為了便于闡述，下面就自下而上按照物理層、MAC層和網絡層選取部分關鍵技術進行論述。

　　1) 物理層

　　OFDM：正交頻分復用，是一種調制技術，其核心是通過將較寬的信號帶寬劃分成若干正交的自信道，并使自信道的帶寬小于信道的相關帶寬，并通過引入定時偏差（頻域的CP）使得信號在保護時間間隔內變化而不致引起子載波間干擾（ICI）和符號間干擾（ISI）從而有效對抗多徑效應，使得非視距傳輸大容量信號成為可能。

　　OFDMA：基于OFDM調制的多址方式，可用于下行。通過對OFDM調制信號進行靈活的子載波分配（如：相鄰子載波分配和分布式子載波分配）滿足不同的應用場景的需求，如，在固定或游牧的應用場景下，采用鄉里子載波分配方式可以使得個別子信道具備較高的信噪比；而分布式子載波分配方式可以使得子載波分散在整個頻帶，雖然不會出現非常好或非常差的信道環境，但是比較適用與具備一定移動性的應用場景。根據子載波的信噪比，在不同子載波上采用不同的調制編碼方式，可以盡可能提高信道的利用率。

　　GMC：即廣義多載波，是針對上行接入的多址方案，可以與OFDMA結合應用。采用逆濾波器組變換(IFBT)實現頻分復用和頻分多址的方式，與 OFDMA該方式具有較低的峰均比,并且能更有效的抵御上行用戶間的定時和頻率同步誤差導致的多址干擾。? 其關鍵技術點如下：

• 復濾波器組變換理論及快速算法
• 基于DFT擴頻的GMC多址方案
• 信號峰均比抑制方法
• 同步定時方法：頻域保護子帶和時域循環前綴
• 信道估計與均衡方法

　　2) MAC層

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　　MIMO：即多入多出，是利用多組分立的發射、接收天線的空間分集作用，將通信鏈路分解成為許多并行的子信道，以提高容量。從信息論的理論分析可知：在功率帶寬受限的無線信道中，當不同的接收天線和不同的發射天線之間互不相關時，MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能，從而顯著改善系統容量。當前業界MIMO的流行模式是2×2MIMO，MIMO的原理如上圖2所示。

　　通過與OFDMA、智能天線（波束賦形）等關鍵技術相結合，能夠最大限度的改善系統的容量和覆蓋范圍。

　　Mesh：無線Mesh網絡是一種高容量高速率的多點對多點網絡，采用類似移動自組織網絡（AdHoc）的多跳網絡拓撲，通過引入中繼站來擴展城域網基站的無線覆蓋范圍和增強局域網接入點的熱點覆蓋功能。其組網方式如上圖3所示，其中的AdHoc網絡和無線感知網絡相當于分布式的無線Mesh網絡。與物理層的OFDM、OFDMA、GMC等關鍵技術相結合，使得在非視距的無線傳播環境下也能進行高速分組數據傳輸。MAC層采用集中式控制與分布式控制相結合的方式，以實現充分利用帶寬和物理層先進技術的靈活高效的無線資源分配機制。

??? 跨越物理層和MAC層的關鍵技術：軟件無線電、智能天線、QoS。

• 軟件無線電：軟件無線電的基本思想是把盡可能多的無線及個人通信功能通過可編程軟件來實現，使其成為一種多工作頻段、多工作模式、多信號傳輸與處理的無線電系統，是一種用MAC層軟件和物理層DSP器件相結合來實現物理層連接的無線通信方式。
• 智能天線：其核心是波束賦形技術。智能天線應用數字信號處理技術，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分利用移動用戶信號并消除或抑制干擾信號的目的。這種技術具有抑制信號干擾、自動跟蹤以及數字波束調節等功能，既能改善信號質量又能增加傳輸容量。
• QoS：通過物理層的AMC、ARQ、HARQ等功能以及MAC層先進的調度算法，可以實現可以按不同業務流、不同連接等多種需求劃分的質量保證機制。

　　3) 網絡層

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　　INON：即智能節點重疊網，它是覆蓋在IP核心網上的傳統的彈性重疊網（RON）技術與分布式哈希表（DHT）技術相結合的新型重疊網技術，主要包括自動組網、網絡資源管理、路由優化等關鍵技術，以幫助接入網部分的各接入業務解決或優化在核心網上的數據傳輸和資源管理等方面的相關問題，如圖上4所示。

　　PMIP：通過移動性管理模塊中的PMIP機制，使得終端不需要移動IP客戶端軟件即可實現子網間切換，包括在不同的接入路由器之間、以及同一接入路由器的不同端口之間的子網間切換情形。

　　跨越MAC層和網絡層的關鍵技術：二、三層切換和PMIP（代理MIP）。

• 子網間的快速切換技術：包括跨越不同子網間的切換判決算法和切換方式、切換和認證方式的配合、二層三層切換的整體性能優化策略等；
• 垂直切換技術：是異質網絡之間的切換，技術關鍵點包括：切換度量的評估算法和切換策略；

