福建农林大学教案.docx

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福建农林大学教案

第五部分新一代无线通信技术及下一代网络（NGN）

和无线移动互联网（WMI）的发展

v新一代无线通信技术

v下一代网络（NGN）和无线移动互联网（WMI）的发展

引言

面临的矛盾：

无线通信网络带宽需求

移动网络带宽不足

用户地域分布和对应用需求不平衡的矛盾

不同技术优势和不足共存的矛盾，

解决方案：

无线通信网络需要综合运用各种技术手段，采取一体化的思路规划和建设网络。

达成无线通信网络的整体优势和综合能力。

一、新一代无线通信技术

无线通信技术的划分（按照覆盖范围）

v公众无线通信网WWAN（802.20、2G、3G、B3G）（超城市、国家界限）

v无线城域网WMAN（WirelessMetropolisAreaNetwork）（几公里到几十公里）IEEE802.16系列，对应的国际无线联盟称为WiMax。

v无线局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）几十米到几百米，IEEE802.11系列，对应的国际无线联盟称为WiFi。

v无线个域网WPAN（WirelessPersonalAreaNetwork）10米以内的个人设备，IEEE802.15系列，对应的国际无线联盟称为WiMedia

v无线体域网WBAN（WirelessBodyAreaNetwork）

下面从近距离到远距离通信技术进行介绍

（一）WPAN（WirelessPersonalAreaNetwork）无线个域网

个人无线局域网络（WPAN）是相当小型的随意网络（adhocnetwork），

通常范围不超过10公尺。

在网络构成上，WPAN位于整个网络链的末端，用于解决同一地点终端与终端间的连接.

是在个人操作环境下需要相互通信的装置构成的一个快速的数据传输网络.

无需任何中央管理装置.

WPAN（个人无线局域网）：

工作于免申请频段2.4GHz，ISM（工业、科学和医用频率）

vIEEE802.15.1，Bluetooth，1Mbps

vIEEE802.15.3，WiMedia（无线多媒体）,UWB（ultra-wideband），55Mbps

vIEEE802.15.4，Zigbee最大传输距离75米，240Kbps需要的功耗很低但却能提供几十米的传输距离。

 该标准将应用于不需要高速传输速度的内部照明控制、空调系统控制、煤气表读取等。

（778-787MHz和2.4GHz）

诞生：

1998年，爱立信、IBM、Intel、诺基亚和东芝等公司联合推出的无线网络技术，即蓝牙（Bluetooth）技术。

随后这五家公司组建了一个特殊兴趣组织（SIG：

SpecialInterestGroup）负责开发此技术及协议。

1999年7月份蓝牙SIG推出了蓝牙协议的1.0版，将其推向应用。

目标：

开发一种全球统一的开放无线连接技术标准，使移动电话、笔记本、PDA、等各类数据和语音设备，均按此技术标准互连，形成一种个人区域无线通信网络，使得在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享.

