1、前言

　　隨著Internet的迅速發(fā)展和個人對數(shù)據(jù)通信需求的快速增長，全球通信產(chǎn)業(yè)技術的發(fā)展呈現(xiàn)三大趨勢：無線化、寬帶化和IP化?；ヂ?lián)網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展推動了市場對寬帶網(wǎng)絡的需求，寬帶用戶數(shù)量在全球呈現(xiàn)出非常強勢的增長態(tài)勢。在眾多的寬帶技術中，無線技術尤其是移動通信技術成為近年來通信技術市場的最大亮點，是構成未來通信技術的重要組成部分。無線通信技術滿足了用戶對在不同移動狀態(tài)下獲取網(wǎng)絡信息的強烈需求，也符合當今社會人員流動性大、工作生活節(jié)奏緊張的發(fā)展趨勢。另一方面，無線通信技術具有網(wǎng)絡部署迅速便捷的特點，對于缺乏線纜資源的新興運營商來說，無線通信技術是成功部署通信網(wǎng)絡，迅速為用戶提供語音和數(shù)據(jù)服務的最佳手段。

　　目前，以3.5GHz、5.8GHz和26GHz固定無線接入技術為代表的固定寬帶無線接入技術已經(jīng)在我國得到應用。與此同時，IEEE 802系列標準組已經(jīng)制定或正在制定802.16和802.15等一系列無線通信標準，一些無線接入技術新熱點紛紛涌現(xiàn)并成為業(yè)界繼3G之后的又一關注重點，如802.16、UWB和RFID等。

2、802.16技術

　　IEEE針對特定市場需求和應用模式提出了一系列不同層次的互補性無線標準，其中IEEE802.16標準是針對無線城域網(wǎng)應用而提出的。IEEE 802.16標準又稱為IEEE Wireless MAN空中接口標準，對工作于不同頻帶的無線接入系統(tǒng)空中接口進行了規(guī)范。由于它所規(guī)范的無線系統(tǒng)覆蓋范圍在千米量級，因此802.16系統(tǒng)主要應用于城域網(wǎng)。根據(jù)使用頻帶低不同，802.16系統(tǒng)可分為應用于視距和非視距兩種；根據(jù)是否支持移動特性，802.16標準又可分為固定寬帶無線接入空中接口標準(802.16d)和移動寬帶無線接入空中接口標準(802.16e)。

　　802.16技術是無線接入技術，通過接入核心網(wǎng)向用戶提供業(yè)務，核心網(wǎng)通常采用基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡。802.16技術可以應用的頻段非常寬，包括10-66GHz頻段、11GHz以下許可頻段和11GHz以下免許可頻段，不同頻段下的物理特性各不相同。

　　(1)1O-66GHz許可頻段。該頻段的波長較短，它只能實現(xiàn)視距傳播。典型的信道帶寬為25MHz或28MHz，當采用高階調(diào)制方式時數(shù)據(jù)速率可超過120Mbit/s。

　　(2)11GHz以下許可頻段。該頻段的波長較長，它能支持非視距傳播。使用這一頻段的系統(tǒng)會存在較強的多徑效應，需要采用一些增強的物理層技術，如功率控制、智能天線、ARQ、空時編碼技術等。

　　(3)11GHz以下免許可頻段。該頻段的傳播特性與11HzG以下的許可頻段基本相同，區(qū)別在于非許可頻段可能存在較大的干擾，需要采用動態(tài)頻率選擇DFS等技術來解決干擾問題。

　　在802.16標準中定義了單載波、OFDM、OFDMA共3種物理層實現(xiàn)方式。其中，單載波(SC)調(diào)制主要應用在1O-66GHz頻段，OFDM和0FDMA是802.16中最典型的物理層方式。OFDM、OFDMA方式具有較高的頻譜利用率，可以使802.16系統(tǒng)在相同的載波帶寬下提供更高的傳輸速率。同時，OFDM/OFDMA方式在抵抗多徑效應、頻率選擇性衰落或窄帶干擾上也具有明顯的優(yōu)勢，已經(jīng)成為Beyond 3G主要研究的技術之一。802.16技術在不同的無線參數(shù)組合下可以獲得不同的接入速率。以10MHz載波帶寬為例，若采用OFDM-64QAM調(diào)制方式，除去開銷，則單載波帶寬可以提供約30Mbit/s的有效接入速率，由蜂窩或扇區(qū)內(nèi)的所有用戶共享。IEEE 802.16標準適用的載波帶寬范圍從1.75MHz到20MHz不等，在20MHz信道帶寬、64QAM調(diào)制的情況下，傳輸速率可達74.81Mbit/s。

