第5講移動無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專題

第五章移動無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專題

本章概述移動無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程、基本概念和相關(guān)技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的角度將移動無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分成無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)，并分別對它們進行闡述和分析。本章內(nèi)容組織如下：

5.1節(jié)概述移動無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程和技術(shù)特點；

5.2節(jié)介紹無線個域網(wǎng)技術(shù)；

5.3節(jié)講解無線局域網(wǎng)技術(shù)；

5.4節(jié)闡述無線城域網(wǎng)技術(shù)；

5.5節(jié)說明無線廣域網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

近20年來，移動無線通信網(wǎng)絡(luò)得到了飛速發(fā)展，基于移動無線通信網(wǎng)絡(luò)的各種應用和服務層出不窮，顯示出巨大的活力。進入21世紀以來，信息技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了兩個重大事件：一是全球移動通信用戶數(shù)超過了固定通信用戶數(shù)；二是數(shù)據(jù)業(yè)務量超過了話音業(yè)務量。這兩個“超過”反映出隨時時代與技術(shù)的進步，人們越來越依賴移動無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

5.1節(jié)概述移動無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程和技術(shù)特點

中國工業(yè)和信息化部24日發(fā)布了最新的中國移動電話網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)據(jù)，截至到2012年11月底，中國移動電話用戶數(shù)達到11.04億，其中3G用戶2.2億。數(shù)據(jù)顯示中國電話用戶凈增783.3萬，總數(shù)達13.8億——其中，固話用戶2.79億，移動電話用戶達到11.04億。3G用戶在移動用戶中的滲透率由去年末的13%提高到今年11月末的20%。移動互聯(lián)網(wǎng)用戶凈增1.11億，達到7.5億。（財經(jīng)專線消息）5.1.1發(fā)展歷程移動無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)過了以下幾個階段：

（1）20世紀40年代以前——早期發(fā)展階段。

標志性事件：1897年，馬可尼，第一次無線電傳輸。

1915年，紐約與舊金山無線音頻傳輸采用AM（AmplitudeModulation

）或FM（FrequencyModulation

）調(diào)制方式

（2）20世紀40年代到60年代——公用移動通信網(wǎng)問世。人工接續(xù)的公用移動通信網(wǎng)

（3）20世紀60年代到70年代初期——移動通信系統(tǒng)的改進與完善。

自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)的移動通信網(wǎng)，系統(tǒng)容量改善，典型代表美國的改進移動電話業(yè)務IMTS(ImprovedMobileTelephoneService).

（4）20世紀70年代中期到80年代中期——移動通信蓬勃發(fā)展階段（模擬蜂窩系統(tǒng)，1G）傳輸模擬語音信號，采用頻分多址方式(FDMA)，典型代表：美國AMPS，英國TACS,北歐NMT

(5）20世紀80年代中期到90年代中期——移動通信的成熟階段（數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，2G）。采用數(shù)字調(diào)制、編碼、時分多址TDMA或碼分多址CDMA技術(shù)。（6）21世紀初至今——移動通信飛速發(fā)展階段（3G、B3G/4G）。

三大公認的技術(shù)標準：CDMA2000，WCDMA，和TD-SCDMA;3G的特點：移動無線通信技術(shù)的發(fā)展有兩條主線：第一條主線是蜂窩通信技術(shù)從1G—4G

第二條主線涵蓋了WLAN，WPAN，Bluetooth，WiMAX,RFID等技術(shù)發(fā)展。5.1.2技術(shù)特點

與固定有線網(wǎng)絡(luò)相比，移動無線網(wǎng)絡(luò)主要具有如下技術(shù)特點：（1）電波傳播環(huán)境復雜、誤碼率高，通信易受干擾，存在衰落、遮蔽和多徑傳輸效應；（2）節(jié)點的移動和不穩(wěn)定的鏈路都會造成網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(tài)變化，網(wǎng)絡(luò)的路由和移動管理變得較為復雜；（3）無線網(wǎng)絡(luò)中的廣播是多跳廣播，存在隱終端和暴露終端問題，增加了信道接入控制的復雜性；（4）無線頻譜資源受管制，資源稀缺且價格昂貴，歐洲3G運營頻段曾拍出過3000億歐元的天價；（5）對移動設(shè)備的要求高，如低功耗、便攜靈活、低成本（復雜度）、低輻射和高性能；（6）系統(tǒng)構(gòu)建復雜，涉及移動設(shè)備、無線接入網(wǎng)、無線核心網(wǎng)和服務提供商網(wǎng)絡(luò)。一般將無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議分為物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應用層。無線網(wǎng)絡(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)的含義并不完全相同。無線網(wǎng)絡(luò)未必需要移動性支持，同時移動網(wǎng)絡(luò)用戶也可以使用有線手段接入網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)重于通過無線接口和無線傳輸技術(shù)向用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務；而移動網(wǎng)絡(luò)則強調(diào)向移動用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務，需要解決移動中的路由和位置管理等問題。移動網(wǎng)絡(luò)通常采用無線通信技術(shù)，因此這里不嚴格區(qū)分移動網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，統(tǒng)稱為移動無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當今時代，手機、PC、汽車、電視、電冰箱等設(shè)備逐漸成為人們工作和日常學習中不可缺少的消費產(chǎn)品。人們在享受這些產(chǎn)品帶來的方便的過程中，也逐漸感覺單一產(chǎn)品的功能局限性，希望可以有一種短距離、成本低、小功耗的無線通信方式，實現(xiàn)不通設(shè)備的互聯(lián)，提供小范圍內(nèi)的設(shè)備的自組網(wǎng)機制，并且通過一定的安全接口完成自組小網(wǎng)與廣域大網(wǎng)的互聯(lián)。無線個域網(wǎng)（WPAN:WirelessPersonalAreaNetwork）誕生。

5.2無線個域網(wǎng)

無線個域網(wǎng)（WPAN）是為了支持活動半徑小、業(yè)務類型多樣、無線無縫的連接而提出的面向特定用戶群體的新興無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它能夠?qū)€人攜帶的各種電子信息設(shè)備以及周邊相關(guān)通信設(shè)備進行短距離自組織互連而組成的小范圍無線網(wǎng)絡(luò)，對于人們的工作、學習、生活和娛樂都大有裨益。與無線局域網(wǎng)相比，無線個域網(wǎng)不需要使用接入點（AP），覆蓋范圍一般在10m以內(nèi)。無線個域網(wǎng)的標準化工作由IEEE802.15工作組負責制定，下轄7個任務組（TG），負責不同應用領(lǐng)域的具體技術(shù)標準的制定，如藍牙的技術(shù)標準802.15.1、ZigBee的技術(shù)標準802.15.4和超寬帶UWB的技術(shù)標準802.15.3。5.2.1紅外技術(shù)（IrDA）

紅外技術(shù)是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)，是第一個實現(xiàn)的無線個人局域網(wǎng)技術(shù)。紅外線數(shù)據(jù)標準協(xié)會IrDA由HP、Compaq、Intel等20多家公司組成，成立于1993年，致力于建立無線傳播連接的世界標準。

