【導(dǎo)讀】關(guān)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，生活中已經(jīng)隨處可見(jiàn)。本文總結(jié)了國(guó)際上最新的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)。國(guó)際上的通信技術(shù)種類將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為五大區(qū)域，分別是無(wú)線廣域網(wǎng)(WWAN)、無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)、低速率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(LR-WPAN)。
一、無(wú)線廣域網(wǎng)(WWAN)
無(wú)線廣域網(wǎng)WWAN(Wireless Wide Area Networks)主要是為了滿足超出一個(gè)城市范圍的信息交流和網(wǎng)際接入需求，讓用戶可以和在遙遠(yuǎn)地方的公眾或私人網(wǎng)絡(luò)建立無(wú)線連接。在無(wú)線廣域網(wǎng)的通信中一般要用到GSM、GPRS、GPS、CDMA和3G等通信技術(shù)。
1.GSM
GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫(xiě)，意為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，是世界上應(yīng)用的主要蜂窩系統(tǒng)之一。20世紀(jì)80年代，GSM開(kāi)始興起于歐洲，1991年在芬蘭正式投入使用，到1997年底，已經(jīng)在100多個(gè)國(guó)家實(shí)施運(yùn)營(yíng)。其發(fā)展之迅速，從實(shí)際意義上來(lái)講已成為歐洲和亞洲的標(biāo)準(zhǔn)。到2004年，在全世界的183個(gè)國(guó)家已經(jīng)建立了540多個(gè)GSM通信網(wǎng)絡(luò)。GSM是基于窄帶時(shí)分多址(TDMA)制式，允許在一個(gè)射頻同時(shí)進(jìn)行8組通話。
GSM系統(tǒng)包括GSM900MHz、GSM1800MHz及GSM1900MHz等幾個(gè)頻段。由于GSM系統(tǒng)的容量是有限的，在網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)載時(shí)，就只能通過(guò)構(gòu)建更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來(lái)滿足用戶需求。但是GSM在其他方面性能優(yōu)異，其除了提供標(biāo)準(zhǔn)化的列表和信令系統(tǒng)外，還提供了一些智能的業(yè)務(wù)，比如全球漫游功能等。GSM系統(tǒng)具有通話質(zhì)量高，通話死角少，穩(wěn)定性強(qiáng)，不易受外界干擾，采用SIM卡其防盜能力佳，網(wǎng)絡(luò)容量大，號(hào)碼資源豐富，信息靈敏，GSM設(shè)備功耗低等重要特點(diǎn)，因而直到現(xiàn)在，GSM在移動(dòng)通信市場(chǎng)中仍然占有很大份額。
2.GPRS
GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio System)的縮寫(xiě)，是歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。GPRS是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)通的一種新的分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它和GSM一樣采用TDMA方式傳輸語(yǔ)音，但是采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)。GPRS提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接及高達(dá)115.2kbps的空中接口傳輸速率。
GPRS采用了分組交換技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)若干移動(dòng)用戶同時(shí)共享一個(gè)無(wú)線信道或一個(gè)移動(dòng)用戶可使用多個(gè)無(wú)線信道。當(dāng)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)則占用信道，無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)則把信道資源讓出來(lái)，這樣不僅極大地提高了無(wú)線頻帶資源的利用率，同時(shí)也提供了靈活的差錯(cuò)控制和流量控制，正因如此，GPRS是按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來(lái)收費(fèi)的，即按流量收費(fèi)，而不是按時(shí)間來(lái)計(jì)費(fèi)的。
GPRS采用信道捆綁和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速接入，它可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)載頻或8個(gè)信道中實(shí)現(xiàn)捆綁，每個(gè)信道的傳輸速率為14.4kbps，在這種情況下，8個(gè)信道同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，GPRS方式最高速率可達(dá)115.2kbps。如果GPRS通過(guò)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)，將每個(gè)信道的速率提高到48kbps，那么其速率高達(dá)384kbps，對(duì)于這樣的高速率，可以完成更多的業(yè)務(wù)，比如網(wǎng)頁(yè)瀏覽、收/電子郵件等。
