第3章網(wǎng)絡(luò)層信息通信技術(shù)3.1局域網(wǎng)、以太網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)3.2無線局域網(wǎng)技術(shù)3.3無線城域網(wǎng)技術(shù)3.4移動通信技術(shù)3.5短距離無線通信技術(shù)本章小結(jié) 3.1局域網(wǎng)、以太網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更新可從不同的角度給予描述，目前人們已公認(rèn)的有關(guān)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義如下：

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將地理位置不同，具有獨立功能的多個計算機(jī)系統(tǒng)利用通信設(shè)備和線路互相連接起來，且以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件(包括網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成包括以下一些內(nèi)容。

(1)傳輸介質(zhì)。連接兩臺或兩臺以上的計算機(jī)需要傳輸介質(zhì)，介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等有線介質(zhì)，也可以是微波、紅外線、激光和通信衛(wèi)星等無線介質(zhì)。

(2)通信協(xié)議。計算機(jī)之間要交換信息和實現(xiàn)通信，彼此就需要有某些約定和規(guī)則——網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。目前有很多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有一些是各計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品廠商自己制定的，也有許多是由國際組織制定的，它們已構(gòu)成了龐大的協(xié)議集。

(3)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。異地的計算機(jī)系統(tǒng)要實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、資源共享還必須有各種網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備給予保障，如中繼器、網(wǎng)橋、交換機(jī)和路由器等。

(4)用戶端設(shè)備。如主機(jī)、服務(wù)器等。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)很多，如按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問方式、交換方式以及數(shù)據(jù)傳輸率等，但這些分類標(biāo)準(zhǔn)只給出了網(wǎng)絡(luò)某一方面的特征，并不能反映網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的本質(zhì)。事實上，確實存在一種能反映網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)劃分標(biāo)準(zhǔn)，這就是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小，可將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)、廣域網(wǎng)(WAN)和因特網(wǎng)，如表3-1所示。網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍是網(wǎng)絡(luò)分類的一個非常重要的度量參數(shù)，因為不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)將采用不同的技術(shù)。表3-1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類3.1.1局域網(wǎng)技術(shù)

局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)是指范圍在幾百米到十幾千米內(nèi)的辦公樓群或校園內(nèi)的計算機(jī)相互連接所構(gòu)成的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)局域網(wǎng)被廣泛應(yīng)用于連接校園、工廠以及機(jī)關(guān)的個人計算機(jī)或工作站，以利于個人計算機(jī)或工作站之間共享資源(如打印機(jī))和數(shù)據(jù)通信。局域網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)主要體現(xiàn)在三個方面：網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的物理范圍；網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

局域網(wǎng)中經(jīng)常使用共享信道，即所有的機(jī)器都接在同一條電纜上。傳統(tǒng)局域網(wǎng)具有高數(shù)據(jù)傳輸率(10Mb/s或100Mb/s)、低延遲和低誤碼率的特點。新型局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)每秒千兆位甚至更高。局域網(wǎng)有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖3-1給出了兩種局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在總線型網(wǎng)絡(luò)中，任何時刻只允許一臺機(jī)器發(fā)送數(shù)據(jù)，而所有其他機(jī)器都處于接收狀態(tài)。當(dāng)有兩臺或多臺機(jī)器同時發(fā)送數(shù)據(jù)時必須進(jìn)行仲裁，仲裁機(jī)制可以是集中式也可以是分布式的。例如，IEEE802.3，即以太網(wǎng)，它是基于共享總線采用分布控制機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)中的站點機(jī)器可以在任意時刻發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生沖突時，每個站點機(jī)器立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)并等待一個隨機(jī)長的時間繼續(xù)嘗試數(shù)據(jù)發(fā)送。圖3-1兩種局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)的第二種類型是環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)沿著環(huán)不停地旋轉(zhuǎn)。同理，在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中必須有一種機(jī)制用于仲裁不同機(jī)器站點對環(huán)的同時訪問。IEEE802.5(即IBM令牌環(huán))就是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸率為4Mb/s或16Mb/s的環(huán)型局域網(wǎng)。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)除了以上介紹的總線型和環(huán)型兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外，還包括星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3.1.2以太網(wǎng)技術(shù)

1.以太網(wǎng)概述

以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在局域網(wǎng)(LAN)中采用的電纜類型和信號處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10?Mb/s～100?Mb/s的速率傳送信息包，雙絞線電纜10BASE-T以太網(wǎng)由于其低成本、高可靠性以及10?Mb/s的速率而成為應(yīng)用最為廣泛的以太網(wǎng)技術(shù)。直擴(kuò)無線以太網(wǎng)的速率可達(dá)11?Mb/s，許多制造供應(yīng)商提供的產(chǎn)品都能采用通用的軟件協(xié)議進(jìn)行通信，開放性最好。以太網(wǎng)(Ethernet)是一種計算機(jī)局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。IEEE制定的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)給出了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了包括物理層的連線、電信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如令牌環(huán)網(wǎng)(TokenRing)、FDDI和ARCNET。

以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但目前的快速以太網(wǎng)(100?BASE-T、1000?BASE-T標(biāo)準(zhǔn))為了最大程度的減少沖突，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)速度和使用效率，使用交換機(jī)(SwitchHub)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和組織，這樣以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就成了星型，但在邏輯上，以太網(wǎng)仍然使用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和CSMA/CD的總線爭用技術(shù)。

2.?IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)

1)以太網(wǎng)的起源

以太網(wǎng)(Ethernet)技術(shù)于1973年由施樂公司研發(fā)，而后由Xerox、DigitalEquipment和Intel三家公司開發(fā)成為局域網(wǎng)組網(wǎng)規(guī)范，并于20世紀(jì)80年代初首次發(fā)布，稱為DIX1.0。

1982年修改后的版本為DIX2.0。這三家公司將此規(guī)范提交給IEEE(電子電氣工程師協(xié)會)802委員會，經(jīng)過IEEE成員的修改并通過，變成了IEEE的正式標(biāo)準(zhǔn)，并編號為IEEE802.3。Ethernet和IEEE802.3雖然有很多規(guī)定不同,但Ethernet通常認(rèn)為與IEEE802.3是兼容的。

1983年，IEEE將IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)提交給國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)第一聯(lián)合技術(shù)委員會(JTC1)，再次經(jīng)過修訂變成了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO802.3。

2)主要的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

1982年：10BASE-5(DIX)802.3粗同軸電纜。

1985年：10BASE-2802.3a細(xì)同軸電纜。

1990年：10BASE-T802.3j雙絞線。

1993年：10BASE-F802.3j光纖。

1995年：100BASE-T802.3u雙絞線。

1997年：全雙工以太網(wǎng)802.3x雙絞線、光纖。

1998年：1000BASE-X802.3z雙絞線、光纖。

2000年：1000BASE-T802.3ab雙絞線。

IEEE802.3的命名規(guī)則如下：

IEEE802.3XTYPE-YNAME

3.?CSMA/CD

以太網(wǎng)以CSMA/CD的方式來進(jìn)行媒體訪問控制，其目的就是為了避免沖突。網(wǎng)絡(luò)中的各個站(節(jié)點)都能獨立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進(jìn)行載波監(jiān)聽，只有當(dāng)媒體空閑時，才允許發(fā)送數(shù)據(jù)幀。這時，如果兩個以上的站同時監(jiān)聽到媒體空閑并都發(fā)送數(shù)據(jù)幀，就會產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，使發(fā)送的數(shù)據(jù)幀都成為無效幀，發(fā)送隨即宣告失敗。每個站能隨時檢測沖突是否發(fā)生，若發(fā)生，則立即停止發(fā)送，以免媒體帶寬因傳送無效的數(shù)據(jù)幀而被浪費。然后每個站隨機(jī)延遲一段時間后，再重新使用媒體，重發(fā)未完成的數(shù)據(jù)幀。

4.以太網(wǎng)的物理介質(zhì)

最初的以太網(wǎng)是運行在同軸電纜上的，只適合于半雙工通信。到了1990年，出現(xiàn)了基于雙絞線介質(zhì)的10?BASE-T以太網(wǎng)。10BASE-T以太網(wǎng)使用了四對雙絞線來傳輸數(shù)據(jù)(只使用其中的兩對)，一對雙絞線用來發(fā)送，另外一對用來接收。之所以使用一對雙絞線來分別進(jìn)行收發(fā)，主要是因為電氣特性上的考慮，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，在一條線路上發(fā)送通常的電信號，而在另外一條線路上發(fā)送跟通常電信號極性相反的信號，這樣可以消除線路上的電磁干擾。10BASE-T以太網(wǎng)出現(xiàn)后，以太網(wǎng)由以前的總線型結(jié)構(gòu)發(fā)展為星型拓?fù)?，終端設(shè)備通過雙絞線連接到HUB(集線器)上，利用HUB內(nèi)部的一條共享總線進(jìn)行互相通信。后來又出現(xiàn)了100?M的以太網(wǎng)，即快速以太網(wǎng)(FastEthernet)?？焖僖蕴W(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層上與10?M以太網(wǎng)沒有區(qū)別，不過在物理層上提高了傳輸?shù)乃俾?，而且可采用光纖作為傳輸介質(zhì)。運行在雙絞線上的100?M以太網(wǎng)稱為100BASE-TX以太網(wǎng)，運行在光纖上的100?M以太網(wǎng)則稱為100?BASE-FX以太網(wǎng)。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的快速以太網(wǎng)(100?M)已經(jīng)不能滿足要求，這時候迫切再次提高以太網(wǎng)的運行速度，提高到1000?M是最直接的，即所謂的千兆以太網(wǎng)(GE)。