1994年第一個紅外數(shù)據(jù)通信標準IrDA1.0發(fā)布，簡稱SIR（SerialInfraRed）。它是一種異步的、半雙工的紅外通信方式，在lm范圍內(nèi)最高數(shù)據(jù)速率只有115.2kbps。1996年，發(fā)布了IrDA1.1標準，即FIR（FastInfraRed），最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達到4Mbps。繼FIR之后，IrDA又發(fā)布了速率高達16Mbps的VFIR（VeryFastInfraRed），接收角度也由傳統(tǒng)的30度擴展到120度，并將其補充納入到IrDA1.1標準中。當前，IrDA技術(shù)的軟件和硬件技術(shù)都已經(jīng)比較成熟，現(xiàn)行的PDA及許多手機、筆記本電腦、打印機等產(chǎn)品都支持IrDA。IrDA的不足通信距離短（2~3m）并且是一種視距傳輸技術(shù)功能單一，可擴展性差。沒有提供很好的安全措施，紅外線LED不是十分耐用研究方向是如何解決視距傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。5.2.2藍牙技術(shù)（Bluetooth）1994年Ericsson發(fā)起multi-communicatorlink的研究1998成立了特別興趣小組（SIG）并更名bluetooth；創(chuàng)始成員：Ericsson、IBM(Lenovo)、Intel、Nokia、Toshiba；目標：將計算、通信設(shè)備以及附加設(shè)備通過短程、低耗、低成本的無線電波連接起來發(fā)展：Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；現(xiàn)SIG成員超過14000個，大多來自計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)和電子消費領(lǐng)域；1999Bluetooth1.0發(fā)布，最高傳輸速為721kbps，實際測試約為24KB/S(192Kbps)左右；藍牙WPAN工作組藍牙是無線個人局域網(wǎng)的先驅(qū)。在初始階段，IEEE并沒有制定藍牙相關(guān)的標準，經(jīng)過一段快速發(fā)展時期后，藍牙很快就有了產(chǎn)品兼容性的問題。2001年，IEEE決定制定行業(yè)標準來開發(fā)能夠相互兼容的藍牙芯片、網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)品；2001年推出bluetooth1.1版本，修正了1.0版本的BUG，以及非加密高速信道的支持，市場巨大成功；2003年，bluetooth1.2列入IEEE802.15.1a，改進了加密性能和底層跳頻技術(shù)，抗干擾性和傳輸穩(wěn)定性能進一步增強；市場情況不太理想受WiFi（802.11b）的沖擊，WiFi產(chǎn)品的價格大幅度下降在某些應用方面抑制了藍牙的優(yōu)勢。為了覆蓋更多的應用和提供QoS，使其偏離了原來設(shè)計簡單的目標，復雜使藍牙變得昂貴，不再適合要求低功率、低成本的簡單應用。2004年推出bluetooth2.0+EDR版本，發(fā)布了簡化確認應答的機制的非跳躍窄頻通道EDR傳輸率提升至2-3Mbps，(實際測試速度為72KB/s=576Kbps);2007年推出bluetooth2.1+EDR版本，簡易安全配對、暫停與繼續(xù)加密、Sniff省電;2009年推出bluetooth3.0+HS版本，集成802.11PAL最高速度可達24Mbps。是2.0速度的8倍。引入了增強電源控制，實際空閑功耗明顯降低;2010年7月推出bluetooth4.0（智能藍牙）實現(xiàn)了傳統(tǒng)藍牙技術(shù)、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術(shù)的融合，傳輸范圍可達100米，最短延遲(3毫秒啟動)。低能耗標準無線通信使藍牙設(shè)備的潛在使用空間大大的增加?？稍谛穆时O(jiān)視器，血糖儀，智能手表，窗和防盜門傳感器，汽車鑰匙鏈和血壓測量手環(huán)等設(shè)備上使用。2011年12月世界上第一款支持藍牙4.0的手機IPhone4s發(fā)布。目前，全球大約80%以上的手機都使用了藍牙技術(shù)，其中將近100%的智能手機都已經(jīng)使用了藍牙技術(shù)。2000年5月發(fā)布了藍牙應用新圖標：它取自HaraldBluetooth名字中的[H]和[B]兩個藍牙標志的來歷字母，用古北歐字母來表示，將這兩者結(jié)合起來，就成為了藍牙的logo。Ericsson借用了統(tǒng)一了丹麥（958）和挪威（970）的丹麥的國王（A.D.940~986）HaraldGormsen的昵稱blatand→“Bluetooth”具有如下的技術(shù)特點：全球范圍適用支持語音和數(shù)據(jù)的多業(yè)務傳輸支持點到點和點到多點的連接，可以建立臨時性的對等連接PicoNet

ScatterNet抗干擾能力強低功耗、低輻射、低成本和小體積。支持10m～100m的無線覆蓋范圍：開放的接口標準：安全性：采用鑒權(quán)和加密等措施保證設(shè)備識別碼在全球的唯一性以及通信過程中設(shè)備藍牙的協(xié)議棧圖5.1bluetooth的應用可替代所有需要傳輸數(shù)據(jù)的家電的有線連接：使一組個人設(shè)備協(xié)同工作；充當進入Internet的橋梁構(gòu)建居家網(wǎng)絡(luò)運動中組網(wǎng)5.2.3

家庭射頻技術(shù)（HomeRF）

HomeRF（家庭射頻）規(guī)范是由產(chǎn)業(yè)標準團體HomeRF工作組（HRFWG）提出的，它使用SWAP（SharedWireless

AccessProtocol）協(xié)議，使數(shù)據(jù)和語音在2.4GHz頻帶上傳輸，傳輸半徑為50m左右。

HomeRF的主要目標是支持家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應用，采用的技術(shù)是將IEEE802.11中的FHSS（Frequency-HoppingSpreadSpectrum）WLAN與DECT（DigitalEnhancedCordlessTelecommunications數(shù)字增強無繩通信）結(jié)合，目前在產(chǎn)品應用上主要采用跳頻擴頻技術(shù)。HomeRF與Bluetooth的區(qū)別HomeRF工作組的主要目標是希望制定一個能夠同時提供數(shù)據(jù)與語音傳輸，使家庭網(wǎng)絡(luò)能夠與各項多媒體設(shè)備相結(jié)合的規(guī)范。最早的HomeRF1.0標準的傳輸速度為2Mbps，而2001年2月新發(fā)布的HomeRF2.0的傳輸速率達到10Mbps，工作頻段為2.4GHz，此外還可以支持漫游。HomeRF是面向打印機、膝上電腦及一些消費用電子設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)標準。Bluetooth技術(shù)標準與HomeRF均采用了２.4GHZ的無線調(diào)頻擴頻技術(shù)，且傳輸速率目前均為１～２Ｍｂｉｔ／ｓ兩者的主要區(qū)別：5.2.4

ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率、低功耗、低復雜度、低成本、大容量的無線通信技術(shù)，是當前面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標準。

ZigBee一詞源于蜂群使用的賴以生存的通信方式——蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置信息。ZigBee技術(shù)的主要技術(shù)特點：低速率低功耗低成本低時延網(wǎng)絡(luò)容量高數(shù)據(jù)傳輸可靠高安全性近距離工作頻段靈活ZigBee的應用范圍很廣，包括建筑自動化（如安全、HVAC、照明控制、門禁控制）、消費電子產(chǎn)品（如遙控器）、計算機和外設(shè)（如鼠標、鍵盤等）、工業(yè)控制（如資產(chǎn)管理、過程控制、能量管理）、醫(yī)療（如患者監(jiān)護）。5.2.5超寬帶技術(shù)（UWB）

超寬帶技術(shù)起源于20世紀50年代末。主要作為軍事技術(shù)在雷達探測和定位等應用領(lǐng)域中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展，人們對高速無線通信提出了更高的要求，超寬帶技術(shù)又被重新提出。

