无线通信技术的发展、现状及未来

⽆线通信技术的发展、现状及未来
⼀、移动⽆线接⼊技术:
  此类技术主要指⽤户终端在较⼤范围内移动的通信系统的接⼊技术。这类通信系统主要包括以下⼏种:
  集移动⽆线电话系统:它是专⽤调度指挥⽆线电通信系统,它在我国得到了较为⼴泛的应⽤。集系
统是从⼀对⼀的对讲机发展⽽来的,从单⼀信道⼀呼百应的呼系统,到后来具有选呼功能的系统,现在已
是多信道多⽤户⾃动拨号系统,它们可以与市话⽹相连,并于该系统外的市话⽤户通话。如警察、消防、
公交、出租、矿⼭等
  蜂窝移动电话系统:70年代初由美国贝尔实验室提出的,在给出蜂窝系统的覆盖⼩区的概念和相关理
论之后,该系统得到迅速的发展。其中第⼀代蜂窝移动电话系统:指陆上模拟蜂窝移动电话系统,主要特征
是⽤⽆线信道传输模拟信号。第⼆代则指数字蜂窝移动电话系统,它以直接传输和处理数字信息为主要特征,
因此具有⼀切数字系统所具有的优点,代表性的是GSM、CDMA、3G。
  卫星通信系统:采⽤低轨道卫星通信系统是实现个⼈通信的重要途径之⼀,现在有美国Motorola公司的
“铱星”计划,⽇本NTT计划,欧洲RACE计划,整个系统由三个部分构成:系统的主要部分是卫星及地⾯控制
设备,关⼝站,终端。
  ⽆线寻呼系统,如BB机。
  ⽆绳移动通信系统(⼩灵通)。
⼆、固定接⼊⽆线技术:
  其英⽂各为Fixed Wireless Access ,简称FWA ,它是指能把从有线⽅式传来的信息(语⾳、数据、图象)
⽤⽆线⽅式传送到固定⽤户终端或是实现相反传输的⼀种通信系统,按上述定义,它应该包括了所有来⾃公共
电话⽹的业务并⽤⽆线作传输⽅式送到固定⽤户终端的系统,与移动通信相⽐,固定⽆线接⼊系统的⽤户终端
是固定的,或者是在极⼩范围内。从某种意义上讲,BlueTooth、IrDA、Wi-Fi、Zigbee、WiMax等。
Zigbee
  ZigBee技术是⼀种应⽤于短距离范围内、低传输数据速率下的各种电⼦设备之间的⽆线通信技术。ZigBee名
字来源于蜂使⽤的赖以⽣存和发展的通信⽅式,蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新⾷物源的位置、
距离和⽅向等信息,于是,ZigBee被作为新⼀代⽆线通讯技术的名称。
⽆线Zigbee技术特点
  和GSM、CDMA、3G技术相⽐,ZigBee技术致⼒于提供⼀种廉价的固定、便携或者移动设备使⽤的极低复杂度、成本和功耗的低速率⽆线通信技术。这种⽆线通信技术具有如下特点:
功耗低:⼯作模式情况下,ZigBee技术传输速率低,传输数据量很⼩,因此信号的收发时间很短,并且,在
⾮⼯作模式时,ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延⼀般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接⼊
时延为15ms。由于⼯作时间较短、收发信息功耗较低且采⽤了休眠模式,使得ZigBee节点⾮常省电,ZigBee节点
的电池⼯作时间可以长达6个⽉到2年左右。led节能灯制作
数据传输可靠:ZigBee的媒体接⼊控制层(MAC层)采⽤talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的
数据传输机制下,当有数据传送需求时则⽴刻传送,发送的每个数据包都必须等待接收⽅的确认信息,并进⾏确认
室外1V2
信息回复,若没有得到确认信息的回复就表⽰发⽣了碰撞,将再传⼀次,采⽤这种⽅法可以提⾼系统信息传输的可
靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专⽤时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。同时ZigBee针对时延敏
感的应⽤做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都⾮常短。