5.全雙工以太網(wǎng)

把雙絞線作為以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)不但提高了靈活性和降低了成本，而且引入了一種高效的運行模式—全雙工模式，即數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可以同時進(jìn)行，互不干擾。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備HUB是不支持全雙工的，由于HUB的內(nèi)部是一條總線,數(shù)據(jù)接收和發(fā)送都是在該總線上進(jìn)行，無法實現(xiàn)全雙工通信，因此，要實現(xiàn)全雙工通信，必須引入一種新的設(shè)備，即現(xiàn)在的以太網(wǎng)交換機(jī)(Lanswitch)。

Lanswitch跟HUB的外觀類似，都是一個多端口設(shè)備，每個端口可以連接終端設(shè)備和其他多端口設(shè)備。但在交換機(jī)內(nèi)部就不是一條共享總線了，而是一個數(shù)字交叉網(wǎng)絡(luò)，該數(shù)字交叉網(wǎng)絡(luò)能為各個終端之間提供連接，使其相互獨立地傳輸數(shù)據(jù)，而且交換機(jī)還設(shè)置了緩沖區(qū)，可以暫時緩存終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，等資源空閑之后再進(jìn)行交換。正是交換機(jī)的出現(xiàn)，使以太網(wǎng)技術(shù)由原來的10M/100M共享結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?0M/200M獨占帶寬的結(jié)構(gòu)，大大提高了效率，而且可以在交換機(jī)上施加一些軟件策略，實現(xiàn)VLAN(虛擬局域網(wǎng))、優(yōu)先級、冗余鏈路等，這些技術(shù)增加了業(yè)務(wù)的豐富性，是以太網(wǎng)技術(shù)的精華。3.1.3廣域網(wǎng)技術(shù)

1.廣域網(wǎng)概述

廣域網(wǎng)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)，是覆蓋地理范圍相對較廣的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。它常利用公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如電話公司)提供的便利條件進(jìn)行傳輸，可以分布在一個城市、國家，甚至跨過許多國家分布到各個大洲。如國內(nèi)的中國教育科研網(wǎng)(CERNET)就屬于廣域網(wǎng)。

與覆蓋范圍較小的局域網(wǎng)相比，廣域網(wǎng)具有以下一些特點：

(1)覆蓋范圍廣，可達(dá)數(shù)千、甚至數(shù)萬千米。

(2)數(shù)據(jù)傳輸速率較低，通常為幾千位每秒至幾兆位每秒。

(3)使用多種傳輸介質(zhì)，如光纖、雙絞線和同軸電纜等，又如無線有微波、衛(wèi)星、紅外線和激光等。

(4)數(shù)據(jù)傳輸延時大，如衛(wèi)星通信的延時可達(dá)幾秒鐘。

(5)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量不高，如誤碼率高、信號誤差大等。

(6)廣域網(wǎng)管理、維護(hù)困難。

2.廣域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

對照OSI參考模型，廣域網(wǎng)協(xié)議位于OSI參考模型底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，其結(jié)構(gòu)對照示意圖如圖3-2所示。圖3-2廣域網(wǎng)協(xié)議與OSI參考模型的結(jié)構(gòu)對照示意圖廣域網(wǎng)協(xié)議中各參數(shù)的含義如下：

(1)?LAPB：平衡型鏈路訪問規(guī)程，它增強(qiáng)了錯誤檢驗和更正能力。

(2)?FrameRelay：幀中繼，在X.25的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的簡潔、高效的分組交換協(xié)議。

(3)?HDLC：高級數(shù)據(jù)鏈路控制，ISO標(biāo)準(zhǔn)的鏈路層協(xié)議。

(4)?PPP：點到點協(xié)議，有豐富功能的同異步鏈路層協(xié)議。

(5)?SDLC：同步數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，在IBM大型機(jī)中使用。

3.典型廣域網(wǎng)技術(shù)

廣域網(wǎng)分為寬帶廣域網(wǎng)和窄帶廣域網(wǎng)，兩者的區(qū)別如下：

(1)寬帶是指2?Mb/s以上的帶寬，寬帶采用了基于ATM、IP、光纖以太網(wǎng)和MPLS等分組技術(shù)；而窄帶采用了基于電路交換技術(shù)。

(2)寬帶IP城域網(wǎng)一般具有層次結(jié)構(gòu)，可以分為骨干層、匯聚層、接入層和用戶層等。

(3)撥號上網(wǎng)、ISDN和DDN提供了基于窄帶網(wǎng)絡(luò)接入的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

(4)寬帶接入通過ADSL、VDSL、LAN、HFC和無線接入等方式接入寬帶網(wǎng)絡(luò)。目前，常見的窄帶廣域網(wǎng)有公用電話交換網(wǎng)(PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN)，公用分組交換網(wǎng)(X.25)、公用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DigitalDataNetwork，DDN)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(IntegratedServiceDigitalNetwork，ISDN)和幀中繼網(wǎng)。寬帶廣域網(wǎng)有ATM、SONET、SDH等。

1)公用電話交換網(wǎng)

公用電話交換網(wǎng)即我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫碾娫捑W(wǎng)。PSTN技術(shù)是利用PSTN通過調(diào)制解調(diào)器撥號實現(xiàn)用戶接入的方式。這是一種常見的接入方式，目前其最高的傳輸速率為

56kb/s，這種速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足寬帶多媒體信息的傳輸要求。由于電話網(wǎng)非常普及，用戶終端設(shè)備—Modem很便宜,而且不用申請就可開戶，只要家里有計算機(jī)，把電話線接入Modem就可以直接上網(wǎng)，因此很多用戶使用這種接入方式。但隨著寬帶的發(fā)展和普及，這種接入方式已被淘汰。

2)公用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)

DDN是隨著數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新型網(wǎng)絡(luò)。DDN的主干網(wǎng)傳輸媒介有光纖、數(shù)字微波和衛(wèi)星信道等，用戶端多使用普通電纜和雙絞線。DDN將數(shù)字通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、光纖通信技術(shù)以及數(shù)字交叉連接技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，它提供了高速度、高質(zhì)量的通信環(huán)境，可以向用戶提供點對點、點對多點透明傳輸?shù)臄?shù)據(jù)專線出租電路，為用戶傳輸數(shù)據(jù)、圖像和聲音等信息。DDN具有傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬利用率高等一系列優(yōu)點。

3)公用分組交換網(wǎng)

X.25建議書是ITU在1976年，針對分組交換網(wǎng)制定的著名標(biāo)準(zhǔn)，它對推動分組交換的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。其全稱是：在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中，以分組方式進(jìn)行操作的DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)和DCE(數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備)之間的接口。即X.25只是對公用分組交換網(wǎng)絡(luò)的接口規(guī)范說明，并不涉及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實現(xiàn)，它是面向連接的，支持交換式虛電路和永久虛電路。X.25常用于公共載波分組交換網(wǎng)，可以滿足不同設(shè)備及系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)通信。其主要特點是在一條電路中可以同時開放多條虛電路，該網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)路由及先進(jìn)的差錯檢驗功能，其網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定，但速度較慢。X.25提供以下兩種虛電路服務(wù)：

(1)交換虛電路(SVC)。類似于電話交換，即雙方通信前要臨時建立一條虛電路供數(shù)據(jù)傳輸，通信完畢后要拆除該虛電路，供其他用戶使用。

(2)永久虛電路(PVC)。可在兩個用戶之間建立永久的虛連接，用戶間需要通信時無需建立連接，可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如使用專線一樣。

4)幀中繼網(wǎng)

幀中繼是由分組交換技術(shù)演變而來的，它是在數(shù)據(jù)鏈路層用簡化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種技術(shù)。僅完成OSI物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，將流量控制、差錯處理等功能提交給智能終端去完成，大大簡化了節(jié)點機(jī)之間的協(xié)議,以此減少網(wǎng)絡(luò)時延，降低通信費用。幀中繼的優(yōu)點如下：

(1)降低網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)費用。在廣域網(wǎng)中，專用幀中繼網(wǎng)能夠為用戶節(jié)省大量的線路和帶寬費用，又因為幀中繼在一條物理連接上能夠提供多個邏輯連接，從而降低了接入費用和設(shè)備費用。

(2)簡化網(wǎng)絡(luò)功能，提高網(wǎng)絡(luò)性能。由于采用了光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)，并簡化了網(wǎng)絡(luò)處理業(yè)務(wù)，幀中繼大大地減少了網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間，提高了網(wǎng)絡(luò)處理速度，改善了網(wǎng)絡(luò)的整體

性能。

(3)采用國際標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品相互兼容。由于采用了國際標(biāo)準(zhǔn)，加之幀中繼協(xié)議相對簡單，各廠商產(chǎn)品之間的兼容性和互通性較易實現(xiàn)。幀中繼是一種基于可變幀長的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，在傳輸過程中，其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可以采用“幀交換”，即以幀為單位進(jìn)行傳送。幀中繼提供一種簡單的面向連接的虛電路分組服務(wù)，包括交換虛電路連接和永久虛電路連接。在實際應(yīng)用中，幀中繼主要適用于以下幾種情況：

