作者：童衛東  江溈

    介紹移動通信系統時，大家最為關心的是與我們生活息息相關的話音移動通信系統。

    實際上，移動通信系統同樣可以傳送數據信息，對此，移動通信系統的研究者們傾注了很多的精力，現在最為熱門的第三代數字移動通信系統就在此業務上取得了很大突破，實現了寬帶數據信息的傳輸。在這一講中，將對數據移動通信系統及其發展過程作一個簡單介紹。通過介紹．不難發現，數據移動通信系統與我們的生活密切相關，給我們帶來更多的便利。

    一、分組無線網的基本概念

    早期的數據移動通信系統，統稱為分組無線網，是一種利用無線信道進行分組交換的移動通信網絡，在網絡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(傳輸控制協議/互聯網協議)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)、宿地址(目的地址)和相關的路由信息；正文部分則是需要傳送的信息。

    分組傳輸方式是存儲轉發方式的一種，用戶終端必須先把要傳輸的信息存儲、分段，加上包頭以構成分組，再送上無線信道進行傳輸。這一過程必然要產生額外的時間延遲，因此，分組無線網非凡適用于實時性要求不高的數據通信，假如要用于傳輸分組話音，則必須保證時間延遲不大于規定值。

    分組傳輸能適應不同網絡結構的應用，常見的網絡結構有星型結構和分布式結構。前者網中設有中心站，類似于蜂窩網中的基站，用戶通信均受其控制并由它轉接；后者網中不設中心站，所有用戶終端均屬網絡中的節點，可以隨機分布在網絡覆蓋區的任意位置，每個節點均可作為源節點或宿節點來發送或接收消息，也可作為中繼節點轉發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，即使網絡發生故障只剩下一條通信路由，也可以通過迂回轉發，保持通信不中斷。

    二、早期分組無線網舉例

    最早的分組無線網是1968年由美國夏威夷大學開發的ALOHA系統。這是一種計算機數據通信系統，其主要目的是供分布在4個島上7個分校的人員，對設在瓦胡島上的主計算機進行訪問，從而避免使用費用高又不可靠的電話線路。該系統使用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。網絡采用星型結構，傳輸的主要是終端和中心站之間的業務。由中心站發向每個用戶終端的信息，稱正向傳輸或下行傳輸，采用時分復用的方式：由若干用戶終端發向中心站的信息，稱反向傳輸或上行傳輸，需采用競爭的、隨機接入共用信道的多址方式，即任一節點在需要發送分組信息時，不管當時的信道狀態如何，立即占有共用信道進行發送。假如一次發送之后，在規定的時間內，沒有收到目的節點的確認消息，則認為這次發送因為發生沖突(也稱碰撞)而失敗，需要重發。為了避免再次發送時連續出現碰撞，規定該分組包必須經過一隨機時延后才能再次發送。由于這種接入共用信道的多址方式首先由ALOHA系統使用。故人們稱之為ALOHA多址方式。

    為了更好地解決隨機多址方式輕易發生碰撞的問題，人們在ALOHA方式的基礎上提出許多改進的辦法，例如時隙ALOHA(S-ALOHA)多址方式、載波檢測多址(CSMA)方式(用于數據傳輸時亦稱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、分組預約多址(PRMA)方式等。

    隨著數據業務的增長，世界各國都在致力于發展移動數據通信網絡，其中大都以分組傳輸技術為基礎。例如：ARDIS(先進的無線電數據信息設備)系統，由美國IBM和Motorola公司在1983年提出；Mobitex(全國性互聯的集群無線電網絡)系統，由EriCSSon公司和瑞典電信公司開發，1986年在瑞典首次運行，1991年被美國采用；TETRA(泛歐無線數字集群標準)系統，是由ETSI(歐洲電信標準協會)為集群無線電和移動數據系統制定的公共標準；CDPD(蜂窩數字分組數據)系統，由IBM公司聯合9家運營商開發，在我國的上海等幾座城市中得到應用，中國的電信運營商利用該網絡為客戶提供專用無線數據通信服務，比如，為上海的部分銀行構建無線POS(銷售點終端)系統，使POS終端可采用無線方式與銀行后臺進行金融數據交換業務。

    三、無線局域網(WLAN)標準

    最近幾年，無線數據業務正日益成為市場的熱點，中短程無線數據接入在通信領域得到廣泛應用。隨著計算機網絡的飛速發展，無線局域網市場前景十分廣闊。目前，無線局域網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頻和窄帶兩種。采用擴頻方式的無線局域網一般選用ISM(工業、科學和醫學)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。

