近年來的一項新技術，WLAN在歐美等國快速發(fā)展，在我國近兩年也得到了幾大運營商的追捧。而自去年開始的WAPI標準之爭，吸引了全球的關注目光。
2003年5月12日，由中國寬帶無線IP標準工作組負責起草的無線局域網兩項國家標準（即WAPI標準），由國家信息產業(yè)部報送國家標準化管理委員會正式頒布。2003年12月1日，國家認證認可監(jiān)督管理委員會2003年第113號公告，宣布對無線局域網產品實施強制性產品認證，要求所有產品都要加載我國擁有自主知識產權的安全保密協(xié)議WAPI，從2004年6月1日起，不符合WAPI標準的無線局域網產品不得出廠、進口、銷售或者在其他經營活動中使用。但2004年4月22日，國務院副總理吳儀表示中國已經同意美方提出的要求，不在2004年6月1日最后期限到來之時強制實施WAPI標準。2004年4月29日，國家質檢總局、認監(jiān)委、國標委聯(lián)合了2004年第44號公告。公告強調：WAPI標準實施時間只是推遲，并沒有取消，也沒有取消標準的強制性屬性。
筆者認為，之所以出現(xiàn)WAPI標準之爭，除了國家出于自身信息安全的考慮外，我國無線通信設備廠商希望成長壯大，占領新興技術市場的渴望也是重要因素。但該標準的無限期推遲，也暴露出一些問題。那就是，我國的無線技術的核心能力，與國際水平相比還有一定差距，還難以撼動國際主流的技術集團。同時，我國通信技術標準的制訂策略，還存在封閉性的問題，這也是其受到國際社會普遍攻擊的重要原因。當然，WAPI標準的推遲執(zhí)行，也是出于更大的國家利益的考慮。
趨勢分析WAPI標準之爭，表明WLAN技術在全球的重要戰(zhàn)略地位。其戰(zhàn)略意義不只在于網絡的部署、用戶的發(fā)展、業(yè)務的經營范疇，更在于其對IT通信產品領域的巨大拉動力量，特別是對計算機芯片的突出貢獻。因此，我國應該積極推進WLAN核心技術的研究工作，這不僅涉及通信產業(yè)，而且涉及IT領域的巨大利益。
拋開WAPI標準之爭，我們如何把握WLAN技術的發(fā)展趨勢呢？應該說，WLAN在我國目前的工作，陷入了低潮階段。這主要是受制于WLAN技術自身的限制，比如其漫游性、安全性、如何計費等等，還沒有得到妥善的解決。另外，高端商業(yè)用戶的不足，使網絡建設的投資收益比較低，因此也影響了運營商的積極性。未來，隨著技術的進一步成熟，WLAN技術將在特定的區(qū)域和范圍，特別是熱點區(qū)域和高速信息接入領域，發(fā)揮對移動通信網絡的重要補充作用。3G網絡商用后，WLAN將成為彌補3G固定區(qū)域高速覆蓋的不足?？傮w來看，WLAN具有很強的生命力，但其在運營領域的發(fā)展速度估計會低于過去的預期。
4.寬帶無線技術新寵WiMAX
有資料顯示，“WiMAX”已經成為近期互聯(lián)網上搜索量最大的通信關鍵詞，該項技術以其遠覆蓋和高帶寬特性，成為無線業(yè)界的新寵。
WiMAX全稱為WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作系統(tǒng)，其技術標準為IEEE802.16。WiMAX也組織了自己的聯(lián)盟。目前這個聯(lián)盟已經發(fā)展了數(shù)十家會員，該聯(lián)盟由Intel牽頭，我國中興通訊也名列其中。WiMAX的目標是促進IEEE802.16的應用。
WiMAX相對于Wi－Fi的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在Wi－Fi解決的是無線局域網的接入問題，而WiMAX解決的是無線城域網的問題。Wi－Fi只能把互聯(lián)網的連接信號傳送到300英尺遠的地方，WiMAX則能把信號傳送31英里之遠。Wi－Fi網絡連接速度為每秒54兆，而WiMAX為每秒70兆。有專家認為，WiMAX的覆蓋范圍和傳輸速度將對3G構成威脅。在成本等各個方面的優(yōu)勢使得業(yè)內人士將WiMAX技術看作是一項打破產業(yè)格局的技術。
近期，英國電信（BT）、法國電信、Qwest通信公司、Reliance電信和XO通信加入了WiMAX論壇，目前WiMAX論壇已經擁有98個成員，運營商占25％。今年初，Intel也宣布，下半年開始將會在其生產的芯片中部分采用WiMAX標準。
趨勢分析對于今天異?；馃岬腤iMAX技術，我們該如何看待？它會成為3G技術的終結者嗎？筆者認為，這種觀點不盡正確。首先，從技術自身角度來看，WiMAX還不具備公眾移動通信網絡的廣域漫游、安全特性、終端便攜等移動特性。其次，WiMAX標準還不成熟，因此預計商用還需要至少兩年以上的時間，規(guī)模普及還要五年左右的時間。其三，WiMAX的特點是高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，但其還沒有對實時話音業(yè)務的高效支持能力，這將限制其作為公眾移動通信的應用。其四，WiMAX的產業(yè)規(guī)模以及技術和設備成熟性還遠遠難以和3G相抗衡，其推廣期也將滯后于已經開始啟動的3G技術。其五，WiMAX技術有可能受到傳統(tǒng)移動通信運營商或制造商的抵制，從而限制其發(fā)展。
對于WiMAX技術，筆者認為它具有巨大的潛力，但尚處在襁褓階段，目前還難以對當前的全球無線通信格局產生重大的影響。由于3G的實施，WiMAX將可能成為未來3G網絡的補充手段，在高速信息接入領域發(fā)揮其特性。但受其自身移動性和話音支持能力的限制，WiMAX不大可能殺死3G。
5.超寬帶無線接入技術UWB
無線技術領域的活躍除表現(xiàn)在新技術不斷涌現(xiàn)外，還表現(xiàn)在其傳輸能力的不斷拓展。近兩年，一項超高速的無線接入技術受到了大家的關注，那就是UWB。
UWB是一種時域通信技術，它采用超短周期脈沖進行調制，把信號直接按照0或1發(fā)送出去，而不使用載波，這與此前的無線通信截然不同。脈沖調制產生的信號為超寬帶信號，譜密度極低，信號的中心頻率在650MHz～5GHz之間，平均功率為亞毫瓦量級，抗干擾和多徑的能力強，具有多個可利用信道。與CDMA系統(tǒng)相比，時域通信系統(tǒng)結構簡單，成本相對較低。UWB技術具有高速率、低成本、低功耗的顯著特性。
UWB最引人注目的特點是具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。XtremeSpectrum公司預測，他們即將開發(fā)出的產品具有在10米內傳輸約100Mbps的能力，Intel則把目標定在了500Mbps。