⽹络容量⼤:ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它⾮常适宜⽀持简单器件。ZigBee定义了两种器件:
全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对全功能器件,要求它⽀持所有的49个基本参数。⽽对简化功能器件,
在最⼩配置时只要求它⽀持38个基本参数。⼀个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话,可以按3种
⽅式⼯作,分别为:个域⽹协调器、协调器或器件⽅式。⽽简化功能器件只能与全功能器件通话,仅⽤于⾮常简单的
应⽤。
兼容性:ZigBee技术与现有的控制⽹络标准⽆缝集成。通过⽹络协调器(Coordinator)⾃动建⽴⽹络,采⽤载波
侦听/冲突检测(CSMA-CA)⽅式进⾏信道接⼊。为了可靠传递,还提供全握⼿协议。
安全性:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能,在数据传输中提供了三级安全性。第⼀级实际是⽆安全⽅式,
对于某种应⽤,如果安全并不重要或者上层已经提供⾜够的安全保护,器件就可以选择这种⽅式来转移数据。对于第
⼆级安全级别,器件可以使⽤接⼊控制清单(ACL)来防⽌⾮法器件获取数据,在这⼀级不采取加密措施。第三级安全
级别在数据转移中采⽤属于⾼级加密标准(AES)的对称密码。经过三重加密机制,Zigbee具有⾼度的安全性。
实现成本低:模块的初始成本估计在6美元左右,很快就能降到1.5-2.5美元,且Zigbee协议免专利费⽤。⽬前低速
低功率的UWB芯⽚组的价格⾄少为20美元。⽽ZigBee的价格⽬标仅为⼏美分。
ZigBee协议框架
  Zigbee是⼀组基于IEEE批准通过的802.15.4⽆线标准研制开发的组⽹、安全和应⽤软件⽅⾯的技术标准。与其他⽆
线标准如802.11或802.16不同,Zigbee和802.15.4以250Kbps的最⼤传输速率承载有限的数据流量。ZigBee 2006版本的⽹络标准已推出,其它应⽤领域也越发⼴泛。
ZigBee⽆线⽹络的拓扑结构
Wi-Fi
  全称Wireless Fidelity,⼜称802.11b标准,它的最⼤优点就是传输速度较⾼,可以达到11Mbps,另外它的有效距
离也很长,同时也与已有的各种 802.11 DSSS设备兼容。笔记本电脑技术——迅驰技术就是基于该标准的,⽆线上⽹已
经成为现实。
  IEEE 802.11b⽆线⽹络规范是IEEE 802.11⽹络规范的变种,最⾼带宽为11 Mbps,在信号较弱或有⼲扰的情况下,带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps,带宽的⾃动调整,有效地保障了⽹络的稳定性和可靠性。其主要特性为:速度快,可靠性⾼,在开放性区域,通讯距离可达305⽶,在封闭性区域,通讯距离为76⽶到122⽶,⽅便与现有的有线以太⽹络整合,组⽹的成本更低。
  Wi-Fi WirelessFidelity,⽆线保真技术与蓝⽛技术⼀样,同属于在办公室和家庭中使⽤的短距离⽆线技术。该技柔性线路
术使⽤的是2.4GHz 附近的频段,该频段⽬前尚属没⽤许可的⽆线频段。其⽬前可使⽤的标准有两个,分别是IEEE802.11a 和IEEE802.11b。该技术由于有着⾃⾝的优点,因此受到⼚商的青睐。
Wi-Fi技术突出的优势
  其⼀,⽆线电波的覆盖范围⼴,基于蓝⽛技术的电波覆盖范围⾮常⼩,半径⼤约只有50英尺左右约合15⽶,⽽Wi-Fi 的半径则可达300英尺左右约合100⽶,办公室⾃不⽤说,就是在整栋⼤楼中也可使
⽤。
  其⼆,虽然由Wi-Fi技术传输的⽆线通信质量不是很好,数据安全性能⽐蓝⽛差⼀些,传输质量也有待改进,但传输
速度⾮常快,可以达到11mbps,最⾼54Mb/s,符合个⼈和社会信息化的需求。
