全球无线通信连通的可能性

【全球无线通信连通的可能性】
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张煦（上海交通大学 200050）
１全球连通概述
近年来，世界各国的通信建设既有固定通信网，也有移动通信网；或者说，既有有线（铜线、光纤）通信网，也有无线通信网。无线通信网既有专供固定通信用的，也有专供移动通信用的。移动通信主要依靠三类无线通信：无线局域网（WLAN）、城市蜂窝网（2G ~ 3G）和卫星通信（GEO ~MEO / LEO）。一般说来，城市蜂窝网主要用于城市，为携带轻便手机的移动用户提供通信便利。低轨（LEO ，地球上空N × 100 ~ 1000km）卫星通信若能真正实现和开放应用，则对远距对方的用户实现移动通信很有利。静轨（GEO ，地球上空36 000km）卫星通信则用于远距离传送电视或广播。各大单位在各自地区设置的局域网若利用无线，也可能用于移动通信。
这样，根据以上简单概述，若适当联合三类无线移动通信一起运用，就有可能形成全球通信。这就是说，若每一移动用户各自随身携带一部具有专门号码的手机或便携计算机，则不论何时何地，都可能方便地经过无线通信的连通，互相实现会话、可视通信、数据通信，甚至多媒体通信。当然，每一无线通信网都使用修正的治理措施，又都使用统一的互联网规约IP 。经过连通，任何便携计算机不论何地何时，都可接入互联网（Internet）或内部网（intranet），自由通过异类网和地理界限。也就是说，各类无线网采用统一互通的移动治理措施，就可形成世界统一的无线通信网基础结构。
２蜂窝网的改进
上述三类无线通信网经过简单而必要的安排，有可能构成全球统一的无线通信网。世界上任何个人只要携带合适的轻便手机或便携计算机，就可不论何时何地，按各自需要，通过这种全球统一的无线通信网，拨号接通携带手机或计算机的对方，实现通话（包括可视电话），或传送数据信息，以至多媒体信息。对于这三类无线通信网的要求，主要寄希望于蜂窝网，就是期望世界各地和各城市的蜂窝网统一程式，或加装互相连通所必需的设备。通常每一城市的蜂窝网各有一个“移动交换中心”（MSC），它连接该城市每个蜂窝区的基台，可利用有线光纤线路。
蜂窝网根据定位数据库定位治理。它有两种“定位记录器”（HLR和VLR）。每一蜂窝区的MSC连接VLR ，它们又连通HLR ，保管各终端的永久信息。每一移动终端有各自的“移动识别号码”（MIN），并存入HLR 。当移动终端移至另一蜂窝区时，该终端的MIN将有新的信息传至HLR-2 ，且再传给新的VLR ，并通知原来的VLR取消原始记录。这表示，在移动通信蜂窝网，每一蜂窝区要与VLR和HLR一同发挥作用，必须经过一定程序才能连通公用电话通信（PSTN / ISDN）或Internet / intranet 。这样看来，若想经过蜂窝网连通全球无线通信网，就必须经过一定的接续过程。
当今世界上实际应用的城市蜂窝网（2G），并不完全属于同样的制式。各国现行的2G蜂窝网虽都属于数字式，但有些2G采用时分多址（TDMA），另一些则采用码分多址（CDMA），非凡是北美和欧洲两大地区各自使用两类不同的制式。有些国家容许同一城市同时存在两种不同制式，各有不同的手机用户，互不侵犯，这显然很不合理。
现在，世界各国的蜂窝网预备连通为全世界统一的无线通信网，统一成同样的制式。近年来，国际上认真讨论并一致同意第三代（3G）蜂窝网必须使用统一的最新制式， IMT-2000就是要在全世界推行统一的移动通信制式。虽然TDMA具有很多优点，但与CDMA相比稍逊一筹，因此倾向于统一采用CDMA ，当然CDMA技术本身还在发展，目前拟定为宽带CDMA（WCDMA）。双工制式包括频分双工（FDD）和时分双工（TDD），可能倾向于选用TDD ，但将来随着CDMA的应用，也许会认为码分双工（CDD）更好。