GPRS還具有數(shù)據(jù)傳輸與語(yǔ)音傳輸可同時(shí)進(jìn)行并自如切換等特點(diǎn)。總之，相對(duì)于原來(lái)GSM以撥號(hào)接入的電路數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有實(shí)時(shí)在線、高速傳輸、流量計(jì)費(fèi)和自如切換等優(yōu)點(diǎn)，它能全面提升移動(dòng)數(shù)據(jù)通信服務(wù)。因而，GPRS技術(shù)廣泛地應(yīng)用于多媒體、交通工具的定位、電子商務(wù)、智能數(shù)據(jù)和語(yǔ)音、基于網(wǎng)絡(luò)的多用戶游戲等方面。
3.CDMA
CDMA是Code Division Multiple Access的縮寫(xiě)，全稱為碼分多址，它是在數(shù)字技術(shù)的分支——擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)。CDMA是最早由美國(guó)高通公司研制出來(lái)用于商業(yè)的。CDMA研制出來(lái)時(shí)，正值GSM統(tǒng)領(lǐng)移動(dòng)通信市場(chǎng)的時(shí)候，因此，幾乎沒(méi)有一個(gè)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商敢使用它。最后是在20世紀(jì)90年代初，韓國(guó)政府致力于尋找發(fā)展本國(guó)電子制造業(yè)的機(jī)會(huì)，即使發(fā)現(xiàn)歐洲幾乎已經(jīng)壟斷了GSM市場(chǎng)之后，還是果斷地決定發(fā)展CDMA，CDMA從那時(shí)開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。
CDMA具有頻譜利用率高、語(yǔ)音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、系統(tǒng)容量大、覆蓋廣等優(yōu)點(diǎn)。CDMA能有這么多優(yōu)點(diǎn)，一方面是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所固有的，另一方面是因?yàn)镃DMA采用了很多的技術(shù)。CDMA系統(tǒng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成的，因此它具有抗干擾性好、抗信號(hào)路徑衰落能力強(qiáng)、保密安全性高、同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，以及系統(tǒng)容量大的優(yōu)點(diǎn)。
CDMA系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù)，所有移動(dòng)用戶都占用相同帶寬和頻率，通過(guò)復(fù)用方式使得頻譜利用率很高;CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術(shù)，這樣就完全克服了硬切換所帶來(lái)的容易掉話的缺點(diǎn)，使得掉話率降低;CDMA采用功率控制和可變速率聲碼器，使CDMA無(wú)線發(fā)射功耗低及語(yǔ)音質(zhì)量好。
CDMA具有上述的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被越來(lái)越多的用戶所接受，使得CDMA在近些年發(fā)展迅速。目前CDMA在美國(guó)、韓國(guó)和日本等國(guó)家都占有很大一部分的市場(chǎng)，尤其在韓國(guó)CDMA用戶已達(dá)移動(dòng)通信用戶的60%，而且CDMA技術(shù)也是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)的技術(shù)基礎(chǔ)。
4.GPS
GPS即全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)。GPS是具有在海、陸、空全方位進(jìn)行實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。它是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，屬于美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制GPS，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。
GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座;地面監(jiān)控部分——地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶設(shè)備部分——GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS的空間部分由24顆均勻分布在互成120°角的軌道平面內(nèi)的衛(wèi)星組成;其地面監(jiān)控部分由主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站組成，主要是負(fù)責(zé)衛(wèi)星的監(jiān)控和衛(wèi)星星歷的計(jì)算;GPS的用戶設(shè)備主要由GPS信號(hào)接收機(jī)硬件和處理軟件組成。用戶通過(guò)GPS信號(hào)接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后獲得用戶位置、速度等信息，最終實(shí)現(xiàn)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。