2002年，美國聯(lián)邦通信委員會（FFC）批準UWB在3.1～10.6GHz的頻率范圍、以受限的發(fā)射功率進行商業(yè)應用。超寬帶技術(shù)是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于0.2的無線通信方式。在10m的范圍內(nèi)，脈沖所占用的帶寬高達幾GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到1Gbit/s，設(shè)備發(fā)射功率卻很小。超寬帶無線通信技術(shù)以其傳輸速率高、抗干擾性能強、低功耗、隱蔽性好、定位精度高等突出優(yōu)點，在無線通信領(lǐng)域得到廣泛的應用。它存在的主要問題是由于系統(tǒng)占用的帶寬很高，可能會干擾現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)。5.2.6射頻識別技術(shù)（RFID）

RFID技術(shù)是從20世紀80年代走向成熟的一項自動識別技術(shù)，它利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。RFID由標簽、閱讀器和天線三個基本要素組成。電子標簽與閱讀器配合完成對被識別對象的信息采集功能，信息處理系統(tǒng)則根據(jù)需求承擔相應的信息控制和處理工作。與傳統(tǒng)的識別方式相比，RFID技術(shù)無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入和處理，并且操作快捷方便，具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、標簽上數(shù)據(jù)存儲量大、可以加密和更改等優(yōu)點，可廣泛應用于物流業(yè)、交通運輸、醫(yī)藥、食品等多個領(lǐng)域，是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)手段之一。5.3無線局域網(wǎng)

20世紀90年代以來，隨著個人數(shù)據(jù)通信的發(fā)展以及功能強大的便攜式移動終端的廣泛應用，為了滿足隨時隨地進行通信的需求，無線局域網(wǎng)（WirelessLAN）技術(shù)被提出并得到了迅猛發(fā)展。無線局域網(wǎng)起源于二戰(zhàn)期間美國陸軍開發(fā)的無線電傳輸技術(shù)，后來將其應用于校園網(wǎng)，最早的無線局域網(wǎng)是1971年由夏威夷大學利用分組無線網(wǎng)技術(shù)搭建的ALOHA網(wǎng)絡(luò)。目前，無線局域網(wǎng)的技術(shù)標準主要有IEEE802.11系列、HiPERLAN和WATM，其中最流行的是IEEE802.11系列標準。5.3.1IEEE802.11系列

5.3.1.1概述

IEEE802標準化委員會于1990年成立了802.11

WLAN標準工作組，目標是創(chuàng)建WLAN標準，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶終端的無線接入，業(yè)務主要限于數(shù)據(jù)存取。IEEE802.11,IEEEE802.11b,IEEE802.11a和IEEE802.11g表5-1給出了IEEE802.11各種標準的分布和進展情況IEEE802.11標準的協(xié)議定義包括了介質(zhì)控制訪問層（MAC）和物理層（PHY）。MAC層分為MAC子層和管理層。MAC子層主要負責訪問機制的實現(xiàn)和分組的拆分與重組。MAC管理層主要負責ESS漫游管理、電源管理，還有登記過程中的關(guān)聯(lián)、消去關(guān)聯(lián)以及要求重新關(guān)聯(lián)等過程的管理。物理層分為三個子層即PLCP（物理層會聚協(xié)議）：主要進行載波偵聽的分析和針對不同的物理層形成相應格式的分組；PMD協(xié)議（物理介質(zhì)相關(guān)協(xié)議）：用于識別相關(guān)介質(zhì)傳輸信號所使用的調(diào)制和編碼技術(shù)；管理子層：為不同的物理層進行信道選擇和調(diào)諧。一個完整的IEEE802.11標準協(xié)議還定義了站管理層。任務是協(xié)調(diào)物理層和ＭＡＣ層之間的交互作用。IEEE802.11標準協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LLCMACPLCPPWDMAC管理器PHY管理器站管理層5.3.1.2物理層規(guī)范

物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱蛡鬏敺绞?。傳輸方式涉及無線局域網(wǎng)采用的傳輸媒體、選擇的頻段及使用的調(diào)制方式。IEEE802.11的WLAN的物理層分為兩類：一類是IEEE802.11的基本型WLAN物理層協(xié)議；另一類是高速擴展型協(xié)議，目前主要有802.11a/b/g。

1.基本型的IEEE802.11協(xié)議對于基本型的IEEE802.11WLAN的物理層協(xié)議，依據(jù)調(diào)制方式不同，可分為擴展頻譜方式與窄帶調(diào)制方式，即跳頻擴展頻譜（FHSS）方式、直接序列擴展頻譜（DSSS）方式和紅外（Infrared）方式。

a.2.4GHz跳頻擴頻FHSS。速率1Mbps時用2電平GFSK調(diào)制，速率2Mps時用4電平GFSK調(diào)制，頻道間隔1MHz，共79個信道。

b.2.4GHz直接序列擴頻DSSS。速率1Mbps時用DBPSK調(diào)制，2Mbps時用DQPSK調(diào)制并用11位的巴克碼作PN序列。

2.高速擴展型的IEEE802.11b協(xié)議對于IEEE802.11b而言，除了在IEEE802.11中規(guī)定的1Mbps和2Mbps速率之外，還提供5.5Mbps和11Mbps的數(shù)據(jù)速率。為了提供高的數(shù)據(jù)速率，調(diào)制方式采用CCK或PBCC方式。在CCK方式下，碼片速率為11Mc/s，這與在802.11協(xié)議中規(guī)定的DSSS系統(tǒng)相同，因此占用相同的信道帶寬。3.5GHz頻段高速物理層擴展的IEEE802.11a協(xié)議

5GHz頻段WLAN系統(tǒng)主要是使用5.15~5.25、5.25~5.35、5.725~5.825GHz（U-NII）頻段的正交復用（OFDM）系統(tǒng)，它可以提供速率為6、9、12、18、24、36、48和54Mbps的數(shù)據(jù)通信能力。其中，必須支持6、12、24Mbps的數(shù)據(jù)速率。系統(tǒng)采用經(jīng)BPSK和QPSK、16-QAM和64-QAM調(diào)制后的52個子載波。系統(tǒng)還采用了編碼速率為1/2、2/3、3/4的卷積編碼來實現(xiàn)來實現(xiàn)前向糾錯。5.3.1.3MAC協(xié)議

IEEE802.11和802.3的MAC協(xié)議非常相似，都是在一個共享媒體上支持多個用戶共享資源，由發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)前先檢測網(wǎng)絡(luò)的可用性。同時，802.11MAC還提供了一些比有線局域網(wǎng)更有意義的局域網(wǎng)服務。

在MAC層，802.11、802.11b、802.11g和802.11a這四種標準均采用載波偵聽多址接入/碰撞回避（CSMA/CA）策略。

802.11MAC子層的主要有兩大功能：為MAC子層用戶提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸；對共享媒介接入的公平控制。該功能主要通過兩種接入機制來實現(xiàn)：

基本接入機制，即分布式協(xié)調(diào)功能（DCF）；

集中控制接入機制，即集中協(xié)調(diào)功能（PCF），如圖5.3所示。圖5.3802.11的MAC子層基本結(jié)構(gòu)ＤＣＦ是ieee802.11最基本的媒體訪問方法，作用于基本服務群和基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，可在所有站實現(xiàn)。ＤＣＦ向上提供信道爭用服務。有兩種工作方式：基本ＣＳＭＡ／ＣＡＲＴＳ／ＣＴＳ握手機制ＣＳＭＡ／ＣＡ與ＣＳＭＡ／ＣＤ的區(qū)別。

IEEE802.11采用RTS/CTS握手機制，同時引入ACK確認機制來確保傳輸?shù)恼_性，以解決“隱藏終端”問題。隱藏終端是指位于站A和站A傳輸范圍之外的站C同時將信號發(fā)送至站B而引起信號的碰撞，也就是說站A和站C互為對方的隱藏終端，如圖5.4所示。圖5.4

