通用通信器——未來的異構網絡環境

2019-11-03 09:20:25

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供稿：網友

　　英特爾公司通信技術實驗室　ＲｏｇｅｒＨｕｒｗｉｔｚ

　　無線連接正以很快的速度在全球普及，而且正變得日益復雜。今天個人無線通信的絕大部分都是經由蜂窩網來完成的。然而，隨著８０２．１１網絡的配置，藍牙無線個域網ＷＰＡＮ的發展和在小外形設備內日益增加的全球定位系統（ＧＰＳ）應用，這種情況正在迅速地發生變化。

　　而且，目前一些無線標準和網絡正處于開發之中，包括８０２．１６ｅ和８０２．２０無線寬帶網以及用于個人聯網的超寬帶（ＵＷＢ）技術——顯而易見，無線世界正變得更加多樣化。

　　這種多樣化不僅會為新服務項目的開發利用創造巨大的機會，也能為通過“最理想的網絡”進行隨時隨地數據訪問帶來巨大的機遇。同時它也將帶來很大的技術和可用性挑戰，特別是對諸如手持設備這樣的小外形客戶機。

　　手持設備的未來

　　面對異構網絡環境帶來的機會和挑戰，手持設備必須進行很大的改進——從今天功能有限（通常為固定功能固定網絡）的設備演變為能夠和多個異構網絡和服務進行智能交互的靈活設備。

　　這種革新過程導致一種新型手持設備——“通用通信器”應運而生。這種通用通信器是一種強大而靈活的個人通信設備，可以為用戶提供隨時透明地訪問任何可用網絡的服務，包括在這些網絡間進行無縫漫游的能力。這種設備還可以支持混合網絡環境中各種可能的主要使用模式。

　　主要的技術挑戰

　　實現這種隨時隨地連接的設備要面對許多艱難的技術挑戰。這些挑戰包括：

　　·多種無線電技術的集成和協調

　　集成多種無線技術是構建隨時隨地連接的設備在開始階段所面臨的挑戰。典型的多網絡設備都有許多針對不同網絡的，彼此間卻又十分相似的無線通信單元。讓這些通信技術同時使用將會帶來重要的設計難題。

　　·智能網絡——無縫漫游和切換

　　如今，用戶希望網絡內和網絡間的漫游就象他們使用蜂窩電話一樣簡單。

　　這種移動性支持帶來幾個問題。對于基于ＩＰ的網絡間漫游，移動ＩＰ技術面臨著幾個主要的難題。然而，作為對移動ＩＰ的補充，客戶機平臺應賦予應用程序在可用的網絡之間進行智能選擇的能力。例如，在流動視頻的情況下，視頻應用程序也許需要在蜂窩網和無線局域網數據流之間配置一種相對熟練的切換方法——移動ＩＰ獨自無法提供這一功能。

　　另一個跨網絡移動性挑戰是為蜂窩網絡和非蜂窩網絡間進行語音切換提供支持。例如，在一個企業網內用無線局域網ＷＬＡＮ進行通話的用戶，可能想在走出建筑物后，讓這次通話能繼續無縫地進行。這種切換給客戶機設備提出了很大的要求。例如，客戶機設備為了在切換過程中用一個通話代替另一個，就必須能夠起動、接收和復用同時發生的聲音流。

　　·電源管理

　　電源管理是構建手提設備時的一個常見問題。隨著手提設備運行的多樣化，這個問題也更突出。有兩種主要的延長電池壽命的方法。第一種也是最明顯的一種是：減少設備的電源消耗。這能通過減少設備內各部分的電源消耗和優化系統級電源消耗來完成。第二種方法是要利用新的電源資源，比如燃料電池。

　　·跨網絡身份驗證和授權

　　提供可靠、高效、合理的身份確認應用模式是實現跨網絡連接的一個極其關鍵的問題。當用戶在各類網絡間漫游時，有一個簡單而可靠的鑒別方法非常重要。

　　手持客戶機設備必須在應對這種挑戰時發揮主要的作用。要達到這個目的，設備必須提供一個可靠的身份驗證知識庫，確保發送的身份和數據是安全的，并給用戶提供一個方便而可靠的向設備驗證自己身份的方法。

