無線通信息技術及數字化論文

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1、無線通信技術的發展過程

回顧通信發展的歷史，我們發現了一個非常有趣有過程：1832年莫爾斯發明了電報，它傳送的信息是由眾所周知的點劃碼組成的，即人類最早的通信是采用數字方式進行的。以后貝爾又發明了電話，并由此造就一個電信產業。一個多世紀以來，以電話服務為主的電信業走了一條成功之路，取得了極大的發展。然而隨著人類社會的發展，電信業務也從早期的電報、電話發展到今天多種業務并存的局面，通信的規模也發生了翻天覆地的變化。隨著科學技術的發展，現代通信又進入了數字時代。20世紀90年代信息革命的浪潮，建設信息高速公路的號角聲，信息和知識爆炸式的增長，特別是因特網商用化后的迅猛發展，使傳統的電信業受到巨大的震動和沖擊。帶給我們的啟示是，問題的核心在于“信息”。在信息和知識已成為社會和經濟發展的戰略資源和基本要素的時代中，人們更加需要隨時隨地獲取信息，原來點對點的固定電話通信方式已遠不能滿足需求了。人類需要寬帶的無線通信技術，來滿足多媒體化、普及化、多樣化、全球化和個性化的信息交流。無線通信是指采用電磁波進行信息傳遞的通信方式。早在1897年，馬可尼使用800KHZ中波信號進行了從英國至北美紐芬蘭的世界上第一次橫跨大西洋的線無電報通信試驗，開創了人類無線通信的新紀元。在無線通信初期，受技術條件的限制，人們大量使用長波及中波進行通信。20世紀20年代初人們發現的短波通信，直到20世紀60年代衛星通信興起前，它一直是遠程國際通信的重要手段，并且目前對應急通信和軍用通信依然有一定實用價值。

20世紀40年代到50年代產生了傳輸頻帶較寬、性能較穩定的微波通信，成為長距離大容量地面干線無線傳輸的重要手段。模擬調頻傳輸容量高達2700路，亦可同時傳輸高質量彩色電視信號；爾號逐步進入中容量至大容量數字微波傳輸。80年代中期以來，隨著頻率選擇性色散衰落對數字微波傳輸中斷影響的發現及一系列自適應衰落對抗技術與高狀態調制與檢測技術的發展，使數字微波傳輸產生了一個革命性變化。特別應該指出的是20世紀80年代到90年展起來的一整套高速多狀態自適應編碼調制解調技術與信息號處理及信號檢測技術，對現今衛星通信、移動通信、全數字HDTV傳輸、通用高速有線/無線接入，乃至高質量磁性記錄等諸多領域的信號設計與信號處理及應用，發揮了重要作用。隨著國民經濟和社會發展的信息化，人們要通信息化開創新的工作方式、管理方式、商貿方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、醫療保健方式以及消費與生活方式。無線通信也從固定方式發展為移動方式，移動通信發展至今大約經歷了五個階段；

第一階段為20年代初至50年代初，主要用于艦船及軍有，采用短波頻及電子管技術，至該階段末期才出現150MHZVHF單工汽車公用移動電話系統MTS。

第二階段為50年代到60年代，此時頻段擴展至UHF450MHZ，器件技術已向半導體過渡，大都為移動環境中的專用系統，并解決了移動電話與公用電話網的接續問題。

第三階段為70年代初至80年代初頻段擴展至800MHZ，美國Bell研究所提出了蜂窩系統概念并于70年代末進行了AMPS試驗。

第四階段為80年代初至90年代中，為第二代數字移動通信興起與大發展階段，并逐步向個人通信業務方向邁進；此時出現了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各類系統與業務運行，頻段擴展至900MHZ~1.9GHZ，而且除公眾蜂窩電話通信系統外，無線尋呼系統、無繩電話系統、集群系統、無中心多信道選址移動通信系統等各類移動通信手段適應用戶市場需求同時興起并各顯神通。

