《現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第11章

第11章無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)11.1蜂窩無線通信11.2碼分多址11.3衛(wèi)星通信11.4藍(lán)牙技術(shù)11.5無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)習(xí)題11.1蜂窩無線通信11.1.1尋呼系統(tǒng)最早的尋呼系統(tǒng)是利用一個嗓門大的人，或廣播，發(fā)出公告：“李四先生，請回電話1234567”。無線尋呼系統(tǒng)是利用與PSTN相連的無線尋呼控制臺代替PSTN用戶尋找和呼叫不在電話機(jī)旁的移動用戶(BP機(jī))。移動用戶收到無線呼叫后，根據(jù)呼叫者提供的電話號碼到附近電話站通過PSTN回答呼叫。當(dāng)前的大多數(shù)尋呼系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是，它們是單向系統(tǒng)，只能由尋呼機(jī)發(fā)送信息給BP機(jī)。尋呼發(fā)送臺與所有BP機(jī)均采用同一頻率，由于只有一個發(fā)送者，所以發(fā)送信息時不會出現(xiàn)沖突，因此這種系統(tǒng)顯得相對簡單，并且運(yùn)營的成本較低。尋呼的信息量極小，每條信息僅需要30字節(jié)的突發(fā)傳輸，所以尋呼系統(tǒng)只需要極小的帶寬。較早期的尋呼系統(tǒng)工作在150～174?MHz頻帶的各個頻率上，現(xiàn)代的大多數(shù)尋呼系統(tǒng)則工作在930～932?MHz頻帶。圖11-1(a)說明了尋呼系統(tǒng)的單向特性，所有的尋呼信息都在同一頻率上發(fā)出。而移動電話是雙向的，每個通話使用兩個頻率，不同的頻率對應(yīng)于不同的通話，如圖11-1(b)所示。圖11-1尋呼系統(tǒng)與移動電話系統(tǒng)比較(a)單向?qū)ず粝到y(tǒng)；(b)雙向移動電話系統(tǒng)11.1.2無繩電話無繩電話是指用無線信道代替普通電話線，在限定的業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)給無線用戶提供步行速度的移動或固定PSTN業(yè)務(wù)的電話系統(tǒng)。無繩電話通信系統(tǒng)分為20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的模擬無繩電話通信系統(tǒng)和現(xiàn)代無繩電話通信系統(tǒng)。系統(tǒng)的終端是有線或無線終端，如電話、個人計算機(jī)和傳真機(jī)等，有線終端可經(jīng)無線收發(fā)信機(jī)接續(xù)。第一代模擬無繩電話系統(tǒng)(CT1)由一個或若干個基站和多部手機(jī)組成，允許手機(jī)在一組信道內(nèi)任選一個空閑信道進(jìn)行通信。一個基站形成一個微蜂窩，包含一組信道，服務(wù)半徑約為50?m。多個微蜂窩構(gòu)成一個業(yè)務(wù)區(qū)，區(qū)內(nèi)手機(jī)都可通過基站得到服務(wù)。模擬無繩電話技術(shù)簡單、安裝方便、成本低，受到人們的普遍歡迎，發(fā)展迅速。但模擬無繩電話存在著一些固有缺陷，如頻譜利用率低、容量小、服務(wù)范圍不大、相互干擾嚴(yán)重、音質(zhì)差、難于保密以及不易進(jìn)行數(shù)據(jù)通信等。

1989年歐洲推出了第一個數(shù)字無繩電話標(biāo)準(zhǔn)，緊接著北美、日本都有了各自的數(shù)字無繩電話標(biāo)準(zhǔn)，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的第二代無繩電話系統(tǒng)(CT2)首先在英國投入商用。CT2不僅適用于家庭、辦公室等室內(nèi)場合，還可用于公共場合，它采用了語音編碼和時分雙工(TDD)等數(shù)字技術(shù)，同時利用多信道共用和信道動態(tài)分配技術(shù)，提高了系統(tǒng)頻譜的利用率，加強(qiáng)了抗干擾能力，提高了話音質(zhì)量，還可提供加密業(yè)務(wù)。但CT2用戶只能主叫，不能作被叫，而且系統(tǒng)無越區(qū)切換和漫游功能。因此，CT2在全球的發(fā)展并不盡如人意。

1992年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)又推出了新的數(shù)字無繩電話系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)——?dú)W洲數(shù)字無繩電話系統(tǒng)(DECT，DigitalEuropeanCordlessTelephone)。1994年9月，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的聯(lián)合技術(shù)委員會(JTC)通過個人接入通信系統(tǒng)(PACS，PersonalAccessCommunicationSystem)，日本也推出了個人便攜電話系統(tǒng)(PHS，PersonalHandyphoneSystem，在中國稱為小靈通)。這些數(shù)字無繩電話系統(tǒng)具有容量大、覆蓋面寬、能完成雙向呼叫、微蜂窩越區(qū)切換和漫游以及應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)，并成為今后無繩電話發(fā)展的趨勢。11.1.3模擬蜂窩電話移動無線電話在20世紀(jì)早期偶爾被海軍和海洋部門用于通信。1946年圣·路易斯設(shè)立了第一個用于汽車電話的系統(tǒng)——按鈕啟動通話系統(tǒng)(Push-to-Talk-System)，它是一個單工系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代，發(fā)展了改進(jìn)型移動電話系統(tǒng)(IMTS，ImprovedMobileTelephoneSystem)，它能進(jìn)行雙工通信，然而它的信道數(shù)量少，用戶必須等待很久才能聽到撥號音。同時，由于它的發(fā)射裝置功率太大，鄰近的系統(tǒng)必須相距100?km以外才能避免串?dāng)_。這些缺陷導(dǎo)致該系統(tǒng)不能投入實(shí)際應(yīng)用。

20世紀(jì)80年代，蜂窩式移動電話系統(tǒng)迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。到目前為止，國際上已運(yùn)行了多種制式，其中有代表性的是美國的先進(jìn)移動電話系統(tǒng)(AMPS，AdvancedMobilePhoneSystem)，它在英國被稱做TACS，在日本被稱做MCS-L1。1979年世界無線電行政大會指定蜂窩式移動電話系統(tǒng)宜采用頻段為890～915?MHz(上行頻段)與935～960?MHz，頻道間隔為25?kHz，但現(xiàn)實(shí)的各系統(tǒng)與此有少許出入。在AMPS中，地理上的區(qū)域被劃分成一個個小的單元(Cell)，其范圍一般為10～20?km，每個單元使用一套頻率。由于基站發(fā)射機(jī)的功率較小，一定距離之外的單元受到的干擾足夠小，則這兩個單元互相在對方的同頻率干擾范圍之外，所以這兩個單元可以使用同一套頻率，提高了頻率利用率。這樣，我們利用相對較小的單元就可使AMPS容量增大，這是它的關(guān)鍵思想，它的代價是更多的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開銷。IMTS系統(tǒng)在100?km范圍內(nèi)每個頻率上可以有一個通話，而AMPS系統(tǒng)在相同的范圍內(nèi)可以有100個10?km大小的單元，因而每個頻率上可以有5個到10個通話。而且，小的單元意味著需要的功率小，這樣設(shè)備也變小了并且成本也降低了。頻率重用的思想如圖11-2所示。單元一般都近似于圓形，但由于一些原因，我們都采用六邊形表示。圖中，單元的大小都一樣，它們被分成7個組，其上的字母代表一組頻率。應(yīng)注意對于每組頻率都有一個大約2單元寬的緩沖，緩沖區(qū)處于同頻率干擾范圍之內(nèi)，在這里頻率不被重用，以獲得較好的分隔效果和較小的串?dāng)_。圖11-2蜂窩結(jié)構(gòu)示意圖在每個單元的中央是一個基站，該單元里的所有電話都向其發(fā)送信息。基站由計算機(jī)和發(fā)射與接收裝置構(gòu)成，后者連到天線上。在小系統(tǒng)中，所有的基站都連接到一個稱做移動電話交換站(MTSO，MobileTelephoneSwitchingOffice)或移動交換中心(MSC，MobileSwitchingCenter)的設(shè)備上。在較大的系統(tǒng)中可能需要幾個MSC，它們都連接到一個二級MSC上，依此類推。MSC和電話系統(tǒng)中的端局相似，并且實(shí)際上至少連接到一個電話端局。其具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似，可參見圖11-3。圖11-3GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖不管在什么位置，每部移動電話邏輯上都處在一個特定的單元里，并且在該單元的基站控制之下。當(dāng)某移動電話離開一個單元時，它的基站注意到移動電話傳送過來的信號逐漸減弱，就會詢問所有鄰近的基站收到該電話信號的強(qiáng)弱。該基站隨后將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給獲得最強(qiáng)信號的單元，即該電話當(dāng)前所處的單元。該電話隨即被告之有新的管理者，并且如果正在進(jìn)行通話，將會被要求切換到新信道(因?yàn)樗瓉硎褂玫男诺涝谛碌膯卧锊荒鼙皇褂?。此過程被稱做越區(qū)切換(Handoff)，大約需時300?ms。信道分配由MSC完成，它是系統(tǒng)的中樞，基站實(shí)際上僅做電波的中轉(zhuǎn)。在某些單元里，用戶數(shù)量已經(jīng)超過了系統(tǒng)的負(fù)載能力，于是可以將該單元的發(fā)射裝置功率降低，并且將該單元分成更小的單元以便于更多的頻率重用。在單元細(xì)分的情況下，每一個小單元又可以容納很多的用戶，但單元細(xì)分并不是越小越好。首先，基站的發(fā)射功率不能無限??；其次，單元越小，用戶的越區(qū)切換越頻繁，通話中斷的可能性越大，系統(tǒng)管理開銷也越大。加之還有其他一些原因，所以單元到底該多大是一個復(fù)雜的問題，要綜合考慮。

AMPS系統(tǒng)使用832個全雙工信道，每個信道由一對單工信道組成。從824～849MHz有832個單工發(fā)送信道，從869～894MHz有832個單工接收信道，每個信道寬為30?kHz，即AMPS利用FDM來分隔信道。