趨勢分析對于UWB技術，我們應該這樣看待，它以其獨特的速率鋒芒以及特殊的應用范圍，也將在無線通信領域占據(jù)一席之地。由于其高速、窄覆蓋的特點，它很適合組建家庭的高速信息網絡。它對藍牙技術具有一定的沖擊，但對當前的移動技術、WLAN等技術的威脅不大，甚至可以成為其良好的能力補充。
三、走勢把握：接入多元網絡一體綜合布局代表方向
以上，就當前無線通信領域的熱點和焦點問題進行了敘述和討論。那么，我們該如何把握中期未來無線領域的發(fā)展趨勢呢？
首先，無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍，不同的適用區(qū)域，不同的技術特點，不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等，都可實現(xiàn)互補效應。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實現(xiàn)近距離的超高速無線接入。因此，在政策上我們應該綜合推進各種無線接入的發(fā)展，推進組網的一體化進程，通過建網的接入手段多元化，實現(xiàn)對不同用戶群體的需求覆蓋，達到市場細分和業(yè)務的多元化，解決移動通信發(fā)展不均衡的狀況。
其次，我國政府應該給企業(yè)配置更多的無線頻率資源，推進不同技術相關頻譜的規(guī)劃和應用工作。這樣才有利于不同的企業(yè)根據(jù)不同的發(fā)展策略和市場需求，綜合地規(guī)劃自己的無線通信網絡，實現(xiàn)資源的有效配置和利用。當然，政府也需要加強對有限頻率資源的管理，對于企業(yè)閑置不用的頻率占用，考慮適當?shù)氖侄斡枰允栈亍?/p>
其三，從公眾移動通信網絡發(fā)展來看，3G已經成為全球包括中國移動網絡演進的主要進程。從歐美發(fā)達國家的經驗來看，由于其移動話音用戶的普及率高，通過發(fā)展用戶實現(xiàn)增長的模式已成為歷史。因此，他們期望通過3G搭建更大的業(yè)務平臺，從而實現(xiàn)利潤的新來源。由于3G技術的成熟，目前3G商用網絡部署已經在全球范圍內啟動。就我國而言，也要借鑒歐美的經驗，在用戶數(shù)量增長放緩之前，就應提前培育新興移動市場。目前，政府應該開始積極考慮3G牌照發(fā)放和商用問題，把握住這個移動業(yè)界的巨大歷史機遇。
其四，從寬帶無線接入技術來看，全球該領域發(fā)展十分火熱。該領域的發(fā)展呈現(xiàn)出向高帶寬快速躍進、覆蓋范圍逐步擴張的趨勢。未來，該領域還可能出現(xiàn)更強大的新技術，從另一個角度對整個無線通信產業(yè)起到推進作用。但從近期來看，我們對寬帶無線接入技術發(fā)展應該有一個理性的態(tài)度和科學的把握。目前的寬帶無線接入技術主要集中在固定環(huán)境下的高速接入，其移動性和話音支持能力無法和公眾移動通信網絡抗衡。在發(fā)展中，我們應該從全局的觀點來把握，使之成為與移動網絡互補的重要技術手段，這樣既可以充分發(fā)揮其技術個性，又防止出現(xiàn)不必要的資源競爭和浪費。
其五，未來的無線通信網絡應該是怎樣的呢？專家認為，未來的無線通信網絡將是一個綜合的一體化的解決方案。各種無線技術都將在這個一體化的網絡中發(fā)揮自己的作用，找到自己的天地。從大范圍公眾移動通信來看，3G或超3G技術將是主導，從而形成對全球的廣泛無縫覆蓋；而WLAN、WiMAX、UWB等寬帶接入技術，將因其自己不同的技術特點，在不同覆蓋范圍或應用區(qū)域內，與公眾移動通信網絡形成有效互補。
其六，更遠的未來，按當前專家們的預想，通信信息網絡將向下一代網絡NGN融合。在未來NGN概念中，固定網絡將形成一個高帶寬、IP化、具有強QoS保證的信息通信網絡平臺。在這一平臺上，各種接入手段將成為網絡的觸手，向各個應用領域延伸。而3G、寬帶固定無線接入、各種無線局域網或城域網方案，都將成為大NGN平臺的延伸部分。從而形成集固定無線手段于一體，各種接入方式綜合發(fā)揮效用，各種業(yè)務形成全網絡配置的一體化綜合網絡。當然，這一進程將是漫長的，也必將遇到很多挫折。
1.1適應范圍廣
藍牙無線通信技術之所以能夠在全球范圍內廣泛使用就在于其工作頻段的范圍,由于藍牙技術研發(fā)之時選擇在全球統(tǒng)一開發(fā)的2.4GHz醫(yī)學、工業(yè)和科學ISM頻段,全世界范圍內多數(shù)國家所使用的SM頻段是在2.4到2.4835GHz之間,SM頻段包含在全球統(tǒng)一的頻段之中,各種在使用藍牙無線通信技術的時候可以不受限于其所在地區(qū)的無線電資源部門的許可與否皆可使用。
1.2可同時傳輸語音和數(shù)據(jù)
藍牙采用的是分組交換和電力交換技術,支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道或者語音和異步數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)男诺馈３酥?藍牙定義了面向同步鏈接鏈路SCO以及異步無連接鏈路ACL兩種鏈路類型,其中ACL主要負責數(shù)據(jù)的傳輸,而SCO主要負責語音傳輸。也就是說藍牙無線通信技術可以同時進行語音和數(shù)據(jù)的傳輸。
1.3能實現(xiàn)臨時性對等鏈接
藍牙設備在進行對等連接的時候,主動發(fā)起連接請求的一方為主設備,被發(fā)起連接請求的一方為從設備。藍牙的基本網絡為由鏈接通信組成的微微網,當一個微微網形成時有一個主設備和主設備以外的一個或者多個從設備。
1.4抗干擾能力強
藍牙無線通信技術具備良好的抗干擾能力主要在于其使用跳頻的工作方式來進行頻譜的擴展?，F(xiàn)在很多生活中使用的電器設備、局域網和無線設備等會在ISM頻段工作,這就和藍牙設備所在的頻段可能會有沖突,這樣的情況下,藍牙設備將2.402到2.48GHz的頻段分割成79個頻點,相鄰頻點之間間隔1MHz,數(shù)據(jù)分組在任意頻點發(fā)出之后繼續(xù)跳到另一個頻點發(fā)送,并且頻點的選擇順序沒有規(guī)律性,頻率改變?yōu)?600次/s每個頻率只持續(xù)625μs,由此,藍牙設備的工作就不會受到其他設備的頻段的干擾。
1.5體積小,功耗小
現(xiàn)在電子設備的更新?lián)Q代越來越快,體積越來越小越來越薄,所以這些設備中的藍牙模塊的體積也需隨之改善,以便更好的集成到各種電子設備中去。藍牙設備的耗能會根據(jù)其工作狀態(tài)的不同會有所增減,處于工作狀態(tài)的藍牙一般耗能不多,而非工作狀態(tài)下的呼吸模式(Sniff)、保持模式(Hold)、休眠模式(Park)消耗的能量較之更少。也就是說,藍牙設備的體積比較小而且使用的時候均為低耗能模式。