第五階段為90年代中至今，隨著數據通信與多媒體業務需求的發展，適應移動數據、移動計算及移動多媒體運作需要的第三代移動通信開始興起，其全球標準化及相應融合工作與樣機研制和現場試驗工作在快速推進，包括從第二代至第三代移動通信的平滑過渡問題在內。對于第三代移動TMT-2000紛紛參與標準的制定，經多次融合努力在1999年10月25日至11月5日芬蘭赫爾辛基召開的ITU-RTG8/1第18次會議上5類RTT技術標準共6種方案成為最終結果。中國的TD-SCDMA方案也已成為其中之一。應該指出，UTRAWCDMADS及TIAcdma2000MC的相應起步樣機已經誕生，包括以GSM、csmaOne后向兼容為基礎的第二代半過渡設備（G）EDGE、cdmaIS-95BHDR（2.4Mbit/s峰值速率，64QAM調制）及cdma2000-1X等亦已推出。

此外，為接續Internet移動游覽應用的無線應用協議（WAP）與無線連接技術藍牙（Bluetooth）已經產生。從網絡的角度來看，接入網可分成有線接入網和無線接入網、光纜同軸混合接入網、銅線電纜、對絞線、電話（一般為銅線）接入網等等；無線接入技術是近些年迅速發展起來的新技術領域，它從概念上產生了一個重大的飛躍，即不需要纜線類物理傳輸媒質而采用無線傳播手段來代替部分接入網甚至入網的全部，從而達到降低成本、提高靈活性和擴展傳輸距離的目的。無線接入網品種繁多，如移動衛生系統，蜂窩移動通信系統，集群通信系統，一點到多點微波通信系統，微波蜂窩的無線本地接入系統（PHS、PAS、PACS、DECT）等。短距離之內的接入技術主要有藍牙（Bluetooth）、紅外線、DECT、IEEE802.11和共享無線接入協議（SWAP）/HomeRF等系統。繼廣域網（WAN、Wind、AreaNetwork或城域網，MAN，MetropolitanAreaNetwork）、局域網（LAN，LocalAreaNetwork）之后，最近人們又提出了“無線個域網”（WPAN、WirelessPersonalAreaNetwork）。這一新概念將小范圍應用提升至網絡理論的高度。在短短的時間，WPAN成為一個受人矚目的新熱點，WPAN的研究組成立不到1上，就演變為IEEE的專門工作組IEEE802.5（即WPANWorkingGroup，于1999年3月成立），可見其受重視的程度。

比較而言，Bluetooth系統更具有代表性，它正根據WPAN的概念向前發展。事實上，Bluetooth和WPAN的概念相輔相成，Bluetooth已經是WPAN的一個雛形。從它最初由Ericsson，IBM，Inter，Nokia和Toshiba公司作為原始發起組織而推出，1年多時間已吸引了近2000個國際上有影響的公司參與。1999年底，美國的4家公司3COM，Lucent，Microsoft和Motorola，與上述5公司一樣作為Bluetooth的發起組織，使它在與SWAP、IEEE802.11等類似應用標準的競爭中脫穎而出，發展前景更加明朗。為了推動Bluetooth的發展，Bluetooth的標準是非專利的，Bluetooth已成為目前通信領域的一個新熱點，預計不遠的將來就可成為小范圍無線多媒體通信的國際標準。總之，無線通信技術前景一片光明。

2、我國無線通信技術的發展

當前，中國是世界各國通信技術運營商和設備制造商關注的焦點，大家都希望在中國的市場上占有自己的發展空間和市場份額。移動通信在中國發展十分迅速，中國移動通信的走向一直為世人所矚目。1987年11月，我國廣東正式開通了第一個TACS制式模擬蜂窩移動通信系統，實現了移動電話用戶“零”的突破。1994年底，廣東又首先開通了GSM數字蜂窩移動通信系統，至1995年，全國已15個省、市也相繼開通了GSM移動通信網。迄今為止，全國各省、自治區、直轄市面上都建設了GSM網，實現了國內和國際的全自動溫游。目前我國正在積極準備在21世紀初期開展第三代移動通信的商用試驗。

