無線通信與有線通信相比,一大優(yōu)勢是不需要像有線電纜傳輸那樣受場地限制,而且覆蓋地域范圍廣,機動性好,建立迅速。數(shù)人印象中的無線網(wǎng)絡是隨處可以用手機、筆記本電腦、PAD等移動上網(wǎng),但其實從大的分類上來看,無線網(wǎng)絡可以分成很多種種類??偟膩碚f,由于覆蓋范圍、傳輸速率和用途的不同,無線網(wǎng)絡可以分為無線廣域網(wǎng)(WWAN)、無線城域網(wǎng)(WMAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線個域網(wǎng)(WPAN),本文對各類無線網(wǎng)絡各自常見和常用的通信技術(shù)進行簡單介紹。
無線廣域網(wǎng)
無線廣域網(wǎng)(WirelessWideAreaNetwork,WWAN)是指覆蓋全國或全球范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡,提供更大范圍內(nèi)的無線接入。典型的無線廣域網(wǎng):移動通信網(wǎng)絡。移動通信經(jīng)歷1G到5G的發(fā)展歷程:
第一代移動通信也稱為1G,出現(xiàn)于20世紀80年代,典型代表有美國的AMPS、高級移動電話系統(tǒng)和后來歐洲的TACS等。它們共同特征是采用FDMA,也就是頻分多址技術(shù),模擬調(diào)制語言信號。第一代移動通信在商業(yè)取得巨大成功,但是也有頻譜利用率低、業(yè)務種類有限、保密性差等不完善性。
2G時代,第二代移動通信技術(shù),以數(shù)字語音傳輸技術(shù)為核心。1G和2G最大的區(qū)別就是從模擬信號調(diào)制轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號調(diào)制,也就是說,2G比1G具有了更高的保密性,同時系統(tǒng)的容量也在增加。我國采用歐洲電信的GSM(GlobalSystemforMobile)系統(tǒng)和美國高通公司的碼分多址(CDMA)系統(tǒng)。另外2G發(fā)展到3G還有一段過度時期,即2.5G、2.75G。2.5G主要是GPRS(GeneralPacketRadioService),基于GSM的無線分組交換技術(shù),理論上的分組交換速度大約是170kbps。2.75G主要是EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution),基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)增強型移動通信技術(shù),從理論上說,EDGE提供的數(shù)據(jù)速率是GSM系統(tǒng)的3倍。
3G是第三代移動通信技術(shù),是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術(shù)。國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布第3代移動通信標準IMT-2000,主要標準有:CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WIMAX。我國在2009年1月7日頒發(fā)了3張3G牌照,分別是中國電信采用CDMA2000,中國聯(lián)通采用WCDMA,中國移動采用TD-SCDMA。和2G到3G一樣,3G到4G也存在過渡時期,即3.5G、3.75G。3.5G主要是HSPA(HighSpeedPacketAccess)高速分組接入技術(shù),實際上屬于WCDMA技術(shù)的延申,在一個5MH載波上的傳輸速率可達8-10Mbps。3.75G主要是HSUPA(HighSpeedUplinkPacketAccess)高速上行分組接入,它因HSPA上行速度不足而開發(fā)的,在一個5MHZ載波上的傳輸速率可達10-15Mbps,上傳速度達5.76Mbps。
4G第四代移動電話行動通信標準。該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式,分別采用TDD和FDD兩種雙工模式,TDD是時分雙工模式,即按時隙分配資源,上下行在同一頻段上按照時間分配交叉進行;FDD是頻分雙工模式,即按頻段分配資源,上下行分處不同頻段同時進行。我國的4G網(wǎng)絡,中國移動采用的是TDDLTE,而中國聯(lián)通則采用的FDDLTE。4G網(wǎng)絡速度大致可比3G網(wǎng)絡快10倍,理論上能以100Mbps的速度下載,以20Mbps的速度上傳。