1.6開放接口標準,成本低廉
在藍牙無線通信技術推廣的過程中,SIG將該技術各種標準向全世界公開,所以,企業(yè)在研發(fā)和生產產品的時候要是能夠兼容SIG的藍牙產品,那么這樣的產品在市場上的適用性就更強,與此同時,藍牙相關的應用程序也隨之得到極大的推廣。在這樣的背景之下,藍牙技術得到廣范圍的普及,制造藍牙產品所需的投資也很大程度上降低了。
2藍牙無線通信技術的應用
藍牙無線通信技術的研發(fā)初衷就是要在盡可能多的領域實現(xiàn)數(shù)字移動設備之間的非電纜的無線通訊連接和相關數(shù)據(jù)的傳輸,很多數(shù)字和電子設備之間的聯(lián)網信息能夠實現(xiàn)實時的共享,藍牙技術讓設備的功能得到一定范圍內的擴充。加之,藍牙設備大多是成本比較低且體積比較小的集成模塊,將其集成于電子設備中之后有利于形成了一些應用模型的出現(xiàn)。無線鍵盤和鼠標是以電子計算機為連接中心的無線連接;一臺打印機可以覆蓋多臺計算機的打印任務或者其他資源的共享;掌上電腦、數(shù)字照相機、智能手機可以通過打開藍牙無線連接電腦進行信息數(shù)據(jù)的傳輸;辦公室多臺電腦通過藍牙形成一個無線網絡局域網;以及可以實現(xiàn)無線語音通信的新型的藍牙擴展技術,如無線耳機的應用;集成藍牙技術的電子小設備,腕表、車鑰匙、電子筆等的應用也涉及到各個領域。這些都是對藍牙無線通信技術的很好應用。藍牙技術可以通過網絡接入點和撥號上網兩種方式連接互聯(lián)網,撥號上網可以讓便攜式計算機通過移動電話接入internet,藍牙無線網絡接入還可以作為公用電話交換網的接入點使用,這有利于家用電器的無線組網和網絡控制,使得上網更加方便快捷。
3藍牙技術的應用前景的新思考
3.1藍牙所產生的電磁波對于人的身體健康不會有傷害
因為藍牙設備在工作的時候起功率比較低,向對的,移動電話這樣的高功率設備一般都會產生有損人體健康的電磁輻射,所以集成藍牙設備的各種類型的電子裝置將有很好的應用市場,比如用藍牙耳機代替手機聽筒進行手機對話將會減少手機輻射對大腦的影響。
3.2紅外線技術應用的時候會受制于紅外線兩個傳輸口的位置和防線
而藍牙技術則能夠突破這樣的限制,將其適用范圍拓展到三維立體覆蓋的面,能夠在一定范圍內自動的識別和連接設備。除此之外,藍牙無線通信的1MB/s的速度比紅外線技術快,也就是說藍牙技術相比較于紅外線技術能夠適用于更多的場合和更復雜的環(huán)境。鑒于這些特征,在工業(yè)自動化控制領域很多需要立體空間多方位的移動產品的檢索識別、信息采集和數(shù)據(jù)整合等工作都得應用到藍牙設備。
3.3在信息技術時代,藍牙技術在電子傳感器的信息傳輸方面應用廣泛。
超寬帶無線通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)相比，有許多獨特的優(yōu)點。通常情況下，超寬帶無線通信系統(tǒng)的信號調制方式主要有以下這兩種方式。
1.1.1基帶窄脈沖方式。
基帶窄脈沖方式是超寬帶無線通信系統(tǒng)中的一種主要信號調制方式，這種信號調制方式主要是通過發(fā)射機產生基帶窄脈沖序列來進行通信，超寬帶無線通信過程中所采用的脈沖信號寬度非常窄，通常都是納秒級與亞納秒級，其信號調制主要經歷了脈沖位置調制以及二進制移相健控等方式來對攜帶信息，最終實現(xiàn)無線通信。整個信號的具體調制過程包括以下幾個步驟，首先在發(fā)送端由發(fā)射機發(fā)射脈沖信號，之后調制器將發(fā)射機中發(fā)射出來的脈沖信號采用待發(fā)送數(shù)據(jù)進行脈沖振幅調制，也可以是脈沖位置調制。在調制完成之后，將其與跳時碼發(fā)生器中所生成的偽隨機碼，共同送入帶可編程的延遲電路中，從而產生時延控制脈沖信號發(fā)生器的具體發(fā)生時刻，最終完成信號的調制與發(fā)射。而在信號的接受端，則是將傳來的超寬帶無線信號收集起來，經過相應的處理之后送入帶基帶信號處理電路中，這樣就能夠根據(jù)時延產生的本地模塊波形接收到信號相?；鶐д}沖方式整體結構比較簡單，并且還具有很強的多徑信號分辨能力，因此被廣泛應用與通信領域中。
1.1.2載波調制方式。
超寬帶無線通信技術中的載波信號調制方式，主要是根據(jù)基帶窄脈沖方式而提出了一種信號調制方式。這種信號調制方式，主要是將單脈沖信號中所占據(jù)的頻譜分解成多個子頻帶，不同的脈沖信號在同一個脈沖寬度中將會產生不同的周期，從而對應了不同的中心頻率。這種信號調制方式與基帶窄脈沖方式相比，能夠將頻譜資源利用的更加靈活，并且效率也能夠得到提升，因此如今的超寬帶無線通信系統(tǒng)一般都是采用這種信號調制方式。
1.2超寬帶無線通信技術的優(yōu)點
1.2.1帶寬大且傳輸速率高。
超寬帶無線信號在傳輸過程主要是采用脈沖為信息載體，因此持續(xù)的時間非常短，所占用的帶寬一般都在1~10GHz，因此其具有非常寬的頻率帶寬來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，在傳輸中只需要與其他無線技術共享頻帶就能夠實現(xiàn)通信。超寬帶無線通信技術在通信領域中的傳輸速率能夠達到幾十Mbit/s~幾百Mbit/s。
1.2.2功耗小。
因為傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)都需要連續(xù)發(fā)射載波才能夠實現(xiàn)通信，所以消耗的電能比較大，但是在超寬帶無線通信系統(tǒng)中發(fā)射的是脈沖電波，并且不需要連續(xù)發(fā)射，只有在需要的時候才發(fā)射，其耗電量只有傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的1/100~1/1000。
1.2.3抗干擾能力強。
超寬帶無線通信系統(tǒng)在通信的過程中，采用的是跳時擴頻信號，在信號發(fā)射的過程中能夠將無線電脈沖信號分散到寬闊的頻帶中，其輸出功率非常的小，而在信號接收的過程中將原信號能量都還原出來，并且還能夠在解擴的過程中將產生的擴頻進行增益。因此超寬帶無線通信技術與傳統(tǒng)的無線通信技術相比，具有非常強的抗干擾能力。同時因為超寬帶無線通信技術在信號發(fā)射的過程中所產生的功率非常小，因此在與其他無線通信共享帶寬的過程中也不會產生干擾，能夠與其它的無線通信技術共同實現(xiàn)信號傳輸。
1.2.4保密性強。
