摘要：無線個域網(WPAN)目前以自成網絡的內部應用為主，其與蜂窩網、互聯網等多種網絡共存和相互融合的問題還需要深入研究。多網融合必然要求網絡和終端更加智能化，由于目前WPAN技術還不成熟，因而其實際應用將面臨較大挑戰，但這同時也是一次機遇，一旦解決了相關技術問題，有可能產生巨大的商機。
全球通信的寬帶化、無線化、個人化需求推動著無線接入的寬帶化進程。由于便攜式產品的發展和應用需求的迅速增長，促成了無線個域網(WPAN)技術的誕生，使無線接入的產業鏈更加完善。隨著統一標準進一步形成，WPAN必然迎來一個全面興盛的時期，成為運營商進入接入市場的新機會。
信息產業快速發展，寬帶接入技術不斷涌現。各種寬帶無線接入系統憑借其建設速度快、運營成本低、投資回報高等特點，受到了電信運營商的青睞。當前寬帶無線接入的主要技術有：本地多點分配系統(LMDS)、多點多信道分配系統(MMDS)、無線局域網(WLAN)和藍牙技術(Bluetooth)等。其中，LMDS和MMDS屬于無線城域網(WMAN)技術，IEEE 802.16寬帶無線訪問標準工作組正在開發相應規范以標準化這些技術；WLAN標準主要指IEEE 802.11系列標準和HiperLAN/2標準；藍牙則是目前無線個域網(WPAN)應用的主流技術。由于消費需求和應用場合的多樣化，WMAN、WLAN和WPAN技術將互為補充，共同推進寬帶無線接入市場的發展。
1 寬帶無線接入技術
1.1 無線城域網
目前屬于WMAN應用的寬帶無線接入系統(如LMDS、MMDS)缺乏統一的標準，彼此互不兼容。WMAN采用的技術多種多樣，主要有正交頻分復用(OFDM)技術、碼分多址(CDMA)技術等。
IEEE 802.16標準為解決上述兼容性問題而制定。該標準的2002年修正草案定義了3個主要WMAN網絡類型，即：固定式、便攜式和移動式，分別對應于標準IEEE 802.16、IEEE 802.16a和IEEE 802.16e。其中IEEE 802.16標準適用于視距傳輸，工作頻率為10～66 GHz，應用于LMDS；IEEE 802.16a標準為超視距傳輸，工作頻率為2～11 GHz，應用于MMDS；IEEE 802.16e標準工作頻率為2～6 GHz，主要應用于蜂窩移動通信及3G。
現階段802.16標準制定工作的重點在IEEE 802.16e上面，目標是當低速輕巧的移動設備在跨越不同存取點時，仍能維持一定程度的網絡漫游服務。
WMAN的寬帶無線接入業務正迅速由北美和歐洲向世界其他地區擴展，為電信運營商拓寬網絡接入市場提供了新的機會和前景。
1.2 無線局域網
IEEE 802.11系列標準是WLAN事實上的標準，包括IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g。其中，IEEE 802.11b傳輸速率可高達11 Mb/s，采用2.4 GHz免執照頻段，已在辦公室、家庭、賓館、機場等眾多場合得到廣泛應用，是目前WLAN的主流標準；IEEE 802.11a是IEEE 802.11b的后繼標準，峰值速率可達54 Mb/s，特別適合于室內及移動環境，有著更廣的應用前景，被很多廠商看好；IEEE 802.11g可以在2.4 GHz頻帶上實現最高54 Mb/s的數據傳輸，與IEEE 802.11b保持兼容，并已經較好地解決了采用藍牙技術和基于IEEE 802.11b標準的設備間相互干擾的問題。