(1)當(dāng)客戶的帶寬需求為64?kb/s～2?Mb/s，而參與通信的節(jié)點多于兩個時，使用幀中繼是一種較好的解決方案。

(2)當(dāng)通信距離較長時，幀中繼的高效性可以使用戶享有較好的經(jīng)濟(jì)性。

(3)當(dāng)客戶傳送的數(shù)據(jù)突發(fā)性較強(qiáng)時，由于幀中繼具有動態(tài)帶寬分配的功能，因此選用幀中繼可以有效地處理突發(fā)性數(shù)據(jù)。

5)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)

ISDN接入技術(shù)俗稱“一線通”，它利用公眾電話網(wǎng)向用戶提供了端對端的數(shù)字信道連接，用來承載包括話音和非話音在內(nèi)的各種電信業(yè)務(wù)。用戶利用一條ISDN用戶線路，可以在上網(wǎng)的同時撥打電話、收發(fā)傳真，就像兩條電話線一樣。如同普通撥號上網(wǎng)要使用Modem一樣，用戶使用ISDN也需要專用的終端設(shè)備，主要由網(wǎng)絡(luò)終端NTI和ISDN適配器組成。

ISDN適于個人家庭用戶或SOHO用戶接入因特網(wǎng)、中小企事業(yè)單位LAN聯(lián)網(wǎng)、連鎖店的銷售聯(lián)網(wǎng)以及在公網(wǎng)開放可視電話、會議電視等增值業(yè)務(wù)，或者被各中小企事業(yè)單位用為DDN、幀中繼等專線電路的備用方式。

6)?ADSL

ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLine，非對稱數(shù)字用戶環(huán)路)是一種能夠通過普通電話線提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)，也是目前極具發(fā)展前景的一種接入技術(shù)。它利用數(shù)字編碼技術(shù)從現(xiàn)有銅質(zhì)電話線上獲取最大數(shù)據(jù)傳輸容量，同時又不干擾在同一條線上進(jìn)行的常規(guī)話音服務(wù)。其原因是它用電話話音傳輸以外的頻率傳輸數(shù)據(jù)。也就是說，用戶可以在上網(wǎng)的同時打電話或發(fā)送傳真，而這將不會影響通話質(zhì)量或降低下載Internet內(nèi)容的速度。

ADSL能夠向終端用戶提供8?Mb/s的下行傳輸速率和1?Mb/s的上行傳輸速率，比傳統(tǒng)的28.8?Kb/s模擬調(diào)制解調(diào)器快將近200倍。這也是傳輸速率達(dá)128?kb/s的ISDN所無法比擬的。

與電纜調(diào)制解調(diào)器相比，ADSL具有獨特優(yōu)勢：它不需要改造信號傳輸線路，完全可以利用普通銅質(zhì)電話線作為傳輸介質(zhì)，配上專用的Modem即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸，可提供針對單一電話線路用戶的專線服務(wù)，而電纜調(diào)制解調(diào)器則要求一個系統(tǒng)內(nèi)的眾多用戶分享同一帶寬。盡管電纜調(diào)制解調(diào)器的下行速率比ADSL高，但考慮到將來會有越來越多的用戶在同一時間上網(wǎng)，電纜調(diào)制解調(diào)器的性能將大大下降。

7)?HFC

HFC(HybridFiberCoax)即網(wǎng)絡(luò)傳輸主干為光纖，到用戶端為同軸電纜的用戶網(wǎng)絡(luò)接入方式。我國各城市的有線電視網(wǎng)按照電信網(wǎng)絡(luò)的要求進(jìn)行一定的升級改造，即可為用戶提供HFC接入，實現(xiàn)普通電話、VOD和遠(yuǎn)程醫(yī)療等窄帶和寬帶業(yè)務(wù)。

利用這種技術(shù)實現(xiàn)寬帶接入，有線電視網(wǎng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)?HFC信號的通頻帶寬為750MHz，是市話雙絞線所無法比擬的。

(2)能充分適應(yīng)信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，易于過渡為最終的FTTH/O方式。

(3)同利用ADSL等電信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)寬帶接入的成本相比，它的成本費用很低。

然而，有線電視網(wǎng)同ADSL相比，也存在以下一些劣勢：

(1)有線電視網(wǎng)的帶寬為所有用戶所共享。

(2)每一用戶所占的帶寬并不固定，它取決于某一時刻對帶寬進(jìn)行共享的用戶數(shù)。隨著用戶的增加，每個用戶所分得的實際帶寬將明顯降低，甚至低于用戶獨享的ADSL帶寬。

(3)由于有線電視網(wǎng)現(xiàn)為共享型網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳送基于廣播機(jī)制，通信的安全性不夠高。

(4)它主要用在住宅小區(qū)，顯然不及市話雙絞線覆蓋的范圍廣泛。

3.2無線局域網(wǎng)技術(shù)

3.2.1無線局域網(wǎng)的分類

無線局域網(wǎng)絡(luò)(WirelessLocalAreaNetwork，WLAN)是使用無線通信技術(shù)將計算機(jī)設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成可以互相通信和資源共享的局域網(wǎng)絡(luò)。WLAN具有構(gòu)建靈活、接入方便、支持多種終端接入、終端移動靈活等特點。目前，主流數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)54?Mb/s。常見的無線局域網(wǎng)絡(luò)術(shù)語解釋如下：

(1)?AP。AP全稱為AccessPoint(無線接入點)。AP設(shè)備主要是用于和有線以太網(wǎng)進(jìn)行連接，同時AP還進(jìn)行無線信號的發(fā)射。終端設(shè)備可以通過無線網(wǎng)卡和AP進(jìn)行通信等數(shù)據(jù)交換操作。

(2)?Wi-Fi。Wi-Fi全稱為WirelessFidelity(無線高保真)，它是WLAN領(lǐng)域中對符合Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的一種認(rèn)證，該標(biāo)準(zhǔn)由Wi-Fi技術(shù)聯(lián)盟進(jìn)行制定和修改。通過Wi-Fi認(rèn)證的產(chǎn)品能夠在WLAN環(huán)境中使用并保持與其他Wi-Fi認(rèn)證產(chǎn)品的兼容性。目前常見的Wi-Fi認(rèn)證有IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g等。

(3)?WAPI。WAPI全稱為WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure(WLAN鑒別與保密基礎(chǔ)架構(gòu))，它是由中國寬帶無線IP標(biāo)準(zhǔn)工作組制定的，主要是規(guī)范IEEE802.11b相關(guān)的安全加密標(biāo)準(zhǔn)，但是不能與Wi-Fi技術(shù)聯(lián)盟制定的主流的WEP及WPA兼容。

(4)?WEP。WEP全稱為WiredEquivalentProtocol(有線等效協(xié)議)，它是IEEE802.11b認(rèn)證中的安全加密協(xié)議。WEP在開啟的狀態(tài)下會對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而保證WLAN環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾浴?/p>

Wi-Fi具有的優(yōu)勢：無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍(lán)牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有50ft(約為15?m),而Wi-Fi的半徑則可達(dá)300ft(約為100?m)，不僅是在辦公室中，就是在整棟大樓中也可使用。最近，由Vivato公司推出了一款新型交換機(jī)，據(jù)悉，該款產(chǎn)品能夠把目前Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)300ft(接近100?m)的通信距離擴(kuò)大到4mi(約為6.5?km)。雖然由Wi-Fi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，且數(shù)據(jù)安全性能比藍(lán)牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進(jìn)，但傳輸速度非?？欤梢赃_(dá)到11?Mb/s，符合個人和社會信息化的需求。

廠商進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻比較低。廠商只要在機(jī)場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點”，并通過高速線路將Internet接入上述場所。這樣，由“熱點”發(fā)射出的電波可以到達(dá)距接入點半徑數(shù)十米至百米的地方，用戶只要將支持WLAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入Internet。也就是說，廠商不用耗費資金進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線接入，從而節(jié)省了大量的成本。3.2.2無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)

1990年11月成立IEEE802.11委員會負(fù)責(zé)制定WLAN標(biāo)準(zhǔn)。無線局域網(wǎng)第一個版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制(MAC)層和物理層。物理層定義了工作在2.4?GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞?，總?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計為2?Mb/s。兩個設(shè)備之間的通信可以自組織的方式(Ad-Hoc方式)進(jìn)行，也可以在基站(BaseStation，BS)或者無線接入點(AccessPoint，AP)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。

1999年，發(fā)布了兩個補充版本：IEEE802.11a定義了一個在5?GHzISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)54?Mb/s的物理層，IEEE802.11b定義了一個在2.4?GHz的ISM頻段上，但其數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)11?Mb/s的物理層。2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數(shù)國家通用，因此IEEE802.11b得到了最為廣泛的應(yīng)用。蘋果公司把自己開發(fā)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)命名為AirPort。1999年工業(yè)界成立了Wi-Fi聯(lián)盟，致力解決符合IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)備兼容性問題。

IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)近幾年發(fā)展很快，IEEE802.11g、IEEE802.11n相繼發(fā)布，IEEE802.1ac于2012年發(fā)布，領(lǐng)先的設(shè)備供應(yīng)器紛紛推出多款接入點/路由器產(chǎn)品，IEEE802.11ac設(shè)備自此開始亮相。具體的IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)比較如表3-2所示。

表3-2IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)比較按照IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的先后，可以認(rèn)為自1997年最早出現(xiàn)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)為第一代，速率僅僅為2?Mb/s，到第五代IEEE802.11ac，通信速率已經(jīng)達(dá)到1.3?Gb/s，期間經(jīng)歷了近十幾年時間。

第一代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.11-1997：最先提出的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11-1997，速度只能達(dá)到1?Mb/s～2?Mb/s，可以被Infrared(紅外傳輸)、FHSS(調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù))、DSSS(直接序列擴(kuò)頻技術(shù))替代。其速率過低加上傳輸器和接收器價格相當(dāng)昂貴，以至該標(biāo)準(zhǔn)并未得到推廣。直到1999年，IEEE802.11a/b的推出，Wi-Fi技術(shù)才得到認(rèn)可。第二代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.11a/b：在1999年，IEEE802.11a/b標(biāo)準(zhǔn)面世。其中，IEEE802.11a采用5?GHz頻率，速度達(dá)到54?Mb/s，但存在覆蓋范圍小，穿透性差的缺點；IEEE802.11b繼承DSSS技術(shù)，工作頻段在2.4?GHz，速率達(dá)到11?Mb/s，但存在抗干擾性差的缺點。雖然仍存在不足，但I(xiàn)EEE802.11a/b無論從速率還是價格上都相比前一代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)有了很大的進(jìn)步，移動性網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢也得到彰顯，因此第二代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)很快就受到消費者青睞，尤其是IEEE802.11b。第三代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.11g：隨著以太網(wǎng)速率的不斷提升，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)也不斷改進(jìn)。2003年，IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)面世，其工作在2.4?GHz頻段，能兼容IEEE802.11b，采用OFDM調(diào)制技術(shù)，與IEEE802.11a調(diào)制方式相同，便于雙頻產(chǎn)品的設(shè)計，速率能達(dá)到54?Mb/s，同時在價格上只略高于IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可為用戶提供更高性能、更低價格的無線網(wǎng)絡(luò)。在同樣達(dá)到54?Mb/s的數(shù)據(jù)速率時，IEEE802.11g設(shè)備能提供大約兩倍于IEEE802.11a設(shè)備的覆蓋距離。因此IEEE802.11g得到市場的快速接受。第四代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.11n：2009年，IEEE正式通過IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)。得益于將MIMO(多入多出)與OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)相結(jié)合而應(yīng)用的MIMO-OFDM技術(shù)，在傳輸速率方面，IEEE802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前IEEE802.11a及IEEE802.11g提供的54?Mb/s，提高到300?Mb/s甚至高達(dá)600?Mb/s。在覆蓋范圍方面，IEEE802.11n采用智能天線技術(shù)，通過多組獨立天線組成的天線陣列，可以動態(tài)調(diào)整波束，保證讓W(xué)LAN用戶接收到穩(wěn)定的信號，并可以減少其他信號的干擾。在兼容性方面，IEEE802.11n采用了一種軟件無線電技術(shù)，它是一個完全可編程的硬件平臺，使得不同系統(tǒng)的基站和終端都可以通過這一平臺的不同軟件實現(xiàn)互通和兼容，這意味著IEEE802.11n不僅能向前后兼容，而且可以實現(xiàn)WLAN與無線廣域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，如3G。目前IEEE802.11n已經(jīng)成為主流標(biāo)準(zhǔn)，D-Link、Airgo、Bermai、Broadcom、Agere、Atheros、Cisco、Intel等廠商推出的無線網(wǎng)卡、無線路由器等產(chǎn)品，已經(jīng)大量應(yīng)用在PC、筆記本電腦中。第五代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.11ac：IEEE標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會從2008年起就開始推動IEEE802.11ac(俗稱5GWi-Fi)標(biāo)準(zhǔn)的制定，完整的官方標(biāo)準(zhǔn)在2012年面世。IEEE802.11ac標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)高達(dá)1.3?Gb/s的傳輸速率，是IEEE802.11n最高傳輸速率的三倍，滿足高清視頻播放需求，它可同時容納更多的接入設(shè)備，提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，有效減少網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)，其功耗僅為之前產(chǎn)品的1/6，帶給用戶更好的移動體驗。隨著應(yīng)用需求驅(qū)動部署，向IEEE802.11ac演進(jìn)的通道已開啟，在芯片廠商的不斷創(chuàng)新下，成本不斷被降低，相關(guān)設(shè)備商不斷跟進(jìn)推出IEEE802.11ac產(chǎn)品。規(guī)?；占安粩嗉铀?，很快IEEE802.11ac將取代IEEE802.11n成為主流。3.2.3無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.基本結(jié)構(gòu)

1)有固定基礎(chǔ)設(shè)施的WLAN

利用預(yù)先建立起來的、能夠覆蓋一定地理范圍的一批固定基站實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信，該基站稱為接入點AP。無線站點(STA)又稱為移動站，通常由計算機(jī)加無線網(wǎng)卡構(gòu)成，通過AP進(jìn)行通信。有固定基礎(chǔ)設(shè)施的WLAN如圖3-3所示。圖3-3有固定基礎(chǔ)設(shè)施的WLAN

2)無固定基礎(chǔ)設(shè)施WLAN

無固定基礎(chǔ)設(shè)施的WLAN沒有接入點AP，而是由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡(luò)如圖3-4所示。當(dāng)移動站A和E通信時，經(jīng)過A→B、B→C、C→D和最后D→E這樣一連串的過程。因此在從源結(jié)點A到目的結(jié)點E的路徑中的移動站B、C和D都是轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點。

這種無固定基礎(chǔ)設(shè)施的WLAN稱為自組織網(wǎng)絡(luò)，又稱為Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)。由于沒有預(yù)先建好的基站，因此它的服務(wù)范圍通常是受限的。圖3-4無固定基礎(chǔ)設(shè)施的WLAN無線局域網(wǎng)與有線的以太網(wǎng)相比，具有以下幾大特點：

(1)可移動性。通信不受環(huán)境條件的限制，拓寬了網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍。

(2)靈活性。組網(wǎng)不受布線接點位置的制約，具有傳統(tǒng)以太網(wǎng)無法比擬的靈活性。

(3)擴(kuò)展能力強(qiáng)。只需通過增加AP即可對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效擴(kuò)展。

(4)經(jīng)濟(jì)節(jié)約。不需要布線或開挖溝槽，安裝便捷，建設(shè)成本低。

2.基本結(jié)構(gòu)擴(kuò)展

一個無線AP以及與其關(guān)聯(lián)的無線客戶端被稱為一個基本服務(wù)集(BSS)。一個BSS是孤立的，可通過接入點AP連接到一個分配系統(tǒng)DS(如以太網(wǎng))，然后再接到另一個BSS……這就構(gòu)成一個擴(kuò)展的服務(wù)集ESS。ESS還可通過門橋(Portal,無線網(wǎng)橋)為無線用戶提供到IEEE802.x局域網(wǎng)的接入?；窘Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展如圖3-5所示。

現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機(jī)場、快餐店、旅館、購物中心等都能向公眾提供有償或無償接入Wi-Fi的服務(wù)。這樣的地點被稱為熱點(HotSpot)。由許多熱點和接入點AP連接起來的區(qū)域被稱為熱區(qū)(Hot?Zone)。熱點也就是公眾無線入網(wǎng)點。

圖3-5基本結(jié)構(gòu)擴(kuò)展

3.3無線城域網(wǎng)技術(shù)

3.3.1無線城域網(wǎng)概述

盡管無線局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是人們對于無線寬帶通信的探索并未因此而停止，人們期待覆蓋范圍更大、信息速率更高、服務(wù)質(zhì)量更好的技術(shù)出現(xiàn)，因此無線城域網(wǎng)應(yīng)運而生。自2004年美國費城首先提出無線城市發(fā)展計劃以來，西歐等國家和地區(qū)已有一批城市在政府主導(dǎo)下開始進(jìn)行無線城市的建設(shè)，無線城域網(wǎng)(WirelessMetropolitanAreaNetwork，WMAN)技術(shù)應(yīng)運而生。由于無線城域網(wǎng)技術(shù)具有更遠(yuǎn)的通信距離，一般具有幾十千米的通信距離，而物聯(lián)網(wǎng)許多應(yīng)用，例如，智能物體部署在野外比較分散的區(qū)域內(nèi)，擁有幾十千米的通信距離可以部署許多適合更大范圍內(nèi)工作的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。目前無線城域網(wǎng)技術(shù)的演進(jìn)版WirelessMAN-Advanced(IEEE802.16m)已被確定為4G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。無線城域網(wǎng)由基站(BS)、用戶基站(SS)和接力站(RS)組成。在無線城域網(wǎng)中，基站的作用是一方面提供與核心網(wǎng)絡(luò)(即傳統(tǒng)的因特網(wǎng))之間的連接；另一方面通常采用扇形/定向天線或全向天線向用戶基站發(fā)送數(shù)據(jù)。無線城域網(wǎng)基站在工作時可以提供靈活的子信道部署與配置功能，合理地規(guī)劃信道帶寬，并根據(jù)用戶狀況不斷升級擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。用戶基站的作用是完成基站與用戶終端設(shè)備間的中斷連接，一個基站能夠支持多個用戶基站之間數(shù)據(jù)的傳輸，一個用戶基站又支持多個用戶終端間的無線連接，從而使一個基站能夠為上千個用戶終端服務(wù)。用戶基站采用固定天線，并且安置在房頂?shù)雀咛幉课唬ㄐ艜r采用動態(tài)適應(yīng)性信號調(diào)制模式，以確保數(shù)據(jù)的正常通信。接力站的功能相當(dāng)于一個信號放大器，在點到多點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中提高基站的覆蓋能力。無線城域網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)主要是IEEE802.16協(xié)議，而WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)常用來表示無線城域網(wǎng)(WMAN)，這與Wi-Fi常用來表示無線局域網(wǎng)(WLAN)相似。3.3.2無線城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)