??? 技術發展趨勢

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圖5 移動通信技術發展展望-未來無線城市的場景

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　　從關鍵技術角度看，無線城市是IT界驅動的，以WiFi，WiMAX等技術為基礎發展起來的；而從業務驅動的角度看，無線城市的目的是服務于市政、交通、醫療、旅游甚至安全等層面需求，通過強大的通信能力，為政府更好的服務于市民提供支撐。通過分析，不難發現，無線城市的客戶層面是寬泛的，各層面的客戶需求是有差異的，有側重接入能力和速率的，有側重移動性的，也有更看重安全的，為此，就需要一類技術，能夠靈活的滿足差異化的需求。而單純應用IT界的技術，靈活由于但是安全性和可靠性不足；單純應用CT界的技術，安全可靠、用戶基礎好但是成本高、靈活性差，因此，技術層面的融合是必然，筆者的觀點是：在技術層面，ICT（IT+CT）是無線城市的基礎。在關鍵技術分析章節，已經將無線城市所涵蓋的主要關鍵技術進行了論述，未來無線城市的發展，必然有賴于上述技術的演進和完善，對于技術本身的發展趨勢，不是本文的重點，筆者更關心的是在一定的系統層面，對無線城市中的宏觀技術發展給出趨勢的分析。

　　1) 全網IP化

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　　未來的無線城市將是全網IP化，從核心網-接入網-用戶設備均支持IP協議。從網絡體系結構看，今后的無線城市核心網絡更加卡開放、扁平化，便于網絡能夠更加直接地接入到IP網絡。從具體協議層面看，核心網絡必然將業務、控制和傳輸等分開，使核心網絡的演進獨立于各種具體的無線接入方案（空中接口標準），能提供端到端的IP業務，能同已有的核心網和PSTN兼容。

　　2) 泛在性（ubiquitous）

　　未來的無線城市將是一個泛在的網絡，在多種技術體制的協作下，實現按需覆蓋和接入，有針對性的為不同行業的用戶提供特色服務，在無線城市中，服務的重點是整個城市轄區內的行業應用，而不是像2G、3G等公眾系統一樣的普遍服務。如上圖5，通過HAPS和衛星通信，可以為城市管理提供應急通信、高精度的定位服務，通過2G（GSM）、3G（UMTS）的網絡，結合ADSL等有線技術，可以為行業用戶提供資源共享、協同的渠道，通過WiFi、Bluetooth、RFID等技術，可以在行業內部進行資源共享與管理等服務。

　　筆者認為：在未來的無線城市網絡中，技術體制是多樣的，提供業務是產異化的，但是基礎設施和運維管理將是統一的。

　　3) 終端即計算

　　“網絡即計算。”-SUN公司的名言

??? 借用這一“名言”，筆者認為，“終端即計算”是未來無線城市中通信技術發展的另一重要趨勢，隨著集成制造能力的提升，20-30年的時間，移動終端已經由以米為單位縮小到以厘米為單位，大容量電池、日益增長的運算、存儲能力使得相機、娛樂等功能可以輕易的集成到掌上型終端上。可以預見在不遠的將來，隨著終端制造的集成度、運算能力、能源提供進一步加強，終端將不但能夠成為用戶個人的娛樂、通信中心，而且能夠成為運營商通信系統側的一部分（系統接入邊緣將向用戶端推移），“分擔”一定的系統運算、資源調度能力，使得通信服務的延伸不簡單通過無休止的部署、優化基站節點來實現，而是通過用戶之間的資源協調來輔助完成，這一概念，很類似于現在互聯網上內容分發的P2P機制。筆者預計：系統的作用會逐漸弱化，取而代之的是終端在未來通信的演進中的作用日益增強。

　　4) 人機通信、機機通信將會得到蓬勃發展

　　在無線城市中，各通信系統的用戶將不不止是人本身，機器、物品的比重將會逐漸增多。智能交通、各要素（人、物品、建筑等）的地理信息識別、物流管理、小額支付等等方面，主要的通信單元都是物品和機器，人的參與比例越來越小。隨著RFID、無線傳感器等技術、產品的日益成熟，餐飲、旅游等傳統的服務業也會顯著增加人機通信、機機通信的比重。

　　3 無線城市發展策略

　　基于上述技術層面分析，結合無線城市的業務需求，筆者認為：無線城市的需求和落腳點是政府，電信運營商、第三方運營服務提供商等都應該是參與者，應該將電信基礎設施作為建設無線城市的既存基礎加以充分利用，建設無線城市的重點并不是上新系統，而應該將重點放在互連、互通和網絡演進上，這樣可以避免大量的通信設施的重復建設。

　　借用業界專家的觀點：“無線城市是地方政府繼自來水、電力、道路、下水道之外的第五項公共設施。”這是對無線城市定位焦貼切的詮釋。發展好無線城市，需要跳出傳統的電信運營的概念，而應該將無線城市作為一種廣泛服務于通、國防、醫療、金融等領域基礎設施加以規劃和建設。簡單的將固定寬帶網絡無線化，使其具備一定移動性，或者是將現有的2G、3G窄帶網絡寬帶化，著眼于“管道運營”，而不去考慮各行業的差異化增值業務和各行業的共性支撐需求，這樣的無線城市是沒有存在價值的，其投資回報也是不成比例的。