隱藏終端問題RTS/CTS握手機制解決了“隱藏終端”問題，但卻無法解決“暴露終端”問題。

暴露終端是指站B向站A發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，位于站B傳輸范圍之內(nèi)的站C無法向站D發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖5.5所示。圖中，當站B向站A傳輸數(shù)據(jù)時，如果同時站C收到來自站D的RTS，根據(jù)RTS/CTS協(xié)議，C偵聽到B正在發(fā)送數(shù)據(jù)，它不能發(fā)回CTS。實際上，建立D到C的通信并不會影響B(tài)到A的通信。圖5.5暴露終端問題在單信道條件下使用控制分組的方法只能解決隱發(fā)送終端，無法解決隱藏接收終端和暴露終端問題。為此，必須采用雙信道的方法。即利用數(shù)據(jù)信道收發(fā)數(shù)據(jù)，利用控制信道收發(fā)控制信號。5.3.1.4高速無線局域網(wǎng)技術(shù)

為了滿足人們對傳輸速率日益增長的要求，在相繼推出了802.11b、802.11a以及802.11g標準以后，2003年IEEE提出了下一代高速無線局域網(wǎng)標準——802.11n。此后，很多廠家參與到標準的制定中，并逐漸形成了全球頻譜效率聯(lián)盟（WWiSE）和TGnSync兩大陣營。事實上，兩者的標準提案差別不大，均采用了天線陣列、OFDM-MIMO和簡化的MAC協(xié)議。2005年10月兩大陣營基于共同的利益達成和解，在Intel發(fā)起下組建了增強無線聯(lián)盟（EWC）。

在EWC提出的物理（PHY）層和媒體訪問控制（MAC）層的草案中，802.11n的技術(shù)優(yōu)勢已初見端倪：采用混合工作模式，可以與采用802.11a/b/g標準的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，在保持與現(xiàn)有設(shè)備通信的同時提供增強的性能；高達600Mbps的物理層傳輸速率，支持需要高數(shù)據(jù)傳輸速率的應用，并且通過將發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流的時間最小化來減少電池的消耗；利用幀集合結(jié)構(gòu)增強MAC的效率，使實際的吞吐量更接近最初的物理層傳輸速率，為終端用戶提供最低100Mb/s的應用級帶寬；

使用2.4GHz和/或5GHz無需許可的頻段，與目前的802.11設(shè)備的頻率規(guī)劃相匹配；

使用1-4個天線同時傳輸?shù)亩喙つＪ?，增強無線連接的魯棒性以支持高數(shù)據(jù)速率；

通過多天線和先進的編碼來增加覆蓋范圍，在更廣闊的區(qū)域中提供統(tǒng)一的傳輸速度。5.3.2HiperLAN

為了滿足未來的Internet訪問和寬帶多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務的需求，一些標準化組織開發(fā)了新一代WLAN技術(shù)標準。除了上述的IEEE802.11n外，歐洲ETSI提出的HiperLAN不失為一種可行的技術(shù)。HiperLAN工作在5GHz的頻段上，而傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)技術(shù)大多使用2.4GHz頻段。早期的HiperLAN（即HiperLAN1）采用GMSK調(diào)制，最高可以提供20Mb/s的傳輸速率。但是，由于當時802.11b在技術(shù)上相當成熟，HiperLAN1與之相比優(yōu)勢并不突出，直到HiperLAN2的出現(xiàn)。它采用OFDM作為物理層，因而可以有效對抗多徑干擾，提高數(shù)據(jù)速率。另外由于采用和802.11a相同的物理層，因此它們可以共享一些相同的組件，從而降低系統(tǒng)成本。5.3.3無線ATM（WATM）

無線ATM是ATM與無線通信技術(shù)的融合，無線ATM不僅可以有效地支持寬帶多媒體業(yè)務，而且還能與有線ATM實現(xiàn)無縫連接。與標準ATM協(xié)議分層結(jié)構(gòu)不同的是．無線ATM增加了無線接入層（WAL），以便在無線網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)ATM技術(shù)，支持對各種業(yè)務的QoS控制。無線ATM終端和交換機所采用的信令和協(xié)議均在標推ATM的基礎(chǔ)上增加了支持移動性的功能，其中無線ATM終端通過具有天線尋址功能的WAL接入網(wǎng)絡(luò)，無線ATM交換機支持移動控制和管理功能，并能完成與固定ATM交換機的互通。5.4無線城域網(wǎng)

無線城域網(wǎng)正是一種介于無線局域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)的寬帶無線接入技術(shù)，它的推出是為了滿足日益增長的寬帶無線接入（BWA）的市場需求。雖然多年來802.11x技術(shù)一直與其他許多專有技術(shù)一起被用于BWA、并獲得很大成功，但是WLAN的的技術(shù)特點并不能很好適用于室外的BWA應用，當其用于室外時，在帶寬和用戶數(shù)方面將受到限制，同時還存在通信距離等其他一些問題?；谏鲜銮闆r，IEEE決定制定一種新的技術(shù)標準以滿足BWA和最后一英里接入市場的需求。本節(jié)將主要介紹IEEE制定的兩種無線城域網(wǎng)（WMAN）標準：802.16/WiMAX和802.20/MBWA。5.4.1IEEE802.16/WiMAX

5.4.1.1概述

20世紀90年代寬帶無線接入技術(shù)發(fā)展迅速，以本地多點分配系統(tǒng)（LMDS）和多信道多點分配為代表的無線技術(shù)的市場定位為小型辦公室（SOHO）、中/小企業(yè)、城市商業(yè)中心等用戶。但是這一產(chǎn)業(yè)并沒有像人們預期的那樣進一步繁榮壯大，一個重要原因就是沒有統(tǒng)一的全球性寬帶無線接入標準。5.4.1.2WiMAX技術(shù)特點

當前的WiMAX標準可以分為兩大部分：物理層和媒體訪問控制（MAC）層。IEEE802.16在許可頻帶中支持如下4種物理層規(guī)范：

WirelessMAN-SC（單載波，10-66GHz）

WirelessMAN-SCa（單載波，11GHz以下）

Wireless-OFDM（正交頻分多路復用，11GHz以下）

Wireless-OFDMA（正交頻分多址接入，11GHz以下）5.4.1.3WiMAX技術(shù)應用場景

WiMAX論壇給出了WiMAX技術(shù)的5種應用場景定義，即固定、游牧、便攜、簡單移動和全移動。（1）固定應用場景：固定接入業(yè)務是802.16運營網(wǎng)絡(luò)中最基本的業(yè)務模型，包括用戶因特網(wǎng)接入、傳輸承載業(yè)務以及Wi-Fi熱點回程等。（2）游牧應用場景：游牧式業(yè)務是固定接入方式發(fā)展的下一個階段。終端可以從不同的接入點接入到一個運營商的網(wǎng)絡(luò)中；在每次會話連接中，用戶終端只能進行站點式的接入；在兩次不同網(wǎng)絡(luò)的接入中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將不被保留。在游牧式及其以后的應用場景中均支持漫游，并應具備終端電源管理功能。（3）便攜應用場景：在這一場景下，用戶可以在較低移動速度下連接到網(wǎng)絡(luò)，除了進行小區(qū)切換外，連接不會發(fā)生中斷。便攜式業(yè)務在游牧式業(yè)務的基礎(chǔ)上作了改進，終端可以在不同的基站之間進行切換。當終端靜止不動時，便攜式業(yè)務的應用模型與固定式業(yè)務和游牧式業(yè)務相同。