　　802.16標準在MAC層定義了較為完整的QoS機制，可以根據(jù)業(yè)務的需要提供實時、非實時的不同速率要求的數(shù)據(jù)傳輸服務。MAC層針對每個連接可以分別設置不同的QoS參數(shù)，包括速率、延時等指標。為了更好地控制上行數(shù)據(jù)的帶寬分配，標準還定義了UGS、rtPS、nrtPS和BE業(yè)務4種不同的上行帶寬調(diào)度模式。同時，802.16系統(tǒng)采用了根據(jù)連接的QoS特性和業(yè)務實際需要來動態(tài)分配帶寬的機制，不同于傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)所采用的分配固定信道的方式，因而具有更大的靈活性，可以在滿足QoS要求的前提下盡可能地提高資源的利用率，能夠更好地適應TCP/IP協(xié)議族所采用的包交換方式。

　　802.16寬帶無線網(wǎng)絡的典型應用包括Internet接入、局域網(wǎng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)專線、窄帶業(yè)務或基站互聯(lián)等，各種應用的實現(xiàn)方式如下：

　　(1)Internet接入。針對有綜合布線的小區(qū)和大樓，在樓頂安裝802.16寬帶固定無線接入系統(tǒng)的遠端用戶側(cè)室外無線單元，并在建筑物內(nèi)或小區(qū)內(nèi)安裝用戶側(cè)室內(nèi)單元和以太網(wǎng)交換機，利用現(xiàn)有綜合布線接入用戶，通過無線空中接口提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務。

　　(2)局域網(wǎng)互聯(lián)。對于大型企業(yè)，如果在地域內(nèi)有多個企業(yè)分部，利用802.16寬帶固定無線接入系統(tǒng)可以方便實現(xiàn)總部和各分部之間的局域網(wǎng)連接。

　　(3)數(shù)據(jù)專線。以802.16寬帶綜合無線接入系統(tǒng)提供TDM傳輸，在終端站上提供E1接口。為進一步提供64kbit/s和N×64kbit/s的業(yè)務，可在用戶端安裝小型復用器，提供傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務。

　　(4)窄帶業(yè)務和基站互聯(lián)。802.16提供E1接口，可以滿足GSM移動基站的接入，并在將來支持3G網(wǎng)絡基站互連。通過802.16遠端設備+窄帶0NU，可以提供話音業(yè)務。

　　IEEE提出了802.16的寬帶無線接入的標準，而成立于2001年4月9日的WIMAX Forum(World Interoperability for Microwave Access Forum，全球微波接入互操作性論壇)旨在對基于IEEE 802.16標準和ETSI HiperMAN標準的寬帶無線接入產(chǎn)品進行一致性和互操作性認證。WiMAX是一個由業(yè)界領先的通信產(chǎn)品及設備公司共同建立的非盈利組織，通過致力于制定一套基于802.16的測試規(guī)范和認證體系，使不同廠商之間的產(chǎn)品在經(jīng)過認證后可以具有良好的互操作性，從而積極推廣和驗證寬帶無線接入設備的兼容性與互操作性。通過WiMAX認證的802.16產(chǎn)品會擁有“WiMAX(r) CERTIFIED”標識。

3、UWB技術

　　UWB(Ultra Wideband，超寬帶)技術是目前正被廣泛研究的一種新興無線通信技術，現(xiàn)在已經(jīng)成為高速無線個人網(wǎng)(WPAN)的首選技術。一方面，由于它具有高數(shù)據(jù)率(可達100Mbit/s-1Gbit/s)、低功耗和低費用等特點，為無線通信的發(fā)展開辟了新的機遇；另一方面，由于它占用極寬的帶寬，與其他通信系統(tǒng)共享頻段，給干擾、兼容等相關領域的研究帶來了挑戰(zhàn)。UWB技術的標準化主要在致力于無線個人網(wǎng)(WPAN)標準化工作的IEEE 802.15框架內(nèi)進行。