832個信道被分成4類：●控制(基站到移動電話)，用于管理系統(tǒng)?！窈艚?基站到移動電話)，用于提示用戶有人呼叫?！窠尤?雙向)，用于通話建立和信道分配?！駭?shù)據(jù)(雙向)，用于語音、傳真或數(shù)據(jù)。有21個信道留做控制，它們被固化到電話的PROM中。由于相同的頻率不能在相鄰的單元中使用，所以每個單元實(shí)際上可用的語音信道比832少得多，一般大約為45個。由于任何有全波段無線電接收機(jī)的人都可以收聽到一個單元里的所有通話，所以模擬蜂窩電話不安全。數(shù)字蜂窩電話則可以在一定程度上解決這個問題。11.1.4數(shù)字蜂窩電話數(shù)字蜂窩電話目前主要有以下幾種典型的系統(tǒng)。

1．GSM

1)系統(tǒng)簡介移動通信全球系統(tǒng)(GSM，GlobalSystemforMobileCommunication)，簡稱全球通，最初由歐洲生產(chǎn)和使用，現(xiàn)已在世界各國廣泛使用。目前，世界上已有100多個國家的200多家運(yùn)營公司選擇了GSM，我國的華為、大唐等廠家也進(jìn)行了GSM系統(tǒng)設(shè)備研制。

GSM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖11-3所示。由圖可知，GSM系統(tǒng)主要由移動交換中心(MSC)、基站(BS)和移動臺(MS)三部分組成。

GSM網(wǎng)絡(luò)由MSC通過中繼棧與PSTN的本地交換機(jī)相連。MSC是該系統(tǒng)的中樞系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)呼叫的建立和計費(fèi)，它利用HLR存放全部歸屬用戶的信息，利用VLR存放漫游到該VLR管轄地區(qū)中的移動用戶的數(shù)據(jù)。

MSC網(wǎng)絡(luò)用于控制基站向移動臺發(fā)送信息以及接收移動臺發(fā)送過來的信息。每一個MSC可控制幾個基站。移動臺是GSM與用戶交互的界面，包括手持機(jī)、車載移動臺等。

GSM采用FDMA/TDMA混合技術(shù)，還加上跳頻技術(shù)。GSM最初被設(shè)計使用波段，后來又確定使用1800?MHz，后者被稱為SCD1800，但它實(shí)質(zhì)上仍然是GSM。

GSM系統(tǒng)中每個蜂窩最多可擁有200多個全雙工信道，下行頻率(從基站到移動臺)為935～960?MHz，上行頻率(從移動臺到基站)為890～915?MHz，與原有的模擬通信系統(tǒng)TACS相同，但它們不兼容。每個頻道寬200?kHz，其頻道配置如圖11-4所示。由圖可知，理論上每個蜂窩可支持992個信道，但為了避免與相鄰蜂窩的頻率沖突，其中許多都不能使用。圖11-4GSM頻道配置

2)系統(tǒng)工作過程當(dāng)移動臺開機(jī)后，其根據(jù)預(yù)先存儲的程序?qū)刂菩诺肋M(jìn)行掃描搜索，并鎖定在信號最強(qiáng)的信道。通常這表明和最近的基站建立了聯(lián)系。然后，移動臺繼續(xù)監(jiān)測所選擇的控制信道，等候被呼或發(fā)起主呼。由于移動臺不斷移動，所以每隔一定時間或收到的信號變?nèi)醯侥硞€預(yù)定值時，移動臺就要重復(fù)上述過程，使得移動臺不斷跟蹤信號最強(qiáng)的基站。下面講解移動臺幾個主要的工作過程：

(1)移動臺被呼過程：可分為尋呼、選擇基站、應(yīng)答、分配話音信道、振鈴和通話等。尋呼：PSTN傳來的尋呼信號首先送到MSC，由于MSC管理幾個基站的移動臺，它并不清楚要尋呼的移動臺具體在哪個基站管轄范圍內(nèi)，所以它通過自身管理的幾個基站在控制信道上均廣播尋呼信息給所管轄的移動臺。選擇基站：若被呼移動臺已開機(jī)，則能發(fā)現(xiàn)自己被呼，選擇信號最強(qiáng)的基站，準(zhǔn)備應(yīng)答。應(yīng)答：移動臺通過控制信道向基站發(fā)送身份識別標(biāo)志碼，表明已收到尋呼，然后基站向MSC報告。分配話音信道：MSC給移動臺分配一個無線信道，通過基站告訴移動臺，然后移動臺將頻率置在該話音信道的頻率上。振鈴：MSC控制基站在剛才分配的話音信道上給移動臺發(fā)送振鈴信號，移動臺振鈴?fù)瑫r在話音信道上向基站發(fā)送一個信令音ST，MSC停發(fā)回鈴音，接通話音線路，即可通話。

(2)移動臺主呼過程：可分為呼前撥號、選擇基站、申請?jiān)捯粜诺馈⒎峙湓捯粜诺?、向市話撥號、振鈴和通話等。呼前撥號：用戶預(yù)先輸入呼叫號碼，存放在移動臺的內(nèi)存中，可減少占用無線信道的時間。選擇基站：移動臺摘機(jī)后，選擇信號最強(qiáng)的基站。申請?jiān)捯粜诺溃阂苿优_將預(yù)先輸入的電話號碼和身份識別碼一起通過控制信道發(fā)送給基站，基站通過有線線路報告MSC，表明等待分配話音信道。分配話音信道：和被呼過程相同，由MSC分配一個無線信道，移動臺同時置為該頻率。向市話撥號：MSC向市話局發(fā)送被叫用戶號碼。振鈴和通話：市話網(wǎng)向被叫用戶振鈴，摘機(jī)即可通話。上面是呼叫建立過程，通話完需拆線，這決定于是移動用戶先掛機(jī)還是市話用戶先掛機(jī)，與移動用戶是主呼還是被呼無關(guān)。

(3)移動臺先掛機(jī)時的拆線過程。釋放：移動臺掛機(jī)，在話音信道上發(fā)ST信令，并關(guān)掉發(fā)射機(jī)?；臼盏絊T信令后，就發(fā)掛機(jī)信號給MSC?？臻e：MSC向市話網(wǎng)發(fā)出拆線信號。基站關(guān)閉發(fā)射機(jī)：MSC命令基站關(guān)閉發(fā)射機(jī)。

(4)市話用戶先掛機(jī)時的拆線過程。示閑：MSC收到從有線網(wǎng)發(fā)送來的拆線信號，就將所有與該呼叫有關(guān)的單元置為空閑。信道釋放：MSC通過基站向移動臺發(fā)送信道釋放命令，移動臺收到命令后即關(guān)掉發(fā)射機(jī)，然后基站向MSC發(fā)送一個掛機(jī)信號?；景l(fā)射機(jī)關(guān)閉：MSC收到掛機(jī)信號，即命令基站關(guān)閉發(fā)射機(jī)。

(5)越區(qū)切換過程：移動臺在通信過程中，為它服務(wù)的基站發(fā)現(xiàn)信號弱于某一值時，立即向MSC報告。MSC當(dāng)即命令鄰近基站監(jiān)測該移動臺，并比較所得結(jié)果，決定是否需要越區(qū)切換。越區(qū)切換過程如下。新信道準(zhǔn)備：MSC通過有線線路通知新的基站開通發(fā)射機(jī)。通知移動臺切換頻道：MSC通過原服務(wù)的基站通知移動臺使用新的頻道號碼。信道、線路重新組合：移動臺調(diào)到新的頻道上，并發(fā)確認(rèn)信號，MSC把市話線路改接到新的基站。由以上工作過程可明顯看出MSC的中樞控制作用。

2．GPRS——GSM上疊加的無線分組服務(wù)通用無線分組業(yè)務(wù)(GPRS，GeneralPacketRadioService)是GSM網(wǎng)絡(luò)為提供真正的無線分組接入而設(shè)計的一項(xiàng)新業(yè)務(wù)，它是第二階段GSM。不過，GPRS不僅僅只能疊加于GSM上，IS-136TDMA也同樣支持GPRS。GPRS主要的優(yōu)點(diǎn)是可以提高無線信道的有效利用率。GSM網(wǎng)絡(luò)對于無線信道的利用是電路交換式，這對于突發(fā)型的數(shù)據(jù)通信，信道利用率不高，并且對用戶是按連接時間計費(fèi)，所以用戶的通信費(fèi)用也較高。而GPRS是采用分組交換，這意味著用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才真正使用GPRS資源，所以資源可以被多用戶共享，并且對用戶是按傳送的字節(jié)流量計費(fèi)，費(fèi)用較低。圖11-5所示的是GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，在GSM上疊加GPRS服務(wù)，只需在原有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上增加少量的基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)，并且對軟件升級即可。這里主要引入了兩類新節(jié)點(diǎn)：GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN，ServingGPRSSupportNode)相當(dāng)于GSM中的MSC，主要負(fù)責(zé)用戶的移動管理和無線資源管理；GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN，GatewayGPRSSupportNode)，主要負(fù)責(zé)與其他面向分組的網(wǎng)絡(luò)的連接以及存儲用戶的位置信息。

GPRS主要用來和TCP/IP、X.25等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。面向分組的GPRS是建立在GSM基礎(chǔ)上，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有一些新的功能元素，其移動管理概念有很大改變。圖11-5GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

GPRS在目前得到強(qiáng)勁發(fā)展，其優(yōu)勢在于：●更快的速度：理論上峰值速率可達(dá)到171.2?kb/s，如果再利用EDGE，傳輸速率可達(dá)到384?kb/s。●永遠(yuǎn)在線的移動性：由于GPRS不需要實(shí)際連接，按傳送字節(jié)流量計費(fèi)，所以可以永遠(yuǎn)在線。一旦需要發(fā)送數(shù)據(jù)，可立即發(fā)送。這對于如遠(yuǎn)程信用卡驗(yàn)證等應(yīng)用具有重要意義，因?yàn)樽岊櫩投嗟?0秒鐘也是不能接受的。●更新更好的應(yīng)用：GSM網(wǎng)絡(luò)由于速度限制(9.6?kb/s)，應(yīng)用范圍較窄。GPRS可用于許多應(yīng)用系統(tǒng)，如遙測、火車控制系統(tǒng)、交互式數(shù)據(jù)訪問、公路收費(fèi)系統(tǒng)、WWW、FTP和多媒體服務(wù)等?！駷榈谌苿泳W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)開發(fā)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3．CDPD移動網(wǎng)