（4）簡單移動應用場景：在這一場景下，用戶在使用寬帶無線接入業(yè)務中能夠步行，駕駛或者乘坐公共汽車等，但當終端移動速度達到60-120KM/H時，數(shù)據(jù)傳輸速度將有所下降。這是能夠在相鄰基站之間切換的第一個場景。在切換過程中，數(shù)據(jù)包的丟失將控制在一定范圍內(nèi)，最差的情況下，TCP/IP會話不中斷，但應用層業(yè)務可能有一定的中斷。切換完成后，QoS將重建到初始級別。簡單移動和全移動網(wǎng)絡(luò)需要支持休眠模式、空閑模式和尋呼模式。移動數(shù)據(jù)業(yè)務是移動場景（包括簡單移動和全移動）的主要應用，包括目前被業(yè)界廣泛看好的移動電子郵件、流煤體、可視電話、移動游戲、移動VOIP（MVOIP）等業(yè)務，同時它們也是占用無線資源較多的業(yè)務。（5）全移動應用場景：在這一場景下，用戶可以在移動速度為120KM/H甚至更高的情況下無中斷地使用寬帶無線接入業(yè)務，當沒有網(wǎng)絡(luò)連接時，用戶終端模塊將處于低功耗模式。5.4.2lEEE802.20/MBWA

5.4.2.1提出背景

提出移動寬帶無線接入（MBWA）的目的是提供與移動電話系統(tǒng)一樣的覆蓋率和靈活性并具有與WiFi可比擬的數(shù)據(jù)傳輸速率。IEEE802.20協(xié)議是MBWA工作組于2002年12月開始著手制定的，其任務是制定高效的、基于分組的空中接口規(guī)范，并對基于IP的業(yè)務傳輸進行優(yōu)化。MBWA的目標是使易于部署的、普遍范圍的、具有互操作性的移動寬帶無線接入網(wǎng)成為可能，從而為移動和固定用戶提供持續(xù)服務，在保證WLAN級別連接速度的同時獲得與移動電話相似的覆蓋范圍。5.4.2.2技術(shù)特點

MBWA具有如下技術(shù)特點：透明地支持實時和非實時應用，并一直保持與網(wǎng)絡(luò)連接：支持小區(qū)間和扇區(qū)間的無縫、快速切換；支持不同技術(shù)之間的漫游和切換（如WLAN和MBWA之間的切換）；支持頻率復用，能夠為上下行鏈路快速分配資源；支持基于策略的QoS，且同時支持IPv4和IPv6；可以根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對用戶數(shù)據(jù)速率進行自動化管理；空中接口提供信令消息，以支持用戶與網(wǎng)絡(luò)雙方的認證；允許與現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)協(xié)同部署，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本；5.4.2.3安全機制

IEEE802.20采用分布式安全模型進行網(wǎng)絡(luò)的安全管理。IEEE802.20的分布式安全解決方案包括公鑰建立機制、密鑰傳輸機制和數(shù)據(jù)傳輸機制，完成密鑰產(chǎn)生、傳輸與管理的整個過程。分市式安全模型適合無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，各設(shè)備只需把自己當作安全管理器，不依賴某個中心管理設(shè)備來實現(xiàn)安全功能，設(shè)備狀態(tài)的改變也不會影響其他設(shè)備間的密鑰關(guān)系。5.5無線廣域網(wǎng)

無線廣域網(wǎng)（WWAN）是采用無線通信技術(shù)手段將距離上分布較遠的（無線）局域網(wǎng)連接起來構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其顯著特點是網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍很大，可達一個省乃至一個國家。5.5.1GSM

全球移動通訊系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunications,GSM）是當前應用最廣泛的移動電話標準，全球超過200個國家和地區(qū)超過10億人正在使用GSM電話。由于它的信令和語音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代（2G）移動電話系統(tǒng)。GSM標準當前由3GPP組織負責制定和維護。5.5.1.1發(fā)展概況

1980年代初，第一代移動電話技術(shù)開始應用，當時存在眾多互不兼容的標準，給技術(shù)的推廣和用戶的使用造成很大的不便。為此，CEPT〔歐洲郵電行政大會〕開始考慮制定一個統(tǒng)一的下一代移動電話標準，以便能夠提供更多樣的功能和使用戶漫游更加容易。標準制定的具體工作由1982年成立的“移動專家組”負責，GSM的名字即是移動專家組（法語：GroupeSpécialMobile）的縮寫，后來這一縮寫詞的含義變?yōu)椤叭蛞苿油ㄓ嵪到y(tǒng)”。

1987年5月GSM成員國達成一致，確定了GSM最重要的幾項關(guān)鍵技術(shù)。

1989年,ETSI〔歐洲電信標準協(xié)會〕從CEPT接手標準的制定工作。

1990年第一版GSM標準完成。1992年1月，芬蘭的OyRadiolinjaAb成為第一個商業(yè)運營的GSM網(wǎng)絡(luò)。GSM的推出推動了移動通信的普及，用戶持續(xù)快速增長。

1995年，全球用戶達到1千萬，1998年，達到一億，2005年已經(jīng)超過15億。GSM系統(tǒng)首先引入SMS（短信息服務），1994年實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務和傳真服務1999手機訪問互聯(lián)網(wǎng)—WAP2000開始，通用分組無線服務（GPRS）使得GSM系統(tǒng)能夠以效率更高的分組方式提供數(shù)據(jù)通信。2003年，EDGE技術(shù)提供了接近3G的數(shù)據(jù)通信能力。目前，GSM標準仍在發(fā)展5.5.1.2技術(shù)特點

從用戶觀點出發(fā)，GSM的主要優(yōu)勢在于提供更高的數(shù)字語音質(zhì)量和替代呼叫的低成本的新選擇（比如短信）。從網(wǎng)絡(luò)運營商角度看來，其優(yōu)勢是能夠部署來自不同廠商的設(shè)備，因為GSM作為開放標準提供了更容易的互操作性。而且，標準支持網(wǎng)絡(luò)運營商提供漫游服務，用戶就可以在全球使用他們的移動電話了。GSM是一個蜂窩網(wǎng)絡(luò)GSM的一個關(guān)鍵特征是用戶身份模塊SIM。5.2.2GPRS1技術(shù)特點傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)（2G）主要提供語音業(yè)務，僅能提供9.6Kbps速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，這遠遠不能滿足用戶對高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分組無線業(yè)務）是構(gòu)架在傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)之上的一種標準化的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務，它可以提供高達115Kbps速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務，從而使得包括圖片、話音和視頻的多媒體業(yè)務在無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸成為現(xiàn)實。GPRS采用分組交換技術(shù)，在通信的過程中沒有不需要建立和保持電路，符合數(shù)據(jù)通信突發(fā)性的特點，并且呼叫建立時間很短。GPRS不再根據(jù)用戶占用信道的時間長短來計費，而是根據(jù)用戶實際的數(shù)據(jù)流量來計費，這樣就允許用戶始終在線，享受方便快捷的服務。因此，GPRS被認為是第二代移動通信系統(tǒng)向第三代移動通信演進的重要一步。2體系結(jié)構(gòu)3GPRS的終端和應用GPRS中主要定義了三類終端：（1）A類終端能夠同時處理電路交換和分組交換業(yè)務，并且兩種業(yè)務相互獨立。（2）B類終端在某一時刻只能處理電路交換或分組交換業(yè)務當中的一種，但是具備在兩種模式間自動切換的能力。當一個基于電路交換的呼叫到達時，B類終端能夠暫停對分組數(shù)據(jù)的處理，而后再恢復處理數(shù)據(jù)業(yè)務。（3）C類終端必須被人工設(shè)置為電路交換模式或分組交換模式，當它處于電路交換模式時，無法接收分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務，反之亦然。還有一些C類終端只能處理分組數(shù)據(jù)業(yè)務。5.5.3EDGE