定义：

是一种新型的低功率、近距离、无线连接技术标准的代称，是实现数据与语音无线传输的开放性规范。

对蓝牙系统结构基本系统参数及指标要求可归纳如下：

工作频段：

ISM频段2.402GHz—2.480GHz；

 双工方式：

TDD；

    数据标称速率：

1Mbit／s；新的蓝牙标准2．0版拟支持高达10Mbit／s以上速率

     信道间隔：

1MHz；

    信道数：

79；

    发射功率及覆盖：

1mW：

1—10m覆盖，100mW：

扩展至100m覆盖；

    跳频频点数：

79个频点／MHz（2408+k（MHz），k=0，1，…78）；

    跳频速率：

1600次／s；

    具有纠错和鉴权技术，密钥生成基于SAFER+算法； 

蓝牙主要针对三大类的应用

话音／数据的接入：

将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备，完成与广域通信网络的互联。

外围设备互联：

指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。

（8个）

个人局域网的应用：

是个人网络和信息的共享和交换。

WiMedia（无线多媒体）

vIEEE公布了针对无线个域网（WPAN）的802.15.3，也称之为WiMedia。

WiMedia标准规定的是PAN技术（如蓝牙）如何在更远距离内高速连接。

vWiMedia标准对PAN方案的应用有很重要意义。

使用，企业用户可以在办公区漫游不用担心丢失数据连接。

vWiMedia标准的传输距离100米，速度55Mb/s，比目前蓝牙技术能达到的传输距离要远的多，速率也高得多。

v这是考虑到企业用户有流式应用如移动终端的视频电视应用、住宅用户有下载音乐和视频的应用需求。

vWiMedia联盟：

一个非营利公开的行业协会，WiMedia联盟引领UWB商业化市场，促进世界范围内UWB的快速使用、规则、标准和多提供商的兼容性和互操作性。

UWB（UltraWideBand，超宽带技术

vUWB是一种时域通信技术，它采用超短周期脉冲进行调制，把信号直接按照0或1发送出去，而不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。

脉冲调制产生的信号为超宽带信号，谱密度极低。

UWB技术具有高速率、低成本、低功耗的显著特性。

这在传统无线技术中一直是只能折衷取舍的两难问题。

vUWB最引人注目的特点是具有很高的数据传输速率。

Xtreme Spectrum公司预测，他们即将开发出的产品具有在10米内传输约100Mbps的能力，Intel则把目标定在了500Mbps。

vXtremeSpectrum公司是世界上第一家推出符合美国联邦通信委员会（FCC）非授予权使用规则的商用超宽带（UWB）芯片组的公司。

v虽然我们只讨论UWB在10米以下的短距离应用，但实际上，发射距离过短并不是UWB本身的技术缺陷，而是FCC（通信委员会）规定的低功率指标（1mW以下）所限制的，其目的是避免对其它设备的干扰。

vUWB将来与蓝牙和WiFi等其它无线标准的关系略为复杂。

虽然也有人试图将UWB与蓝牙合二为一，但合与不合，蓝牙的命运试乎都是“消失”，它与UWB相比，不仅没有多大优势，而且现有的应用也很少，并且基本上都是蓝牙耳机这类的独立系统，因此被替代的难度不大。

而WiFi的目标应用是10米以上的通讯，因此与UWB是基本上互补关系。

我们可以大胆地预测，在10米以下的短距离应用中，UWB将一统江山。

Zigbee（无线网络技术）

IEEE；

*数据传输速率低：

（10kb/s/秒到250kb/s）,专注于低速传输；

*功耗低:

这是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势;

*成本低:

在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，通信效率非常高；

*网络容量大:

每个Zigbee网络最多可支持255个设备；

*有效范围小:

有效覆盖范围10～75米之间，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境;（短距离通信）

*工作频段灵活:

使用的频段分别为2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段；

*ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。

所以ZigBee联盟主要研究的应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。

*预测未来6到7年内，家庭用户将占有Zigbee2/3的市场。

在可以预期的将来，Zigbee无线传感将切实改变你我的生活。

UWB技术成为新一代WPAN的技术基础，共同实现高速宽带无线接入。

（二）WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）无线局域网

与无线个人区域网络（WPAN）相较之下，无线局域网络（WLAN）能提供强大的无线网络连结能力，存取点到客户端中间大约100米的距离。

目前的无线区域网络以IEEE802.11标准为基础，称为Wi-Fi网络（WirelessFidelity）。

vWLAN目前得到广泛应用的技术是IEEE802.11家族；

v802.11是IEEE在1997年发表的第一个无线局域网标准，（2Mbits，工作在2.4GHz）；

v现在媒体屡屡提到的802.11b是1999年9月被批准，被称为Wi-Fi（听起来有点像音乐发烧友说的Hi-Fi）,可支持11Mbps的共享接入速率，采用了2.4GHz的频段；

vWi-Fi产业联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题；

v802.11a技术，也是一个补充版本，采用了5GHz的频段，其速率高达54Mbps，但无障碍的接入距离降到30－50米；

v802.11g，其实是一种混合标准，即能适应802.11b标准，又符合802.11a标准，它比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。