起初，GPS只應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。由于GPS系統(tǒng)具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，隨著人們對(duì)GPS研究的日益深入，GPS不再像當(dāng)初那樣僅用于軍事領(lǐng)域，也應(yīng)用到民用領(lǐng)域。在測(cè)量方面，由于GPS測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)便、便于攜帶、全天候操作、觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)須通視等優(yōu)點(diǎn)，成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。在交通領(lǐng)域，利用GPS技術(shù)對(duì)各種車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤、調(diào)度管理，能夠起到合理分布車(chē)輛，解決交通擁堵等問(wèn)題。民航運(yùn)輸通過(guò)GPS信號(hào)接收設(shè)備，使駕駛員著陸時(shí)能準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)跑道，引導(dǎo)飛機(jī)安全進(jìn)、離場(chǎng)。在安全領(lǐng)域，可以通過(guò)GPS定位技術(shù)，迅速知道火災(zāi)、車(chē)禍等事故發(fā)生地，從而能立即展開(kāi)救援行動(dòng)，大大降低了事故所帶來(lái)的損失。
基于GPS的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，伴隨著其各種產(chǎn)品的出現(xiàn)和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，GPS已經(jīng)深入到國(guó)民生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)方面，為人們的工作和生活帶來(lái)了方便。
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5.3G
3G(Third Generation)是國(guó)際電聯(lián)ITU于2000年確定的，意為“第三代移動(dòng)通信”，正式命名為IMT-2000。3G的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性的基礎(chǔ)上，提供比第二代系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量和更好的通信質(zhì)量，而且要能在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游及為用戶提供包括語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)。因而第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，其傳輸速率在高速移動(dòng)環(huán)境中支持144kbps，步行慢速移動(dòng)環(huán)境中支持384kbps，靜止?fàn)顟B(tài)下支持2Mbps。
第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是碼分多址(CDMA)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，采用FDMA的系統(tǒng)具有頻譜利用率低，信令干擾語(yǔ)音業(yè)務(wù)的缺點(diǎn)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用時(shí)分多址(TDMA)的數(shù)字調(diào)制方式，與第一代相比，雖然提高了系統(tǒng)容量，并采用獨(dú)立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大大改善，但是它的系統(tǒng)容量仍然很有限，而且越區(qū)切換性能還不完善。
CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用率高、抗多徑衰落能力強(qiáng)、通話質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Γ蚨谌苿?dòng)通信系統(tǒng)把CDMA作為其技術(shù)基礎(chǔ)。目前，3G推薦的主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有三種，分別為WCDMA、CDMA2000及中國(guó)提出來(lái)的TD-SCDMA，雖然是三個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)，但三種系統(tǒng)所使用的無(wú)線電核心頻段都在2000Hz左右。
(1) WCDMA
WCDMA的全稱為Wideband Code Division Multiple Access，它是基于GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展出來(lái)的3G技術(shù)規(guī)范，它是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本相同，目前兩者正在進(jìn)一步融合。WCDMA標(biāo)準(zhǔn)提出了GSM(2G)→GPRS(2.5G)→EDGE(2.5G)→WCDMA(3G)的演進(jìn)策略。GPRS和EDGE(Enhanced DataRate for GSM Evolution，增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的GSM演進(jìn))技術(shù)被稱為2.5代移動(dòng)通信技術(shù)。目前中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司正在采用這一方案向3G過(guò)渡，并已將原來(lái)的GSM網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為GPRS網(wǎng)絡(luò)。
(2) CDMA2000
CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMA IS95)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的寬帶CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它是由美國(guó)主推的寬帶CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)提出了CDMA IS95(2G)→CDMA20001x(2.5G)→CDMA20003x(3G)的演進(jìn)策略。其中的CDMA20001x被稱為2.5代移動(dòng)通信技術(shù)，而CDMA20003x與CDMA20001x的主要不同之處是CDMA20003x采用了多路載波技術(shù)，通過(guò)采用三載波使帶寬得到了提高。目前中國(guó)聯(lián)通正在采用這一方案向3G過(guò)渡，并已建成了CDMA IS95網(wǎng)絡(luò)。
(3) TD-SCDMA
TD-SCDMA的全稱為T(mén)ime Division-Synchronous Code Division Multiple Access(時(shí)分同步CDMA)，是由中國(guó)大唐電信公司提出的3G標(biāo)準(zhǔn)。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)提出不經(jīng)過(guò)2.5代的中間環(huán)節(jié)直接向3G過(guò)渡，對(duì)GSM系統(tǒng)向3G的升級(jí)非常適用。該標(biāo)準(zhǔn)的提出也表明了中國(guó)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性。目前大唐電信公司還沒(méi)有基于這一標(biāo)準(zhǔn)的可供商用的產(chǎn)品推出，但全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可支持該標(biāo)準(zhǔn)。
二、無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN)
在1999年，美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)設(shè)立了IEEE 802.16工作組，其主要工作是建立和推進(jìn)全球統(tǒng)一的無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在IEEE 802.16工作組的努力下，近些年陸續(xù)推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE802.16b、IEEE 802.16d等一系列標(biāo)準(zhǔn)。然而IEEE主要負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，為了使IEEE 802.16系列技術(shù)得到推廣，在2001年成立了WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互通)論壇組織，因而相關(guān)無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)在市場(chǎng)上又被稱為“WiMAX技術(shù)”。
WiMAX技術(shù)的物理層和媒質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)技術(shù)基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)，可以在5.8 GHz、3.5 GHz和2.5 GHz這三個(gè)頻段上運(yùn)行。WiMAX利用無(wú)線發(fā)射塔或天線，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。其接入速率最高達(dá)75 Mbps，勝過(guò)有線DSL技術(shù)，最大距離可達(dá)50km，覆蓋半徑達(dá)1.6km，它可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式，來(lái)提供最后1km的無(wú)線寬帶接入。因而，WiMAX可應(yīng)用于固定、簡(jiǎn)單移動(dòng)、便攜、游牧和自由移動(dòng)這五類應(yīng)用場(chǎng)景。
WiMAX論壇組織是WiMAX推廣的大力支持者，目前該組織擁有近300個(gè)成員，其中包括Alcatel、AT&T、FUJITSU、英國(guó)電信、諾基亞和英特爾等行業(yè)巨頭。WiMAX之所以能獲得如此多公司的支持和推動(dòng)，與其所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也是分不開(kāi)的。WiMAx的技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以簡(jiǎn)要概括為以下幾點(diǎn)。
(1) 傳輸距離遠(yuǎn)、接入速度高、應(yīng)用范圍廣
WiMAX采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Freguency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)，能有效地抗多徑干擾;同時(shí)采用自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍和傳輸速率的折中;利用自適應(yīng)功率控制，可以根據(jù)信道狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射功率。正因?yàn)橛羞@些技術(shù)，WiMAX的無(wú)線信號(hào)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50km，最高接入速度達(dá)到75Mbps。由于其具有傳輸距離遠(yuǎn)、接入速度高的優(yōu)勢(shì)，其可以應(yīng)用于廣域接入、企業(yè)寬帶接入、移動(dòng)寬帶接入，以及數(shù)據(jù)回傳等幾乎所有的寬帶接入市場(chǎng)。
(2) 不存在“最后1km”的瓶頸限制，系統(tǒng)容量大