1提出背景

作為介于現(xiàn)有第二代移動通信系統(tǒng)與第三代移動通信系統(tǒng)之間的一種過渡性數(shù)據(jù)通信技術(shù)，EDGE（EnhancedDatarateforGSMEvolution）能夠大大提高現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務速率。Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出了EDGE的概念。同年，ETSI批準了EDGE的可行性研究，這對以后EDGE的發(fā)展鋪平了道路。盡管EDGE仍然使用了GSM載波帶寬和時隙結(jié)構(gòu)，但它也能夠用于其他蜂窩通信系統(tǒng)。EDGE可以被視為一個提供高比特率、并且因此促進蜂窩移動系統(tǒng)向第三代功能演進的、有效的通用無線接口技術(shù)。ETSI：歐洲通信標準機構(gòu)5.5.3.2技術(shù)特點

EDGE無線接口的主要作用是使當前的蜂窩通信系統(tǒng)可以獲得更高的數(shù)據(jù)通信速率。

EDGE規(guī)范的基本指導思想是盡可能多地利用現(xiàn)有的GSM數(shù)據(jù)服務類型，大大提高其數(shù)據(jù)通信速率。在連接移動終端的地方可以采取兩種調(diào)制方式。第一種是將GMSK傳輸用于上行鏈路，將8PSK用于下行鏈路。第二種方式就是在上行鏈路和下行鏈路中都采取8PSK方式進行傳輸。5.5.43G技術(shù)標準1需求分析

由于話務密度的不斷增長，第二代移動通信有限的頻率資源已接近枯竭，移動通信的進一步發(fā)展迫切需求新的頻段，以及能夠更加有效利用頻譜的無線通信技術(shù)。另一方面，第一代模擬移動通信系統(tǒng)與第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)的核心業(yè)務是話音業(yè)務，相應的核心網(wǎng)是基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)容量需求的不斷增加，TDM技術(shù)的高成本、設(shè)備的復雜性以及管理的不靈活性日益明顯。此外，TDM網(wǎng)絡(luò)無法滿足高速的基于分組的話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務的要求。同時2.5G系統(tǒng)只是在原有無線技術(shù)和通信平臺上的改進，其業(yè)務速率的提高以及提供業(yè)務的靈活性等方面都受到很大限制，因此不能從根本上改變2G以話音業(yè)務和低速電路數(shù)據(jù)業(yè)務為主的局面。5.5.4.2標準概述

當前，全球移動通信存在三種主流的3G技術(shù)標準——WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，在技術(shù)上各有千秋，目前是共存競爭的關(guān)系，至于誰能在3G時代占據(jù)更大市場份額，關(guān)鍵是看哪種技術(shù)標準更符合市場和用戶需求。需要注意的是，雖然CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA同屬3G的主流技術(shù)標準，但是仍然可以將其分為兩類：CDMA2000和WCDMA并作一類，TD-SCDMA為一類。因為在技術(shù)上CDMA2000和WCDMA是FDD標準，而TD-SCDMA則是一個TDD標準。TDD時分雙工(TimeDivisionDuplexing)在TDD模式的移動通信系統(tǒng)中，接收和傳送在同一頻率信道(即載波)的不同時隙，用保證時間來分離接收和傳送信道。FDD頻分雙工

FDD（FrequencyDivisionDuplexing）：也稱為全雙工，操作時需要兩個獨立的信道。一個信道用來向下傳送信息，另一個信道用來向上傳送信息。兩個信道之間存在一個保護頻段，以防止鄰近的發(fā)射機和接收機之間產(chǎn)生相互干擾。3G的關(guān)鍵技術(shù)是CDMACDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)（擴頻技術(shù)）和多址技術(shù)的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)為每個用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準正交性，從而在時間、空間和頻率上都可以重疊；將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的偽隨機碼進行調(diào)制，使原有的數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，接收端進行向反的過程，進行解擴，增強了抗干擾的能力。

CDMA2000是從cdmaOne演進而來的第三代移動通信技術(shù)。事實上，CDMA2000標準是一個體系結(jié)構(gòu)，稱為CDMA2000family，它同樣還包含一系列的子標準。CDMA2000的發(fā)起者主要是美國和韓國，CDMA2000繼承了IS-95窄帶CDMA系統(tǒng)的技術(shù)特點，網(wǎng)絡(luò)運營商同樣可以在窄帶CDMA網(wǎng)絡(luò)中更換或增加部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過渡到3G。、CDMA2000的主要技術(shù)特點簡單說明如下：前、反向同時采用導頻輔助相干解調(diào)，擴頻碼選擇采用相同M序列，通過不同的相位偏置區(qū)分不同的小區(qū)和用戶；

射頻帶寬從1.25MHz到20MHz可調(diào)；快速前向和反向功率控制；下行信道中采用公共連續(xù)導頻方式進行相干檢測，提高系統(tǒng)容量；在下行信道傳輸中，定義直擴和多載波傳輸兩種方式，碼片速率分別為3.6864Mcps和1.22Mcps，多載波方式能很好地兼容IS-95網(wǎng)絡(luò)；設(shè)計了兩類碼復用業(yè)務信道，基本信道用于傳送語音、信令和低速數(shù)據(jù)，是一個可變速率信道，補充信道用以傳送高速率數(shù)據(jù)，在分組數(shù)據(jù)傳送上應用了ALOHA技術(shù)，改善傳輸性能；在同步方式上CDMA2000與IS-95相同，基站間同步采用GPS方式。

WCDMA的發(fā)起者主要是歐洲和日本，WCDMA繼承了第二代移動通信體制GSM標準化程度高和開放性好的特點，標準化進展順利，網(wǎng)絡(luò)運營商可以通過在GSM網(wǎng)絡(luò)上引入GPRS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和新業(yè)務，培育數(shù)據(jù)業(yè)務消費群體，逐步過渡到3G。WCDMA的主要技術(shù)特點簡單介紹如下：支持高速數(shù)據(jù)傳輸，慢速移動時為384kb/s，室內(nèi)走動時可達2Mb/s；支持異步和同步的基站運行方式，組網(wǎng)方便和靈活；調(diào)制方式上行為BPSK，下行為QPSK，解調(diào)方式為導頻輔助的相干解調(diào)；支持三種編碼方式，在話音信道采用卷積碼（R=1/3，K=9）進行內(nèi)部編碼和Veterbi解碼，在數(shù)據(jù)信道采用ReedSolomon編碼，在控制信道采用卷積碼（R=1/2,K=9）進行內(nèi)部編碼和Veterbi解碼；能夠適應多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務，并根據(jù)不同的業(yè)務質(zhì)量和業(yè)務速率分配不同的資源，同時對多速率、多媒體業(yè)務可通過改變擴頻比和多碼并行傳送的方式來實現(xiàn).