20世紀(jì)90年代初蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD，CellularDigitalPacket)疊加在蜂窩移動電話網(wǎng)AMPS基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字分組移動通信，改變了數(shù)據(jù)通信的不可移動性，使計算機(jī)的功用進(jìn)一步拓展，也為社會網(wǎng)絡(luò)化提供了一種嶄新的手段。

CDPD作為一種寄生網(wǎng)絡(luò)而存在，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：●64?kb/s的有線線路和固定網(wǎng)連接，19.2?kb/s(由于包含一些附加位，所以純數(shù)據(jù)傳輸速率接近9.6?kb/s)的空中信道用以連接移動臺，全雙工實(shí)時無線數(shù)據(jù)通信?！窀哔|(zhì)量、無差錯的無線數(shù)據(jù)傳送，采用可避免碰撞的CSMA/CD無線信道多址接入技術(shù)。●采用先進(jìn)的動態(tài)密鑰管理，正反信道密鑰不同，以每呼叫為基礎(chǔ)進(jìn)行動態(tài)密鑰更換，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)不被竊聽?！駸o連接方式的分組通信，以TCP/IP為基礎(chǔ)。由于協(xié)議的開放性，任何以TCP/IP為基礎(chǔ)的軟件產(chǎn)品，都可用于CDPD，使CDPD有很好的應(yīng)用基礎(chǔ)?！襁m用于信息較小但實(shí)時性要求較高的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)中的移動終端可一直處于在線模式，隨時隨地發(fā)送數(shù)據(jù)、圖像和文字等數(shù)據(jù)信息。

CDPD網(wǎng)絡(luò)的邏輯組成如圖11-6所示，它主要由以下三部分組成?！馦DBS：移動數(shù)據(jù)基站系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)無線資源的管理，作用類似于GSM的MSC，當(dāng)發(fā)生越區(qū)切換時，由MDBS來完成信道切換，并把頻率改變的消息告訴移動臺?！馦D-IS：移動數(shù)據(jù)中間系統(tǒng)，負(fù)責(zé)驗(yàn)證移動臺的身份，管理移動臺的移動性?！馦-ES：移動終端系統(tǒng)，一般是手持式計算機(jī)或筆記本電腦，配有CDPD調(diào)制解調(diào)器。M-ES可以支持不同類型的業(yè)務(wù)，例如有些M-ES僅支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而有些M-ES可在數(shù)據(jù)和語音雙模式下工作。圖11-6CDPD網(wǎng)絡(luò)的邏輯組成要注意的是，工作在雙模式下時，CDPD是在聲音系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行的情況下加上的，它的設(shè)計受到了不能改變現(xiàn)有聲音系統(tǒng)的限制。當(dāng)聲音通話要選擇信道時，其算法不能知道CDPD的存在，所以數(shù)據(jù)信道有可能被突然搶占。但是，設(shè)計中沒有絲毫妨礙擁有專用CDPD信道的地方。隨著CDPD的日趨流行，提供者可能會給出專用的CDPD信道。

4．第三代數(shù)字蜂窩系統(tǒng)所謂第三代移動通信系統(tǒng)，是指能支持語音數(shù)據(jù)綜合和移動多媒體的寬帶數(shù)字移動網(wǎng)絡(luò)。它主要由接入部分、寬帶通信網(wǎng)和智能化網(wǎng)絡(luò)管理組成。接入部分包括無線和有線接入。無線接入有衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，用于覆蓋邊遠(yuǎn)地區(qū)、空中和海上通信；有蜂窩移動通信系統(tǒng)，以微微蜂窩、微蜂窩、宏蜂窩等方式分別覆蓋市區(qū)高密度區(qū)和郊區(qū)等。接入的用戶終端可以是普通電話機(jī)、小巧輕便的手持機(jī)、車載臺和多媒體終端等。寬帶通信網(wǎng)提供對各種業(yè)務(wù)的傳輸與交換功能，這個網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)應(yīng)該是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)。由于第三代通信網(wǎng)的用戶數(shù)量非常大，而且要支持多媒體業(yè)務(wù)，因此只有采用寬帶ISDN網(wǎng)才可能具備這個能力。智能化網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)庫是第三代通信網(wǎng)的核心，它擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)庫管理、用戶移動性管理和網(wǎng)絡(luò)安全管理等功能。網(wǎng)管中心與寬帶通信網(wǎng)共同完成用戶注冊和認(rèn)證、用戶號碼管理、計費(fèi)管理、用戶位置登記、用戶呼叫處理、用戶漫游管理和越區(qū)切換等，要具備動態(tài)跟蹤移動用戶的位置信息的能力，并能迅速選擇出通信鏈路的最佳路由。用戶的移動性可以通過用戶持有的身份識別卡來管理。當(dāng)用戶在辦公室時，只需要將自己的身份識別卡在辦公桌上的電話機(jī)插一下，用戶身份信息傳到網(wǎng)管中心，對其合法性進(jìn)行認(rèn)證，并修改數(shù)據(jù)庫的記錄，更新用戶的位置信息，以后再有找他的電話，這個電話機(jī)就會振鈴，并將通話費(fèi)自動記錄到用戶賬下。當(dāng)用戶在下班回家的路上，將身份識別卡往汽車內(nèi)的移動電話上插一下，就可以在汽車內(nèi)接聽電話了。同樣可以將便攜機(jī)、多媒體終端、飛機(jī)上的移動電話等通信設(shè)備變成個人通信終端。基于身份識別卡的技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字蜂窩移動電話(GSM)中使用，只要用戶將自己的卡插在任何一部手機(jī)中，這部手機(jī)就成為這個用戶的終端了。很多機(jī)構(gòu)和組織都在研究第三代移動系統(tǒng)，并提出了不同的系統(tǒng)?！駠H電信聯(lián)盟(ITU)早在1985年就提出了未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)(FPLMTS)，在1994年更名為IMT-2000(2000年國際移動通信)。它采用1.8～2.2?GHz頻帶，使用智能網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行移動性管理和業(yè)務(wù)控制，能集成蜂窩系統(tǒng)、無繩系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)等多種無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供廣泛的電信業(yè)務(wù)?！駳W洲電信標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)(ETSI)提出了未來歐洲第三代移動系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)。UMTS使用2?GHz頻率，與IMT-2000的頻率相同。它將提供144?kb/s～2?Mb/s的速率，支持寬帶多媒體業(yè)務(wù)。●美國提出了個人通信業(yè)務(wù)(PCS)，它能利用現(xiàn)有的、互不兼容的無線基礎(chǔ)設(shè)施提供話音通信并與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交互工作，具有終端移動性、個人移動性、用戶移動性和業(yè)務(wù)移動性及分布管理相結(jié)合的綜合能力。11.2.1多址通信技術(shù)簡介多址問題可認(rèn)為是一個濾波問題。許多用戶可以同時使用同一頻譜，然后采用不同的濾波器和處理技術(shù)，使不同用戶信號互不干擾地被分別接收和解調(diào)?，F(xiàn)在主要有五種多址方式：頻分多址(FDMA)，時分多址(TDMA)，碼分多址(CDMA)，空分多址(SDMA)和波分多址(WDMA)。11.2碼分多址

1．頻分多址(FDMA)

FDMA是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道(或稱信道)，分配給不同的用戶使用。這些頻道互不交疊，其寬度應(yīng)能傳輸一路數(shù)字話音信息，而在相鄰頻道之間無明顯串?dāng)_。發(fā)送端將發(fā)送的信息調(diào)制到某個頻道上，接收端通過頻率選擇(濾波)，從混合信號中選出相應(yīng)的信號。模擬的蜂窩系統(tǒng)都采用FDMA，如AMPS和TACS，我國這兩種制式都有，但TACS占絕大多數(shù)。AMPS將分配的頻譜分成帶寬為30?kHz的頻道，并使用窄帶FM調(diào)制，調(diào)制效率為每30?kHz一條話路。

2．時分多址(TDMA)

TDMA是把時間分割成周期性幀，第一幀再分割成若干個時隙，然后根據(jù)一定的時隙分配原則，使移動臺在每幀中按指定的時隙向基站發(fā)送信號，基站可以分別在各時隙中接收到移動臺的信號而不受干擾。同時基站發(fā)向多個移動臺的信號，都按規(guī)定在預(yù)定的時隙中發(fā)射，各移動臺在指定的時隙中接收(時間選擇)，從合路的信號中提取發(fā)給它的信號。當(dāng)前應(yīng)用這種多址方式的蜂窩系統(tǒng)主要有北美的DAMPS和歐洲的GSM，這兩種制式我國也都有，GSM占絕大多數(shù)?，F(xiàn)在使用的TDMA蜂窩系統(tǒng)實(shí)際上都是FDMA和TDMA的組合，如DAMPS蜂窩系統(tǒng)就是先使用了30?kHz的頻分信道，再把它分成6個時隙進(jìn)行TDMA傳輸。

3．碼分多址(CDMA)每個用戶(收發(fā)信機(jī))具有特定的地址碼，用于發(fā)射信號的擴(kuò)展頻譜調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)在公共信道上傳輸信息，這種通信技術(shù)稱為CDMA。CDMA的特征是代表各信息的發(fā)射信號在結(jié)構(gòu)上各不相同，并且其地址碼相互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間和空間上都可能重疊。

4．空分多址(SDMA)

SDMA利用定向天線使無線束覆蓋到不同區(qū)域。各種蜂窩系統(tǒng)都使用了SDMA，以在不同單元間實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，衛(wèi)星通信中也可使用SDMA。SDMA對天線要求較高，增加了設(shè)備的數(shù)量和切換的次數(shù)，加重了交換機(jī)的負(fù)擔(dān)。在自適應(yīng)天線陣列智能單元中，利用陣列天線自適應(yīng)地形成跟蹤移動臺的波束，每個用戶對應(yīng)一個波束，各用戶的波束之間沒有干擾。如果相同的頻率在單元中復(fù)用N次，則系統(tǒng)容量將提高N倍。