WiMAX作為一種寬帶無(wú)線接入技術(shù)，它可以將Wi-Fi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為DSL等有線接入方式的無(wú)線擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)最后1km的寬帶接入。WiMAX可為50km區(qū)域內(nèi)的用戶提供服務(wù)，用戶只要與基站建立寬帶連接即可享受服務(wù)，因而其系統(tǒng)容量大。
(3) 提供廣泛的多媒體通信服務(wù)
由于WiMAX具有很好的可擴(kuò)展性和安全性，從而可以提供面向連接的、具有完善QoS保障的、電信級(jí)的多媒體通信服務(wù)，其提供的服務(wù)按優(yōu)先級(jí)從高到低有主動(dòng)授予服務(wù)、實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)、非實(shí)時(shí)輪詢服務(wù)和盡力投遞服務(wù)。
(4) 安全性高
WiMAX空中接口專門(mén)在MAC層上增加了私密子層，不僅可以避免非法用戶接入，保證合法用戶順利接入，而且還提供了加密功能(比如EAP-SIM認(rèn)證)，保護(hù)用戶隱私。
當(dāng)然，WiMAX發(fā)展還面臨許多的問(wèn)題，具體概括為以下幾點(diǎn)。
① 成本問(wèn)題。相對(duì)于有線產(chǎn)品，成本太高，不利于普及。
② 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和頻率問(wèn)題。許多國(guó)家的頻率資源緊缺，目前都還沒(méi)有分配出頻帶給WiMAX技術(shù)適用，頻率的分配直接影響系統(tǒng)的容量和規(guī)模，這決定了運(yùn)營(yíng)商的投資力度和經(jīng)營(yíng)方向。
③ 與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的相互融合問(wèn)題。IEEE 802.16系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)只是規(guī)定空中接口，而對(duì)于業(yè)務(wù)、用戶的認(rèn)證等標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，因而需要通過(guò)借助現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成，因此必須解決與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的相互融合問(wèn)題。
總之，從技術(shù)層面講，WiMAX更適合用于城域網(wǎng)建設(shè)的“最后1km”無(wú)線接入部分，尤其對(duì)于新興的運(yùn)營(yíng)商更為合適。WiMAX技術(shù)具備傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)速率高的特點(diǎn)，配合其他設(shè)備(比如VoIP、Wi-Fi等)可提供數(shù)據(jù)、圖像和語(yǔ)音等多種較高質(zhì)量的業(yè)務(wù)服務(wù)。在有線系統(tǒng)難以覆蓋的區(qū)域和臨時(shí)通信需要的領(lǐng)域，可作為有線系統(tǒng)的補(bǔ)充，具有較大的優(yōu)勢(shì)。隨著WiMAX的大規(guī)模商用，其成本也將大幅度降低。相信在未來(lái)的無(wú)線寬帶市場(chǎng)中，尤其是專用網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)中，WiMAX將占有重要位置。
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三、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)
無(wú)線局域網(wǎng)是指以無(wú)線電波、紅外線等無(wú)線媒介來(lái)代替目前有線局域網(wǎng)中的傳輸媒介(比如電纜)而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)使用的通信技術(shù)覆蓋范圍一般為半徑100m左右，也就是說(shuō)差不多幾個(gè)房間或小公司的辦公室。當(dāng)然實(shí)際的覆蓋范圍受很多因素影響，比如通信區(qū)域中的高大障礙物。
IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)是IEEE制訂的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理層和媒質(zhì)訪問(wèn)控制層進(jìn)行規(guī)定，其中重點(diǎn)是對(duì)媒質(zhì)訪問(wèn)控制層的規(guī)定。目前該系列的標(biāo)準(zhǔn)有：IEEE802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE802.11f、IEEE 802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等，其中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有其自身的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。
下面就IEEE已經(jīng)制訂且涉及物理層的4種IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.11、IEEE802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
1.IEEE 802.11