TD-SCDMA是中國提出的（中國大唐集團和西門子公司聯(lián)合開發(fā)）第三代移動通信標準，自1998年正式向ITU提交以來，已經(jīng)歷十多年時間，完成了標準的專家組評估、ITU認可并發(fā)布、與3GPP體系的融合、新技術(shù)特性的引入等一系列的國際標準化工作，從而使TD－SCDMA成為第一個由中國提出的，以我國知識產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。TD-SCDMA的主要技術(shù)特點如下：采用智能天線技術(shù)，提高了頻譜效率；采用同步CDMA技術(shù)，降低上行用戶間的干擾和保持時隙寬度；接收機和發(fā)射機采用軟件無線電技術(shù)，并采用聯(lián)合檢測技術(shù)來降低多址干擾；具有上下行不對稱信道分配能力，適應數(shù)據(jù)業(yè)務；采用接力切換降低掉話率，提高切換的效率；核心網(wǎng)絡(luò)基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的演進，并保持與它們的兼容性；基站間采用GPS或者網(wǎng)絡(luò)同步方式，降低基站間干擾。5.5.4.3標準比較和分析

WCDMA和CDMA2000能滿足IMT-2000提出的全部技術(shù)要求，包括支持高比特率多媒體業(yè)務、分組數(shù)據(jù)和IP接入等。這兩種系統(tǒng)的無線傳輸技術(shù)均基于DS-CDMA作為多用戶接入技術(shù)，單就技術(shù)來說，WCDMA和CDMA2000在技術(shù)先進性和發(fā)展成熟度上各具優(yōu)勢，但總體來看，WCDMA似乎更勝一籌，以下是WCDMA相對CDMA2000的一些優(yōu)勢：（1）WCDMA使用的帶寬和碼片速率（3.84Mcps）是CDMA20001x演進家族的三倍以上，因而能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。此外，更高的碼片速率也改善了接收機解決多徑效應的能力；（2）WCDMA在小區(qū)站點同步方面的設(shè)計是使用異步基站，而CDMA2000基站則通常通過GPS實現(xiàn)同步，這將造成室內(nèi)和城市小區(qū)（采用室內(nèi)天線）部署的困難；

（3）由于支持1xEV-DO的TDM接入系統(tǒng)采用共享時分復用下行鏈路，它具有固定時隙，因此CDMA2000物理層兼容性較差；（4）WCDMA較CDMA2000能夠更加靈活地處理話音和數(shù)據(jù)混合業(yè)務；（5）WCDMA進行功率控制的頻率幾乎是CDMA2000的兩倍，達到每秒1500次（1.5kHz），因而能保證更好的信號質(zhì)量，并支持更多的用戶；（6）CDMA2000的導頻信道大約需要下行鏈路總傳輸功率的20%，相比之下WCDMA只需要約10%，因而可以節(jié)省更多的公用信道的開銷；（7）為支持基于GSM的GPRS業(yè)務而部署的所有業(yè)務（如計費、安全、漫游等）也支持WCDMA業(yè)務，而為了完善新的數(shù)據(jù)/話音網(wǎng)絡(luò)，CDMA20001x必須添加額外的網(wǎng)元或進行功能的升級。TD-SCDMA與WCDMA和CDMA2000相比，具有如下的特點和優(yōu)勢：（1）頻譜利用率高：TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技術(shù)，在傳輸中很容易針對不同類型的業(yè)務設(shè)置上、下行鏈路轉(zhuǎn)換點，因而可以使總的頻譜效率更高；（2）支持多種通信接口：TD-SCDMA同時滿足Iub、A、Gb、Iu、IuR多種接口要求，基站子系統(tǒng)既可作為2G和2.5G的GSM基站的擴容，又可作為3G網(wǎng)中的基站子系統(tǒng)，能同時兼顧現(xiàn)在的需求和未來長遠的發(fā)展；（3）頻譜靈活性強：TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)頻譜靈活性強，僅需單一1.6M的頻帶就可提供速率達2M的3G業(yè)務需求，而且非常適合非對稱業(yè)務的傳輸；（4）系統(tǒng)性能穩(wěn)定：TD-SCDMA收發(fā)在同一頻段上，上行鏈路和下行鏈路的無線環(huán)境一致性很好，更適合使用新興的"智能天線"技術(shù)；利用了CDMA和TDMA結(jié)合的多址方式，更利于聯(lián)合檢測技術(shù)的采用，這些技術(shù)都能減少了干擾，提高系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性；

（5）與傳統(tǒng)系統(tǒng)兼容性好：TD-SCDMA支持現(xiàn)存的覆蓋結(jié)構(gòu)，信令協(xié)議可以后向兼容，網(wǎng)絡(luò)不必引入新的呼叫模式，能夠?qū)崿F(xiàn)從現(xiàn)存的通信系統(tǒng)到下一代移動通信系統(tǒng)的平滑過渡；（6）系統(tǒng)設(shè)備成本低：TD-SCDMA上下行工作于同一頻率，對稱的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術(shù)，這也可達到降低成本的目的;在無線基站方面，TD-SCDMA的設(shè)備成本也比較低；（7）支持與傳統(tǒng)系統(tǒng)間的切換功能：TD-SCDMA技術(shù)支持多載波直接擴頻系統(tǒng)，可以再利用現(xiàn)有的框架設(shè)備、小區(qū)規(guī)劃、操作系統(tǒng)、賬單系統(tǒng)等，在所有環(huán)境下支持對稱或不對稱的數(shù)據(jù)速率。5.5.5E3G/B3G系統(tǒng)13GPP長期演進項目（3GPPLTE）

3GPP已經(jīng)確定了增強型3G（E3G）的戰(zhàn)略發(fā)展方向、工作計劃和關(guān)鍵的技術(shù)要求，并提出了如下E3G系統(tǒng)業(yè)務能力的設(shè)計目標：

1）數(shù)據(jù)速率和頻譜效率：峰值速率為下行100Mb/s，上行50Mb/s，頻譜效率為下行5b/s/Hz，上行為2.5b/s/Hz；支持成對（Paired）和不成對（Unpaired）的頻譜分配。

2）時延：系統(tǒng)以分組域業(yè)務為主要設(shè)計目標，以支持實時性強的業(yè)務，降低無線網(wǎng)絡(luò)的時延。目前的指標主要是參考IP語音（VoIP）等各種實時業(yè)務的服務質(zhì)量（QoS）要求而得到的。同時系統(tǒng)減小了控制平面的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時延，有利于改善用戶對于網(wǎng)絡(luò)服務的體驗。在用戶數(shù)據(jù)平面，空中單向時延小于5ms；在控制平面，用戶從空閑狀態(tài)到連接狀態(tài)的時延小于100ms。

3）覆蓋和移動性：小區(qū)覆蓋半徑在5km以下時，應該滿足長期演進（LTE）項目的所有性能要求，支持小于30km的小區(qū)覆蓋能力，但允許有一定的性能損失。

4）面向廣播、多播的MBMS業(yè)務：演進系統(tǒng)應該增強對于組播和廣播業(yè)務（MBMS）的支持，實現(xiàn)MBMS這種非對稱業(yè)務與雙向業(yè)務的結(jié)合，以及MBMS在非對稱頻段的使用。5.5.5.2B3G系統(tǒng)1．提出背景第三代（3G）移動通信系統(tǒng)從2001年起先后在世界各發(fā)達國家投入商用，我國的3G也在2009年開始投入商用。目前用戶對移動通信系統(tǒng)的速率要求越來越高，3G系統(tǒng)已不能滿足用戶的需求，特別是難以滿足高速移動下的用戶的傳輸速率需求。因此在3G的研發(fā)和應用如火如荼之際，學術(shù)界和工業(yè)界已經(jīng)在思考、構(gòu)建和展望B3G移動通信系統(tǒng)的藍圖。由于國際電信聯(lián)盟（ITU）將3G標準稱為IMT-2000（全球移動電信-2000），所以B3G所用的學名為BeyondIMT-2000，并于1999年將BeyondIMT-2000的概念與需求研究正式列入議事日程。2001年10月在東京進行的ITU-RWP8F會議上，初步明確了基本研究框架，并指出BeyondIMT-2000是指廣泛用于各種電信環(huán)境的無線系統(tǒng)的總和，包括蜂窩、固定無線接入、游牧接入系統(tǒng)等，不僅具有涵蓋目前的IMT-2000、無線接入和數(shù)字廣播等系統(tǒng)的能力，而且還將新增兩個部分：支持100Mb/s的蜂窩系統(tǒng)和支持高達1Gb/s速率的游牧和本地無線接入系統(tǒng).2．技術(shù)特點和挑戰(zhàn)與現(xiàn)有3G系統(tǒng)相比，B3G系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點：

