无线数字城市无限延伸

摘要：主要介绍了第四代通信技术以及基于此技术的无线数字城市建设构架

关键词：第四代通信技术、无线城市、TD-LTE、终端应用程序

中图分类号：TN913.24}文献标识码：A文章编号：

身未动、意先行……未来世界的你或许只需转转脑筋、动动眼球，通过装置在手机上、眼镜上甚至天花板上的视觉认知系统便可把自己的想法无线传输给接收指令的人或物。之后，空调自动打开，日程自动播报，音响自动播出每日最新新闻……一个简单的语音指令又召唤来了无线“大管家”，不用谋面的“大管家”快速的帮你预定了最爱的餐厅、买了心仪的礼物并安排了送达的时间、用你喜欢的语言发送了让人无法抗拒的邀请函……一切准备就绪就等两位主人公的从容赴约。赴约路上或坐车或开车，无线交通系统不再让你用望穿秋水的眼睛期盼着不知远近的公交、不再为堵车而盲目的选择未知的道路，停车位当然也在你到达前的那一瞬间空出，不空置亦不拥挤。餐厅早已收到你到达的信息，不需等待的端出了早已预订的饕餮大宴……

这是某位大导演的电影巨作吗？亦或是自己梦中的仙境？当然不是，未来的无线城市技术让这一切近在咫尺。高速宽带无线技术覆盖整个城市，向公众提供各种随时随地接入和速度更快的无线网络服务。

2004年7月，美国费城首次提出建设基于Wi- Fi 802.11b标准的Mesh网络，也叫 “无线费城计划”。随后这股无线城市建设浪潮开始席卷全球，并开始波及中国大陆。目前，我国大陆有三十一个省已开始“数字无线城市”的建设。

当然，无线城市的建设首当其冲的仍旧是无线高速移动通信网络的建设。

无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。无线技术给人们带来的影响是无可争议的。如今每一天大约有15万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量目前已经超过9亿。不同人群使用的无线技术的方式和自身的工作一样都在不断地更新。

从七十年代，人们就开始了无线网的研究。在整个八十年代，伴随着以太网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补"有线"所短，赢得了特定市场的认可，但也正是因为当时的无线网是作为有线以太网的一种补充，遵循了IEEE802.3标准，使直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其他微波噪声干扰、性能不稳定、传输速率低且不易升级等弱点，不同厂商的产品相互也不兼容，这一切都限制了无线网的进一步应用。到1997年6月，IEEE终于通过了802.11标准。802.11标准是IEEE制定的无线局域网标准，主要是对网络的物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层(LLC)是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。这样就使得无线网的两种主要用途----"(同网段内)多点接入"和"多网段互连"，易于质优价廉地实现。对应用来说，更重要的是，某种程度上的"兼容"就意味着竞争开始出现；而在IT这个行业，"兼容"，就意味着"十倍速时代"降临了。在MAC层以下，802.11规定了三种发送及接收技术：扩频(SpreadSpectrum)技术；红外(Infared)技术；窄带(NarrowBand)技术。而扩频又分为直接序列(DirectSequence，DS)扩频技术(简称直扩)，和跳频(FrequencyHopping，FH)扩频技术。直序扩频技术，通常又会结合码分多址CDMA技术。这一应用已深入到人们生活和工作的各个方面。其中3G、WLAN、UWB、蓝牙、宽带卫星系统都是21世纪最热门的无线通信技术的应用。