IEEE 802.11是最早提出的無(wú)線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，是IEEE于1997年6月推出的，它工作于2.4GHz的ISM頻段，物理層采用紅外、跳頻擴(kuò)頻(Frequency Hopsping SpreadSpectrum，F(xiàn)HSS)或直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)2Mbps，它主要應(yīng)用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶終端等的無(wú)線接入問(wèn)題。使用FHSS技術(shù)時(shí)，2.4GHz頻道被劃分成75個(gè)1MHz的子頻道，當(dāng)接收方和發(fā)送方協(xié)商一個(gè)調(diào)頻的模式，數(shù)據(jù)則按照這個(gè)序列在各個(gè)子頻道上進(jìn)行傳送，每次在IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的會(huì)話都可能采用了一種不同的跳頻模式，采用這種跳頻方式避免了兩個(gè)發(fā)送端同時(shí)采用同一個(gè)子頻段;而DSSS技術(shù)將2.4GHz的頻段劃分成14個(gè)22MHz的子頻段，數(shù)據(jù)就從14個(gè)頻段中選擇一個(gè)進(jìn)行傳送而不需要在子頻段之間跳躍。
由于臨近的頻段互相重疊，在這14個(gè)子頻段中只有3個(gè)頻段是互不覆蓋的。IEEE 802.11由于數(shù)據(jù)傳輸速率上的限制，在2000年也緊跟著推出了改進(jìn)后的IEEE 802.11b。但隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是IP語(yǔ)音、視頻數(shù)據(jù)流等高帶寬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要，IEEE 802.11b只有11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率不能滿足實(shí)際需要。于是，傳輸速率高達(dá)54Mbps的IEEE 802.11a和IEEE802.11g也都陸續(xù)推出。
2.IEEE 802.11b
IEEE 802.11b又稱為Wi-Fi，是目前最普及、應(yīng)用最廣泛的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11b工作于2.4GHz頻帶，物理層支持5.5 Mbps和11 Mbps 兩個(gè)速率。IEEE 802.11b的傳輸速率會(huì)因環(huán)境干擾或傳輸距離而變化，其速率在1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps、11 Mbps 之間切換，而且在1 Mbps、2 Mbps速率時(shí)與IEEE 802.11兼容。IEEE 802.11b采用了直接序列擴(kuò)頻DSSS技術(shù)，并提供數(shù)據(jù)加密，使用的是高達(dá)128位的有線等效保密協(xié)議(WiredEquivalent Privacy，WEP)。但是IEEE 802.11b和后面推出的工作在5GHz頻率上的IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)不兼容。
從工作方式上看，IEEE 802.11b的工作模式分為兩種：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和基本模式。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式是指無(wú)線網(wǎng)卡和無(wú)線網(wǎng)卡之間的通信方式，即一臺(tái)配置了無(wú)線網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)可以與另一臺(tái)配置了無(wú)線網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，對(duì)于小規(guī)模無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這是一種非常方便的互聯(lián)方案;而基本模式則是指無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充或無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)并存時(shí)的通信方式，這也是IEEE 802.11b最常用的連接方式。在該工作模式下，配置了無(wú)線網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)需要通過(guò)“無(wú)線接入點(diǎn)”才能與另一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接，由接入點(diǎn)來(lái)負(fù)責(zé)頻段管理等工作。在帶寬允許的情況下，一個(gè)接入點(diǎn)最多可支持1 024個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)的接入。當(dāng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)增加時(shí)，網(wǎng)絡(luò)存取速度會(huì)隨之變慢，此時(shí)通過(guò)添加接入點(diǎn)的數(shù)量可以有效地控制和管理頻段。
IEEE 802.11b技術(shù)的成熟，使得基于該標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的成本得到很大的降低，無(wú)論家庭還是公司企業(yè)用戶，無(wú)須太多的資金投入即可組建一套完整的無(wú)線局域網(wǎng)。當(dāng)然，IEEE 802.11b并不是完美的，也有其不足之處，IEEE 802.11b最高11Mbps的傳輸速率并不能很好地滿足用戶高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰蚨谝蟾邔拵r(shí)，其應(yīng)用也受到限制，但是可以作為有線網(wǎng)絡(luò)的一種很好的補(bǔ)充。
3.IEEE 802.11a