超寬帶無線通信系統(tǒng)在進行信息傳輸?shù)倪^程中，還具有非常強的保密性能。超寬帶無線通信系統(tǒng)的保密性強主要的因素有兩個。首先，超寬帶無線通信系統(tǒng)在信號發(fā)射時采用的是跳時擴頻，并且接收機只有具備與發(fā)送端相應的脈沖序列才能夠解讀發(fā)射數(shù)據(jù)。其次就是系統(tǒng)的發(fā)射頻率低，被竊取的概率小，傳統(tǒng)的信號接收方式根本無法接收到超寬帶無線系統(tǒng)中發(fā)射的信號。
二、通信領域中超寬帶無線的應用
2.1個域網中的超寬帶無線的應用。
超寬帶無線通信技術具有傳輸速率高且發(fā)射功率低等特點，因此在通信領域中能夠為用戶提供無線外設訪問功能，并且其供應速度也非?？?。這樣用戶也在使用的過程中，就能夠音頻與文化信息進行快速傳輸，因此將超寬帶無線通信技術應用與個域網中，具有獨特的優(yōu)勢。比如在工作與生活當中，可以充分利用超寬帶無線通信技術將攝像機中視頻轉移到個人的電腦中，利用超寬帶無線通信能夠以極快的傳輸速率實現(xiàn)不同設備之間的數(shù)據(jù)傳送。
2.2無線傳感網中的超寬帶無線的應用。
超寬帶無線通信技術不僅擁有非?？斓膫鬏斔俾剩瑫r還具有成本低以及耗能小等特點。而在無線傳感網中，傳感器一般只有在一些比較特殊的地方才會使用，因此一般都是采用無線傳輸?shù)姆绞絹磉M行，并且無線傳感網內的通信必須要具備耗能小且成本低等特點，能夠讓無線傳感網更好的運行。因此在這樣的一種情況下，將超寬帶無線通信技術應用進無線傳感網中，能夠幫助無線傳感網更好的工作。
2.3軍事通信中超寬帶無線的應用。
在軍事通信領域中，其通信的保密性必須要非常強，因為一旦出現(xiàn)軍事信息的泄露，將會產生非常嚴重的后果。而超寬帶無線通信技術的信號頻譜非常寬、發(fā)射功率小以及功率譜密度低，在傳輸?shù)倪^程中很難檢測到，在接受的過程中也需要有與發(fā)送機相應的脈沖序列才能夠解讀數(shù)據(jù)，因此具有非常良好的保密性能。同時超寬帶無線通信系統(tǒng)在通信的過程中，不需要聯(lián)系發(fā)送信號，超寬帶無線通信系統(tǒng)的信號屬于突發(fā)信號，從而使得通信過程中的保密性能進一步提升。再加上超寬帶無線通信技術還具有非常強的抗干擾能力以及耗能少等特點，使得超寬帶無線通信在軍事通信領域中應用，具有非常顯著的優(yōu)勢。
2.4智能交通系統(tǒng)中超寬帶無線的應用。
超寬帶無線通信技術除了具備以上的相關特點之外，這種無線通信技術在通信領域中進行應用還具有良好的定位與搜索功能。將超寬帶無線通信技術中的這兩種功能結合起來，能夠制造出一種防碰與防障礙物的車用雷達。在汽車駕駛的過程中，通過這種雷達就能夠精確的分布出汽車周圍的障礙物以及車輛，從而降低交通事故的發(fā)生幾率。將超寬帶無線通信技術的特點應用進行智能交通系統(tǒng)中，不僅能夠在車內轉上特有的雷達來降低交通事故，同時還能夠將交通中的站臺裝置與車輛裝置整合起來形成一個無線通信網絡，這樣就能夠實現(xiàn)車輛的隨時定位、車速的測量以及車輛在形式過程中的道路信息等。因此將超寬帶無線通信技術應用進行智能交通系統(tǒng)中，能夠進一步促進智能交通系統(tǒng)的發(fā)展。
2.5超寬帶無線通信在成像系統(tǒng)的應用。
超寬帶無線通信系統(tǒng)在信號傳輸?shù)倪^程中，還具有非常強的穿透性能，超寬帶無線通信技術所發(fā)射的無線電脈沖具有很強的穿透性能，在應用的過程中能夠形成很強的樓層作用以及穿墻作用，因此將超寬帶無線通信技術應用在成像系統(tǒng)中同樣有顯著的效果。比如說將利用超寬帶無線通信技術的這種特點，制造成穿墻雷達，就能夠在防爆活動以及現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，將敵人的位置進行定位。同時還能夠用于礦產的探測，并且如果發(fā)生了各種災難災害之后，還能夠將這種技術用于搜救遇難人員等。由此可以看出，超寬帶無線通信技術在通信領域中進行應用，有很大的優(yōu)勢。
二、無線技術介紹
（一）無線通信技術的概念
目前，無線通信及其應用已成為當今信息科學技術最活躍的研究領域之一。其一般由無線基站、無線終端及應用管理服務器等組成。
（二）無線通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀
無線通信技術按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術，即基于IEEE802.15的無線個域網（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網（WWAN）。
總的來說，長距離無線接入技術的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點分配業(yè)務（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。
1.主流無線通信技術
從技術發(fā)展的趨勢可以看出，以OFDM+MIMO為核心的無線通信技術將成為未來無線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術的無線通信技術主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術。
2.其他無線通信技術
除了上述主流的無線通信技術外，目前已存在的無線通信技術還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術及LMDS、MMDS、點對點微波、衛(wèi)星通信等長距離通信技術。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是點對點的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達16Mbps，通信介質為波長900納米左右的近紅外線。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴展技術，通信介質為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射頻識別，俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。
（4）UWB：UltraWideband，即超寬帶技術。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統(tǒng)的復雜性，降低成本。
三、無線技術優(yōu)劣分析
（一）WLAN技術分析