  其三,⼚商进⼊该领域的门槛⽐较低。⼚商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等⼈员较密集的地⽅设置“热点”,
并通过⾼速线路将因特⽹接⼊上述场所。这样,由于“热点”所发射出的电波可以达到距接⼊点半径数⼗⽶⾄100⽶的地⽅,
⽤户只要将⽀持⽆线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内,即可⾼速接⼊因特⽹。也就是说,⼚商不⽤耗费资⾦来进⾏⽹
络布线接⼊,从⽽节省了⼤量的成本。
  根据⽆线⽹卡使⽤的标准不同,WIFI的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最⾼为11Mbps(部分⼚商在设备配套的情况
下可以达到22Mbps),IEEE802.11a为54Mbps、IEEE802.11g也是54Mbps。
WI-FI⽹络结构
  WIFI是由AP(Access Point)和⽆线⽹卡组成的⽆线⽹络。AP⼀般称为⽹络桥接器或接⼊点,它是当作传统的有线局域⽹
络与⽆线局域⽹络之间的桥梁,因此任何⼀台装有⽆线⽹卡的PC均可透过AP去分享有线局域⽹络甚⾄⼴域⽹络的资源,其⼯作
原理相当于⼀个内置⽆线发射器的HUB或者是路由,⽽⽆线⽹卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。
  Wi-Fi代表了"⽆线保真",指具有完全兼容性的802.11标准IEEE802.11b⼦集,它使⽤开放的2.4GHz直接序列扩频,最⼤
数据传输速率为11Mbps,也可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽。⽆需直线传播传输范围为室外最
⼤300⽶,室内有障碍的情况下最⼤100⽶,是现在使⽤的最多的传输协议。它与有线⽹络相较之下,有许多优点:⽆须布线
WiFi最主要的优势在于不需要布线,可以不受布线条件的限制,因此⾮常适合移动办公⽤户的需要,具有⼴阔市场前景。
⽬前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊⾏业向更多⾏业拓展开去,甚⾄开始进⼊家庭以及教育机构等领域。
健康安全
  IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫⽡,实际发射功率约60~70毫⽡,这是⼀个什么样的概念呢?⼿机的发射功率约
200毫⽡⾄1⽡间,⼿持式对讲机⾼达5⽡,⽽且⽆线⽹络使⽤⽅式并⾮像⼿机直接接触⼈体,应该是绝对安全的。
感应门制作简单的组建⽅法
  ⼀般架设⽆线⽹络的基本配备就是⽆线⽹卡及⼀台AP,如此便能以⽆线的模式,配合既有的有线架构来分享⽹络资源,架设
费⽤和复杂程序远远低于传统的有线⽹络。如果只是⼏台电脑的对等⽹,也可不要AP,只需要每台电
脑配备⽆线⽹卡。AP为AccessPoint 简称,⼀般翻译为“⽆线访问节点”,或“桥接器 ”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演⽆线⼯作站及有线局域⽹络的桥梁。
有了AP,就像⼀般有线⽹络的Hub⼀般,⽆线⼯作站可以快速且轻易地与⽹络相连。特别是对于宽带的使⽤,WiFi更显优势,有线
宽带⽹络(ADSL、⼩区LAN等)到户后,连接到⼀个AP,然后在电脑中安装⼀块⽆线⽹卡即可。普通的家庭有⼀个AP已经⾜够,
甚⾄⽤户的邻⾥得到授权后,则⽆需增加端⼝,也能以共享的⽅式上⽹。
长距离⼯作
  别看⽆线WIFI的⼯作距离不⼤,在⽹络建设完备的情况下,802.11b的真实⼯作距离可以达到100⽶以上,⽽且解决了⾼速移动
时数据的纠错问题、误码问题,WIFI设备与设备、设备与之间的切换和安全认证都得到了很好的解决。
WiFi的发展和未来
  这两年内,⽆线AP的数量呈迅猛的增长,⽆线⽹络的⽅便与⾼效使其能够得到迅速的普及。除了在⽬前的⼀些公共地⽅有AP之外,国外已经有先例以⽆线标准来建设城域⽹,因此,WiFi的⽆线地位将会⽇益牢固。