HiperLAN/2是歐洲電信標準化協會(ETSI)的寬帶無線電接入網絡(BRAN)項目組著手制定的高性能無線接入標準。HiperLAN/2對應于IEEE 802.11a標準，工作在5 GHz頻帶，調制技術也采用正交頻分復用(OFDM)，與IEEE 802.11a在物理層兼容，使用一種動態時分雙工技術，數據速率可高達54 Mb/s，并且能在高吞吐率下支持QoS，從而為視頻、話音等實時應用提供支持。
中國四大通信運營商均已進軍WLAN領域，共同推進了WLAN市場的發展。2002年7月，信息產業部下發了《使用5.8 GHz頻段頻率的通知》，批準將5 725 MHz～5 850 MHz頻段用
作點對點或點對多點擴頻通信系統、高速無線局域網、寬帶無線接入系統、藍牙技術設備及車輛無線自動識別系統等無線電臺站的共用頻段[1]。從政策上為WLAN在中國的進一步應用推廣開辟了新空間。
1.3 無線個域網
WPAN是繼WMAN和WLAN之后提出的概念，其目標是解決如何讓人們將網絡隨身攜帶的問題，核心是解決小區域的無線多媒體傳輸。
成立于1999年的IEEE 802.15工作組[2]專門負責制定有關WPAN的標準，該工作組由4個小組組成。其中，IEEE 802.15.1負責藍牙的標準化；IEEE 802.15.2研究WPAN和WLAN的互存性；IEEE 802.15.3制定高速WPAN標準；IEEE 802.15.4研究特別節電技術和低復雜度方案，應用領域主要為傳感器、遠端控制和家庭自動化等等。
IEEE 802.15.1標準以藍牙v1.1規范為藍本，定義了藍牙技術的媒體訪問控制(MAC)層(包括L2CAP、LMP、基帶)和物理層。IEEE 802.15.1一直在關注藍牙特別興趣小組的標準版本升級工作，以使得IEEE 802.15.1與藍牙標準保持同步。藍牙特別興趣小組已于2003年底正式公布了藍牙標準v1.2。
IEEE 802.15.3于2003年6月完成了高速WPAN的MAC層/物理層標準制定。該標準具有以下特點：支持高達55 Mb/s的數據速率，可傳送高質量視像和聲音，支持服務質量保障，具有Ad hoc點對點網絡特點，功耗和成本低。
IEEE 802.15.4已通過第18輪修正草案。該標準具有以下特點：數據速率為25、40、250 kb/s，采用CSMA-CA機制，保證傳輸可靠性，提供最優的功率管理。
屬于WPAN應用的藍牙技術，由于其靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數據通信，而成為目前的WPAN主流技術。在藍牙特別興趣小組的極力推廣下，藍牙技術正較快地滲透到PC、消費類電子產品以及垂直應用市場中。
目前藍牙仍被大多數業界人士譽為最具廣闊前景的WPAN技術，其推廣應用程度標志著無線個域網的實用化程度。
正因如此，中國國家標準化管理委員會以“國標委[2002]41號”文將藍牙技術列入2002—2003年國標制定計劃，并授權信息產業部郵電工業標準化研究所主持起草該系列標準，體現了中國對藍牙技術的重視程度。中國藍牙標準制定工作組一直在密切關注藍牙標準升級情況，以期與國際藍牙標準同步。
藍牙的傳輸速率限制了其應用拓展，成為影響該技術全面普及的最主要因素，而IEEE 802.15.3由于比藍牙具有更高的數據速率、更全面的業務及QoS支持、更短的連接時間等特點，得到了業界的廣泛關注。然而，雖然IEEE 802.15.3標準制定工作已經完成，但據IEEE 802.15標準小組負責人介紹，使用IEEE 802.15.3標準的通信設備在2004年年底才可能推出，估計芯片價格會在100～150美元之間。
2 寬帶WPAN接入技術問題