成熟通信技术应用的同时，3GPP( The 3rd Generation Partnership Project)①又不断推出新的技术研发项目。长期演进(LTE)项目即是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，这种以OFDM/MIMO为核心的技术可以被看作“准4G”技术。3GPP LTE项目的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。作为一种先进的技术，LTE需要系统在提高峰值数据速率、小区边缘速率、频谱利用率，并着眼于降低运营和建网成本方面进行进一步改进，同时为使用户能够获得“Always Online”的体验，需要降低控制和用户平面的时延。该系统必须能够和现有系统（2G/2.5G/3G）共存。在无线接入网（RAN）侧，将由CDMA技术改变为能够更有效对抗宽带系统多径干扰的 OFDM（正交频分调制）技术。OFDM技术源于20世纪60年代，其后不断完善和发展，90年代后随着信号处理技术的发展，在数字广播、DSL和无线局域网等领域得到广泛应用。OFDM技术具有抗多径干扰、实现简单、灵活支持不同带宽、频谱利用率高支持高效自适应调度等优点，是公认的未来4G储备技术。为进一步提高频谱效率，MIMO(多输入/多输出)技术也成为LTE的必选技术。MIMO技术利用多天线系统的空间信道特性，能同时传输多个数据流，从而有效提高数据速率和频谱效率。同时，为了降低控制和用户平面的时延，满足低时延(控制面延迟小于100ms，用户面时延小于 5ms)的要求，目前的NodeB-RNC-CN的结构必须得到简化，RNC作为物理实体将不复存在，NodeB将具有RNC的部分功能，成为 eNodeB，eNodeB间通过X2接口进行网状互联，接入到CN中。这种系统的变化必将影响到网络架构的改变，SAE(系统架构的演进)也在进行中， 3GPP同时也在为RAN/CN的平滑演进进行规划。

在通信网络环境无容置疑的需要加强建设外，适应新标准的各种应用也必须在贴近人们习惯的同时引导人们新的生活方式。无线游戏、手机视频、无线传输、手机支付、家庭数字网络、云计划存储、无线统一服务平台……这些在现有的第二代移动通信网络上不能使用、第三代移动通信网络上效果不够理想的高速度的新业务、新功能将被应用到第四代通信网络环境下。构成城市信息化和现代化的一项基础设施，也是衡量城市运行效率、信息化程度以及竞争水平的重要标志。

目前，我国各大城市具有特点的无线业务举例：

无线位置服务

一家人去公园，孩子不慎走失，如果其配有无线挂牌，就可以通过无线网络定位功能，立即确定孩子所在位置，免去奔走寻找和广播寻人的焦急；驾车者利用车载设备联网登入后，无线系统可自动感知汽车是否进入车流密集区域。

无线支付

无线支付有手机支付和无线POS支付两大类别。手机支付有中国移动为代表的通过手机近场通信技术完成的支付。无线POS支付即目前大量使用的无线POS机刷卡技术完成的支付方式。

无线网络云存储、同步②

有了高速的无线网络，旅游者和新闻工作者不再为数码相机的存储空间有限和照片传递操心。旅游者一旦拍摄完毕，可即时通过无线网络传送到网络硬盘上，只要网络硬盘够大，那么照片数量就可以无限增大。而且存储在云端的数据、文件还可随时随地根据需要再次下载恢复到移动终端或同步到其它电子设备，便于更好的分享和管理。

掌上公交

“掌上公交”是一项免费向公众提供公交车线路查询及实时信息服务的业务，可供市民随时、随地利用手机查询到要乘坐的公交车的实时位置、实时到站、实时离站等信息。

通信网络这一硬件环境和各种应用的完美结合才能构造真正的无线城市新生活。为此，通信网络运营商和各应用产品提供商或个人之间的合作关系尤为重要。

虽然，目前有些地方仅仅将“无线城市”作为政府提供的一种公共设施，由政府统一招标由某个商家单独建设。但是随着开放平台的不断发展和资源的聚集，这种垄断建设的格局必定被打破，取而代之的将是多资源共同开发、共同构建，并相互竞争的格局。整个产业共同大力发展的同时实现全球化的资源共享和无缝链接。