  WiFi是⽬前⽆线接⼊的主流标准,但是,WiFi会⾛多远呢?在Intel的强⼒⽀持下,WiFi已经有了接班⼈。它就是全⾯兼容现有
WiFi的 WiMAX,对⽐于WiFi的802.11X标准,WiMAX就是802.16x。与前者相⽐,WiMAX具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更⾼的接⼊速度等等,预计会在未来⼏年间成为⽆线⽹络的⼀个主流标准,Intel计划将来采⽤该标准来建设⽆线⼴域⽹络。这相⽐于现时
的⽆线局域⽹或城域⽹,是质的变⾰,⽽且现有设备仍能得到⽀持,保护⼈们的每⼀分钱投资。
  总⽽⾔之,家庭和⼩型办公⽹络⽤户对移动连接的需求是⽆线局域⽹市场增长的动⼒,虽然到⽬前为⽌,美国、⽇本等发达国家
海量搜索仍然是⽬前WiFi⽤户最多的地区,但随着电⼦商务和移动办公的进⼀步普及,廉价的WiFi,必将成为那些随时需要进⾏⽹络连接⽤户
的必然之选。
  虽然WIFI技术的商⽤在⽬前碰到了⼀些困难,但这种先进的技术也不可能包办所有功能的通信系统。可以说只有各种接⼊⼿段相
互补充使⽤才能带来经济性、可靠性和有效性。因⽽,它可以在特定的区域和范围内发挥对3G的重要补充作⽤,WIFI技术与3G技术相结合将具有⼴阔的发展前景。
WiFi是⾼速有线接⼊技术的补充
  ⽬前,有线接⼊技术主要包括以太⽹、xDSL等。WIFI技术作为⾼速有线接⼊技术的补充,具有为可移动性、价格低廉的优点,WIFI 技术⼴泛应⽤于有线接⼊需⽆线延伸的领域,如临时会场等。由于数据速率、覆盖范围和可靠性的差异,WIFI技术在宽带应⽤上将作
为⾼速有线接⼊技术的补充。⽽关键技术⽆疑决定着WIFI的补充⼒度。现在OFDM、MIMO(多⼊多出)、智能天线和软件⽆线电等,都开始应⽤到⽆线局域⽹中以提升WIFI性能,⽐如说802.11n计划采⽤MIMO与OFDM相结合,使数据速率成倍提⾼。另外,天线及传输技术的改进使得⽆线局域⽹的传输距离⼤⼤增加,可以达到⼏公⾥。
WiFi是蜂窝移动通信的补充
  WIFI技术的次要定位——蜂窝移动通信的补充。蜂窝移动通信可以提供⼴覆盖、⾼移动性和中低等
数据传输速率,它可以利⽤WIFI ⾼速数据传输的特点弥补⾃⼰数据传输速率受限的不⾜。⽽WIFI不仅可利⽤蜂窝移动通信⽹络完善的鉴权与计费机制,⽽且可结合蜂窝移动通信⽹络⼴覆盖的特点进⾏多接⼊切换功能。这样就可实现WIFI与蜂窝移动通信的融合,使蜂窝移动通信的运营锦上添花,进⼀步扩⼤其业务量。
WiFi是现有通信系统的补充,可看作是3G的⼀种补充
  对于电信运营商来说,WIFI技术的定位主要是作为⾼速有线接⼊技术的补充,逐渐也会成为蜂窝移动通信的补充。当然WIFI与蜂窝移动通信也存在少量竞争。⼀⽅⾯,⽤于WIFI的IP话⾳终端已经进⼊市场,这对蜂窝移动通信有⼀部分替代作⽤。另⼀⽅⾯,随着蜂窝移动通信技术的发展,热点地区的WIFI公共应⽤也可能被蜂窝移动通信系统部分取代。但是总的来说,他们是共存的关系,⽐如⼀些特殊场合的⾼速数据传输必须借助于WIFI,象波⾳公司提出的飞机内部⽆线局域⽹;⽽在另外⼀些场合使⽤WIFI可以较为经济,象实现⾼速列车内部的⽆线局域⽹时。
  另外⽬前公共接⼊服务的应⽤,除了上⽹、接收email等既有应⽤之外,并未出现对使⽤者⽽⾔具有独占性、迫切性、必要性之应⽤服务,可使消费者产⽣另⼀种新的使⽤需求,这也是它难以⼤量吸引⽤户族的原因。百年来通信发展的历史证明,使⽤⼀种包办所有功能的通信系统是不可取的,各种接⼊⼿段的混合使⽤才能带来经济性、可靠性和有效性的同时提⾼。毫⽆疑问,第三代蜂窝移动通信
(3G)技术是⼀个⽐较完美的系统,它有较⾼的技术先进性、较强的业务能⼒和⼴泛的应⽤。但是WIFI可以在特定的区域和范围内发挥对 3G的重要补充作⽤,WIFI技术与3G技术相结合会有⼴阔的发展前景。
⼀个Wi-Fi联接点⽹络成员和结构
  站点(Station) ,⽹络最基本的组成部分。
  基本服务单元(Basic Service Set, BSS) 。⽹络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态的联