在互為補充的3種寬帶接入技術中，WMAN和WLAN相對成熟，已開始占據寬帶無線接入市場。相對于WMAN和WLAN來講，WPAN目前還以自成網絡的內部應用為主，其接入技術還不夠完善，在無線接入方面的應用拓展較為緩慢。中國應該及時抓住這個機遇，加強力度研究并完善WPAN接入技術。
2.1 WPAN的網絡結構
寬帶WPAN是典型的Ad hoc網絡，其工作環境有時非常簡單，有時卻非常復雜。網絡中所有設備的地位都是平等的，可以隨時組成一個小區域網絡。寬帶WPAN中的任一設備可以與其前、后、左、右、上、下的類似設備構成網絡，通過“多跳”可以擴展其應用空間和功能，設備有固定、半固定、小范圍移動、較大范圍移動等情況，需要考慮越區切換。因此，WPAN網絡結構的研究非常重要。圖1是WPAN的網絡結構[3]示意圖。
2.2 WPAN與蜂窩網的融合
在WPAN與蜂窩網的接入技術得到解決的情況下，WPAN在室外空間的應用將會非常廣闊。WPAN與蜂窩網的融合可以擴大整個系統的容量，平衡相鄰小區的業務量，減少基站的數目，減小移動終端的功耗，并可拓展蜂窩網的新應用。
在一個WPAN與蜂窩網融合的系統結構中通常將基站覆蓋區域分為3個部分：第1部分是高速率TDD區域，該區域內的移動終端能夠以高速率進行數據傳送；第2部分是低速率TDD區域，該區域內的移動終端只能以較低的速率進行數據傳送；第3部分是基站無法覆蓋的區域，該區域內的移動終端由于接收不到基站發送的同步信息而無法進行數據傳送。3個區域內的移動終端都可以基于Ad hoc網絡協議在一定范圍內直接通信，或者由多個微微網組成散布網絡，實現相互間的通信。
3 需要深入研究的問題
針對WPAN與蜂窩網多網融合的系統結構，本文認為研究以實時優化為核心內容的各種自適應算法，研究寬帶WLAN、WPAN無線接入技術，研究多網共存情況下的網絡容量以及終端設備的優化設計問題，研制實驗系統和相應的設備至關重要。具體而言，應該對如下課題展開深入研究：
(1)研究寬帶WPAN的網絡結構，包括WPAN空間拓撲結構、移動自組織網絡關鍵技術等。
(2)研究關鍵算法，包括信息速率的自適應算法、跳頻圖案和跳頻速率的自適應算法、鏈路自適應算法、頻率選擇自適應算法等。
(3)研究與開發寬帶WPAN共享訪問協議，包括WPAN協議總體結構的研究，若干關鍵軟件模塊的研制與開發。
(4)研制實驗演示系統，驗證研究開發的內容，并在該系統中進行多址方式、高效調制方式、射頻模塊、多載波傳輸等內容的研究。
(5)研究移動自組織網與蜂窩網融合技術，重點研究隨機驅動多址接入(ODMA)技術。ODMA作為UMTS TDD 模式的補充，用于在TDD蜂窩網中小區的邊緣為移動終端提供較高的數據速率，達到增加高速率數據服務范圍的目的。將ODMA與移動自組織網絡有機結合，取長補短，相互補充，可以有效地擴展3G系統的新應用范圍。
(6)研究基于TD-SCDMA的移動自組織系統。系統采用ODMA多跳轉發技術和自適應路由選擇算法專用按需距離向量(AODV)路由協議，能夠為3G系統提供多種全新應用，實現移動終端與移動終端之間的直接通信、多跳通信，并能支持與現有3G系統間的無縫切換與漫游。
4 結束語
雖然目前寬帶無線接入市場還處于起步階段，但是寬帶無線接入技術的發展極為迅速。機遇與挑戰并存。中國的相關研究部門應當積極開展相關課題的研究，通過研究產生中國自主的知識產權，為形成中國的寬帶WPAN標準做出貢獻，或使中國在這一領域的研究至少與國際上保持同步。相信只要在這一領域廣泛深入地開展研究，密切關注國外行業動態，加強各方面的合作，就一定能在國際上爭得更多的寬帶無線接入方面的發言權。 