IEEE 802.11a工作于5GHz頻帶，但在美國(guó)是工作于U-NII頻段，即5.15～5.25GHz、5.25～5.35GHz、5.725～5.825GHz三個(gè)頻段范圍，其物理層速率可達(dá)54 Mbps，傳輸層可達(dá)25Mbps。IEEE 802.11a的物理層還可以工作在紅外線頻段，波長(zhǎng)為850～950納米，信號(hào)傳輸距離約10m。IEEE 802.11a采用正交頻分復(fù)用(OFDM)的獨(dú)特?cái)U(kuò)頻技術(shù)，并提供25Mbps的無(wú)線ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無(wú)線幀結(jié)構(gòu)接口，支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)。IEEE 802.11a使用正交頻分復(fù)用技術(shù)來(lái)增大傳輸范圍，采用數(shù)據(jù)加密可達(dá)152位的WEP。
就技術(shù)角度而言，IEEE 802.11a與IEEE 802.11b之間的差別主要體現(xiàn)在工作頻段上。由于IEEE 802.11a工作在與IEEE 802.11b不同的5GHz頻段，避開(kāi)了大量無(wú)線電子產(chǎn)品廣泛采用的2.4GHz頻段，因此其產(chǎn)品在無(wú)線通信過(guò)程中所受到的干擾大為降低，抗干擾性較IEEE 802.11b更為出色。高達(dá)54Mbps數(shù)據(jù)傳輸帶寬，是IEEE 802.11a的真正意義所在。當(dāng)IEEE 802.11b以其11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率滿足了一般上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁(yè)、數(shù)據(jù)交換、共享外設(shè)等需求的時(shí)候，IEEE 802.11a已經(jīng)為今后無(wú)線寬帶網(wǎng)的高數(shù)據(jù)傳輸要求做好了準(zhǔn)備，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展角度來(lái)看，其競(jìng)爭(zhēng)力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品較IEEE802.11b有著更低的功耗，這對(duì)筆記本電腦及PDA等移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)也有著重大實(shí)用價(jià)值。
然而在IEEE 802.1la的普及過(guò)程中也面臨著很多問(wèn)題。首先，來(lái)自廠商方面的壓力。IEEE 802.11b已走向成熟，許多擁有IEEE 802.11b產(chǎn)品的廠商會(huì)對(duì)IEEE 802.11a都持保守態(tài)度。從目前的情況來(lái)看，由于這兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)互不兼容，不少?gòu)S商為了均衡市場(chǎng)需求，直接將其產(chǎn)品做成了“a+b”的形式，這種做法雖然解決了“兼容”問(wèn)題，但也使得成本增加。其次，由于相關(guān)法律法規(guī)的限制，使得5GHz頻段無(wú)法在全球各個(gè)國(guó)家中獲得批準(zhǔn)和認(rèn)可。5GHz頻段雖然令基于IEEE802.11a的設(shè)備具有了低干擾的使用環(huán)境，但也有其不利的一面，由于太空中數(shù)以千計(jì)的人造衛(wèi)星與地面站通信也恰恰使用5GHz頻段，這樣它們之間產(chǎn)生的干擾是不可避免的。此外，歐盟也已將5GHz頻率用于其自己制訂的HiperLAN無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。
4.IEEE 802.11g
IEEE 802.11g是對(duì)IEEE 802.11b的一種高速物理層擴(kuò)展，它也工作于2.4GHz頻帶，物理層采用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)，而且它采用了OFDM技術(shù)，使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率最高可達(dá)54Mbps，并且與IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的設(shè)計(jì)方式幾乎是一樣的。
IEEE 802.11g的出現(xiàn)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)多了一種通信技術(shù)選擇，但也帶來(lái)了爭(zhēng)議，爭(zhēng)議的焦點(diǎn)是圍繞在IEEE 802.11g與IEEE 802.11a之間的。與IEEE 802.11a相同的是，IEEE802.11g也采用了OFDM技術(shù)，這是其數(shù)據(jù)傳輸能達(dá)到54Mbps的原因。然而不同的是，IEEE 802.11g的工作頻段并不是IEEE 802.11a的工作頻段5GHz，而是和IEEE 802.11b一致的2.4GHz頻段，這樣一來(lái)，使得基于IEEE 802.11b技術(shù)產(chǎn)品的用戶所擔(dān)心的兼容性問(wèn)題得到了很好的解決。
從某種角度來(lái)看，IEEE 802.11b可以由IEEE 802.11a來(lái)替代，那么IEEE 802.11g的推出是否就是多余的呢?答案當(dāng)然是否定的。IEEE 802.11g除了具備高數(shù)據(jù)傳輸速率及兼容性的優(yōu)勢(shì)外，其所工作的2.4GHz頻段的信號(hào)衰減程度也不像IEEE 802.11a所在的5GHz那么嚴(yán)重，并且IEEE 802.11g還具備更優(yōu)秀的“穿透”能力，能在復(fù)雜的使用環(huán)境中具有很好的通信效果。但是IEEE 802.11g工作頻段為2.4GHz，使得IEEE 802.11g與IEEE 802.11b一樣極易受到來(lái)自微波、無(wú)線電話等設(shè)備的干擾。此外，IEEE 802.11g的信號(hào)比IEEE 802.11b的信號(hào)能夠覆蓋的范圍要小得多，用戶需要通過(guò)添置更多的無(wú)線接入點(diǎn)才能滿足原有使用面積的信號(hào)覆蓋，這或許就是IEEE 802.11g能夠具有高寬帶所付出的代價(jià)吧!
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