　　UWB最初的定義是來自于20世紀60年代興起的脈沖通信技術，又稱為脈沖無線電(Impulse Radio)技術。與在當今通信系統(tǒng)中廣泛采用的載波調(diào)制技術不同，這種技術用上升沿和下降沿都很陡的基帶脈沖直接通信，所以又稱為基帶傳輸(Baseband Transmission)或無載波(Carrierless)技術。脈沖UWB技術的脈沖長度通常在亞ns量級，信號帶寬經(jīng)常達數(shù)GHz，比任何現(xiàn)有的無線通信技術(包括以3G為代表的寬帶CDMA技術)的帶寬都大得多，所以最終在1989年被美國國防部稱為超寬帶技術。傳統(tǒng)脈沖UWB信號通常具有很小的(10-2～10-3)占空比，這決定了UWB設備的平均發(fā)射功率很低，甚至是現(xiàn)有的藍牙(Bluetooth)系統(tǒng)發(fā)射功率的1/100-1/1000。

　　如此低的發(fā)射功率帶來了諸多好處：

　　(1)UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率可以降到背景噪聲的水平，因此可以與其他無線通信系統(tǒng)“安靜的共存”；

　　(2)極低的發(fā)射功率使UWB設備具有很低的能耗，功率放大器通?？梢员皇∪?，因此UWB設備具有很低的成本。

　　(3)極低的發(fā)射功率使UWB信號很難被監(jiān)聽，從而具有良好的保密性。

　　根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)數(shù)年前的定義，UWB系統(tǒng)應該是相對帶寬(帶寬與中心頻率之比)大于0.25或帶寬超過1.5GHz的系統(tǒng)。最近FCC又修正了對UWB技術的定義，規(guī)定相對帶寬大于0.2或帶寬超過500MHz的系統(tǒng)都可看作UWB系統(tǒng)。這種更寬泛的定義使某些傳統(tǒng)無線通信技術也開始被考慮作為UWB通信技術的候選方案。2003年，在IEEE 802.15.3a工作組征集提案時，Intel、TI和XtremeSpectrum(后被Motorola收購)分別提出了多頻帶(Multiband)、正交頻分復用(OFDM)、直接序列CDMA(DS-CDMA)3種方案，后來多頻帶方案與OFDM方案融合，從而形成了多頻帶OFDM(MB-OFDM)和DS-CDMA兩大方案競爭的格局。這兩種方案都在對傳統(tǒng)技術進行改進后滿足了UWB技術的特征。MB-OFDM仍然基于128-OFDM傳輸，但每個子載波的頻寬由幾kHz增長到4MHz。而DS-CDMA采用了超過1Gcps的碼片速率，與傳統(tǒng)CDMA技術幾百kcps的碼片速率有很大區(qū)別。MB-OFDM和DS-CDMA已經(jīng)成為UWB主流方案的兩大技術，與早期定義的UWB技術在本質(zhì)上是不同的，它們更適宜被看作OFDM技術和CDMA技術的超寬帶改進型。

　　超寬帶系統(tǒng)應用中存在一個與其他通信系統(tǒng)的共存和兼容的重要問題。由于超寬帶系統(tǒng)使用很寬的頻帶，因此與很多其他的無線通信系統(tǒng)頻段重疊。雖然從理論上說超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度很低，應能和其他系統(tǒng)“安靜地共存”，但在實際應用中超寬帶系統(tǒng)對其他系統(tǒng)的兼容性還需要實驗證明，特別是超寬帶系統(tǒng)的工作機理和特性還有很多不清楚的方面，比如超寬帶系統(tǒng)的帶外干擾問題，即超寬帶設備也有可能對其工作頻段之外的無線系統(tǒng)產(chǎn)生一定的干擾，這部分干擾還很難用理論計算的方法準確估計。

