無(wú)線(xiàn)通信與有線(xiàn)通信相比,一大優(yōu)勢(shì)是不需要像有線(xiàn)電纜傳輸那樣受場(chǎng)地限制,而且覆蓋地域范圍廣,機(jī)動(dòng)性好,建立迅速。數(shù)人印象中的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是隨處可以用手機(jī)、筆記本電腦、PAD等移動(dòng)上網(wǎng),但其實(shí)從大的分類(lèi)上來(lái)看,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以分成很多種種類(lèi)??偟膩?lái)說(shuō),由于覆蓋范圍、傳輸速率和用途的不同,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以分為無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)(WWAN)、無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)(WMAN)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)、無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(WPAN),本文對(duì)各類(lèi)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各自常見(jiàn)和常用的通信技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)
無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)(WirelessWideAreaNetwork,WWAN)是指覆蓋全國(guó)或全球范圍內(nèi)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),提供更大范圍內(nèi)的無(wú)線(xiàn)接入。典型的無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng):移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)通信經(jīng)歷1G到5G的發(fā)展歷程:
第一代移動(dòng)通信也稱(chēng)為1G,出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代,典型代表有美國(guó)的AMPS、高級(jí)移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)和后來(lái)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(yǔ)言信號(hào)。第一代移動(dòng)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(wù)種類(lèi)有限、保密性差等不完善性。
2G時(shí)代,第二代移動(dòng)通信技術(shù),以數(shù)字語(yǔ)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(hào)調(diào)制轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號(hào)調(diào)制,也就是說(shuō),2G比1G具有了更高的保密性,同時(shí)系統(tǒng)的容量也在增加。我國(guó)采用歐洲電信的GSM(GlobalSystemforMobile)系統(tǒng)和美國(guó)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(guò)度時(shí)期,即2.5G、2.75G。2.5G主要是GPRS(GeneralPacketRadioService),基于GSM的無(wú)線(xiàn)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(luò)的數(shù)據(jù)增強(qiáng)型移動(dòng)通信技術(shù),從理論上說(shuō),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(dòng)通信技術(shù),是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通信技術(shù)。國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布第3代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)IMT-2000,主要標(biāo)準(zhǔn)有:CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WIMAX。我國(guó)在2009年1月7日頒發(fā)了3張3G牌照,分別是中國(guó)電信采用CDMA2000,中國(guó)聯(lián)通采用WCDMA,中國(guó)移動(dòng)采用TD-SCDMA。和2G到3G一樣,3G到4G也存在過(guò)渡時(shí)期,即3.5G、3.75G。3.5G主要是HSPA(HighSpeedPacketAccess)高速分組接入技術(shù),實(shí)際上屬于WCDMA技術(shù)的延申,在一個(gè)5MH載波上的傳輸速率可達(dá)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(kāi)發(fā)的,在一個(gè)5MHZ載波上的傳輸速率可達(dá)10-15Mbps,上傳速度達(dá)5.76Mbps。
4G第四代移動(dòng)電話(huà)行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)分雙工模式,即按時(shí)隙分配資源,上下行在同一頻段上按照時(shí)間分配交叉進(jìn)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(shí)進(jìn)行。我國(guó)的4G網(wǎng)絡(luò),中國(guó)移動(dòng)采用的是TDDLTE,而中國(guó)聯(lián)通則采用的FDDLTE。4G網(wǎng)絡(luò)速度大致可比3G網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)是超寬帶,超高速度,超低延時(shí)。5G時(shí)代進(jìn)入了萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代,實(shí)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(wú)人駕駛、VR/AR、AI、遠(yuǎn)程醫(yī)療、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、云端機(jī)器人、智慧城市、無(wú)人工廠(chǎng)等等,實(shí)現(xiàn)5G改變社會(huì)的愿景。
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)廣義上是指以無(wú)線(xiàn)電波、激光、紅外線(xiàn)等來(lái)代替有線(xiàn)局域網(wǎng)中的部分或全部傳輸介質(zhì)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。它是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信,并實(shí)現(xiàn)通信的移動(dòng)化、個(gè)性化和寬帶化。通俗地講,無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是在不采用網(wǎng)線(xiàn)的情況下,提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。
IEEE在1997年為無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)制定了第一個(gè)版本標(biāo)準(zhǔn)──IEEE802.11。其中定義了工作在2.4GHz的ISM(IndustrialScientificandMedical)頻段,采用擴(kuò)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(gè)新的標(biāo)準(zhǔn),1998年推出的IEEE802.1b標(biāo)準(zhǔn)也是運(yùn)行再I(mǎi)SM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(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行在5GHz的U-NII(UnlicensedNationalInformationInfrastructure)頻段,采用OFDM調(diào)制技術(shù),支持最高達(dá)54Mbps的數(shù)據(jù)速率。2003年推出的IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn),基礎(chǔ)速率提升到72.2Mbit/s,可以使用雙倍帶寬40MHz,此時(shí)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(biāo)準(zhǔn),當(dāng)使用多基站時(shí)將無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)帶寬(80MHz-160MHz),更多的MIMO流(最多8條流),更好的調(diào)制方式(QAM256)。
無(wú)線(xiàn)個(gè)人網(wǎng)
IEEE802.15工作組負(fù)責(zé)制定無(wú)線(xiàn)個(gè)人網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN)的技術(shù)規(guī)范。這是一種小范圍的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng),覆蓋半徑僅10m左右,可用來(lái)代替計(jì)算機(jī)、手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)等智能設(shè)備的通信電纜,或者構(gòu)成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和智能家庭網(wǎng)絡(luò)等。WPAN并不是一種與無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù),WLAN可替代有線(xiàn)局域網(wǎng),而WPAN無(wú)須基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接的支持,只能提供少量小型設(shè)備之間的低速率連接。
主要技術(shù)有:
藍(lán)牙技術(shù):藍(lán)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(kuò)譜)方式,一般每秒鐘跳變1600次,將83.5MHz的頻帶劃分為79個(gè)頻帶信道,每個(gè)時(shí)刻只占1MHz的帶寬,調(diào)制方式是GFSK(高斯頻移鍵控)。利用“藍(lán)牙”技術(shù),可有效簡(jiǎn)化手持設(shè)備、筆記本電腦、手機(jī)、PAD等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信,成功簡(jiǎn)化了這些設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的通信。
ZigBee技術(shù):ZigBee是建立在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上,其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。應(yīng)用領(lǐng)域主要包括:工業(yè)控