5．波分多址(WDMA)波分多址實(shí)際上也是頻分多址，只是該技術(shù)采用了波長分割各信道。與FDMA不同的是，WDMA是在光學(xué)系統(tǒng)中利用衍射光柵來實(shí)現(xiàn)不同頻率光波信號的合成和分解。光纖技術(shù)就是應(yīng)用了波分多址技術(shù)。11.2.2碼分多址原理每個站點(diǎn)被指定一個惟一的m位代碼或稱碼片序列(ChipSequence)，比如碼片序列長為8位(這只是為了簡化起見，通常情況下，碼片序列長得多，比如為64或128位)。當(dāng)發(fā)送比特1時，站點(diǎn)就發(fā)送其碼片序列；發(fā)送比特0時，站點(diǎn)就發(fā)送其碼片序列的反碼。比如站點(diǎn)A的碼片序列被指定為00011011，發(fā)送00011011就表示發(fā)送比特1，發(fā)送11100100就表示發(fā)送比特0。為了便于理解，這里采用雙極型的形式，二進(jìn)制0用“－1”代替，二進(jìn)制1用“＋1”代替。書寫時，將碼片序列用括號括起來，比如站點(diǎn)A的碼片序列為(－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1)。圖11-7(a)所示為4個站點(diǎn)的二進(jìn)制碼片序列，而圖11-7(b)給出了它們相應(yīng)的雙極型形式。圖11-7碼分多址原理圖(a)?4個站點(diǎn)的二進(jìn)制芯片序列；(b)雙極型芯片序列；(c)發(fā)送的6個例子；(d)站點(diǎn)C的信號復(fù)原圖11-7(c)中，給出了站點(diǎn)同時發(fā)送的6個例子。第1個例子中，只有C發(fā)送了“1”，所以得到的結(jié)果就是C的碼片序列。第2個例子中，B和C均發(fā)送“1”，因此結(jié)果為它們序列之和，即將兩個矢量進(jìn)行相加：(－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1)＋(－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1)＝(－2000＋2＋20－2)第3個例子中，站點(diǎn)A發(fā)送“1”，站點(diǎn)B發(fā)送“0”，其余保持沉默。第4個例子中，站點(diǎn)A、C發(fā)送“1”，站點(diǎn)B發(fā)送“0”。第5個例子中，4個站點(diǎn)均發(fā)送“1”。最后一個例子中，站點(diǎn)A、B、D發(fā)送“1”，站點(diǎn)C發(fā)送“0”。這些例子中站點(diǎn)各自獨(dú)立地發(fā)送信息到信道上，它們合成得到的信息就是序列S1～S6。11.2.3擴(kuò)展頻譜通信在以前的窄帶通信中，人們通常盡量使一個信道占用的帶寬減少，以此提高系統(tǒng)的容量，但顯然信道的帶寬不能無限減少。而11.2.2節(jié)中介紹的CDMA，卻使信道占用的帶寬大大增加了，這是否會降低系統(tǒng)的容量呢？由上一小節(jié)(11.2.2)可看出，無噪聲的CDMA系統(tǒng)的容量是任意大的，所以答案是否定的，原因是每個地址碼之間的正交性。那么，這種方法除了能增加系統(tǒng)容量外，還能否帶來其他的優(yōu)越性呢？下面介紹前兩種擴(kuò)頻方式。

1．直接序列擴(kuò)頻圖11-8給出了直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理框圖。窄帶的基帶信息碼是要傳輸?shù)男畔?，它通過與速率很高的編碼序列(通常用偽隨機(jī)序列)進(jìn)行調(diào)制將其頻譜展寬，這個過程為擴(kuò)頻過程。頻譜展寬后的序列被進(jìn)行射頻調(diào)制，其輸出則是擴(kuò)展頻譜的射頻信號，經(jīng)天線輻射出去。圖11-8直接擴(kuò)頻系統(tǒng)原理在接收端，射頻信號經(jīng)混頻后變?yōu)橹蓄l信號，對它用與發(fā)送端相同的編碼序列進(jìn)行反擴(kuò)展，將寬帶信號恢復(fù)成窄帶信號，這個過程稱為解擴(kuò)。解擴(kuò)后的中頻窄帶信號經(jīng)普通信息解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)成原始的信息碼。從圖11-8中我們可以看出，如果去掉擴(kuò)頻和解擴(kuò)這兩個過程，該系統(tǒng)就變成了普通的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。因此，擴(kuò)頻和解擴(kuò)是擴(kuò)展頻譜的關(guān)鍵過程。擴(kuò)展頻譜的特性取決于所采用的編碼序列的碼型和速率。為了獲得近似噪聲的頻譜，均采用偽噪聲序列作為擴(kuò)頻系統(tǒng)的編碼序列，如m序列、Gold序列等。擴(kuò)頻信號在傳輸過程中受到窄帶干擾，則在接收端處理的既有有用信號的擴(kuò)展頻譜，也有干擾信號窄帶譜。擴(kuò)頻解調(diào)器利用本地地址碼進(jìn)行解擴(kuò)處理，有用信號被恢復(fù)成窄帶信號，而干擾信號反而被擴(kuò)展成寬帶譜。在經(jīng)過解調(diào)、濾波后，干擾信號落在有效頻帶內(nèi)的信號功率大大降低，帶內(nèi)的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干擾和無用信號的作用。

2．跳頻擴(kuò)頻簡單地說，跳頻就是電臺的頻率按照一定的規(guī)律進(jìn)行變化的多種頻率頻移鍵控。簡單的頻移鍵控(FSK)只有兩個頻率，分別代表傳信息和不傳信息。我們所講的跳頻系統(tǒng)是利用偽隨機(jī)碼來選擇頻率，一般有幾十個甚至上千個頻率。早期的短波無線電報員經(jīng)常用改變頻率的辦法來躲避干擾和防止被敵人竊取電報信息。跳頻就是這個概念的發(fā)展，它不是用人工來定時改變電臺的工作頻率，而是按照一種碼序列隨機(jī)地自動地改變電臺的工作頻率，其碼速率通常較低。圖11-9給出了跳頻系統(tǒng)的原理圖。如果圖中的頻率合成器被設(shè)定在某一固定頻率，這就是普通的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。當(dāng)利用偽隨機(jī)碼來控制頻率的變化，發(fā)射機(jī)的頻率將在一個很寬的范圍內(nèi)不斷改變，從而射頻載波的頻率也在很寬的范圍內(nèi)變化，由此形成了一個寬帶離散頻譜。接收端必須用相同的偽碼置定本地頻率合成器，使其與發(fā)送端的頻率做相同的改變，經(jīng)與接收到的信號混頻，得到一個中頻信號，再經(jīng)過帶通濾波，得到一個窄帶信號，即我們需要的信號。而干擾信號在混頻時不再是穩(wěn)定的中頻信號，經(jīng)過帶通濾波，留在有效頻帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低，帶內(nèi)的信噪比就可以大大提高，起到了抑制干擾和無用信號的作用。圖11-9跳頻系統(tǒng)原理跳頻系統(tǒng)的處理增益與直接擴(kuò)頻系統(tǒng)相同，如果跳頻系統(tǒng)有1000個可供跳變的頻率，則其處理增益為30?dB。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機(jī)碼的控制，時間不同，偽隨機(jī)碼的機(jī)位不同，對應(yīng)的頻率合成器產(chǎn)生的頻率也不同，我們把跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律稱為跳頻圖案，跳頻圖案是時間和頻率的函數(shù)，故又稱為時間-頻率矩陣，簡稱時-頻矩陣。如圖11-10所示，可直觀地描述頻率跳變規(guī)律。圖11-10時間-頻率矩陣11.2.4CDMA的特點(diǎn)

1．具有很強(qiáng)的抗干擾能力由于CDMA采用了頻譜擴(kuò)展的原理，從而大大提高了通信抗干擾的能力。它可以在接收到的信號比干擾信號(各種噪聲、人為干擾以及其他站的信號總和)的強(qiáng)度小得多的情況下，仍進(jìn)行可靠的通信。

2．用戶可隨機(jī)接入系統(tǒng)進(jìn)行多址通信

CDMA用戶用不同的下次編碼區(qū)分地址，多個電臺共同使用一個頻帶，網(wǎng)內(nèi)不需嚴(yán)格同步(只需在收發(fā)端同步)，所以可隨機(jī)接入通信網(wǎng)進(jìn)行通信，還可以用軟件隨機(jī)改變地址號碼，這比頻分和時分多址通信要靈活得多。單純地從窄帶信息被擴(kuò)展為寬帶信號的角度看，CDMA的頻帶利用率似乎降低了，但實(shí)際上由于采用碼分多址，地址數(shù)相當(dāng)大。

3．安全通信由于擴(kuò)頻后信號功率密度很低，近似于白噪聲性能，且信噪比可低到－20?dB～－30?dB，這樣采用一般方法難于檢測，所以信息傳輸具有隱蔽性。即使被檢測到，由于它具有很強(qiáng)的抗干憂性，尤其對人為的瞄準(zhǔn)干擾抵抗能力更強(qiáng)，所以它具有很高的通信可靠性。

4．過境軟切換由于無線單元采用同一無線信道，僅有的差別是偽碼序列。因此移動臺從一個單元進(jìn)入另一個單元時不需要從一個頻率切換到另一個頻率，只需更改偽碼，這被稱為過境軟切換。

5．系統(tǒng)性能的自適應(yīng)性每一個電臺都將不需接收的信號看成干擾信號(包括其他電臺發(fā)射的信號)，而CDMA具有很強(qiáng)的抗干擾能力，所以在系統(tǒng)用戶負(fù)荷滿載時，即達(dá)到設(shè)計時額定用戶量時，再增加用戶只會引起話音質(zhì)量輕微降低，而不會形成阻塞現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計表明，人類對話激活期只占35%左右，其余時間用于收聽、停頓。這樣，一個用戶處于非激活期時，其他所有用戶都會因?yàn)楸尘案蓴_減少而受益。從另一個方面來說，話音停頓使背景干擾減少了65%，從而系統(tǒng)容量提高了兩倍。