TD-LTE是中国主导的新一代宽带移动通信技术，是3G国际标准TD-SCDMA的后续演进技术。以下仅以该技术为例说明整个产业链的广泛形成。

4.1 已形成广泛的产业链：目前，运营商与国际组织、主设备厂商、芯片及终端厂商、测试仪表厂商等多数主流厂家的LTE产品开发将同时支持FDD、TDD双模。基站共基带，芯片基带共芯片，并配以不同的射频通道。在LTE系统设备方面已具备满足商用网络基本要求的核心网设备，并在第一个FDD-LTE商用网络中成功应用。部分系统设备厂商已经可以提供基于R9版本（即支持双流波束赋形）的LTE-FDD商用设备。以及R9版本TD-LTE的8通道测试设备。在终端产品方面已完成了产品形态的规划，包括了可使单个用户畅游移动网络的接入设备―数据卡，可随时随地为多个用户同时提供高速数据业务的移动接入网关―MIFI，以及为面向移动互联网个人、行业终端提供可在多网间自由切换的无线数据通信能力的嵌入式模块。智能终端可支持承载于3G/4G的话音业务，同时享用TD-LTE高速数据业务并面向移动互联网。多模单待平板电脑等个人用户终端则可无缝的与移动数据互联，可随时随地的享受丰富的移动互联业务。

4.2 手机终端应用程序的不断创新和完善。受到了苹果App store在海外大获成功的启示，国内运营商不甘于仅仅作为一个语音服务的平台，为了预防运营商“管道化”危机也纷纷建立软件商店。中国移动的MM商城、中国电信的“天翼空间”以及中国联通“沃商店”都拥有众多程序资源和用户保有量。而手机终端厂商也竞逐研发手机程序。Google、微软、诺基亚、三星等业界巨头以及腾讯QQ等国内厂商无一例外地开设自己的应用程序商店。个人开发者也如雨后春笋般诞生。各种终端应用程序满足了人们不同的应用需求，从而组成了移动城市的应用层面。

4.3 新新人类的不断诞生。无线技术改变了人们的生活和沟通方式，更多的人拥有了无线通讯终端设备、使用无线应用产品。使移动互联的生活成为可能。据中国互联网络信息中心（CNNIC）2012年7月19日的《第30次中国互联网络发展状况调查统计报告》显示，截至2012年6月底，中国网民数量达到5.38亿，增长速度更加趋于平稳；而最引人注目的是，中国手机网民规模达到3.88亿，手机首次超越台式电脑（3.80亿）成为第一大上网终端。台式电脑这一传统上网终端的使用率在逐步下滑，中国网民互联网接入方式呈现出全新格局。手机视频、手机微博以及手机支付的发展十分突出。手机视频用户超过一亿人，在手机网民中的占比由2011年底的22.5%提升至27.7%；手机微博用户量由2011年底的1.37亿增至1.70亿，增速达到24.2%；手机在线支付的网民规模为4440万人，较2011年底增长约1400万人。其它各类网络应用也拥有快速成长的用户群，且其用户粘度快速提升。

为此，作为移动城市的重要因素，包括运营商、用户、手机厂商和应用程序开发商等在内的完善的3G甚至4G的生态系统内的这四方互为依存、缺一不可。它不仅仅是一个网络环境、也不仅仅是一个政府信息平台或一个手机终端软件，更不是一个可以由某几个商家就可以垄断完成的传统意义上的项目。数字无线城市的建设将是由政府政策作为引导、由新技术作为支撑、由用户最终选择的一种新的生活方式。无线城市的概念将无限扩大、无线城市的技术将无限提升、无线城市的生活必将无限延伸。

备注

①3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)：是领先的3G技术规范机构，是由欧洲的ETSI，日本的ARIB和TTC，韩国的TTA以及美国的T1在1998年底发起成立的，旨在研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准，即WCDMA，TD-SCDMA，EDGE等。中国无线通信标准组(CWTS)于1999年加入3GPP。

②所谓“云”技术，是针对“云计算”基础上的一种拓展。云计算（Cloud computing），

所谓“云”计划，是指对“云计算”基础上的一种拓展。是指基于互联网的超级计算模式。即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起，协同工作。它是一种新兴的共享基础架构的方法，可以将巨大的系统池连在一起以提供各种IT服务。

参考文献：

【1】百度空间 LTD的演变

【2】中国互联网络信息中心（CNNIC）2012年7月19日的《第30次中国互联网络发展状况调查统计报告》

【3】中国移动通信集团设计院 《TD-LTE概述》

作者简介：祝娜，1980年12月出生，女，毕业于天津财经大学管理学院信息管理与信息系统专业，现在中国移动天津公司 数据部 担任产品开发主管，从事天津移动数据产品的开发、运营、管理及无线城市建设等相关工作。