Wi-Fi的技術和產品已經相當成熟，而且大批量生產。該技術適用于無線局域網，作為有線網絡的延伸，對于特殊地點寬帶應用，盡管Wi-Fi技術應用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網絡使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內盜取數(shù)據(jù)甚至進入未受保護的公司內部局域網。
（二）WiMax技術分析
WiMax是一個先進的技術，推出相對較晚，存在頻率復用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標準化，該技術的大規(guī)模推廣還需要實踐考驗。從應用前景看，該技術可以在較大范圍內滿足上網要求，覆蓋可以包括室外和室內，可以進行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術的先進性和超遠的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來移動技術的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網絡接入服務。
（三）WMN技術分析
WMN是正在研究中的技術，在研究中不斷地在不同方面結合各種技術的特點進行融合，而且暫時沒有一個成熟的產品系列來支持該技術的大規(guī)模應用。從應用前景看，WMN這一新興網絡不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應用空間，在其他方面如結合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對目標對象進行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應用到環(huán)境檢測、工業(yè)、交通等領域。隨著其他技術的不斷更新完善，WMN更好地與之相融合、互補，從而能夠揚長避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。
（四）3G技術分析
3G于1996年提出標準，2000年完成包括上層協(xié)議在內的完整標準的制訂工作。3G網絡部署已具備相當?shù)膶嵺`經驗，有一成套建網的理論，包括對網絡的鏈路預算、傳播模型預算以及計算機仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經建設了3G的網絡。3G技術已經進入可以實用的階段，還有很多國家和地區(qū)正在建設或將要建設3G網絡。
（五）LMDS技術分析
本地多點分布業(yè)務系統(tǒng)LMDS是一種提供點對多點通信的固定寬帶無線接入技術，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網和視頻業(yè)務，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通過扇區(qū)或基站設備將ATM骨干網基帶信息調制為射頻信號發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內的許多用戶端設備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設光纖或銅纜情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向對稱高帶寬無線傳輸。
（六）MMDS技術分析
MMDS的主要缺點是有阻塞問題且信號質量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠寬，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由于MMDS采用的調制技術主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調制QAM調制技術，無法做到非視距傳輸，在目前復雜的城市環(huán)境下難以推廣應用。另外，MMDS沒有統(tǒng)一的國際標準，各廠家的設備存在兼容性問題。
（七）集群通信技術分析
數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，它的頻譜利用率有很大提高，可進一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號抗信道衰落的能力，使無線傳輸質量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實用技術，所以對數(shù)字系統(tǒng)來說，保密性也有很大改善。
數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務服務，也就是說除數(shù)字語音信號外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網內傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號，因此極大地提高了集群網的服務功能。
（八）點對點微波通信技術分析
微波傳輸?shù)膬?yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，可以降低運營商的運營成本。與租用線路相比，微波系統(tǒng)的投資只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統(tǒng)部署簡潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比，其快速部署的優(yōu)勢可以更快地滿足新業(yè)務發(fā)展的需要。第三，目前的微波產品對未來的發(fā)展是有保障的，對于運營商的新業(yè)務和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統(tǒng)將升級到全IP的平臺之上，可以全面支持運營商未來的發(fā)展。
（九）衛(wèi)星通信技術分析
利用衛(wèi)星在有些人口不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網的接入設施。在陸地通信網已經構成寬帶多媒體通信網的環(huán)境下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實際的方案，經濟又可靠。