6．抗衰落能力強(qiáng)擴(kuò)頻信號頻譜所占據(jù)的頻帶很寬，當(dāng)由于某種原因引起衰落時，只會使小部分的頻譜衰落受影響，而不會使整個信號產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，因?yàn)樗谌我庹念l率范圍內(nèi)所發(fā)送的功率都很小，所以擴(kuò)頻信號的功率譜密度遠(yuǎn)比普通調(diào)頻信號功率譜密度小得多，因此具有強(qiáng)的抗頻譜衰落的能力。11.3衛(wèi)星通信11.3.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括通信和保障通信的全部設(shè)備，主要由跟蹤遙測指令分系統(tǒng)、監(jiān)控管理分系統(tǒng)、空間分系統(tǒng)及通信地球站四大部分組成，如圖11-11所示。圖11-11衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成11.3.2地球同步衛(wèi)星在地球赤道上方大約36?000?km的地方，衛(wèi)星繞地球自轉(zhuǎn)的周期為24小時(嚴(yán)格來說，是一個恒星日：23小時59分4.09秒)，因此它和地球的自轉(zhuǎn)速度相同。人們觀察這樣的一顆衛(wèi)星，就可以看到它懸掛在天空一動不動，這樣的衛(wèi)星稱為地球同步衛(wèi)星。同步衛(wèi)星的好處是人們可以讓地球站上的天線對準(zhǔn)衛(wèi)星，以后不需調(diào)整角度，這樣可以降低天線成本。否則，需要一個自動裝置來自動跟蹤衛(wèi)星的運(yùn)動而調(diào)整天線的仰角，此設(shè)備比較昂貴。衛(wèi)星之間的距離如果相隔太近，會由于相互之間的串?dāng)_影響通信質(zhì)量。在同步軌道上，衛(wèi)星的距離最好不要小于2°。如果間隔2°，則最多只能有360/2＝180顆地球同步通信衛(wèi)星。而某些軌道位置保留給了某些特定用戶，如電視廣播、政府和軍事部門等。不過，如果使用不同波段，衛(wèi)星之間就不會發(fā)生競爭，因此180顆衛(wèi)星中的每一顆都可以同時有幾個上行或下行數(shù)據(jù)流。另外，如果使用不同的頻率，多顆衛(wèi)星可占用同一軌道。為了避免混亂，國際上已就誰能使用哪些軌道和頻段達(dá)成了協(xié)議。主要的商用衛(wèi)星波段如表11-1所示。C波段最早就用于商用通信，所以已經(jīng)很擁擠了。其中有兩個頻段，頻率較低的一個用于下行(衛(wèi)星到地面站)，高的用于上行(地面站到衛(wèi)星)。對于一個全雙工連接，每一個方向都需要一個信道。商用電信公司可用的次高波段是Ku波段。此波段目前還不擁擠，在這些頻率上衛(wèi)星的間隔可以近到1°。但是，由于這些微波的波長和雨水的直徑可比擬，所以雨水是它們的良好吸收者。幸運(yùn)的是，大暴雨通常是局部的，所以可以通過地面上多個相距較遠(yuǎn)的地面站之間的相互聯(lián)系來得到補(bǔ)償，其代價是額外的天線、電纜以及用于地面站之間快速自動切換的電路設(shè)備。Ka波段也有一部分可用于商用通信，但是使用這些頻率的設(shè)備都比較昂貴。人類發(fā)射的第一顆衛(wèi)星僅有一個波束，根據(jù)幾何學(xué)原理，可知它覆蓋了地球上超過1/3的面積，所以要實(shí)現(xiàn)國際上的通信，只需三顆同步衛(wèi)星即可將整個地球覆蓋。當(dāng)然，地球的兩極是同步衛(wèi)星的盲區(qū)(也叫靜區(qū))，因此在這里不可能(一般來說，也沒有必要)建立同步衛(wèi)星地面站。隨著微電子設(shè)備價格、體積和能量需求的大幅度下降，每個衛(wèi)星上可裝多個天線和多個收發(fā)機(jī)。每一個下行波束集中在一個小的地理范圍內(nèi)，因此能同時有多個上行、下行傳輸，這樣就能提高衛(wèi)星的通信容量。這些小波束稱為點(diǎn)波束，通常是橢圓形的，可以小到直徑僅為幾百公里。通信衛(wèi)星新的發(fā)展是低成本的微型站的出現(xiàn)，有時被稱為甚小孔徑終端(VSAT，VerySmallApertureTerminal)。這些小終端有1?m長的天線，輸出功率為1?W，上行鏈路可達(dá)到19.2?kb/s，而下行鏈路可達(dá)到512?kb/s。在許多VSAT系統(tǒng)中，微型站的功率不足以通過衛(wèi)星相互直接通信，所以需要使用一個特殊的地面站——中心站(Hub)，它有一個較大的高增益天線用于中繼通信，如圖11-13所示。當(dāng)然，這肯定增加了傳輸延遲。圖11-13使用中心站的VSAT11.3.3低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球同步衛(wèi)星有著許多嚴(yán)重的缺陷，不僅發(fā)射重量大、成本高，而且由于軌道位置高，延時大(260?ms)，要求衛(wèi)星和地面設(shè)備的功率大，這就幾乎排除了采用便攜式移動臺或手持機(jī)的可能性。因此，可考慮低軌道衛(wèi)星，但低軌道衛(wèi)星進(jìn)出視野的時間太短，以前一直不為人們所用。但我們可考慮，當(dāng)一顆衛(wèi)星飛出視野時，由另一顆已經(jīng)飛進(jìn)視野的衛(wèi)星來接替它向地面提供通信服務(wù)，通過這樣的接力，地面就可得到持續(xù)不斷的服務(wù)了。