３卫星通信的应用
上面已提到，卫星通信有GEO和MEO / LEO两大类。GEO是地面上空36 000km高度的地球静止轨道，轨道上均匀分布三颗卫星，常称同步卫星。每颗GEO卫星覆盖广大的地面区域，就是说在同一广大地域以内，众多通信用户看到同一颗GEO卫星，可利用该卫星内部的转发器实现通信。然而，地面与GEO卫星相隔36 000km距离，电波传播损耗较大，而且引起的时延较长（单程约0.25s）。因此在同一地域内，两个固定地球站（FES）各安装适当规模的抛物面天线瞄准GEO卫星，经过卫星转发器，可保证顺利实现可靠通信，尤其是一地面站与另一地面站相隔较远时。这种GEO卫星通信也曾尝试应用于移动通信，试验结果表明，地面移动终端虽无法利用固定的大型抛面天线，但可携带适当有效的抛物面天线，移动终端发信机要发射较大的射频功率，收信机的检测器则要有较高的灵敏度。但一般认为GEO离地面太远、损耗和时延过大，不太适宜地面移动用户直接通信，不会推广应用。
另一大类MEO / LEO卫星离地面近得多，中轨（MEO）约在10 000km上空， LEO则在600 ~ 1000km上空。尤其是LEO系统的卫星离地面很近，没有过大的传播损耗和时延，对地面移动用户间相互通信非常有利。所谓卫星移动通信，实际上就是指LEO对地面移动用户通信的应用。据国际上公开报道，目前已研制成功的LEO卫星移动通信铱（Iridium）系统整套几十颗卫星都已进入预定轨道，依次向前正常运行，并制成移动终端手机。应该说，这是卫星移动通信的一个良好开端。但没过多久， “铱”系统就失败了，主要原因是用户的移动终端手机价格太贵，而且每次通话的费用也太贵。此外，也有其它研制成功的MEO卫星移动电话系统，在世界上少数国家公开试用。
总的来说，未来的卫星移动通信是指在不远的将来， MEO / LEO卫星系统可能向地面用户提供移动通信，而不是指GEO同步卫星。目前， MEO / LEO卫星系统正在各自研究试用的初步阶段，须假以时日才能对它们加以评述，现在谈论它们参与全球无线通信连通还为时过早。GEO同步卫星虽不能提供真正有用的移动通信，但固定地球站通过高空GEO卫星的转发器，确实可提供两地间的无线通信传输，应作为全球无线通信连通的重要一环。
４无线局域网的发展
现在社会上很多相当规模的企业或治理单位各自拥有属于自己产权的高楼大厦，设置很多个部门办公室，并安装企业/单位专用的通信设备。这种专用通信设备以往通过专用小交换机（PBX）使办公室之间互通电话，或者让各办公室接至市内或长途的公用通信网。近年来，各办公室普遍安装计算机，并需要使用数据通信，这就形成了各大楼单位的专用通信网局域网（LAN），它与公用市内电话网有所区别。最近，无线通信应用兴旺发达，这些大楼单位倾向于加装无线通信收发信设施，在许可的无线电频谱上使用无线通信，不仅各部门办公室之间可互相通信，而且工作人员配备简便手机，就可在大楼内按需要与有关人员通信。这样，大楼单位的LAN就成为“无线局域网”（WLAN）。当然，这种WLAN应能与城市公用无线网随时联系，以便单位能与市内、国内和全球的对方通信。这就是说， WLAN必然需要随时与公用无线通信网连通。

为了WLAN的移动治理，国际上制定了“移动IP”规约，现时用IP第4版（IPv4）。移动代理（MA）可以是本家的HA ，或外来的FA 。移动终端内部有移动节点（MN）。简单地说， WLAN有若干个接入点（AP），它们经过接入路由器连接FA ，再至HA 。在相反方向， HA收到所有发给MN的IP分组，传给FA 。WLAN欲与蜂窝网连通，可以与市区的基台直通，非常方便。
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