但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺，其地面站的建設、通信信道租用費用都需要花費大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產、生活使用是極為不經濟的；而將衛(wèi)星通信作為應急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。
四、無線技術綜合比較
目前無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術特點、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實現(xiàn)近距離的超高速無線接入。
首先，從標準化程度上看，本報告所涉及的技術中，僅僅WMN技術沒有成熟的標準體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準，只是沒有統(tǒng)一的國際標準，其余的技術均已經完成標準化工作，并且都進行了試驗網建設和商業(yè)網建設。
從頻率上看，Wi-Fi技術、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術、3G技術等其他技術使用的是授權頻段。
從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術、WMN技術屬于局域網無線接入技術，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術、3G技術、LMDS技術、MMDS技術、集群通信屬于城域網接入技術，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點對點微波則屬于廣域網技術，通常用于通信主干組網建設。
從傳輸速率上看，點對點微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術，不同的情況速率變化較大，而其余的技術均為接入技術，僅僅是3G技術接入速率最小，僅為384k，而其余技術均為幾十M甚至上百M的速率。
從調制技術上看，其中WiFi技術、WiMax技術、WMN、3G技術均采用最新的調制技術OFDM，其余的技術均未采用OFDM調制技術。
近年來，可穿戴計算機(WearableComputer，WearComp)悄然成為研究熱點，發(fā)展勢頭非常迅猛?？纱┐饔嬎銠C技術打破了傳統(tǒng)的交互模式，使人與計算機成為一體，提高了人的整體交互和計算能力。它提供了一種無處不在的計算和無時不有的交互方式。
可穿戴計算機系統(tǒng)的硬件在應用的促進下得到了長足發(fā)展?；谄涮攸c，可穿戴計算機的各個組成部分(終端設備)一般都處于分置狀態(tài)，即“穿戴”在人體的不同部位。傳統(tǒng)的WearComp一般是利用線纜將各終端設備連接到主機的各種接口，使穿戴人肢體活動受到限制且主機的端口顯得比較冗雜。而將以藍牙(Bluetooth)以及GPRS技術為代表的無線通信技術引人可穿戴計算機中，可以進一步使可穿戴計算機的交互方式向移動性、可獲取性、自然性和簡潔性發(fā)展。相對于傳統(tǒng)的有線接口方式，無線方式的設計則更具有人性化。其中，藍牙技術解決了WearComp中各終端設備與主機的通信問題，除去了眾多線纜對人的束縛；GPRS技術使得WearComp能夠輕松地享受電信服務商提供的各項無線通信業(yè)務，且時時在線。另外，藍牙和USB總線技術的應用使得傳統(tǒng)可穿戴計算機過于冗雜的主機接口得以精簡。在這些基礎上，筆者提出了一種無線通信技術在可穿戴計算機中的應用。
1可穿戴計算機
隨著計算機及相關元器件不斷超微型化的發(fā)展，可穿戴計算機應運而生，是人們追求“計算機以人為本”這一理念和市場需求的必然產物。WearComp是計算機方面具有挑戰(zhàn)性的前沿研究領域，是繼PC機、筆記本電腦和掌上電腦之后的新一代計算機，也是計算機的尖端技術產品。它拓展了計算機的功能，開辟了新的應用領域，用途廣泛，市場潛力巨大。作為新一代計算機(而不是新的機型)，可穿戴計算機將形成一個新的產業(yè)，并將深刻地改變計算機市場的競爭格局，其社會和經濟效益不可估量。
可穿戴計算機在許多領域具有特殊用途，可廣泛應用于工業(yè)、軍事、情報、新聞、醫(yī)療、商業(yè)、農業(yè)、金融與證券、搶險與救災乃至日常生活等領域。它與UC技術、智能化住宅、智能化商業(yè)、智能化交通等相結合將使未來人類的生活方式發(fā)生巨大的變革，進入一個高度數(shù)字化和自動化的時代。工業(yè)是目前最有潛力的應用領域之一，特別是在室外、野外、水下等一些特殊場合，可穿戴計算機將發(fā)揮非常重要的作用。例如：大型復雜設備的安裝與檢修、巡視與檢查、采掘、野外勘探等。軍事是目前可穿戴計算機另一個最具潛力的應用領域，主要用于偵察、作戰(zhàn)指揮、通信、復雜武器系統(tǒng)的操作與維護及仿真演習等。根據(jù)不同的用途，可穿戴計算機的種類也是多樣化的，分別有偵察兵、炮兵、裝甲兵、步兵、后勤人員及飛行員等專用的可穿戴計算機[1]。
可穿戴計算機的主要組成部分包括低功耗嵌入式CPU、多種多樣的便攜式外設及其接口設備和能量高體積小的電源；基本外設主要有輸出設備和輸入設備。為了便于攜帶，輸出設備用頭盔顯示器或眼鏡顯示器代替了傳統(tǒng)的桌面臺式顯示器，輸入設備用語音控制或較少按鍵的袖珍鍵盤代替了傳統(tǒng)的鍵盤。另外，根據(jù)用戶不同的需求，還需配備相應的外部設備，如無線通信設備、語音輸入輸出設備、圖像采集設備、全球定位系統(tǒng)(GPS)以及各種各樣的傳感器。然而，為了將眾多的外設集成在一起，必需將相應的接口電路集成在主板上。所以接口電路設計技術是可穿戴技術中關鍵技術之一[2]。
可穿戴計算機使人機關系變得非常緊密。同時，由于各種設備裝備在人的身上，因此，安裝的位置、形狀、操作的便捷性等都要與人的自然屬性密切結合，形成一個綜合的、和諧的人機界面。這對新一代人機交互的研究提出了新的挑戰(zhàn)。藍牙技術的日漸興起為實現(xiàn)人機交互方式的最大自由度提供了一個很好的解決方案。
2藍牙技術在可穿戴計算機中的應用
2．1藍牙技術概述
藍牙是短距離無線數(shù)據(jù)的開放性規(guī)范。它以低成本近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備通信環(huán)境建立一個特別連接。藍牙技術最初以取消各種電器之間的連線為目標。隨著研究的深入，藍牙技術已經用于實現(xiàn)網絡中的各種數(shù)據(jù)及語音設備之間的無縫資源共享，以及工業(yè)控制網絡之中。