1.?IEEE802.16協(xié)議簡介

IEEE802.16協(xié)議是無線城域網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，其作用就是在用戶終端同核心網(wǎng)絡(luò)之間建立起一個通信路徑，保證在兩者之間數(shù)據(jù)的無線連接?，F(xiàn)在主流的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)于2004年6月正式被通過，并命名為IEEE802.16-2004，又稱為無線城域網(wǎng)(WMAN)標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議吸收并借鑒了寬帶無線接入領(lǐng)域本地多點傳輸服務(wù)(LMDS)、ETSIHiperMAN、多路多點分配業(yè)務(wù)(MMDS)等技術(shù)，同時對以往的無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了一些修改和合并，規(guī)定了無線城域網(wǎng)固定寬帶無線接入的物理層(PHY)和媒體接入控制層(MAC)規(guī)范，以保證數(shù)據(jù)安全、準(zhǔn)確、可靠地在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)先后發(fā)表多個版本，其具體的參數(shù)比較如表3-3所示。表3-3IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)比較

2.?IEEE802.16的體系結(jié)構(gòu)

IEEE802.16主要有以下三層體系結(jié)構(gòu)。

1)物理層

物理層是三層結(jié)構(gòu)中的最底層，是構(gòu)建整個城市無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。物理層主要完成關(guān)于頻率帶寬、調(diào)制模式、糾錯技術(shù)以及發(fā)射機(jī)同接收機(jī)之間的同步、數(shù)據(jù)傳輸率和時分復(fù)用結(jié)構(gòu)等方面的工作。IEEE802.16載波帶寬的范圍在1.25MHz～20MHz，當(dāng)用戶終端與基站通信，標(biāo)準(zhǔn)使用的是按需分配多路尋址(DAMA)-時分多址(TDMA)技術(shù)。DAMA技術(shù)是一種根據(jù)多個站點之間的容量需要的不同，動態(tài)地分配信道容量的技術(shù)。TDMA是一種時分技術(shù)，它將一個信道分成一系列的幀，每個幀都包含很多的小時間單位，稱為時隙。工作時根據(jù)每個站點的需要為其在每個幀中分配一定數(shù)量的時隙來組成每個站點的邏輯信道。通過DAMA-TDMA技術(shù),每個信道的時隙分配可以動態(tài)地改變，提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。

2)數(shù)據(jù)鏈路層

在物理層之上是數(shù)據(jù)鏈路層，IEEE802.16在數(shù)據(jù)鏈路層上規(guī)定的主要是為用戶提供服務(wù)所需的各種功能，這些功能主要在數(shù)據(jù)鏈路層的介質(zhì)訪問控制(MAC)層中實現(xiàn)。MAC層共分為三個子層：匯聚子層(CS)，負(fù)責(zé)與高層接口的連接，匯聚上層不同的業(yè)務(wù)；公共部分子層(CPS)，分為數(shù)據(jù)平面和控制平面，實現(xiàn)MAC的功能；安全子層(SS)，負(fù)責(zé)MAC層認(rèn)證和加密功能。

3)匯聚層

匯聚層處于三層結(jié)構(gòu)的最上層。對于IEEE802.16.1來說，能提供的服務(wù)主要包括數(shù)字音頻/視頻廣播、數(shù)字電話、異步傳輸模式ATM、因特網(wǎng)接入、電話網(wǎng)絡(luò)中無線中繼和幀中繼等。

3.?IEEE802.16的技術(shù)優(yōu)勢

1)擺脫了有線網(wǎng)絡(luò)線纜的束縛

傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍并不完整而且有限，有限的網(wǎng)絡(luò)范圍將用戶束縛在固定的地點、固定的環(huán)境中。另外有線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)線也會給日常工作帶來一些不便，例如，若將網(wǎng)線直接布置在地面上，用戶在行走過程中很容易碰到網(wǎng)線，從而影響到網(wǎng)絡(luò)的正常連接和水晶頭等處的使用壽命，若布置在墻上又顯得很不美觀。無線城域網(wǎng)的出現(xiàn)，可以很好地解決以上有線網(wǎng)絡(luò)所帶來的問題。無線城域網(wǎng)不受線纜的制約，用戶在任何地點，只要擁有訪問權(quán)限就可以訪問網(wǎng)絡(luò)資源，而且無線連接自然也省去了線纜的布置工作，給用戶帶來更多的方便。

2)與無線局域網(wǎng)相比性能更勝一籌

IEEE802.16的優(yōu)勢如下：

(1)速度更快和覆蓋面更廣。無線局域網(wǎng)是基于IEEE802.11協(xié)議建設(shè)的，由于無線局域網(wǎng)服務(wù)的出發(fā)點是解決辦公室等小范圍局域網(wǎng)的無線數(shù)據(jù)通信，設(shè)計的本身要求是低功耗，因此必然限制通信距離和速度。無線局域網(wǎng)的范圍在200m左右，理論上最高數(shù)據(jù)傳輸速率只能達(dá)到11?Mb/s,而且無線局域網(wǎng)受建筑物、電磁波等干擾明顯，實際傳輸速度一般在2Mb/s以下。無線城域網(wǎng)采用先進(jìn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、波束成形、STC、天線分集等天線技術(shù)對大范圍的地域進(jìn)行覆蓋。這些先進(jìn)技術(shù)也可用來提高頻譜效率、容量、復(fù)用以及每個射頻信道的平均與峰值吞吐量。即使在鏈路狀況最差的情況下，也能提供可靠而優(yōu)異的性能。在最高120?Mb/s的接入速率下，IEEE802.16所能實現(xiàn)的最大傳輸距離高達(dá)50?km。

(2)可擴(kuò)展性更強(qiáng)。無線局域網(wǎng)MAC層要求每一信道至少為20?MHz，并規(guī)定只能工作在不需要牌照的頻段上，其擴(kuò)展能力較差。當(dāng)用戶增加時，吞吐量明顯減小。而IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信道寬度為1.75?MHz～20?MHz，選擇空間比較大，而且在物理層IEEE802.16支持靈活的射頻信道帶寬和信道復(fù)用。IEEE802.16還支持自動發(fā)送功率控制和信道質(zhì)量測試，可以作為物理層的附加工具來支持小區(qū)規(guī)劃和部署以及頻譜的有效使用。當(dāng)用戶數(shù)增加時，運營商通過扇形化和小區(qū)分裂來重新分配頻譜。

(3)實現(xiàn)了更好的QoS。無線局域網(wǎng)IEEE802.11協(xié)議在MAC層中定義了兩種訪問方式：分布式協(xié)調(diào)方式(DCF)和點協(xié)調(diào)方式(PCF)，雖然這兩種方式的QoS正處在不斷完善過程中，但仍然具有一定的局限性。IEEE802.16協(xié)議的MAC層提供了面向連接的傳送機(jī)制，采用自動修正的寬帶請求/準(zhǔn)許機(jī)制，單獨輪詢請求帶寬或從已經(jīng)分配的帶寬中調(diào)整新應(yīng)用需要的帶寬來保障實時語音和視頻應(yīng)用所要求的最低延時，并根據(jù)不同的QoS要求傳送和調(diào)度物理層數(shù)據(jù)?；久織lMAC層消息頭都攜帶了業(yè)務(wù)參數(shù)來體現(xiàn)不同應(yīng)用的QoS要求，能支持固定比特率、實時流、非實時流和盡力而為四個類型的業(yè)務(wù)參數(shù)。以目前IEEE802.11的現(xiàn)有技術(shù)，很難達(dá)到與IEEE802.16相當(dāng)?shù)腝oS。

(4)節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。若建立無線局域網(wǎng)，要在交換機(jī)等設(shè)備的基礎(chǔ)上購置無線AP、無線路由器等。這些設(shè)備的價格都比較昂貴，尤其是網(wǎng)絡(luò)核心數(shù)據(jù)交換設(shè)備價格都在數(shù)萬元以上，面積越大所需要的設(shè)備就越多，同時日后還需要一定的資金維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。而在無線城域網(wǎng)下，整個網(wǎng)絡(luò)主要是由政府部門或無線網(wǎng)絡(luò)運營商建設(shè)完成的，用戶只需要花費很少的人力、物力，甚至零成本就可以擴(kuò)充現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，給更多的用戶帶來便捷。