    最早的無線局域網產品運行在900MHz頻段上，速率只有1-2Mbit/s。1992年，工作在2.4GHz頻段的無線局域網產品問世，之后大多數無線局域網產品都在此頻段上運行。目前無線局域網采用的技術標準主要有IEEE802.11、1EEE802.1lb、IEEE802.1la、IEEE802.1lg(以上統稱IEEE802.1l協議族)、HomeRF(家用射頻)、IrDA(紅外數據協會)和藍牙。下面分別介紹IrDA、IEEE802.11協議族和藍牙。

    1.IrDA

    IrDA是一種利用紅外線進行點對點視距通信的技術標準，其應用的軟件和硬件都比較成熟．主要優點是體積小、功率低，適合設備移動的需要；傳輸速率高,最高可達16Mbit/s；成本低；應用普遍。目前，有95%的手提電腦裝備了IrDA接口。最近，市場上還推出了可以通過USB(通用串行總線)接口與PC連接的USB-IrDA設備，使得應用更加靈活。但是，IrDA的缺點也很明顯。首先，由于是視距傳輸技術，因此，在兩個設備之間的有效范圍內不能有障礙物，雖然這一要求在兩臺設備之間輕易做到，但在多臺設備之間就難以實現,這是它的致命弱點：其次,IrDA設備的核心器件紅外線LED(發光二極管)不夠耐用，對于不經常使用的設備還可以，假如用IrDA設備上網就難堪重負。

    2.IEEE802.11協議族

    1997年6月。美國的IEEE(電氣電子工程師協會)推出第一代無線局域網標準IEEE802.11(1997版)，隨后又推出新的IEEE802.11(1999版)。這個標準定義了物理層和媒介訪問控制子層(MAC)的技術規范，使得任何遵守IEEE802.11標準的應用、網絡操作系統或協議(包括TCP/IP和Novell、Netware)在無線局域網上運行，像在以太網上一樣輕易。

    IEEE802.11在物理層定義了數據傳輸的信號特征和調制方法，定義了兩種無線電射頻(RF)傳輸方式：直接序列擴頻技術(DSSS)和跳頻擴頻技術(FHSS)。DSSS采用一個長度為11bit的BARKER序列對無線發送的數據進行編碼，每個BARKER序列表示一個二進制數據位，然后轉換成可以通過無線方式發送的波形信號。當采用二進制相移鍵控調制技術時，它用1Mbit/s的速率進行發射：當采用正交相移鍵控調制技術時，發射速率可達2Mbit/s。FHSS利用GFSK(高斯頻移鍵控)二進制或四進制方式可以達到2Mbit/s的工作速率。

    IEEE802.11b是IEEE802.11標準的修改和補充，其中最重要的改進就是在原來的基礎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級別的網絡性能、速率和可用性，治理者也可以無縫地將多種局域網技術集成起來，形成一種能最大限度滿足用戶需求的網絡。IEEE802.1lb的基本結構、特性和服務仍然由IEEE802.11標準定義，只改動了原協議的物理層，采用DSSS作為傳輸方式，提供了更高的數據傳輸速率和更牢固的連接性，已經在辦公室、家庭、賓館和機場等眾多場合得到了廣泛應用，占據了IEEE802.11協議族的主要市場份額。

    IEEE802.1la是IEEE802.llb的后續標準，工作在5GHz的U-NI頻帶，物理層速率可達54Mbit/s，傳輸層速率可達25Mbit/s，可提供25Mbit/s的無線ATM(異步傳輸模式)接口和10Mbit/s的以太網無線幀結構接口以及FDD(頻分雙工)/TDMA(時分多址)空中接口，支持語音、數據和圖像服務。由于這兩個標準所使用的頻帶不同，因此，兩者互不兼容。

    IEEE802.llg標準使用2.4GHz頻帶，兼容目前已經普及的IEEE802.llb規格，也就是說，即便把整個無線局域網全部變成IEEE802.11g規格，已經購買的IEEE802.llb產品也不會遭淘汰。IEEE802.11g最高通信速率為54Mbit/s，與IEEE802.lla相同。IEEE802.11g規范已經有部分應用。

    3.藍牙

    藍牙協議是由以愛立信為首的幾個通信設備制造商組成的聯盟提出的小功率、短距離寬帶無線通信協議。裝備了藍牙系統的設備可以在一定的范圍內(由功率大小決定)同時與多個(典型的為7個)設備實現無線互連，進行高速(目標速率是1Mbit/s，實際為721kbit/s)的數據傳輸。可見，藍牙實際上是一種以無線連接替代有線電纜的技術。現在，很多設備制造商加入了藍牙聯盟，已經上市的藍牙設備有藍牙電腦、藍牙鍵盤、藍牙手機、藍牙家電等等。但是，由于技術還不夠成熟、藍牙器件成本較高等原因，藍牙系統完全取代電纜的目標在短期內還難以實現。目前，更多的應用是在專用領域內作為短距離高速通信接口使用。