1990年，摩托羅拉公司向FCC提出申請，要求許可發(fā)射77顆低軌道衛(wèi)星用于“銥計劃”(IridiumProject，77號元素是銥)。該計劃最后僅使用了66顆衛(wèi)星，軌道平面為6個極地軌道。極地軌道指按地球經(jīng)線，即北極→南極→北極的方向運(yùn)行的軌道。每條極地軌道上的衛(wèi)星數(shù)為11顆，軌道高度為765?km，衛(wèi)星直徑為1.2?m，高度為2.3?m，重量為320?kg，壽命約5年(最長8年)。衛(wèi)星按橢圓軌道運(yùn)行，系統(tǒng)連接的最小仰角為8.2°，每個用戶對每顆衛(wèi)星的最大可視時間為9分鐘。銥系統(tǒng)主要由下述部分組成：衛(wèi)星星座及地面控制設(shè)施，關(guān)口站(衛(wèi)星與公用電話網(wǎng)PSTN的接口)以及移動終端。每顆衛(wèi)星可提供48個點(diǎn)波束，每個波束平均包含80個信道，每顆衛(wèi)星可提供3840個全雙工電路信道。星際鏈路使用的Ka頻段的頻率為22.55～23.55?GHz,下行頻率(衛(wèi)星到地球站)為18.8～20.2?GHz；衛(wèi)星與移動終端的鏈路采用L頻段，頻率為1610～1626.5?MHz，發(fā)射和接收以TDMA方式分別在單元之間進(jìn)行。系統(tǒng)采用蜂窩無線電的思想，但采用“倒置”的蜂窩結(jié)構(gòu)，每顆星投射的多波束在地球表面上形成48個蜂窩區(qū)，每個蜂窩區(qū)的直徑約為667?km，它們相互結(jié)合，總覆蓋直徑約4000?km，全球共有2150個蜂窩。該系統(tǒng)采用七單元頻率再用方式(即位置上相鄰的七個單元所使用的頻率互不相同)，任意兩個使用相同頻率的單元之間由兩個緩沖單元分隔開，這樣可進(jìn)一步提高頻譜利用率，使每個信道可在全球范圍內(nèi)再用200次。銥系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)為：●除了TDMA空中接口的格式和速率以及語音編碼技術(shù)不同外，還應(yīng)用已經(jīng)商用化了的GSM系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)。它的移動交換中心(MSC)系統(tǒng)、移動性管理、歸屬位置登記器(HLR)和訪問位置登記器(VLR)都與地面GSM蜂窩通信系統(tǒng)一樣，有著相同的網(wǎng)路智能功能?！駪?yīng)用衛(wèi)星上交換和在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器之間采用星間鏈路技術(shù)，解決低軌道衛(wèi)星快速移動的互連問題。但是，這樣在進(jìn)入PSTN時就有了許多節(jié)點(diǎn)。銥系統(tǒng)用ATM分組交換技術(shù)和設(shè)計最佳路由選擇的方法來解決選擇最佳路由的接入點(diǎn)(確定最佳的衛(wèi)星接入節(jié)點(diǎn))或確定呼叫最佳路由的問題。星際鏈路的應(yīng)用使銥系統(tǒng)可以不通過地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全球個人移動通信，成為真正的全球衛(wèi)星移動個人通信系統(tǒng)。銥系統(tǒng)的優(yōu)勢是明顯的：它覆蓋的區(qū)域更廣闊，不像有的系統(tǒng)對海洋、高山以及極地等地區(qū)無能為力；它具備強(qiáng)大的漫游功能，不僅可以提供衛(wèi)星和蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間的漫游，還可以進(jìn)行跨協(xié)議漫游。銥系統(tǒng)用戶能在手機(jī)上裝備不同制式的蜂窩模塊，從而實(shí)現(xiàn)世界各地不同通信標(biāo)準(zhǔn)間的漫游。無論在哪里，用戶只需要一個號碼，只收到一個賬單，不像其他衛(wèi)星通信系統(tǒng)，用戶在美洲到歐洲旅行時，必須購買適用當(dāng)?shù)刂剖降氖謾C(jī)。但是，銥系統(tǒng)最后失敗了。它的星際鏈路技術(shù)思想雖然先進(jìn)，但相對于目前衛(wèi)星通信現(xiàn)狀超前，它還使用了過時的空中接口技術(shù)。種種原因，使得它的設(shè)備相對昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，通話質(zhì)量較差，從而用戶數(shù)量少，最后導(dǎo)致了它的入不敷出。另一種低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)——全球星(GlobalStar)系統(tǒng)與銥系統(tǒng)不同，它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，衛(wèi)星系統(tǒng)只是簡單的中繼器而已，不單獨(dú)組網(wǎng)，而是與地面網(wǎng)聯(lián)合組網(wǎng)，因而沒有復(fù)雜的星上處理能力，也無需星間交叉鏈路。所有呼叫建立、處理和選路，均由地面有線或無線網(wǎng)完成，可以充分利用地面公用電話網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施做傳輸和交換，因而整個系統(tǒng)的成本很低，其使用費(fèi)用遠(yuǎn)比銥系統(tǒng)低。全球星系統(tǒng)采用先進(jìn)的CDMA接入技術(shù)，因而具有一系列CDMA技術(shù)所帶來的好處，諸如容量大，抗衰落，抗干擾，頻譜利用率高，軟切換能力等。它與地面CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于使用頻帶不同，衛(wèi)星通信系統(tǒng)有多普勒效應(yīng)和時間跟蹤要求；相同點(diǎn)在于語音編碼方法和速率，衛(wèi)星的引導(dǎo)、同步、尋呼和業(yè)務(wù)信道的編碼，衛(wèi)星信道帶寬，呼叫建立過程，切換方法等。由此使得地面蜂窩移動通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)這兩者除射頻部分外有著良好的兼容性，這樣星地兩系統(tǒng)兼容工作的手持機(jī)的體積較小。全球星系統(tǒng)采用48顆低軌道衛(wèi)星，8個軌道平面，每個軌道平面6顆衛(wèi)星，其中一顆做備用。軌道高度1400?km，每一覆蓋區(qū)有3～4顆衛(wèi)星覆蓋，每個用戶對每顆衛(wèi)星的最大可視時間為10～12分鐘，然后通過軟切換轉(zhuǎn)到另一顆衛(wèi)星。與銥系統(tǒng)相比，全球星系統(tǒng)采用非極地軌道方式，即傾斜軌道方式，所用衛(wèi)星比銥系統(tǒng)少18顆。由于衛(wèi)星傾角使得其在北緯50°和南緯50°之間具有較好的覆蓋能力，而這一覆蓋區(qū)包括了世界98%的人口。全球星衛(wèi)星與手機(jī)通過L波段(1.6?GHz上行)和S波段(2.5?GHz下行)通信，而衛(wèi)星與地面網(wǎng)關(guān)通過C波段(7.0?GHz下行，5.2?GHz上行)通信。每一方向各16.5?MHz，進(jìn)一步劃分為13個1.25?MHz的子帶，各子帶采用CDMA技術(shù)。每顆衛(wèi)星有6個點(diǎn)波束形成地面覆蓋區(qū)，連接移動用戶和衛(wèi)星，容量大約為2800條電路，48顆衛(wèi)星理論上通信總?cè)萘靠蛇_(dá)134?400條電路。考慮各種實(shí)際約束條件，可用容量大約為65?000條電路，衛(wèi)星系統(tǒng)通過大約125個地面站與PSTN相連，因而可以提供比普通地面蜂窩系統(tǒng)更大的通信覆蓋范圍。由于全球星的軌道高度較高，波束覆蓋范圍較大，再加上采用CDMA技術(shù)后使得其可以支持的業(yè)務(wù)量密度較高，所以其可以為全世界各地的用戶提供語音、數(shù)據(jù)、傳真和定位業(yè)務(wù)。11.3.4衛(wèi)星通信網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)衛(wèi)星通信和其他通信方式相比較，有如下優(yōu)點(diǎn)：●傳播距離遠(yuǎn)，覆蓋面積大。衛(wèi)星通信天生是廣播系統(tǒng)，給多個地球站發(fā)送信息并不比給一個站發(fā)送信息困難。●通信容量大。衛(wèi)星通信由于它使用的頻段頻率高，采用頻率復(fù)用和點(diǎn)波束等技術(shù)，所以通信容量大?！裢ㄐ刨|(zhì)量高，穩(wěn)定可靠。地面微波中繼通信，由于電波在大氣層內(nèi)層空間傳播，受到大氣折射、地面發(fā)射等影響，而衛(wèi)星通信微波直接穿越大氣層，通信質(zhì)量高。另外，地面微波通信容易遭到破壞(如地震、戰(zhàn)爭等)，而衛(wèi)星通信比較靈活可靠，不易受破壞。衛(wèi)星通信也有它固有的缺陷，如：●要有高可靠、長壽命的通信衛(wèi)星。衛(wèi)星在發(fā)射過程中以及在軌道上所處的環(huán)境非常惡劣，有一些因素?zé)o法預(yù)料，而衛(wèi)星一旦發(fā)射上天，要維修和替換并非易事。所以，人們在制造和裝配的時候，不得不做大量的壽命和可靠性方面的試驗(yàn)。盡管如此，通信衛(wèi)星的壽命由于受到元器件壽命等的限制，一般為5～10年。●具有較大的信號延遲。衛(wèi)星由于離地面較遠(yuǎn)，信號來回時間較長，超過0.5秒。為了降低延遲，需要低軌道衛(wèi)星。但衛(wèi)星離地面太近時，由于受到地面高山和海洋等地貌的影響，其位置容易發(fā)生擾動，而導(dǎo)致通信質(zhì)量變差。11.4藍(lán)牙技術(shù)11.4.1概述近年來，無線通信已經(jīng)成為研究的活躍領(lǐng)域，現(xiàn)在我們擁有多種多樣的無線接入技術(shù)，包括從衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)到廣闊的蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)，從無線本地環(huán)保和個人通信系統(tǒng)到無線LAN。然而，這些解決方案大多數(shù)是針對很窄范圍的特定的應(yīng)用，盡管我們已經(jīng)費(fèi)了很大力氣，但仍然缺少一種通用的框架，該框架需提供對各種設(shè)備(包括PDA、移動PC、電話和傳呼機(jī)等)上的信息進(jìn)行無縫、方便、高效的訪問機(jī)制。

1998年2月，由愛立信、IBM、英特爾、諾基亞、東芝等移動電話和計算機(jī)界的領(lǐng)頭羊組成了非贏利性組織——藍(lán)牙特別興趣組(SIG，SpecialInterestGroup)，目前已有數(shù)千家公司加入。該組織致力于建立一種短距離的無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，該規(guī)范即為“藍(lán)牙”。我們相信，藍(lán)牙技術(shù)能為個人和商業(yè)移動設(shè)備的無線連接帶來一次革命，它不需要電纜，能通過短距離的無線鏈路使得用戶將多種設(shè)備方便快速地連接起來進(jìn)行無縫的語音和數(shù)據(jù)通信。不管在室內(nèi)還是室外，它能擴(kuò)展便攜電腦、移動電話以及其他移動設(shè)備的通信能力。該技術(shù)連接的對象還將擴(kuò)大到電視、空調(diào)、洗衣機(jī)等家電產(chǎn)品，屆時個人的生活方式也將因此發(fā)生極大的改變。藍(lán)牙芯片因?yàn)橐踩肫渌O(shè)備中，所以要求它體積小。另外，因?yàn)樗话闶褂秒姵?，所以能耗要低。即使它是無線連接，也需提供和有線連接相媲美的安全性能。藍(lán)牙技術(shù)區(qū)別于其他無線技術(shù)的一個典型特征是它能基于各設(shè)備各自的功能提供“聯(lián)合使用模型”。下面考慮一種“聯(lián)合使用模型”——蜂窩電話作為PDA的Modem，使PDA接入Internet。在該模型中，PDA(計算設(shè)備)和蜂窩電話(通信設(shè)備)之間通過藍(lán)牙連接起來，而蜂窩電話和基站之間用另一種連接來提供數(shù)據(jù)和語音通信。在此，PDA保留了它作為計算設(shè)備的功能，電話也保留了它作為通信設(shè)備的功能，它們分別有效地提供各自特定的功能。除了提供如上所說的連接個人網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各種資源，藍(lán)牙技術(shù)還可將個人網(wǎng)絡(luò)連接到有線的基礎(chǔ)設(shè)施上。分布于辦公室、會議室、機(jī)場等地方的數(shù)據(jù)訪問點(diǎn)(DataAccessPoint)能作為筆記本電腦或手持機(jī)等的信息網(wǎng)關(guān)。這樣，我們就能得到“三合一”電話(Three-in-Phone)：在辦公室里，手機(jī)作為不計話費(fèi)的內(nèi)部電話；在家里就是一部只計固定電話費(fèi)的無繩電話；出門在外才是真正的按移動電話計費(fèi)的手機(jī)。藍(lán)牙使用國際上無需授權(quán)的2.4?GHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，在歐美等大多數(shù)國家它的頻率范圍為2400～2483.5?MHz。除去兩邊的隔離頻帶，它真正使用的頻率范圍為2402～2480?MHz，分成79個無線信道，每一個信道占1?MHz，總速率可達(dá)到1?Mb/s。通信距離一般為10?m，如果附加外部功率放大器，通信距離可達(dá)到100?m。藍(lán)牙設(shè)備之間可互相探查進(jìn)行連接形成自組網(wǎng)(adhoc)，而不需人為設(shè)置。在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)里，每個設(shè)備都是對等的，具有相同的硬件和軟件配置，它們以48位的設(shè)備地址BD_ADDR(BluetoothDeviceAddress)來區(qū)別。發(fā)起連接的那個設(shè)備叫主單元，其余被連接的為從單元。這種主從關(guān)系只在本次連接有效，并且在本次連接中也可更換其主從地位。主單元發(fā)起并控制連接，從單元被暫時分配一個3位的活躍成員地址AM_ADDR(ActiveMemberAddress)以減少通信過程中的信息流量。由一個主單元和一個或多個從單元組成的自組網(wǎng)稱為微微網(wǎng)(Piconet)，一個微微網(wǎng)最多只可以有7個從單元。由多個這種微微網(wǎng)結(jié)合形成了散射網(wǎng)(Scatternet)，如圖11-14所示。其中有一個從單元同時屬于兩個微微網(wǎng)，它可起一個網(wǎng)橋的作用，將兩個微微網(wǎng)連起來，從而可將多于8個的設(shè)備連接起來形成一個大網(wǎng)，同時也延長了通信的距離。通信時，單個單元的峰值傳輸速率可達(dá)到721?kb/s或最多3個語音信道(每個信道傳輸速率為64?kb/s)，也能同時傳輸聲音和數(shù)據(jù)。而在充分?jǐn)U大的散射網(wǎng)里，總的吞吐率可超過10?Mb/s或20個語音信道。上面所講的速率都是在理想的情況下，而ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的，比如微波爐也使用這一頻帶，所以在使用中將受到不可預(yù)料的干擾。為了克服這些困難，藍(lán)牙采用了“自動重傳應(yīng)答”(ARQ)、“循環(huán)冗余校驗(yàn)”(CRC)和“前向糾錯”(FEC)等技術(shù)。并且它還采用了時分雙工和分組交換技術(shù)。每一個時隙為625?ms，一個數(shù)據(jù)包通常占用1個時隙，也可占用3個或5個時隙。它采用跳頻技術(shù)，每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)包就換一個頻率，通常為1600跳/秒(跳頻圖案及相位根據(jù)主單元的設(shè)備地址和時針來決定)。這樣，它具有跳頻技術(shù)的一系列優(yōu)點(diǎn)，可有效避免干擾。11.4.2協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)圖11-15所示是藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)的示意圖。圖11-15藍(lán)牙協(xié)議棧示意圖由圖可看出，藍(lán)牙無線(BluetoothRadio)層是最底層，它定義了工作在2.4?GHz頻段的藍(lán)牙收發(fā)設(shè)備的一些要求及特征，管理收發(fā)比特流的過程。第二層是基帶(Baseband)層，它是藍(lán)牙的物理層，實(shí)現(xiàn)鏈路的控制，與鏈路管理器一道實(shí)現(xiàn)鏈路級管理(如鏈路連接和功率控制)，還負(fù)責(zé)分時、分組、成楨、糾錯以及流控制。藍(lán)牙有兩種類型的鏈路：點(diǎn)對點(diǎn)(一個主單元和一個從單元)的同步面向連接(SCD，SynchronousConnection-Oriented)鏈路和點(diǎn)對多點(diǎn)(一個主單元和多個從單元)的異步無連接(ACL，AsynchronousConnection-Less)鏈路。在兩設(shè)備連接前，主單元可能不知道從單元的地址，此時需使用基帶層功能進(jìn)行查詢和尋呼，以得到從單元的地址和時鐘。鏈路管理協(xié)議(LMP，LinkManagerProtocol)負(fù)責(zé)鏈路的建立與配置、管理鏈路的狀態(tài)，維持各從單元之間的公平性、鑒權(quán)以及其他的一些管理功能。邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP，LogicalLinkControlandAdaptationProtocol)位于數(shù)據(jù)鏈路層，居基帶層之上。它向上層提供面向各連接和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)，包括多路復(fù)用、數(shù)據(jù)分段和重組以及組抽象等功能，使得上層的協(xié)議和應(yīng)用程序能傳輸和接收達(dá)64?KB長的數(shù)據(jù)包。音頻數(shù)據(jù)直接映射到了基帶層，然而音頻控制卻位于邏輯鏈路控制層之上。