IEEE802.16需在城市的多個高大建筑物上建立基站，基站之間采用全雙工、寬帶通信方式工作，每個基站接入用戶數(shù)大大多于IEEE802.11，基站發(fā)送功率高達(dá)100kW，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，只要少數(shù)基站建設(shè)就能實現(xiàn)全城覆蓋，每個信道帶寬(可調(diào)整)在1.5?MHz～20?MHz之間，傳輸速率高達(dá)70?Mb/s。3.3.3WiMAX與其他技術(shù)的比較

1.?WiMAX概述

近年來隨著IPTV、流媒體等業(yè)務(wù)的發(fā)展，用戶對“最后一公里”寬帶化的需求日益突出。WiMAX作為最具影響力的寬帶無線接入技術(shù)受到了國內(nèi)外通信界的廣泛關(guān)注。WiMAX即全球微波互聯(lián)接入，是一項新興的寬帶無線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50?km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點。WiMAX的技術(shù)起點較高，采用了代表未來通信技術(shù)發(fā)展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進(jìn)技術(shù)，隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，WiMAX逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動化，而3G則實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會越來越高。WiMAX技術(shù)采用的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.16d和IEEE802.16e。IEEE802.16d標(biāo)準(zhǔn)是固定網(wǎng)絡(luò)的補充和延伸，不具有移動接入的性能，而IEEE802.16e支持移動接入。

WiMAX的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在這一技術(shù)集成了Wi-Fi接入技術(shù)的移動性與靈活性以及xDSL等基于線纜的傳統(tǒng)寬帶接入技術(shù)的高寬帶性，其技術(shù)優(yōu)勢可以概括如下：

(1)傳輸距離遠(yuǎn)，接入速度高。WiMAX采用OFDM技術(shù)，能有效對抗多徑干擾；同時采用自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)可以實現(xiàn)覆蓋范圍和傳輸速率的折中。此外，利用自適應(yīng)功率控制，可以根據(jù)信道狀況動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率，從而使得WiMAX具有更大的覆蓋范圍和更高的接入速率。例如，當(dāng)信道條件較好時，可以將調(diào)制方式調(diào)整為64QAM，同時采用編碼效率更高的信道編碼，提高傳輸速率，WiMAX最高傳輸速率可以達(dá)到75?Mb/s；反之，當(dāng)信道傳輸條件惡劣，基站無法基于64QAM建立連接時，可以切換為16QAM或QPSK調(diào)制，同時采用編碼效率更低的信道編碼，這樣可以提高傳輸?shù)目煽啃?，增大覆蓋范圍。

(2)無“最后一公里”瓶頸限制且系統(tǒng)容量大。作為一種寬帶無線接入技術(shù)，WiMAX接入靈活、系統(tǒng)容量大。服務(wù)提供商無需考慮布線、傳輸?shù)葐栴}，只需要在相應(yīng)的場所架設(shè)WiMAX基站。WiMAX不僅支持固定無線終端也支持便攜式和移動終端，能適應(yīng)城區(qū)、郊區(qū)以及農(nóng)村等各種地形環(huán)境。一個WiMAX基站可以同時為眾多客戶提供服務(wù)，為每個客戶提供獨立帶寬請求支持。

(3)提供廣泛的多媒體通信服務(wù)。WiMAX可以提供面向連接的、具有完善QoS保障的電信級服務(wù)，滿足客戶的各種應(yīng)用需要，按照優(yōu)先級由高到低依次提供。WiMAX系統(tǒng)安全性較好。WiMAX的空中接口專門在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，而且提供加密功能，充分保護(hù)用戶隱私。

(4)互操作性好。運營商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中能夠從多個設(shè)備制造商處購買WiMAX的認(rèn)證設(shè)備，而不必?fù)?dān)心兼容性問題。

(5)應(yīng)用范圍廣。WiMAX可以應(yīng)用于廣域接入、企業(yè)寬帶接入、家庭“最后一公里”接入、熱點覆蓋、移動寬帶接入以及數(shù)據(jù)回傳等所有寬帶接入市場。在有線基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的地區(qū)，尤其是廣大農(nóng)村和山區(qū)，WiMAX更加靈活、成本低，是首選的寬帶接入技術(shù)。

2.?WiMAX組網(wǎng)模式

1)?WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

根據(jù)通用的無線通信體系結(jié)構(gòu)，WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以分成終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)三個部分，如圖3-6所示。圖3-6WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

WiMAX終端包括固定、漫游和移動三類終端,WiMAX接入網(wǎng)主要為無線基站，支持無線資源管理等功能,WiMAX核心網(wǎng)主要解決用戶認(rèn)證、漫游等功能及WiMAX網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口關(guān)系。這是典型的點到多點(PMP)的組網(wǎng)方式。

WiMAX網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括基于頻率復(fù)用技術(shù)的小區(qū)規(guī)劃方案、媒體訪問機(jī)制、入網(wǎng)與初始化、資源分配策略、認(rèn)證計費和移動性管理等方面。

2)?WiMAX應(yīng)用模式

WiMAX解決方案適用于提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及基于寬帶的NGN話音業(yè)務(wù)。WiMAX作為“最后一公里”的無線接入解決方案為實際部署提供更多的手段，增加了部署靈活性和可搬移性。從接入方式的角度可以分為以下幾種：

(1)無線寬帶固定式接入：作為光纖、DSL線路的有效替代和補充，開展IP話音、作為Wi-Fi熱點回程等。

(2)無線寬帶游牧式接入：方便個人電腦用戶區(qū)域性數(shù)據(jù)接入。

(3)無線寬帶便攜式接入：方便筆記本電腦、PDA用戶隨時隨地寬帶數(shù)據(jù)接入。

(4)無線寬帶移動式接入：支持車載速度移動寬帶數(shù)據(jù)接入。

3.?WiMAX的應(yīng)用

1)城市安全

通過未來的WiMAX無縫漫游的高安全性的警察專用網(wǎng),能夠快速有效、及時地查找違法犯罪人員的記錄情況。應(yīng)用WiMAX無線寬帶技術(shù)提升城市對緊急事件的快速處理能力,有效提升城市整體安全防范的水平。另外WiMAX無線城域網(wǎng)甚至可以應(yīng)用在城市消防。在無線城域網(wǎng)的支撐下，各個消防員之間采用Wi-Fi技術(shù)相互連接，可有效保證火場中數(shù)據(jù)的有效溝通，幫助消防人員與外界取得聯(lián)系；而且消防指揮員還能夠根據(jù)實際狀況，有效調(diào)度人員和器材，快速地控制火勢?？梢韵胂螅ㄟ^WiMAX無線城域網(wǎng)，對整個城市安全方面信息的溝通和傳達(dá)、命令將以更有效、更快速和更廣覆蓋的方式實現(xiàn)。

2)監(jiān)控交通狀況和控制交通擁堵

目前國內(nèi)大中城市均有不同程度的交通堵塞現(xiàn)象以及由于交通堵塞所帶來的環(huán)境污染問題。利用基于RFID和WiMAX技術(shù)的智能交通管理方案，就可以事先預(yù)防并解決這類問題的發(fā)生。例如，對進(jìn)入特定區(qū)域內(nèi)的車輛，實行特定的收費。具體方案是采用RFID技術(shù)監(jiān)控進(jìn)入特殊路段的車輛，通過WiMAX技術(shù)全程跟蹤車輛情況，并記錄到后臺系統(tǒng)，按月收取費用。通過這種方式，政府可以在特定區(qū)域或者時間(上下班高峰期)控制交通擁堵，同時通過收取費用來收回成本。

3)金融行業(yè)

WiMAX無線城域網(wǎng)可連接全城的銀行系統(tǒng)，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)不同銀行之間的金融信息交換，因此這項技術(shù)在銀行、保險業(yè)的投資回報率也非常可觀。

4)醫(yī)療保健行業(yè)

WiMAX技術(shù)結(jié)合相應(yīng)的無線應(yīng)用軟件，可使各醫(yī)院之間的醫(yī)生和保健人員能夠通過無線設(shè)備接收病人的信息，包括檢驗結(jié)果和分析數(shù)據(jù)，甚至通過無線設(shè)備下達(dá)藥物治療試驗和臨床試驗的處方。隨著應(yīng)用更高帶寬的WiMAX無線城域網(wǎng)以及移動設(shè)備的圖形處理能力變得更強(qiáng)，醫(yī)生、放射師以及其他醫(yī)療人員就能在無線設(shè)備上接收和查看X光照片、CT掃描圖以及其他醫(yī)療圖像，再結(jié)合相應(yīng)的無線應(yīng)用軟件,還能更好地和語音系統(tǒng)集成起來，把所需的醫(yī)療和病人相關(guān)的數(shù)據(jù)及時發(fā)送給醫(yī)療人員。

5)物流企業(yè)

在未來的智能城市中，無線網(wǎng)絡(luò)無處不在，其他類似WiMAX的技術(shù)可能覆蓋城市區(qū)域，以提供比Wi-Fi熱點范圍更廣的高速無線連接。如果可以利用WiMAX無線城域網(wǎng)，再配合傳感器和相關(guān)的無線應(yīng)用軟件，將對大型物流企業(yè)的車隊和運送的包裹、貨物進(jìn)行有效跟蹤和管理，可使用戶隨時了解任一時刻其委托物流企業(yè)的包裹、貨物的實際狀態(tài)，提高物流企業(yè)的運送效率。