藍牙體系主要由藍牙主機和藍牙模塊兩大結構組成。藍牙模塊中最下層是無線電(Radio)，負責最終的物理鏈接，包括信號的調制、發(fā)送和接收。
基帶(Baseband)：負責基帶鏈路控制器的數(shù)字信號處理規(guī)范?；鶐ф溌房刂破髫撠熖幚砘鶐f(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。基帶鏈路控制器中包含三種糾錯方案：1／3比例前向糾錯(FEC)碼、2／3比例前向糾錯碼、數(shù)據(jù)自動重發(fā)請求(ARQ)方案。
鏈路管理層(LinkManager)：攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其它遠端的LM并通過LMP(鏈路管理協(xié)議)與之通信。
主機控制接口(HCl)：通過主機控制接口HCI，可以方便地把藍牙模塊嵌入到各種數(shù)字設備中作為一個終端。
應用層：在藍牙主機上，是一些應用程序。
2．2藍牙無線個域網
無線個域網WPAN的目的就是為了在小范圍內能夠將個人設備互聯(lián)而組成網絡。藍牙作為一種小范圍無線連接技術，能夠在設備間實現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和語音通信，是目前實現(xiàn)無線個域網的主流技術之一。
藍牙個人區(qū)域網PAN有兩種應用模型：一種被稱為組網絡GN(GroupAd-hocNetworking)；另一種被稱為網絡訪問點NAP(NetworkingAccessPoint)。這兩種實現(xiàn)模式分別有不同的網絡結構和協(xié)議模型[3]。組網被設計用來允許一個或多個藍牙設備組成一個局域網絡，而網絡訪問點提供藍牙設備進入Intemet網絡的能力。無論是NAP還是GN都必須提供與TCP／IP和其它網絡協(xié)議的無縫實現(xiàn)。圖1是GN在協(xié)議棧部分圖示[4]。
根據(jù)可穿戴計算機將組成的個域網的特點，采用組網絡模型顯然是比較合適的。
2．3WearComp藍牙個域網系統(tǒng)實現(xiàn)
2．3．1系統(tǒng)結構
下面以從事?lián)岆U救災技術勘察工作人員的可穿戴計算機為例，具體介紹藍牙技術的應用。根據(jù)工作人員的實際需求，該套可穿戴計算機應具有頭戴顯示器、耳機、耳麥、微型攝像機、手寫輸入板、腕式鍵盤和無線通信模塊等外設。
根據(jù)藍牙個人區(qū)域網PAN的組網絡GN模式，筆者設計的可穿戴計算機系統(tǒng)結構組成如圖2所示。其中各個終端設備和主機均內置了藍牙模塊。
2．3．2可穿戴計算機終端設備和藍牙技術集成的實現(xiàn)
藍牙協(xié)議支持點對點和點對多點的鏈接。每個藍牙的微微網(piconet)中有Master和Slave兩種權限，除了Slave和Master以外，各個Slave節(jié)點之間也可以通信。在這里只以單個的piconet為主干構建WearComp無線網絡。Master節(jié)點為WearComp網絡主控節(jié)點，實現(xiàn)信息的匯集處理功能；Slave節(jié)點為無線設備。考慮到各個無線設備之間是互相獨立的，信息融合只在Master節(jié)點完成，所以僅實現(xiàn)Master點對多Slave點的通信，形成一個星型的拓撲結構。每個piconet有3位地址碼，即piconet的容量最多為8個節(jié)點，各個Slave節(jié)點負責對原始數(shù)據(jù)的預處理(包括濾波、補償、數(shù)字化等)和處理后數(shù)據(jù)的發(fā)送，上層是基于普通PC機或其他類型上位機(如嵌入式計算機)的Master節(jié)點，所有無線設備的信息在這
里進行更高一級處理。
在通用異步收發(fā)(UART)模式下，藍牙模塊依照標準接口使用，主控接口HCI已定義好，可以在RS232接口上實現(xiàn)。終端設備模塊攜帶與藍牙模塊兼容的接口，如RS232。通過這個標準接口，終端設備接口模塊可以與藍牙模塊連接在一起，實現(xiàn)對藍牙模塊的控制。這樣不同廠家生產的藍牙模塊就可以與同一種終端設備銜接。
軟件部分：整個系統(tǒng)的應用軟件可分為三部分：
(1)運行在上位機上的應用程序，包括面向用戶的圖形用戶界面、面向終端設備接口模塊層的操作(主要是對終端設備的控制和通信)，以及同藍牙模塊上的HCI固件(firmware)的通信程序。這部分可用面向對象的編程語言實現(xiàn)，把每個終端設備節(jié)點作為一個節(jié)點類的
實例對象，應用程序通過與實例對應的句柄訪問控制各個終端設備節(jié)點。
(2)嵌入到終端設備模塊的MCU上的程序。針對不同的MCU用匯編或是C語言寫成。主要完成原始信息的采集、處理、讀取、與HCI固件的通信、利用終端設備接口模塊層與上位機通信。
(3)藍牙模塊上的HCI固件固化在藍牙基帶模塊的Flash存儲器里。通過它實現(xiàn)終端設備模塊、上位機中軟件與藍牙硬件的通信。
硬件部分：藍牙模塊采用愛立信公司的ROK101007，由無線電、基帶和閃存構成，內置支持HCI的固件，有適于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢ART接口和USB接口，也有適于語音傳輸?shù)腜CM接口。功耗小，具有內置屏蔽功能。主機CPU采用嵌入式Pentium，功耗僅為
1．5W，不需要風扇即可正常使用。
3USB接口技術應用子可穿戴計算機
體積小、功能強、設備多、集成度高是可穿戴計算機的主要特點之一。由于可穿戴計算機對多媒體的要求很高，要實現(xiàn)的功能很多，以至于其外設種類很多，所以要求其接口種類也比較多，如串口、MCP接口、USB接口及PCMCIA接口等。若將眾多接口都集成在一起，不但設計復雜，而且集成后的體積仍然較大，且其擴充性也較低。USB接口則將這些不同的接口統(tǒng)一起來，使用一個4針插頭作為標準插頭。在可穿戴計算機的設計中采用USB接口作為主要的外設接口，可彌補上述不足。
具體實現(xiàn)：
(1)硬件部分：在主機端采用PHILIPS公司生產的PDIUSBDl2獨立USB控制器。PDIUSBDl2的突出特點是特別適用于便攜式USB設備、產品的改型設計，以及需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