WiFi与蓝牙比较

与蓝牙同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。

在数据安全性方面，比蓝牙技术要差一些；

在电波的覆盖范围方面则要略胜一筹。

Wi－Fi的覆盖范围则可达100m左右，在小一点的整栋大楼中也可使用。

（Wi-Fi在笔记本市场盛行已经很多年了。

中关村大厦、上海召开APEC会议期间，一些大型的宾馆、酒店开通了Wi-Fi热点，可以无线上网。

）

Wi-Fi手机

在有无线局域网（Wi-Fi热点）的办公室里互通手机，被称为Wi-Fi手机（又称为无线互联网电话）

三模手机能自动切换：

不同于过去说的GSM和CDMA双模手机的含意，而是Wi-Fi与GSM或CDMA三种模式手机的集成。

使用Wi-Fi手机，在WLAN不可能覆盖的地方，手机自动转入GSM或CDMA状态，这种转换技术上已经可以实现。

2005年全球WiFi手机销售量比2004年增长了151%，2006年的销售量比2005年增长182%。

通过WiFi手机可以极大地节省电话开支、在线进行音/视频点播、设备间共享数据信息、用户可以用手机上网。

用WiFi手机中内置的Skype软件拨打网络电话，如果对方也在Skype网络中，则手机用户可以免费通话。

从网络架构上看，Wi-Fi可以作为Internet在无线领域的延伸，其拓扑结构相对简单，有着“无线版本Internet”的美称。

（三）WMAN（WirelessMetropolisAreaNetwork）无线城域网

WMAN是一种可涵盖城市或郊区等较大地理区域的无线通讯网络。

目前IEEE已经将一套新的无线城域网络技术加以标准化，IEEE802.16。

可支持1GHz到2GHz、10GHz，以及12GHz到66GHz等多个需要许可和无需许可的无线频段。

WiMAX产业联盟期望：

使无线MAN服务接入成本降至与基于802.11b标准的无线LAN接入相近的水平，进而推动无线MAN技术市场的快速发展。

IEEE802.16标准系列到目前为止包括802.16、802.16a、802.16c、802.16d、802.16e、802.16f和802.16g七个标准。

802.16a，2003年1月，2~11GHz许可和免许可频段的固定宽带无线接入标准，覆盖范围最远可达50km，通常小区半径为6-10km；

802.16c则属较高阶的规格，主要处理10～66GHz频段；

802.16e是增强版本，可同时支持固定和移动宽带无线接入的系统，工作在2-6GHz适于移动性的许可频段，可支持用户站以车辆速度移动，该标准还规定了支持基站或扇区间高层切换（漫游）的功能。

所以，被业界视为目前惟一能与3G竞争的下一代宽带无线技术。

WiMax

发展前景最好的是IEEE802.16d，也称为“WiMax”WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess（全球微波接入互操作）;