3.4移動通信技術(shù)

3.4.1移動通信概述

1.移動通信的特點

移動通信具有以下特點：

(1)在移動通信(特別是陸上移動通信)系統(tǒng)中，由于移動臺的不斷運動導(dǎo)致接收信號強(qiáng)度和相位隨時間、地點而不斷變化，電波傳播條件十分惡劣，多徑效應(yīng)引起信號衰落。只有充分研究電波傳播的規(guī)律，才能進(jìn)行合理的系統(tǒng)設(shè)計。

(2)移動形成的多普勒頻移將產(chǎn)生附加調(diào)制。移動使電波傳播產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。移動產(chǎn)生的多普勒頻移為

(3)在強(qiáng)干擾的情況下工作。在移動通信中，基站往往設(shè)置若干個收、發(fā)信機(jī)，且移動臺的位置是在小區(qū)內(nèi)不斷變化的，這些因素往往會使通信中的干擾變得很嚴(yán)重。因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同形式的干擾，采取相應(yīng)的抗干擾措施。主要干擾包括人為干擾、互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等。

(4)移動通信特別是陸地上移動通信的用戶數(shù)量大，為緩和用戶數(shù)量大與可利用的頻道數(shù)有限的矛盾，除開發(fā)新頻段之外，還應(yīng)采取各種有效利用頻率的措施，如壓縮頻帶、縮小信道間隔、多頻道共用等，即采用頻譜和無線頻道有效利用技術(shù)。

(5)由于移動體隨機(jī)移動，因此移動通信設(shè)備必須具有位置登記、越區(qū)切換及漫游訪問等跟蹤交換技術(shù)。

(6)移動臺應(yīng)小型、輕便、低功耗和操作方便。同時，在有振動和高、低溫等惡劣的環(huán)境條件下，要求移動臺能夠穩(wěn)定、可靠地工作。

2.移動通信系統(tǒng)的分類

移動通信系統(tǒng)類型很多，可按不同方法進(jìn)行劃分：按使用對象分，可分為軍用、民用；按用途和區(qū)域分，可分為陸上、海上、空間；按經(jīng)營方式分，可分為公眾網(wǎng)、專用網(wǎng)；按通信網(wǎng)的制式分，可分為大區(qū)制、小區(qū)制；按信號性質(zhì)分，可分為模擬、數(shù)字；按調(diào)制方式分，可分為調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅等；按通信方式分，可分為單工制、半雙工制、雙工制；按多址復(fù)接方式分，可分為頻分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA)、時分多址(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)、碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)。

1)按通信網(wǎng)的制式劃分

如上所述，移動通信系統(tǒng)按通信網(wǎng)的制式分，可分為小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制。

(1)大區(qū)制。大區(qū)制的移動通信系統(tǒng)一般設(shè)有一個基站，它負(fù)責(zé)服務(wù)區(qū)內(nèi)移動通信的聯(lián)絡(luò)與控制。如果覆蓋范圍要求半徑為30?km～50km，則天線高度應(yīng)為幾十米至百余米。發(fā)射機(jī)輸出功率則應(yīng)高出200?W。在覆蓋區(qū)內(nèi)有許多車載臺和手持臺，它們既可以與基站通信，它們之間也可直接通信或過基站轉(zhuǎn)接通信。一個大區(qū)制系統(tǒng)有一個至數(shù)個無線電頻道，用戶數(shù)約為幾十個至幾百個。另外，基站與市話有線網(wǎng)連接，移動用戶與市話用戶之間可以進(jìn)行通信。這種大區(qū)制的移動通信系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、所需頻道數(shù)少、不需交換設(shè)備、投資少、見效快，適合用在用戶數(shù)較少的區(qū)域。

(2)小區(qū)制。小區(qū)制就是把整個服務(wù)區(qū)域劃分為若干個小區(qū)，每個小區(qū)分別設(shè)置一個基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)移動通信的聯(lián)絡(luò)和控制。同時，又可在移動交換中心的統(tǒng)一控制下，實現(xiàn)小區(qū)之間移動用戶通信轉(zhuǎn)接以及移動用戶與市話用戶的聯(lián)系。每個區(qū)各設(shè)一個小功率基地站，發(fā)射功率一般為5?W～10?W，以滿足各無線小區(qū)移動通信的需要。

小區(qū)制提高了頻率的利用率，而且由于基站功率減小，也使相互之間的干擾減少了。無線小區(qū)的范圍應(yīng)根據(jù)實際用戶數(shù)的多少靈活確定，因此這種體制是公用移動電話通信發(fā)展的一個方向。但小區(qū)制存在同頻干擾，隨著基站數(shù)量的增加，建網(wǎng)的成本就提高了。移動臺需要經(jīng)常地更換工作頻道，這樣對控制交換功能的要求就提高了。

2)按移動通信的工作方式劃分

按移動通信的工作方式可分為單工制、半雙工制和雙工制三種，其分述如下：

(1)單工制。單工制采用“按鍵”控制方式，只能進(jìn)行單向通信，通常雙方接收機(jī)均處于守候狀態(tài)。此工作方式設(shè)備簡單、功耗小，但操作不便，通話時易產(chǎn)生斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象。它一般應(yīng)用于用戶少的專用調(diào)度系統(tǒng)。

(2)半雙工制。半雙工制是基站雙工制工作，移動臺“單工”工作，只能交替進(jìn)行雙向的通信，信息雙向傳輸使用兩個頻率。這種方式設(shè)備簡單，功耗小，克服了通話斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象，但操作仍不大方便。半雙工制主要用于專用移動通信系統(tǒng)。

(3)雙工制。雙工制是指收發(fā)雙方采用一對頻率，使基站、移動臺同時雙向工作。這種方式操作方便，但電能消耗大。模擬或數(shù)字的蜂窩移動電話系統(tǒng)都采用雙工制。

3)按多址方式劃分

在移動通信系統(tǒng)中，有許多用戶都要同時通過一個基站和其他用戶進(jìn)行通信，因而，必須對不同用戶臺和基站發(fā)出的信號賦予不同特征，使基站能從眾多用戶臺的信號中區(qū)分出是哪一個用戶臺發(fā)出來的信號，而各用戶臺又能識別出在基站發(fā)出的信號中哪個是發(fā)給自己的信號，解決這個問題的方法被稱為多址技術(shù)，如圖3-7所示。多址技術(shù)使眾多的用戶共用公共的通信線路。為使信號多路化而實現(xiàn)多址的方法基本上有三種，它們分別采用頻率、時間或代碼分隔的多址連接方式，即人們通常所稱的頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)三種接入方式。圖3-7用模型表示了這三種多址技術(shù)的概念。圖3-7多址技術(shù)模擬式蜂窩移動通信網(wǎng)采用頻分多址方式，而數(shù)字式蜂窩移動通信網(wǎng)采用時分多址方式。另外，還有上述三種基本方式的混合多址方式，如TDMA/FDMA、CDMA/FDMA等。以下是對三種多址技術(shù)的基本原理的分析：

(1)?FDMA是以不同的頻率信道實現(xiàn)通信的，把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的頻道(或稱為信道)分配給不同的用戶使用。這些頻道互不交疊，其寬度應(yīng)能傳輸一路語音信息，而在相鄰頻道之間無明顯的串?dāng)_。

(2)?TDMA是以不同的時隙實現(xiàn)通信的，把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙(無論幀或時隙都是互不重疊的)，然后根據(jù)一定的時隙分配原則，使各移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各個時隙中接收到各移動臺的信號而不發(fā)生混擾。

同時，基站發(fā)向多個移動臺的信號都按順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。

(3)?CDMA是以不同的代碼序列實現(xiàn)通信的，不同的移動臺占用同一頻率，每一移動臺被分配一個獨特的隨機(jī)碼序列，與其他臺的碼序列不同，也就是彼此是不相關(guān)的或相關(guān)性很小，以便區(qū)分不同移動臺，在這樣一個信道中，可容納比TDMA還要多的用戶數(shù)。

3.移動通信的發(fā)展

移動無線電話在20世紀(jì)早期被海軍和海洋部門用于通信，20世紀(jì)60年代，改進(jìn)型移動電話系統(tǒng)IMTS(ImprovedMobileTelephoneSystem)開始安裝，20世紀(jì)80年代，移動通信開始盛行。到現(xiàn)在為止的20多年中，移動通信已經(jīng)經(jīng)歷了從模擬時代到數(shù)字時代的演進(jìn)，其發(fā)展大致可分為第一代移動通信系統(tǒng)、第二代移動通信系統(tǒng)、第三代移動通信系統(tǒng)和第四代移動通信系統(tǒng)。中國已于2013年底正式發(fā)放第四代移動通信系統(tǒng)牌照，正式進(jìn)入4G時代。

1)模擬時代—第一代移動通信系統(tǒng)

第一代移動通信系統(tǒng)屬模擬系統(tǒng)，如AMPS和TACS系統(tǒng)。它主要采用頻分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess)技術(shù)，這種技術(shù)是最古老也是最簡單的。但是，由于模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)容量小，因此FDMA技術(shù)在信道之間必須有警界波段來使站點相互分開，這樣的警界波段就會造成很大的帶寬浪費。而且，模擬系統(tǒng)的安全性能很差，任何有全波段無線電接收機(jī)的人都可以收聽到一個單元里的所有通話。另外，此技術(shù)對天線和基站的破壞也很嚴(yán)重，模擬系統(tǒng)主要以語音業(yè)務(wù)為主，基本上很難開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。模擬移動通信系統(tǒng)不足之處主要有以下四個方面：