　　技術上述認識，筆者看來，無線城市的發展應該從以下方面入手：

　　策略1：在提高和完善各行業信息化水平的基礎上，做好頂層規劃和設計，建設好基礎數據平臺和共性支撐平臺。

　　MIS：ManagementInformationSystem

　　SIS：ServiceInformationSystem

　　RCIS：RegionalCollaborativeInformationSystem

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　　無線城市的實質是城域的信息化，可以說信息化是內容，通信設施是形式，建設和發展無線城市的本質是建立城域范圍內可協同的行業信息服務平臺，是信息化平臺的協同問題。

　　回顧行業信息化的歷程，如圖7所示，基本按照MIS，SIS和RCIS等三個階段發展演進著，由最初的基于財務、行政為核心的管理信息系統（MIS）到以業務流程實現為核心的業務信息系統（SIS），未來即將發展到以行業信息系統相協同的區域協同信息系統（RCIS），筆者認為，RCIS就是無線城市的愿景和實現目標。為了實現協同，首先要使得被協同的各行業系統具備可供協同的基礎，即可以共享的數據、相對規范的業務流程以及行業人員先進的管理水平，缺一不可；然后才是將這些信息孤島的互連，創造新的協同業務，作為城市級的服務提供給廣大市民。

　　為此，無線城市不是傳統意義上單一的巨系統，而是由千差萬別的行業信息系統相結合出來的復合型巨系統。建設和完善無線城市，需要從城市管理的高度出發，關注市民的基本屬性、身份識別、信用機制、各要素的地理信息識別、各層面的安全機制（網絡安全、內容安全、信息加密與身份認證等）等基礎的共性問題著手，做好規劃和設計，這樣才能避免重復投資和走彎路。

　　策略2：無線城市的相關基礎設施應該統一運營，以優化資源使用效率，保證整體服務質量。

　　無線城市是協同的綜合信息服務平臺，必然會構筑在多個運營商的通信系統上，甚至還會有第三方運營服務提供商的參與，從承載層面，網絡的協同甚至融合是必然的。基于區域協同的業務勢必需要通過多種制式的通信系統進行資源整合來為用戶提供服務。如果由多家運營，尤其是多家之間還有一定的競爭關系，一方面會造成協同的服務質量和合作效率將很難達到最優；另一方面，會造成發展無線城市過程中的重復建設、重復投資現象。

　　為此，在無線城市的建設和發展過程中，有必要考慮增加“基礎網絡設施提供商”這樣的角色，將電信運營商的基礎通信資源和低附加值的維護部分資產進行整合、從主業剝離，并在此基礎上為實現無線城市有針對性進行重點設施建設和資源維護。同時從效益、安全等各方面出發，增強國家監管的作用，逐步將基礎網絡設施提供商重新劃歸國有。電信運營商和其他服務提供商可以通過租賃的方式獲得固定設施資源，并在此基礎上通過不斷推出各類無線城市增值應用和信息整合服務來獲取利潤。

??? 策略3：要實現無線城市的可持續發展，節約能源是必須面對的問題。

　　縱觀IT和CT行業的技術的發展，可以用“更高、更快、更強”來概括，即更高的系統能耗、更快的速率（更大的帶寬、更快的處理速率）、更強大的網絡（更安全、更可靠），正是在這一理念的指導下，僅用了30余年，移動通信產業從無到有，發展到數十億用戶，伴隨著無線城市的誕生，通信類、消費電子類、甚至行業應用產品已經開始融合，更多的應用帶來了更多的市場機遇和經濟繁榮。但是在繁榮的背后，如何利用好能源，集約的發展這個產業的問題逐漸會引起人們的關注。

　　據IT行業統計，日常使用的計算機中，只有30%的能耗是直接服務于計算的，其余的70%能耗存在進一步降低的可能；在歐洲，很多國家都已經在居民家中安裝能量消耗裝置，用以給居民直觀的每日能耗提示。包括我國在內的很多國家也積極地對風、水、甚至生物能源進行挖掘，以期可再生的使用能源。上述例子可以看出，節能、可持續耗能已經成為全球關注的重點議題，要實現無線城市的可持續發展，就有必要將如何節能，如何可持續的利用能源提到議事日程上來。以下幾個想法正是筆者基于節能的認識，提供的幾個觀點：

• 優化管理流程和業務流程，更充分的利用協同的便利
• 新能源（風、水、太陽能、生物能等）的挖掘和新材料的運用
• 更有效的利用頻譜資源：使用無線感知技術在已分配的頻譜上進行頻率復用；提高新系統的頻譜效率
• 積極探索未來通信系統的節能方案：無源設備、覆蓋范圍的縮小、mesh、ad hoc組網方式、終端的休眠模式等。

? 　4 結論