1.2 未来无线通信网络的发展趋势

随着种类繁多的无线网络相继出现，推动着移动无线Internet、移动多媒体、移动流媒体的超前发展，使无所不在的普适计算（Ubiquitous Computing）逐渐成为可能，最终目标是实现“任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交换”。移动通信和宽带无线接入的发展趋势表明，未来无线通信网络将是各种无线接入技术并存、协同工作、支持终端无缝移动性的全IP融合网络。

1.2.1 移动通信的发展趋势

目前，伴随着计算机和微电子技术的飞速发展，移动通信正朝着高带宽、高性能方向演进。在短短几十年内，移动通信从最初的模拟技术，到第二代数字技术，发展到了第三代宽带多媒体系统。第一代移动通信系统（1G）起源于20世纪80年代，主要采用频分多址（FDMA）和模拟技术。由于传输带宽的限制，系统存在种种不足和缺陷，具有代表性的系统是欧洲的E-TACS和美国的AMPS。第二代移动通信系统（2G）起源于20世纪90年代的初期，主要以GSM和窄带CDMA为代表的数字系统，采用数字时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）方式实现语音和低速数据传送等业务。与第一代移动通信系统相比，第二代移动通信系统完成了模拟技术向数字技术的转变。第三代移动通信系统（3G）以TD-SCDMA，WCDMA和cdma 2000三种主流技术为代表，提供前两代系统不能比拟的宽带多媒体业务，如可视电话、高速数据、手机电视和高精度定位等。

移动宽带化满足了人们不断提高的通信需求。为了提高移动通信系统的数据传输率，国际标准化组织3GPP/3GPP2均在大力开展新一代移动通信网络的研究。WCDMA系统的R99版本在接入网部分主要定义了全新的5 MHz每载频的宽带码分多址接入网，数据速率可支持144 kbps和384 kbps，理论上可达2 Mbps。在R5版本接入网中引入了HSDPA的概念，可以支持高速下行分组数据接入，峰值数据速率高达14 Mbps。当前，3GPP又致力于LTE（长期演进计划）的研究和标准化，进一步将数据传输能力提高到100 Mbps。cdma 2000 1x可支持308 kbps的数据传输。cdma 2000 1x EV DO是在cdma 2000 1x基础上进一步提高速率的体制，采用高速率数据（HDR）技术，能在1.25 MHz带宽内提供3 Mbps以上的数据业务（cdma 2000 1x EV DO Rev.B）。同样，3GPP2在其制定的空中接口演进计划（AIE）中，计划将数据传输能力提高到100 Mbps，甚至更高。

移动通信发展的趋势如图1.1所示，不同的发展阶段为用户提供不同的业务种类。可以看出，随着人们对通信业务要求与日俱增，目前第二、三代移动通信系统提供的传统服务已经不能满足未来用户对业务多样化的需求。随着用户数的迅猛增加，现有的系统也很难以满足不断增长的容量需求。传统的蜂窝移动通信系统向下一代移动通信系统（4G）演进是必然的发展方向，演进方式和时机也成为业界普遍关注和研究的焦点。

图1.1 移动通信的发展趋势

1.2.2 宽带无线接入的发展趋势

在新技术和市场需求的共同作用下，宽带无线接入毫不逊色，取得了长足进展。针对不同的无线应用场景，以IEEE 802系列标准为代表的无线宽带接入新技术，与传统的蜂窝移动通信网共同为用户提供了多样化、个性化的无线接入服务。

无线局域网（WLAN）（IEEE 802.11a/b/g）已经普遍部署在公司、高校、机场、宾馆等公共场所，覆盖热点地区，提供高数据速率和低移动性的服务。

备受业界关注的WiMAX（IEEE 802.16e）无线接入标准提供高速移动性支持和QoS保证的全球覆盖服务，具有在移动环境中提供高速数据传输能力和城域范围内提供良好的宽带移动性。WiMAX采用了许多新技术，极大地提高了数据传输能力，逐渐成为无线城域网研究的新热点。系统中主要采用MIMO-OFDM物理层技术，一方面可以有效提高频谱效率和数据速率；另一方面可以有效对抗频率选择性衰落和窄带干扰。为了进一步提高数据，采用了自适应调制编码技术（AMC），可以根据信道瞬时情况，动态改变调制和编码格式，增强链路自适应能力，从而最大限度提高数据传输速率。WiMAX采用的另一项关键技术是混合自动重传请求（HARQ），可以提高无线信道传输可靠性，提高频谱效率及系统吞吐量，获取的合并增益间接地提高了系统覆盖范围。

无线Mesh网络（Wireless Mesh Network，WMN）是一种新型宽带无线网络结构，为用户提供高速率、高容量的Internet接入，是一种高容量、高速率的分布式网络。区别与传统的有线与无线网络，WMN是移动Ad Hoc网络的一种特殊形态，具有自配置、自组织、多跳等特性，可以作为解决“最后1公里”网络接入方案。目前已被写入IEEE 802.16系列无线宽带接入标准中，被纳入到IEEE 802.15 Mesh和正在制定的IEEE 802.11s Mesh标准中。基于无线Mesh网络架构的异构无线网络融合的解决方案，成为研究下一代移动通信网络组网方式的备选方案之一，为全IP融合网络的发展提供了有益的补充。

IEEE 802.20无线标准又称移动宽带无线接入系统（Mobile Broadband Wireless Access，MBWA），提供全球统一平台，基于开放标准的互操作性规范，被认为是提供移动业务平台的另一个解决方案，可以支持300 km/h以上的高速移动，接入带宽可达到2 Mbps以上。

IEEE 802.21工作组主要研究如何在异种接入技术之间提供独立于媒体的切换能力（Media Independent Handover，MIH），其中定义的切换包括IEEE系列接入技术之间的切换以及IEEE系列和蜂窝网络之间的切换。IEEE 802.21工作组和3GPP保持着紧密的合作关系，共同推动着无线网络接入技术的融合和发展。

1.2.3 多种无线接入网络的共存与融合

随着技术的发展、市场需求和竞争的变化，移动通信网和宽带无线接入网分别朝着各自的发展方向不断演进。如图1.2和表1.1所示，多样化的无线接入技术具有不同的特征和业务提供能力，适应不同场景下用户对通信服务个性化的需求。新出现的无线接入技术和已有的接入技术协调发展，例如，根据3GPP/3GPP2的发展规划，标准化方向的名称尽管其与WiMAX不同，但3GPP/3GPP2提出的LTE/AIE核心技术与WiMAX基本一致，目前正在讨论的关键技术包括OFDM、MIMO及多载波（MC）等。宽带化、移动化、IP化成为无线通信技术的发展趋势，WiMAX将与B3G技术殊途同归。我们可以看到，“移动的宽带化，宽带的移动化”是当前移动通信的发展特征，多类型网络共存和融合是移动通信未来的发展趋势。提供尽力而为服务的无线宽带网络，如WiMAX，WLAN和Wi-Fi，与提供具有电信级质量保障的2G和3G移动通信网络必将朝着统一的全IP网络方向发展，泛在化、协同化和异构融合成为未来宽带无线通信发展的主旋律。

图1.2 各种无线接入技术的特征

表1.1 各种无线接入技术标准