（1）B3G系統(tǒng)的容量大幅提高：為了適應數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務不斷增長的需求，B3G系統(tǒng)的容量至少為3G系統(tǒng)的10倍。在高速移動環(huán)境支持最高約100Mbps的速率，在低速移動環(huán)境達到1Gbps速率。（2）B3G系統(tǒng)是一個無縫移動通信網(wǎng)絡(luò)：B3G系統(tǒng)應能實現(xiàn)全球范圍內(nèi)多個移動網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游。無線通信領(lǐng)域的一個發(fā)展趨勢是移動網(wǎng)絡(luò)和無線接入網(wǎng)絡(luò)的融合。B3G系統(tǒng)應當是一個移動網(wǎng)絡(luò)和無線接入網(wǎng)的融合體，它應能實現(xiàn)與無線LAN的無縫連接。（3）B3G系統(tǒng)是一個基于IP的網(wǎng)絡(luò)：B3G系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個基于全IP的網(wǎng)絡(luò)，因此核心網(wǎng)獨立于各種具體的無線接入方案，可以實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫互連，能提供端到端的IP業(yè)務，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN共存。

（4）B3G系統(tǒng)能支持不同QoS的業(yè)務：B3G系統(tǒng)通過動態(tài)帶寬分配和調(diào)節(jié)發(fā)射功率來提供不同質(zhì)量的業(yè)務。

從目前移動通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究動態(tài)可以看出，B3G移動通信系統(tǒng)的業(yè)務所具備的特征及對現(xiàn)有系統(tǒng)提出的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在如下幾個方面：（1）數(shù)據(jù)業(yè)務將由從屬地位上升為主導地位。傳統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)是以滿足話音業(yè)務需求而設(shè)計的，如果B3G系統(tǒng)生搬硬套其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和空中接口方案，將無法適應這一需求。因此需要運用全新的理念，設(shè)計基于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳輸方案及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最大程度滿足B3G系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務占優(yōu)的特點。（2）移動通信系統(tǒng)所支持的業(yè)務種類顯著增多。由于不同的業(yè)務具有不同的特點，所以對系統(tǒng)的要求也有非常顯著的差異。這需要系統(tǒng)具有支持多種業(yè)務的能力。因此系統(tǒng)的復雜度將顯著提高，無線資源的分配方式需要高度靈活。（3）業(yè)務規(guī)模顯著增大。一般認為B3G系統(tǒng)的容量將比3G提高10倍以上，這就需要系統(tǒng)在信息傳遞能力方面有本質(zhì)性的提高。

（4）業(yè)務的峰值傳輸速率將提高一至兩個量級，達到100Mb/s以上。傳統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)所用的3GHz以下頻段無法滿足這一要求，需要開發(fā)頻率更高的無線資源。由此所帶來的問題是，電波的傳輸特性將更為惡劣，受天氣以及物理環(huán)境的影響更大。如果采用傳統(tǒng)意義上的蜂窩移動通信技術(shù)，則發(fā)射功率需相應地增加十倍甚至上百倍，電磁兼容問題將變得無法容忍，因此需要采用全新的小區(qū)結(jié)構(gòu)解決此問題。（5）業(yè)務傳輸速率的動態(tài)范圍將擴大，可能會在10kb/s至100Mb/s之間動態(tài)地變化。為了滿足這一需求，B3G系統(tǒng)的無線資源調(diào)配方式必須極為靈活，能夠高效地適應數(shù)據(jù)速率的大動態(tài)變化范圍。（6）考慮業(yè)務的地點和時間分布將呈現(xiàn)較大的差異。例如，突發(fā)事件發(fā)生時用戶業(yè)務需求突然急增，需要系統(tǒng)具有相應的應急增容措施。業(yè)務的上述特征需要系統(tǒng)在通信容量方面具有較好的環(huán)境自適應性。5.6移動互聯(lián)網(wǎng)

5.6.1移動互聯(lián)網(wǎng)的提出和發(fā)展5.6.2移動互聯(lián)網(wǎng)的參考模型

業(yè)界對于移動互聯(lián)網(wǎng)有不同的理解。MarkWeiser等人認為它是不可見計算（InvisibleComputing）和無處不在的計算（UbiquitousComputing），Satyanarayanan等人認為它是普適計算（PervasiveComputing），WWRF（世界無線研究論壇）則把它看作是自適應的、個性化的、知曉周圍環(huán)境的服務（AdaptablePersonalizedAmbient-awareServices）。

未來通信最顯著的特征也許就是多樣性，應用的種類將是多樣的，通信模式和服務質(zhì)量要求也是多樣的，移動終端將支持多種接入模式，移動終端上通常會同時運行多個應用，一些應用甚至需要根據(jù)連接特性更改它們的行為。

下面簡要介紹WWRF、MWIF（移動無線互聯(lián)網(wǎng)論壇）和NOKIA等給出的移動互聯(lián)網(wǎng)參考模型與體系架構(gòu)，它們的共同點在于仍采用分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計。1WWRF的移動互聯(lián)網(wǎng)參考模型如圖5.8所示，各種應用通過開放的API獲得用戶交互支持或移動中間件的服務，該模型中移動中間件層由多個通用服務元素構(gòu)成：包括建模服務、存在服務、移動數(shù)據(jù)管理、配置管理、服務發(fā)現(xiàn)、事件通知、環(huán)境監(jiān)測等。圖5.8WWRF的移動互聯(lián)網(wǎng)參考模型2MWIF的移動互聯(lián)網(wǎng)體系框架

MWIF提出的移動互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)框架如圖5.9所示，主要考慮了目前固定IP網(wǎng)絡(luò)運營商向移動無線IP運營商演化，其目的是發(fā)展移動無線互聯(lián)網(wǎng)及推進固定網(wǎng)絡(luò)與3G的融合。在該體系框架中，接入網(wǎng)和核心網(wǎng)使用IP協(xié)議進行傳輸和控制，采用IP實現(xiàn)端到端連接，網(wǎng)絡(luò)具有以下功能：鑒權(quán)、授權(quán)和計費、命名和目錄服務、IP移動性、網(wǎng)絡(luò)管理、QoS、安全性、會話管理等。另外，該體系框架將傳輸與控制分離，移動性管理與會話控制分離，使得體系結(jié)構(gòu)具有較高的靈活性。圖5.9MWIF給出的移動互聯(lián)網(wǎng)參考模型4移動互聯(lián)網(wǎng)的展望業(yè)界認為：有線互聯(lián)網(wǎng)向具有新的功能與應用的移動互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。

移動性、個性化、定位功能的需求。移動互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵特征：IP透明：端到端的通信路徑中所有涉及的部分都必須支持IP。尋址：每個用戶有一個唯一的且獨立于用戶所在地的地址。移動性管理：必須有在全球范圍內(nèi)的漫游能力。定位與本地化：能夠定位用戶，以提供與位置有關(guān)的業(yè)務。個性化：提供用戶指定的信息。關(guān)于面向服務的移動性管理，建議使用移動代理來處理分布式計算服務，以實現(xiàn)以