结(associate)到基本服务单元中。
  分配系统(Distribution System, DS) 。分配系统⽤于连接不同的基本服务单元。分配系统使⽤的媒介(Medium) 逻辑上和基本服务
单元使⽤的媒介是截然分开的,尽管它们物理上可能会是同⼀个媒介,例如同⼀个⽆线频段。
  接⼊点(Acess Point, AP) 。接⼊点即有普通站点的⾝份,⼜有接⼊到分配系统的功能。
  扩展服务单元(Extended Service Set, ESS) 。由分配系统和基本服务单元组合⽽成。这种组合是逻辑上,并⾮物理上的--不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使⽤各种各样的技术。
  关⼝(Portal) ,也是⼀个逻辑成分。⽤于将⽆线局域⽹和有线局域⽹或其它⽹络联系起来。
  这⼉有3种媒介,站点使⽤的⽆线的媒介,分配系统使⽤的媒介,以及和⽆线局域⽹集成⼀起的其它局域⽹使⽤的媒介。物理上它们可能互相重叠。 IEEE802.11只负责在站点使⽤的⽆线的媒介上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域⽹的寻址不属⽆线局域⽹的范
围。
蓝⽛Bluetooth
  简单地说,蓝⽛是⼀种短程宽带⽆线电技术,是实现语⾳和数据⽆线传输的全球开放性标准。它使⽤跳频扩谱(FHSS)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)等先进技术,在⼩范围内建⽴多种通信与信息系统之间的信息传输。
  Bluetooth的主要技术特点:
  (1)、⼯作频段:2.4GHz的⼯科医(ISM)频段,⽆需申请许可证。⼤多数国家使⽤79个频点,载频为(2402+k)MHz(k=0,1,2…78),
载频间隔1MHz。采⽤TDD时分双⼯⽅式。
  (2)、传输速率:1Mb/s(V2.0以上版本吗)
  (3)、调试⽅式:BT=0.5的GFSK调制,调制指数为0.28-0.35。
  (4)、采⽤跳频技术:跳频速率为1600跳/秒,在建链时(包括寻呼和查询)提⾼为3200跳/秒。蓝⽛通过快跳频和短分组技术减少同频⼲
扰,保证传输的可靠性。
  (5)、语⾳调制⽅式:连续可变斜率增量调制(CVSD,ContinuousVariableSlope Delta Modulation),抗衰落性强,即使误码率达到4%,
话⾳质量也可接受。
  (6)、⽀持电路交换和分组交换业务:蓝⽛⽀持实时的同步定向联接(SCO链路)和⾮实时的异步不定向联接(ACL链路),前者主要传送
大功率同轴固定衰减器
语⾳等实时性强的信息,后者以数据包为主。语⾳和数据可以单独或同时传输。蓝⽛⽀持⼀个异步数据通道,或三个并发的同步话⾳通道,或同
时传送异步数据和同步话⾳的通道。每个话⾳通道⽀持64kbps的同步话⾳;异步通道⽀持723.2/57.6kbps的⾮对称双⼯通信或433.9kbps的对称
全双⼯通信。
  (7)、⽀持点对点及点对多点通信:蓝⽛设备按特定⽅式可组成两种⽹络:微微⽹(Piconet)和分布式⽹络(Scatternet),其中微微⽹
的建⽴由两台设备的连接开始,最多可由⼋台设备组成。在⼀个微微⽹中,只有⼀台为主设备(Master),其它均为从设备(Slave),不同的主
从设备对可以采⽤不同的链接⽅式,在⼀次通信中,链接⽅式也可以任意改变。⼏个相互独⽴的微微⽹以特定⽅式链接在⼀起便构成了分布式⽹
络。所有的蓝⽛设备都是对等的,所以在蓝⽛中没有的概念。
  (8)、⼯作距离:蓝⽛设备分为三个功率等级,分别是:100mW(20dBm)、2.5mW(4dBm)和1mW(0dBm),相应的有效⼯作范围为:100⽶、

本文发布于:2024-09-22 15:41:42,感谢您对本站的认可!

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