從1987年至今，我國移動電話用戶數的增長很快，尤其是GSM網更是以人們始料不及的速度在迅猛發展。這主要是因為GSM系統在技術和經濟方面均比TACS系統有較大的優勢，更重要的是我國在GSM運營領域引入了競爭機制，促進了GSM網的發展。我國的移動通信用戶已超過了8000萬，位居世界第二。

近10年來，我國在移動通信領域的科研、設備生產等方面也取得了可喜的進步。國產移動通信設備—交換系統、基站和手機等都已經投入生產，并陸續投放市場，第三代移動通信系統的開發和研究也正與世界同步。可見，中國無線通信在運營業與制造業上已取得了第一階段的成功。

3、今后無線通信技術的趨勢

21世紀的電信技術正進主一個關鍵的轉折時期、未來十年將是技術發展最為活躍的時期。信息化社會的到來以及IP技術的興起，正深刻的改變著電信網絡的面貌以及未來技術發展的走向。未來無線通信技術發展的主要趨勢是寬帶化、分組化、綜合經、個人化、主要特點體現為以上幾個方面：

（1）寬帶化是通信信息技術發展的重要方向之一。隨著光纖傳輸技術以及高通透量網絡節點的進一步發展，有線網絡的寬帶化正在世界范圍內全面展開，而無線通信技術也正在朝著無線接入寬帶化的方向演進，無線傳輸速率將從第二代系統的9.6Kbit/s向第三代移動通信系統的最高速率2Mbit/s發展。

（2）核心網絡綜合化，接入網絡多樣化。未來信息網絡的結構模式將向核心網/接入網轉變，網絡的分組化和寬帶化，使在同一核心網絡上綜合傳送多種業務信息成為可能，網絡的綜合化以及管制的逐步開放和市場競爭的需要，將進一步推動傳統的電信網絡與新興的計算機網絡的融合。接入網是通信信息網絡中最具開發潛力的部分，未來網絡可通過固定接入、移動蜂窩接入、無線本地環路入等不同的接入設備，接入核心網實現用戶所需的各種業務。在技術上實現固定和移動通信等不同業務的相互融合，尤其是無線應用協議（WAP）的問世，將極大地推動無線數據業務的開展，進一步促進移動業務與IP業務的融合。

（3）信息個人化是下世紀初信息業進一步發展的主要方向之一。而移動IP正是實現未來信息個人化的重要技術手段，在手機上實現各種IP應用以及移動IP技術正逐步成為人們關注的焦點之一。移動智能網技術與IP技術的組合將進一步推動全球個人通信的趨勢。

（4）移動通信網絡結構正在經歷一場深刻的變革，隨著網絡中數據業務量主導地位的形成，現有電路交換網絡向IP網絡過渡的趨勢已不可阻擋，IP技術將成為未來網絡的核心關鍵技術，IP協議將成為電信網的主導通信協議。隨著移動通信通用分組無線業務（GPRS）的引入，用戶將在端到端分組傳輸模式下發送和接收數據，打破傳統的數據接入接式。以IP為基礎組網，開始了移動骨干網IP應用的實踐。

4、無線通信技術在數字社區中的應用

無線通信技術的發展為實現數字化社區提供了有力的保證，數字化社區提供了有力的保證。數字化社區的特點是信息的交流非常的廣泛和方便，無論是實驗室、辦公室還是家庭，計算機及其外設的應用越來越普及，社區中的設備也都有電腦控制。如果它們之間的通信仍然采用有線方式的話，這將給使用帶來很大的不便。Bluetooth技術為我們建立一個全無線的工作環境和生活環境，Bluetooth標準已制定了和計算機以及與Internet、PSTN、ISDN（IntegratedServicesDigitalNetwork）、LAN、WAN、xDSL（xDigitalsubscriberloop）等網絡的接口協議，其目標是用單一的Bluetooth標準來建立起和眾多國際標準的連接。目前它用1Mb/s的速率已完全可以勝認這些工作，將來根據IEEE802.15的發展計劃,可以將速率提高到20Mb/s以上。我們可以使用無線電纜來連接辦公室和家庭中的電子設備，甚至包括鍵盤、鼠標等也采用無線傳輸。我們擁有一個無線公務包，以便攜計算機和掌上計算機為代表，采用無線方式和其他設備或網絡相連接，使我們擁有一個可流動的辦公室。