RFCOMM和其他的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供通信服務(wù)的抽象功能。RFCOMM基于ETSIGSM07.10標(biāo)準(zhǔn)的子集，提供串行端口的模擬。服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP，ServiceDiscoveryProtocol)用來查詢其他設(shè)備所能提供的服務(wù)。由于藍(lán)牙技術(shù)所連接的是不同種類的設(shè)備，所以需要此協(xié)議來支持設(shè)備之間的通信。它采用請求/應(yīng)答模型，每一次處理過程都包含一個請求協(xié)議數(shù)據(jù)單元和一個應(yīng)答協(xié)議數(shù)據(jù)單元。其他部分定義了與其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的互操作性，比如和紅外數(shù)據(jù)IrDA以及WAP的互操作問題。11.4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)通信過程在藍(lán)牙設(shè)備沒有建立連接的時候，它處于一種睡眠狀態(tài)，即待機(jī)模式(Standby)，此時該設(shè)備中只有原子鐘在運(yùn)行。當(dāng)然，這樣可以節(jié)省電池。這種模式下，它將每1.28?s或2.56?s醒過來一次，選擇一個信道偵聽發(fā)送給它的信息。建立連接時，由一個設(shè)備發(fā)起連接，這個設(shè)備以后就成為微微網(wǎng)的主單元。發(fā)起連接時，主單元可能并不知道其余設(shè)備的存在以及它們的地址。在這種情況下，主單元需要先執(zhí)行查詢(Inquiry)操作，如圖11-16所示。舉一個例子來看看查詢的過程。圖11-16連接狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖假設(shè)在連接范圍內(nèi)共有四個設(shè)備A，B，C和D。A發(fā)起連接，發(fā)出查詢信息，請求別的設(shè)備的設(shè)備地址及其時鐘，首先C回復(fù)A一個FHS包(包括C的設(shè)備地址和時鐘)，A然后將自己的設(shè)備地址及時鐘回復(fù)給C；A再次發(fā)出查詢信息，假設(shè)B和D同時回復(fù)，則發(fā)生沖突，所以A將不回復(fù)；沖突使得B和D得不到回復(fù)消息，它們將各自等待一段隨機(jī)長度的時隙后再偵聽信道，A再發(fā)查詢信息，B重復(fù)C的過程；A再發(fā)查詢信息，D又重復(fù)C的過程。經(jīng)過查詢過程后，A有了B，C和D的設(shè)備地址及時鐘，同時B，C和D也都有了A的設(shè)備地址及時鐘。

A有了其它各設(shè)備的地址，就可進(jìn)行尋呼(Page)，真正建立連接。以A和C的連接為例：A用C的地址尋呼C，C也用自己的地址回復(fù)A，然后A將自己的設(shè)備地址和時鐘發(fā)送給C，A與C再進(jìn)行連接。連接后，A就成為了該微微網(wǎng)的主單元。同樣，A也能與B和D進(jìn)行連接。全部連接完成后，就可通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。通信時，主單元和從單元交替進(jìn)行數(shù)據(jù)的收和發(fā)。主單元根據(jù)從單元的數(shù)據(jù)流量來決定從單元何時收發(fā)。如果從單元暫時不需收發(fā)數(shù)據(jù)，它就切換進(jìn)入保持模式(Hold)直到主單元下次發(fā)信息給它。在這期間主單元定期給它發(fā)送信息以使得從單元對跳頻信道同步，其余時間它不需要偵聽信道。數(shù)據(jù)傳輸完成后，可使用斷連(Detach)命令來結(jié)束連接，這樣單元又回到待機(jī)模式。從圖11-16中我們還可看到，藍(lán)牙設(shè)備在連接狀態(tài)有三種低能耗模式?！裥崽?Sniff)模式：該模式下從單元收發(fā)信息的周期變長，主單元只在指定的時隙才能向該從單元發(fā)送信息?！癖３?Hold)模式：該模式下從單元只有內(nèi)部時鐘在運(yùn)行，一旦切換出該模式，從單元能立即開始收發(fā)信息。處于該模式時，從單元可以參加別的微微網(wǎng)，所以可用來連接幾個微微網(wǎng)?！裢？?Park)模式：當(dāng)從單元不參與通信，但仍想保持和跳頻信道的同步時，就進(jìn)入該模式。以上兩種模式中從單元還保留了它的活躍成員地址AM_ADDR，但?？磕Ｊ较聫膯卧辉贀碛谢钴S成員地址，所以它只能接收主單元發(fā)出的廣播信息，一個微微網(wǎng)中最多只能有7個活躍的從單元，但是如果某一個從單元由活躍狀態(tài)轉(zhuǎn)換為?？磕Ｊ?，則微微網(wǎng)中可再接納另外的活躍從單元。而微微網(wǎng)中能置于?？磕Ｊ降膹膯卧臄?shù)目是不限的，所以通過切換從單元的活躍狀態(tài)和停靠狀態(tài)，客觀上可增加一個微微網(wǎng)的從單元數(shù)目。從上述可知，這三種模式中，?？磕Ｊ侥芎淖畹?，保持模式次之，而嗅探模式的活躍程度最高，所以其能耗也最高。11.4.4藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及展望藍(lán)牙技術(shù)是一項(xiàng)全球性的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。作為低成本和短距離無線連接的解決方案，藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)越性之一是可以消除不同數(shù)字裝置之間的界限。當(dāng)兩個裝有藍(lán)牙芯片的數(shù)字設(shè)備相互距離在10?m之內(nèi)并滿足一定要求時，它們就能快速建立可靠的無線聯(lián)系。藍(lán)牙的主要好處是消除千頭萬緒的電纜線。這項(xiàng)技術(shù)一旦推向市場，諸如移動電話、計算機(jī)和個人數(shù)字助理(PDA)等各種數(shù)字設(shè)備將可以隨心所欲地?zé)o線連通。業(yè)內(nèi)人士說：“這是互聯(lián)網(wǎng)的又一次革命”。它孕育著頗為神奇的前景：對手機(jī)而言，與耳機(jī)之間不再需要連線；在更大范圍內(nèi)，電冰箱、微波爐和其他家用電器可以與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)智能化操作。藍(lán)牙使用的是國際上無需授權(quán)的ISM頻段，所以可以在全世界范圍內(nèi)建立一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得藍(lán)牙設(shè)備在全世界通用。這消除了“國界”的障礙，而在蜂窩式移動電話領(lǐng)域，這個障礙已經(jīng)困擾用戶多年。藍(lán)牙的特點(diǎn)之一是“自組網(wǎng)”，有點(diǎn)類似“即插即用”概念。任意藍(lán)牙設(shè)備一旦搜尋到另一個藍(lán)牙設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無須用戶進(jìn)行任何設(shè)置，可以解釋成“即連即用”。藍(lán)牙采用了跳頻技術(shù)，具有擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)，尤其顯著的是它的抗干擾能力。然而，藍(lán)牙技術(shù)在推廣過程中還是遇到了一定阻力，目前存在的問題主要有以下幾方面。首先是成本問題，要使藍(lán)牙技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，該技術(shù)的成本必須降到5美元以下。而藍(lán)牙芯片目前總造價達(dá)到約15至20美元。對一部內(nèi)含價值約50美元半導(dǎo)體配件的移動電話來說，額外增加15到20美元是一個非常大的增幅。其次，盡管藍(lán)牙技術(shù)是一種可以隨身攜帶的無線通信連接技術(shù)，但是它不支持漫游功能。它可以在微微網(wǎng)或散射網(wǎng)之間切換，但是每次切換都必須斷開與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的連接，還要向新連接的網(wǎng)絡(luò)提出頁面調(diào)度的要求，這對于某些事務(wù)是可行的，然而，手提通話、數(shù)據(jù)同步傳輸和信息提取要求至始終穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接，這樣的切換將使傳輸中斷。另外，ISM頻段也給它帶來一定麻煩。藍(lán)牙設(shè)備所使用的2.4?GHz無線電頻率目前同時被家庭車庫遙控卷簾門、無繩電話、微波爐以及英特爾公司等廠商已在美國出售的家用無線上網(wǎng)系統(tǒng)等產(chǎn)品所占用。這些設(shè)備之間的干擾和沖突將延緩，甚至截停數(shù)據(jù)傳輸。因此，藍(lán)牙的傳輸速率實(shí)際要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于它能達(dá)到的最高速率。然而，盡管它存在一些不足，但其應(yīng)用前景是非常誘人的。有了藍(lán)牙，人們就能將身邊不同的器件用無線連接起來，形成“個人網(wǎng)絡(luò)”。有了市場，就有了發(fā)展的動力。相信隨著研究的深入，上述所有困難都將得到解決。目前推進(jìn)短距離無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的IEEE802.15委員會已采納了幾個旨在減少無線LAN等與藍(lán)牙相互干擾的技術(shù)提案，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將很快出臺，而藍(lán)牙技術(shù)的成本相信在不久的將來也不再是問題了。11.5無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)11.5.1概述無線應(yīng)用協(xié)議(WAP，WirelessApplicationProtocol)是數(shù)字移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜計算機(jī)等與因特網(wǎng)進(jìn)行通信的開放性全球標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)的誕生是WAP論壇成員努力的結(jié)果。在1997年6月，WAP由Ericsson、Motorola、Nokia和UnwiredPlanet四家公司發(fā)起，現(xiàn)在其會員已包括像Alcatel、AT&T、西門子、英國電信、法國電信、貝爾大西洋和貝爾南方等公司。應(yīng)該說WAP已是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。WAP的目標(biāo)就是通過這種技術(shù)將Internet的大量信息及各種各樣的業(yè)務(wù)引入到移動電話、PALM等無線終端之中。無論你在何地、何時只要你需要信息，就可以打開你的WAP手機(jī)，享受無窮無盡的網(wǎng)上信息或者網(wǎng)上資源。例如，收發(fā)電子郵件以及訪問WAP網(wǎng)站上的頁面獲得綜合新聞、天氣預(yù)報、股市動態(tài)、商業(yè)報道、當(dāng)前匯率、商業(yè)信息等等。電子商務(wù)、網(wǎng)上銀行也將逐一實(shí)現(xiàn)。你還可以隨時隨地獲得體育比賽結(jié)果、娛樂趣聞以及幽默故事，為生活增添情趣，也可以利用網(wǎng)上預(yù)定功能，把生活安排的有條不紊。從此可看出，WAP也是用來訪問因特網(wǎng)的，那么它和WWW有什么不同呢？下面我們把WAP結(jié)構(gòu)和WWW結(jié)構(gòu)作一下比較。