　　解決噪聲和干擾問題

　　以上描述的設備需求明顯給手持設備的設計者和生產者提出了巨大的挑戰。英特爾和其它行業領先企業已經向著克服這些障礙邁出了重要的一步，他們展示了英特爾實驗室開發的手持設備的原型技術。

　　通用通信器原型以寬帶數據多功能的混合為特色，具有蜂窩網（ＧＳＭＧＰＲＳ）和ＷｉＦｉ８０２．１１ｂ網兩種連接。它演示了多模式手持設備的潛在使用模式，包括網絡間語音和數據的切換能力，無線協議的同步使用能力和通過高質量的多媒體性能而增強的用戶體驗。

　　前面曾提到，開發這種設備的中心問題，是由于手持設備內多種射頻（ＲＦ）電路和高性能數字核的共存帶來的噪聲和干擾問題。干擾問題能夠通過設備的設計得以減少，即一段時間內只用一種網絡，這樣能使無線電設備得以連續工作，但也會破壞對多種網絡進行訪問的確切含義。所以，設備必須采用這種設計：無線電技術能夠同步使用，同時將無線電裝置、天線和數字電路間的干擾保持為最小值。．

　　這樣先進的手持設備必須有一個高性能、多功能的ＣＰＵ。還必須能夠提供高質量的音頻和視頻用戶接口。而且這些都要在由密集復雜的數字、模擬和射頻混合電路組成的超薄結構中來完成。

　　每種電路必須被調到最佳性能，但在同時使用期間又得被隔離，以便不受臨近電路的干擾。諸如印制電路板（ＰＣＢ）體系結構這樣高度集成的模式，電路噪聲隔離和屏蔽技術，單個射頻電路的最優化性能，電源管理和整體的機械結構等都必須實現成功共存。

　　通用通信器原型提供了一個無線電裝置怎樣解決隔離和共存問題的實例。手機的ＧＳＭＧＰＲＳ天線安裝在印刷電路板的頂面，盡可能靠近板邊。而ＷＬＡＮ天線則安裝在印刷電路板的底面。天線由一個小型插座固定在印制板上。插座和射頻前端之間通過５０歐姆的短導線連接。

　　一種改進的波導屏蔽裝置和天線接口組合在一起，并良好接地。所有ＰＣＢ層面直接位于天線接口下方的銅箔都被挖空以減小ＲＦ到ＰＣＢ內層的輻射。信號層位于天線接口附近的區域必須設置禁布區以減小ＲＦ和數字信號的耦合。

　　設備原型還為內部的８０２．１１ｂ子系統設置了一個片狀天線，并使用和ＧＳＭ天線接口類似的實施技術：平面層退避，ＣＰＷ，以及走線層禁布區等。芯片天線位于印制電路板相反的一側，離ＧＳＭ天線應盡可能的遠，從而優化了內部平面層的自然屏蔽效果。為了減少用戶的手對射頻信號的干擾機會，芯片天線設置在設備的頂端。

　　由于采用了這些技術，通用通信器原型在進行同時網絡訪問時，沒有明顯地犧牲無線局域網或無線廣域網的性能。

　　無縫語音漫游

　　通用通信器原型演示了移動性管理的一個重要的應用：可在電路轉換型蜂窩網絡和８０２．１１ｂＩＰ網絡間進行語音無縫切換。從用戶的角度來說，無縫語音漫游是在一個無線網絡（如ＧＳＭ）中的通話能夠在另一個無線網絡（如８０２．１１ｂ）中繼續的能力。

　　無縫語音漫游的用戶環境是通話應用程序，但從平臺的角度來說，潛在的激活者是移動性管理堆棧。通用通信器原型的移動性管理堆棧向應用程序提供了諸如ＧＳＭ和８０２．１１ｂ覆蓋范圍的動態變化等關于異構無線網絡環境的信息。

　　移動性管理堆棧內的動態ＱｏＳ使語音應用程序按需要重新配置，例如從ＧＳＭ內的一個聲音合成機轉換到８０２．１１ｂ內的一個寬帶音頻信號編解碼器。移動性管理堆棧也在網絡間促進切換，從而促使語音應用程序給用戶一種無縫的體驗。

----《通信世界報》