5G就是第五代通信技術(shù),主要特點是超寬帶,超高速度,超低延時。5G時代進入了萬物互聯(lián)時代,實現(xiàn)了人與人,人與物,物與物之間的通信,催生出更多的產(chǎn)業(yè)鏈,比如無人駕駛、VR/AR、AI、遠程醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、云端機器人、智慧城市、無人工廠等等,實現(xiàn)5G改變社會的愿景。
無線局域網(wǎng)
無線局域網(wǎng)(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)廣義上是指以無線電波、激光、紅外線等來代替有線局域網(wǎng)中的部分或全部傳輸介質(zhì)所構(gòu)成的網(wǎng)絡。它是無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,通過無線信道來實現(xiàn)網(wǎng)絡設備之間的通信,并實現(xiàn)通信的移動化、個性化和寬帶化。通俗地講,無線局域網(wǎng)是在不采用網(wǎng)線的情況下,提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。
IEEE在1997年為無線局域網(wǎng)制定了第一個版本標準──IEEE802.11。其中定義了工作在2.4GHz的ISM(IndustrialScientificandMedical)頻段,采用擴頻通信技術(shù),支持1Mbps和2Mbps數(shù)據(jù)速率。為了在不同的通訊環(huán)境下獲取良好的通訊質(zhì)量,采用CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionAvoidance)硬件溝通方式。
隨后又出現(xiàn)了兩個新的標準,1998年推出的IEEE802.1b標準也是運行再ISM頻段,采用CCK(ComplementaryCodeKeying)調(diào)制技術(shù),支持11Mbps的數(shù)據(jù)速率。1999年推出的IEEE802.11a標準運行在5GHz的U-NII(UnlicensedNationalInformationInfrastructure)頻段,采用OFDM調(diào)制技術(shù),支持最高達54Mbps的數(shù)據(jù)速率。2003年推出的IEEE802.11g標準運行在ISM頻段,與IEEE802.1b兼容,數(shù)據(jù)速率提高到54Mbps。另外還有2009年提出的IEEE802.11n標準,基礎速率提升到72.2Mbit/s,可以使用雙倍帶寬40MHz,此時速率提升到150Mbit/s,支持多輸入多輸出技術(shù)(Multi-InputMulti-Output,MIMO)。2012年提出的IEEE802.11ac標準,當使用多基站時將無線速率提高到至少1Gbps,將單信道速率提高到至少500Mbps,使用更高的無線帶寬(80MHz-160MHz),更多的MIMO流(最多8條流),更好的調(diào)制方式(QAM256)。
無線個人網(wǎng)
IEEE802.15工作組負責制定無線個人網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN)的技術(shù)規(guī)范。這是一種小范圍的無線通信系統(tǒng),覆蓋半徑僅10m左右,可用來代替計算機、手機、PDA、數(shù)碼相機等智能設備的通信電纜,或者構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡和智能家庭網(wǎng)絡等。WPAN并不是一種與無線局域網(wǎng)WLAN競爭的技術(shù),WLAN可替代有線局域網(wǎng),而WPAN無須基礎網(wǎng)絡連接的支持,只能提供少量小型設備之間的低速率連接。
主要技術(shù)有:
藍牙技術(shù):藍牙傳輸?shù)膸捠?Mbps,通信距離一般10米左右,使用的是FHSS(跳頻擴譜)方式,一般每秒鐘跳變1600次,將83.5MHz的頻帶劃分為79個頻帶信道,每個時刻只占1MHz的帶寬,調(diào)制方式是GFSK(高斯頻移鍵控)。利用“藍牙”技術(shù),可有效簡化手持設備、筆記本電腦、手機、PAD等移動通信終端設備之間的通信,成功簡化了這些設備與互聯(lián)網(wǎng)的通信。
ZigBee技術(shù):ZigBee是建立在IEEE802.15.4標準之上,其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。應用領域主要包括:工業(yè)控