(1)?WWW體系機(jī)構(gòu)提供了一個靈活現(xiàn)成而強(qiáng)有力的設(shè)計模式(如圖11-17所示)，即應(yīng)用軟件采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式顯示，并能通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行瀏覽。圖11-17WWW設(shè)計模型網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件，它能向統(tǒng)一命名的數(shù)據(jù)服務(wù)對象的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序發(fā)送請求，而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序采用標(biāo)準(zhǔn)格式編碼的響應(yīng)來回復(fù)請求。WWW標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說明了建立一個通用的應(yīng)用環(huán)境所必需的配置，其中包括：●標(biāo)準(zhǔn)命名模型——WWW上所有的服務(wù)器及其內(nèi)容都是通過互聯(lián)網(wǎng)上標(biāo)準(zhǔn)的通用資源定位符(URL)來命名的?！駜?nèi)容分類——WWW上所有內(nèi)容都有特寫的類型，因此允許網(wǎng)絡(luò)瀏覽器基于它的類型進(jìn)行正確的處理。●標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容格式——所有的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器都支持一個標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容格式集。包括超文本標(biāo)記語言(HTML)、JAVA腳本語言以及其他的形式?！駱?biāo)準(zhǔn)協(xié)議——標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議允許任何網(wǎng)絡(luò)瀏覽器連接到任何網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。WWW上最常用的協(xié)議是超文本傳輸協(xié)議(HTTP)。這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)使得用戶能很容易到達(dá)第三方應(yīng)用軟件和內(nèi)容方面的服務(wù)，同時也使得開發(fā)人員能很輕松地為廣大客戶創(chuàng)建應(yīng)用軟件和內(nèi)容服務(wù)。

WWW協(xié)議定義了三類服務(wù)器：●源數(shù)據(jù)服務(wù)器——用戶訪問的資源(或?qū)⒁獎?chuàng)建的資源)所在的服務(wù)器?！翊矸?wù)器——這是一種中間程序，它既是服務(wù)器又是客戶機(jī)，它代表其他客戶向源數(shù)據(jù)服務(wù)提出請求。在客戶和服務(wù)器不能直接通信時需要代理服務(wù)器，比如使用防火墻時。收到的請求或者由它本身處理，或者經(jīng)過合適的轉(zhuǎn)換再向前轉(zhuǎn)發(fā)。●網(wǎng)關(guān)——為其他服務(wù)器擔(dān)當(dāng)媒介的中間服務(wù)器。與代理服務(wù)器不同的是，在接受請求時網(wǎng)關(guān)就相當(dāng)于被請求資源的數(shù)據(jù)服務(wù)器，而客戶可能意識不到是在和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。

(2)?WAP設(shè)計模型(如圖11-18所示)有點(diǎn)類似WWW的設(shè)計模型，這給應(yīng)用程序開發(fā)人員提供了很多方便，其中包括一個熟悉的設(shè)計模型、一個已被證明的體系機(jī)構(gòu)以及使用已有工具(如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、XML工具等)的能力。為了適應(yīng)無線環(huán)境，這里已經(jīng)進(jìn)行了優(yōu)化和擴(kuò)充。但只要有可能，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)都將被采納，或在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。圖11-18WAP設(shè)計模型

WAP的內(nèi)容和應(yīng)用程序使用了我們所熟悉的WWW的內(nèi)容格式，內(nèi)容通過一組基于WWW通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議來傳送。無線終端的微瀏覽器也類似于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。

WAP定義了一組標(biāo)準(zhǔn)組件，以使移動終端和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間能進(jìn)行通信。其中包括：●標(biāo)準(zhǔn)命名模型——利用標(biāo)準(zhǔn)的WWW上的統(tǒng)一資源定位符(URL)來識別源數(shù)據(jù)服務(wù)器上的內(nèi)容；利用統(tǒng)一資源識別符(URI)來識別設(shè)備上的本地資源，如呼叫控制功能等?！駜?nèi)容分類——WAP內(nèi)容的分類與WWW一樣，這允許WAP用戶代理(UserAgent)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確處理。用戶代理指所有解釋W(xué)ML、WMLScrip、WTAI或其他資源的軟件或設(shè)備，比如文本瀏覽器、語音瀏覽器和搜索引擎等。●標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容格式——WAP的內(nèi)容格式基于WWW技術(shù)之上，包括標(biāo)記語言、圖像和腳本語言等?！駱?biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議——WAP通信協(xié)議使得移動終端能和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行通信。

WAP利用代理技術(shù)連接WWW和無線區(qū)域，WAP代理一般包含以下功能：●協(xié)議網(wǎng)關(guān)——將來自WAP協(xié)議棧(WSP，WTP，WTLS和WDP)的請求轉(zhuǎn)換為WWW協(xié)議棧(HTTP和TCP/IP)的請求。-●內(nèi)容編、解碼器——內(nèi)容編碼器將WAP內(nèi)容壓縮編碼，以減少它在無線網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量?！裼脩舸砟芰芾怼脩舸砟芰γ枋隽丝蛻舳说哪芰皞€人偏好?！窀咚倬彺娲怼彺嬉恍╊l繁訪問的資源，加快無線網(wǎng)絡(luò)端的訪問速度。這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)使得移動終端用戶能瀏覽廣泛的WAP的內(nèi)容，同時也使得開發(fā)人員能很容易開發(fā)基于各種移動終端的應(yīng)用軟件和內(nèi)容服務(wù)。WAP代理使得WAP內(nèi)容和應(yīng)用程序能駐留在WWW服務(wù)器上，并能使用已經(jīng)被證明的諸如CGI等的WWW開發(fā)技術(shù)。一般情況下，WAP包括源數(shù)據(jù)服務(wù)器、WAP代理服務(wù)器和WAP客戶端，但WAP結(jié)構(gòu)也能支持另外的一些配置。我們也能在源數(shù)據(jù)服務(wù)器上包含WAP代理服務(wù)的功能，這種做法可被用來提供端到端的安全訪問方面的解決方案，或者一些需要更好的訪問控制的應(yīng)用程序等。

WAP典型的組網(wǎng)模型如圖11-