在2～11GHz之间的频率范围运作（在美国将采用2.5GHz、3.5GHz、5.8GHz三个频带）

在理想状况下若无障碍物阻隔，50公里距离的最高资料传输率高达70Mbps。

联盟由Intel牵头，中兴通讯

WiMAX的目标是促进IEEE 802.16的应用。

该项技术以其远覆盖和高带宽特性，成为无线业界的新宠。

全球市场研究公司InfoneticsResearch最新的一份研究报告：

全球WiMAX市场正迅速升温，今年第二季度，全球的固定及移动WiMAX设备营收增长了14%，第三季度的营收又增长了6%，达到2.06亿美元。

报告还指出，2006年至2010年，固定及移动WiMAX设备营收增长将保持87%的年增长率，预计，2010年全球WiMAX用户将接近6000万人。

Wimax在我国的发展

中国（大陆）方面，中兴（高级会员）、华为、中国电信、中国网通、信产部电信研究院、UT斯达康等十公司已经是WiMAX论坛成员。

目前基于802.16d的大规模固定WiMAX正处于实验阶段；

基于802.16e的移动WiMAX也开始了小规模的实验；

年底相关产品进一步成熟之后，移动WiMAX在我国也会有更多发展。

08年即将到来的奥运，也将加快WiMAX的成熟和商用步伐。

频段分配问题，是阻碍WiMAX发展的一大因素。

全球约有超过400家运营商拥有了自己专属的WiMAX频段。

对中国，目前3.5G频段主要用于固定WiMAX，几年之后，3.3G频段、2.3G频段都可能成为移动WiMAX固定的频段。

WiMAX优于Wi－Fi

Wi-Fi可以作为WiMax的网络补充，特别是已经建成的Wi-Fi仍然会得到很好的利用。

从建网费用看，Wi-Fi建网费用低，而WiMax投入成本还相当的高，专家估计如果建成覆盖全国的网络，每用户成本相当于3000美元。

所以在相当长时期内，Wi-Fi不会被WiMax取代。

Wi-Fi建网费大约是3G建网费的1/10。

（三）WWAN（WirelessWideAreaNetwork）无线广域网

vWWAN满足超出一个城市范围的信息交流和网际接入需求。

802.20和2G、3G蜂窝移动通信系统共同构成WWAN的无线接入，其中，2G、3G蜂窝移动通信系统在目前使用最多。

v802.20标准拥有更高的数据传输速率，达到16Mbit/S，传输距离约为31km。

802.20移动宽带无线接入标准也被称为Mobile-Fi。

标准工作组的初步任务是要使802.20标准达到如下要求：

*工作在3.5GHz以下的许可证频段；

*每用户的峰值数据传输速率超过1Mbit/s；

*保证在最高移动速度达到250km/h的情况下正常使用；

*实现主要大城市地区的网络覆盖；

*提高频谱利用率，保证用户的数据传输速率，努力使高端用户得到的性能高于现在的移动网络。

弥补现有802系列标准中高速率低移动性和现有移动通信网络高移动性低速率（115Kbps）的缺陷，同时实现高速率和高移动性。

《一》3G与WLAN的比较

（1） 3G支持移动性，WLAN支持便携性 

（2） 3G支持语音和数据，WLAN主要支持数据

（3）容量：

WLAN可以提供比3G网络大得多的带宽。

但WLAN是一种共享频带的技术。

可以提供11Mbps带宽容量并不意味着10个用户同时都使用11Mbps容量。

 3G网络：

分组交换的蜂窝技术，使3G以高容量支持更多数量的用户。

（4）干扰：

WLAN工作在无需许可的频带上，因此它们也更易受到其他运行在同一频带的技术（如蓝牙）的干扰。

（5）主导力量：

WLAN是由数据通信而非电信厂商领导的。

 许多WLAN公司仅关注提供“传输线路”而对这些线路中传输的东西没有太多的兴趣 ；3G基础设施厂商来自传统的电信世界。

 它们的关注点是移动性，它们寻求利用更大收入流的移动数据服务来增强移动语音服务

由于3G与WLAN在以上方面具有不同优势和局限性，支持不同的应用并满足不同的需要。

在这种程度上，它们没有相互构成竞争威胁，而是相互补充。

《二》WiMAX&3G的比较

vWiMAX单链路数据传输频谱效率优于3G；

v3G的终端在高速移动和大范围移动，基站大面积全覆盖时，语言质量高于WiMAX；

vWiMAX实现宽带接入无线化，带宽将优于3G。

3G实现移动通信宽带化，移动优于WiMAX；

v3G拥有全球统一的频谱资源，而802.16e则正在试图寻找2～6GHZ之间的频率资源，，最终获得全球统一频率存在一定难度。

未来各种通信技术应用的融合

v2G2.5G3GB3G（运营商四世同堂）

vWLANWIFIWIMAXUWB（制造商四世同堂）

v（3G+B3G）与（WIMAX+UWB）（两家联姻）

vIP+TV（通信与电视联姻）

vWireline+Wireless（固定与移动联姻）

v固定的宽带接入系统（含电视、视频接入）

v其它无线移动接入系统（卫星，集群，近距离接入

总结：

无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。

这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围，不同的适用区域，不同的技术特点，不同的接入速率。

比如3G和WLAN、UWB等，都可实现互补效应。

3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。

（结束）