4、RFID技術

　　RFID(Radio Frequency Identification，無線射頻識別)是一種非接觸的自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。RFID技術的應用最早可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)時期英國的空軍基地，近年來隨著微電子、計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，該技術的應用范圍和深度也都獲得到了迅速發(fā)展。

　　RFID技術的發(fā)展得益于多項技術的綜合發(fā)展，包括芯片技術、天線技術、無線技術、電磁傳播技術、數(shù)據(jù)交換與編碼技術等。一套典型的RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器和信息處理系統(tǒng)組成。電子標簽與讀寫器配合完成對被識別對象的信息采集功能；信息處理系統(tǒng)則根據(jù)需求承擔相應的信息控制和處理工作。與傳統(tǒng)的識別方式相比，RFID技術無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入和處理，并且操作快捷方便，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、標簽上數(shù)據(jù)存儲量大、可以加密和更改等優(yōu)點，可廣泛應用于生產(chǎn)線自動監(jiān)測、商品庫存管理、物流、零售、售后服務等領域。

　　根據(jù)工作頻率的不同，RFID系統(tǒng)大體分為中低頻段和高頻段兩類，典型的工作頻率為135kHz以下、13.56MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz和5.8GHz等。不同頻率RFID系統(tǒng)的工作距離不同，應用的領域也有差異。低頻段的RFID技術主要應用于動物識別、工廠數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)等領域；13.56MHz的RFID技術已相對成熟，并且大部分以IC卡的形式廣泛應用于智能交通、門禁、防偽等多個領域，工作距離＜1m。較高頻段的433MHz RFID技術則被美國國防部用于物流托盤追蹤管理；而RFID技術中當前研究和推廣的重點是高頻段的860-960MHz的遠距離電子標簽，有效工作距離達到3-6m，適用于對物流、供應鏈的環(huán)節(jié)進行管理；2.45GHz和5.8GHz RFID技術以有源電子標簽的形式應用在集裝箱管理、公路收費等領域。

　　目前RFID主要應用于封閉市場。例如，低頻RFID系統(tǒng)主要在門禁管理、動物的跟蹤和管理、生產(chǎn)線自動化及過程控制等領域應用，高頻RFID系統(tǒng)主要在車輛自動識別、高速公路收費、大宗貨物跟蹤和監(jiān)控等領域應用。下一階段將積極促進RFID技術進入開放的物流領域，使用電子標簽逐步替代商品條形碼的作用，并與因特網(wǎng)結合形成物聯(lián)網(wǎng)。

　　縱觀當前全球RFID技術的開發(fā)應用情況，美國在其國防部和沃爾瑪?shù)却笮瓦B鎖企業(yè)積極推動下，不論在RFID標準的建立、相關軟硬件技術的開發(fā)、各種獨立應用，還是物流應用均走在世界的前列：在產(chǎn)業(yè)方面，TI、Intel等美國集成電路廠商目前都在RFID領域投入巨資進行芯片開發(fā)。Symbol等已經(jīng)研發(fā)出同時可以閱讀條形碼和RFID的掃描器，IBM、Microsoft等也在積極開發(fā)相應的軟件及系統(tǒng)來支持RFID的應用。歐洲的英國和德國的零售企業(yè)也已經(jīng)開展了RFID系統(tǒng)的試驗，很多歐洲企業(yè)都在積極進行RFID芯片、讀寫器產(chǎn)品的開發(fā)。日本已在圖書館管理、工業(yè)制造等領域開始應用RFID技術，政府制定E-Japan和U-Japan計劃，指導企業(yè)對RFID在物流領域的應用進行開發(fā)、測試和應用試驗，鼓勵企業(yè)嘗試RFID在開放系統(tǒng)中的應用。

5、結束語

　　802.16、UWB和RFID等技術是目前無線接入領域的熱點，它們分別在寬帶無線城域網(wǎng)、寬帶個人網(wǎng)和無線識別等領域具有廣闊的應用前景，是業(yè)界目前的研究重點之一。雖然這些技術自身都有突出的技術優(yōu)勢，但距離成熟廣泛的商業(yè)應用仍有一定的距離，需要在技術研究、政策制定和產(chǎn)業(yè)鏈的形成方面繼續(xù)努力。