(2)軟件部分：USB設備的軟件設計主要包括兩部分：一是USB設備端的單片機軟件，主要完成USB協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換(多數(shù)情況下是一個中斷子程序)以及其它應用功能程序(例如A／D轉換、MP3解碼等)；二是PC端的程序由USB通信程序和用戶服務程序兩部分組成，用戶服務程序通過USB通信程序與系統(tǒng)USBDI(USBDeviceInterface)通信，由系統(tǒng)完成USB協(xié)議的處理與數(shù)據(jù)傳輸。PC端程序的開發(fā)難度非常大，程序員不僅要熟悉USB協(xié)議，還要熟悉WINDOWS體系結構并能熟練運用DDK工具。
USB總線驅動設計主要包括五部分，分別是向上對USB設備驅動和應用提供的函數(shù)接口USBDAPI、向下對主機控制器驅動提供的函數(shù)接口HCDAPI、USB系統(tǒng)資源、集線器驅動、系統(tǒng)配置及總線枚舉器(如圖3所示)。定義好這些接口之后，后三部分可并行設計和開發(fā)。
目前嵌入式系統(tǒng)中軟硬件產品種類很多。由于本文設計的USB總線驅動與USB設備和USB主機之間通過定義的標準軟件接口，對USB設備和USB主機的操作分別通過各自的驅動完成，從而避免了與硬件直接打交道，所以這部分設計與硬件和操作系統(tǒng)的相關性不大，適于各種不同的系統(tǒng)。
4GPRS技術在可穿戴計算機中的應用
4．1GPRS技術概述
通用分組無線業(yè)務(GPRS)是在現(xiàn)有的全球移動通信系統(tǒng)(GSM)網絡基礎上疊加了一個新的網絡，’它充分利用了現(xiàn)有移動通信網的設備，在GSM網絡上增加一些硬件設備并進行軟件升級，形成一個新的網絡邏輯實體。它突破了GSM網只能提供電路交換的思維定式，以分組交換技術為基礎，采用IP數(shù)據(jù)網絡協(xié)議，能夠提供比現(xiàn)有GSM網9．6kbps更高的數(shù)據(jù)速率，其數(shù)據(jù)速率可達170kbps；它可以給GSM用戶提供移動環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)業(yè)務，包括收發(fā)電子郵件、因特網瀏覽等IP業(yè)務功能[5]。
由于GPRS是分組交換技術，應用了統(tǒng)計復用技術，因此GPRS開通的數(shù)據(jù)通信是按用戶數(shù)據(jù)的傳輸信息量計費，而不是按傳統(tǒng)的按時計費方式，所以對用戶而言還可以節(jié)省費用。另外，由于GPRS支持X．25協(xié)議和IP協(xié)議，因此，對于GSM網現(xiàn)有電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(CSD)和短信息業(yè)務(SMS)，GPRS是補充而不是替代。
GPRS開啟了大眾移動數(shù)據(jù)應用的大門。采用GPRS技術，用戶可以得到以下好處：只對傳輸數(shù)據(jù)收費(實際用量)而對連接間隙不收費；保持永久連接；通過IP的直接ISP接人更廉價；新的應用能夠實現(xiàn)真正的插人及操作方案；用戶可以即時接人多種服務，如：在上網的同時可以進行語音呼叫；手機的IP功能(互聯(lián)網、遙測、電子商務等)。
基于可穿戴計算機的可移動性和靈活性，能夠與外界進行良好的無線通信成為其必備的功能。因此，筆者為WearComp配備了一個基于GPRS技術的無線網卡。
4．2USB接口的GPRSModem的設計
4．2．1硬件設計
本Modem設計中用到的主要元件包括51系列單片機W77E58、獨立的USB接口芯片PDIUSBD12及愛立信公司生產的GPRS模塊GM47(如圖4所示)。
圖4
W77E58是由Winbond公司生產的與51系列兼容的單片機。它支持40MHz晶振頻率且縮短了指令周期，具有與51系列兼容的指令集和與80C52兼容的引腳排列，以及32KB的FlashEPROM和1KB的片上SRAM；另外，它所提供的CMOS電平也與GM47模塊所提供的CMOS電平完全兼容，無需再進行電平轉換。以上這些特性都說明將單片機W77E58用于本Modem的設計是非常合適的[6]。
由PDIUSBD12和W77E58構成的USB接口電路：PDIUSBD12的8位并行數(shù)據(jù)接人W77E58的P0口，P2．6作為PDIUSBD12的命令或數(shù)據(jù)的選擇線。PDIUSBD12與W77E58的數(shù)據(jù)交換采用中斷方式(外部中斷0)。USB設備通過四線電纜接入主機或USBHub，這四線分別是：Vbus(總線電源)、GND(地線)、D+和D-(數(shù)據(jù)線)。主機通過D+和D-上的電壓變化檢測設備的狀態(tài)：刊。
由GM47模塊和W77E58構成的GPRS接口電路：作為一種應用終端模塊，GM47通過自帶的UART端口與控制它的MCU或PC機聯(lián)系。在UART端口引腳中，RD(串行數(shù)據(jù)輸出)和TD(串行數(shù)據(jù)輸入)作為數(shù)據(jù)口分別與W77E58的RXD和TXD連接，而CTS(發(fā)送清零)、TS(發(fā)送請求)、DTR(數(shù)據(jù)終端準備好)、DED(數(shù)據(jù)有效檢測)作為控制口分別與W77E58的P1．0～P1．3連接。這樣就完成了GM47與W77E58的通信控制連接。為了實現(xiàn)GPRS的功能，GM47模塊還需要完成SIM卡、天線、電源等部分的連接。
4．2．2軟件設計
USB部分：W77E58對PDIUSBD12的控制軟件主要完成USB協(xié)議處理與數(shù)據(jù)交換以及其它應用功能程序。在本設計中，要求利用W77E58相對高的處理速度完成可穿戴計算機主機發(fā)來的較大數(shù)據(jù)量的處理(如經壓縮過的視頻、音頻信號等)。
GPRS部分：GM47GPRS模塊的軟件部分對外提供了一個控制系統(tǒng)操作的AT指令集，通過接收來自UART的AT指令，解釋并執(zhí)行相應的操作，從而實現(xiàn)無線Modem的對應功能。所有的Modem命令都是從一個特定的指令前綴(AT)開始，到一個命令結束標志結束。以下介紹幾個常用的AT指令[8]：
ATD／／撥號指令：在后面接電話號碼，并可通過ME、SM、LD等控制字選擇號碼的來源是機器、SIM卡或是最近所撥號；
ATH／／掛起：提示終止通話；
ATO／／返回至在線數(shù)據(jù)模式：在通話過程中從在線控制模式轉換到在線數(shù)據(jù)模式；
AT+CGATr／／是移動終端進入或離開GPRS服務(后接“1”為進入，“0”為離開)；
AT+CGDATA／／進人數(shù)據(jù)狀態(tài)：利用PPP等協(xié)議完成將移動終端連接到網絡上的操作；