(1)系統(tǒng)制式復(fù)雜，不易實現(xiàn)國際漫游。

(2)模擬移動通信系統(tǒng)設(shè)備價格高，手機(jī)體積大，電池充電后有效工作時間短，一般只能持續(xù)工作8?h，給用戶帶來不便。

(3)模擬移動通信系統(tǒng)用戶容量受限制，在人口密度很大的城市，系統(tǒng)擴(kuò)容困難。

解決上述問題的最有效辦法就是采用一種新技術(shù)，即移動通信的數(shù)字化，又稱為數(shù)字移動通信系統(tǒng)。

2)數(shù)字時代—第二代移動通信系統(tǒng)

第二代移動通信系統(tǒng)屬于數(shù)字系統(tǒng)，它主要采用時分多址(TimeDivisionMultipleAccess)技術(shù)或者是窄帶碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess)技術(shù)，如中國移動的GSM(移動通信特別小組)系統(tǒng)和中國聯(lián)通的窄帶CDMA網(wǎng)絡(luò)。其中，GSM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是由歐洲提出的第二代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。CDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是由美國提出的第二代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它最早被軍用設(shè)備所采用，直接擴(kuò)頻和抗干擾性是其突出的特點。除了語音業(yè)務(wù)外，第二代系統(tǒng)可以傳輸?shù)退俚臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，隨著各種增值業(yè)務(wù)也不斷增長。目前第二代移動通信系統(tǒng)正在得到廣泛的使用。第二代移動通信時代，GSM取得了空前的成功，目前，其市場份額已超過全球移動用戶的60%。

數(shù)字移動通信有以下兩個特征：

(1)有效利用頻率。數(shù)字方式比模擬方式能更有效地利用有限的頻率資源。隨著更好的聲音信號壓縮算法的推出，每信道所需的帶寬會越來越窄。

(2)提高保密性。模擬系統(tǒng)使用調(diào)頻制，要把聲音信息完全加密很不容易，而數(shù)字調(diào)制是在信息本身編碼后才進(jìn)行調(diào)制的，因此容易進(jìn)行加密。

3)?3G時代—第三代移動通信系統(tǒng)

雖然第二代移動通信系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)容量小、頻譜利用率低等一些方面的不足之處，但是，隨著對通信業(yè)務(wù)種類和數(shù)量需求的劇增，業(yè)務(wù)類型主要限于語音和低速數(shù)據(jù)的第二代移動通信系統(tǒng)也已經(jīng)不能滿足未來發(fā)展的需要，因此，ITU提出了大容量、高速率、全方位的第三代移動通信的概念。3G的主要特點如下：

(1)世界范圍內(nèi)高度共同性的設(shè)計。

(2)具有高速和多種速率傳輸能力，在廣域覆蓋下的速率達(dá)384kb/s，本地覆蓋下的速率達(dá)2048kb/s。

(3)多媒體應(yīng)用能力，多種業(yè)務(wù)能力和多種終端。

(4)實現(xiàn)全球覆蓋和全球無縫漫游。

(5)具有較高的頻譜利用率。

(6)具有較高的QoS。

(7)具有很高的兼容性、靈活性和安全性。

(8)具有突出的個性化服務(wù)。

由于3G的提出除了要進(jìn)一步提高話音質(zhì)量外，最主要的目的是為了滿足日益增長的數(shù)據(jù)通信、視頻傳輸、個性化服務(wù)等，因此，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)也就是提高移動通信的傳輸速率。目前ITU公開的3G標(biāo)準(zhǔn)有三個：歐洲和日本共同提出的WCDMA、美國以高通公司為代表提出的CDMA2000以及中國以大唐集團(tuán)為代表提出的TD-SCDMA。這些標(biāo)準(zhǔn)在核心網(wǎng)中都采用分組交換方式，采用CDMA技術(shù)解決無線端口問題。因此，這三種標(biāo)準(zhǔn)無一例外地都采用了CDMA這一核心技術(shù)(CDMA技術(shù)是一種擴(kuò)頻方式的通信，是在數(shù)字通信技術(shù)的分支擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種技術(shù)，就是用具有噪聲特性的載波以及比簡單的點到幾點通信所需帶寬寬得多的頻帶去傳輸相同的數(shù)據(jù))。3G于2009年在中國成功商用。

4)?4G—第四代移動通信系統(tǒng)

按ITU的定義，4G是基于IP的高速蜂窩移動網(wǎng)，從現(xiàn)有3G演進(jìn)，在移動狀態(tài)下達(dá)到速率為100?Mb/s，靜態(tài)和慢移動狀態(tài)下達(dá)到速率1?Gb/s。第四代移動通信系統(tǒng)將提供高速率、各種數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)，采用全I(xiàn)P技術(shù)，融合更多的協(xié)議和新技術(shù)。

2012年1月18日，ITU-R正式審核通過4G(IMT-Advanced)標(biāo)準(zhǔn)，包括3G的演進(jìn)技術(shù)LTE-Advanced及WiMAX的演進(jìn)技術(shù)WirelessMAN-Advanced(IEEE802.16?m)。

2013年12月，中國正式發(fā)放了4G的TDD-LTE牌照，4G進(jìn)入商用時代。3.4.2?GSM蜂窩移動通信系統(tǒng)

1.?GSM系統(tǒng)無線參數(shù)

1)工作頻段

GSM系統(tǒng)包括900?MHz和1800?MHz兩個頻段。早期使用的是GSM?900頻段，隨著業(yè)務(wù)量的不斷增長，DCS1800頻段投入使用，構(gòu)成“雙頻”網(wǎng)絡(luò)。

GSM系統(tǒng)使用的900?MHz、1800?MHz頻段如表3-4所示。在我國，上述兩個頻段又被分給了中國移動和中國聯(lián)通兩家移動運營商。表3-4GSM系統(tǒng)使用的900MHz、1800MHz頻段

2)?GSM多址方式

GSM系統(tǒng)采用時分多址/頻分多址、頻分雙工(TDMA/FDMA/FDD)制式。頻道間隔200?kHz，每個頻道采用時分多址接入方式，共分為8個時隙，時隙寬為0.577?ms。8個時隙構(gòu)成一個TDMA幀，幀長為4.615?ms。當(dāng)采用全速率話音編碼時每個頻道提供8個時分信道；如果將來采用半速率話音編碼，那么每個頻道將能容納16個半速率信道，從而達(dá)到提高頻率利用率、增大系統(tǒng)容量的目的。收發(fā)采用不同的頻率，一對雙工載波上下行鏈路各用一個時隙構(gòu)成一個雙向物理信道，根據(jù)需要分配給不同的用戶使用。移動臺在特定的頻率上和特定的時隙內(nèi)，以突發(fā)方式向基站傳輸信息，基站在相應(yīng)的頻率上和相應(yīng)的時隙內(nèi)，以時分復(fù)用的方式向各個移動臺傳輸信息。

3)頻率配置

GSM系統(tǒng)將所要覆蓋的地域劃分為若干小區(qū)，小區(qū)半徑為1?km～10?km左右，隨地域內(nèi)用戶的密度而定。每個小區(qū)設(shè)一個基站臺。每個基站臺可使用若干條無線頻分、時分或碼分信道。信道數(shù)決定了本小區(qū)內(nèi)可以同時使用的用戶數(shù)。相鄰小區(qū)使用不同頻率的信道，以免互相干擾。但相隔較遠(yuǎn)的小區(qū)可重復(fù)使用相同的頻率，稱為“頻率再用”或“頻率復(fù)用”。因此可以用有限個頻率為多個小區(qū)服務(wù)，從而組成大容量大范圍的移動通信系統(tǒng)。“頻率復(fù)用”技術(shù)是“空分多址”的一種形式—利用不同地域(空間)實現(xiàn)多址通信，它總是和其他多址方式綜合使用。GSM系統(tǒng)中能用有限個頻率組成大容量大范圍的系統(tǒng)，因為相隔較遠(yuǎn)的小區(qū)可以使用相同的頻率，即“頻率再用”，也就是利用地域的不同，實現(xiàn)“多址”。

GSM系統(tǒng)多采用4小區(qū)3扇區(qū)(4?×?3)的頻率配置和頻率復(fù)用方案，即把所有可用頻率分成4大組12個小組分配給4個無線小區(qū)而形成一個單位無線區(qū)群，每個無線小區(qū)又分為3個扇區(qū)，然后再由單位無線區(qū)群彼此鄰接，覆蓋整個服務(wù)區(qū)域，4×3頻率復(fù)用如圖3-8所示。當(dāng)采用跳頻技術(shù)時，多采用3/3頻率復(fù)用方式。圖3-84?×?3頻率復(fù)用

2.?GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺(MS)、基站子系統(tǒng)(BSS)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-9所示?；咀酉到y(tǒng)(BSS)由基站收發(fā)信機(jī)(BTS)組和基站控制器(BSC)組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心(MSC)和操作維護(hù)中心(OMC)以及歸屬位置寄