Internet和移動通信的迅速發展，使人們對電腦以外的各種數據源和網絡服務的需求日益增長。數字照相機、數字攝像機等設備裝上Bluetooth系統，既可免去使用電纜的不便，又不可不受內存溢出的困擾，隨時隨地可將所攝圖片或影像通過同樣裝上Bluetooth系統的手機或其他設備傳回指定的計算機中。PDA（PersonalDigitalAssistant）裝上Bluetooth系統后，采用無線方式收、發E-mail甚至瀏覽網頁將更為方便。Bluetooth的硬件電路可以做到微型化，在Headset上應用非常合適。裝上Bluetooth系統的Headset可以使它和手機進行無線連接，也可以使人在小范圍內自由走動地打電話、收聽音樂，在較大的范圍內召開電話會議。微型化、低功耗和低成本的特性給Bluetooth在人們日常生活中的應用開拓了近乎無限的空間。例如，Bluetooth構成的無線電電子鎖比其它非接觸式電子鎖或IC鎖具有更高的安全性和適用性，各種無線電遙控器（特別是汽車防盜和遙控）比紅外線遙控器的功能更強大，在餐館酒樓用膳時菜單的雙向無線傳輸或招呼服務員提供指定的服務（如添茶、加飲料等）將更為方便等。利用藍牙做出來的傳感器可以隨時監視家庭中的冰箱存量的變化，從而隨時反映出用戶所需要的物品，如果再連接到Internet上的話，可以實現網上購物。

未來的信息家電將以Internet和家庭網絡為基礎、以無線連接實現雙向傳輸，是具有一定智能的3C（Computer、Communication和Consumer）相融合的信息產品。以藍牙技術設計的數字手機、家庭及辦公室電話、小型PBX等電話系統，實現了真正意義上的個人通信。藍牙提供了低成本、低功耗的無線接入式，順應了現代通信技術和應用的發展潮流，在信息家電和移動通信等方面具有巨大的發展潛力。藍牙技術自提出以來，在短短的2年內已風靡全球。根據市場調查和預測，1999年藍牙技術的產品全球銷量幾乎為零，2000年猛增到3670萬美元，2001年將在到1.26億美元，2006年可達到到6.99億美元；2002年，全球使用藍牙技術的計算機外圍設備將達到1.5億臺，使用藍牙技術筆記本電腦將達到2500萬部；2003年全球90%以上的筆記本電腦將使用藍牙技術，2006年全球將推出6.7億臺使用藍牙技術的信息家電。

回顧無線通信的發展歷程，個人通信的移動性與無縫隙覆蓋多媒體綜合業務需求將愈來愈突出。頻譜延伸至毫米波、亞毫米波的電磁“無線光纖”乃至激光與粒子通信范疇的無線通信將有愈來愈廣闊的活動舞臺及光明的發展前景。市場是發展的驅動力。盡管我國的移動通信和互聯網發展十分迅速，但我國目前的移動電話和網絡用戶普及率還很低，面對我國12億人口，我國在網絡規模和容量方面有很大的發展空間。同時，競爭局面的形成，促使運營企業積極拓展新業務、新應用，向用戶提供豐富的選擇，以滿足用戶多方面、多層次的需求。因此，在移動通信和互聯網上的應用開發也有很大的發展潛力。我們要積極促進無線領域的科技進步、技術創新，為實現科教興國戰略，增強中華民族的綜合國力，為全球信息化及經濟全球化環境下的國際社會與全人類的發展而積極貢獻力量。