无线通信技术包括哪些(简述无线网络的类型及常用通信技术)

Posted 2023-05-28

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无线通信技术包括哪些(简述无线网络的类型及常用通信技术)

无线通信与有线通信相比，一大优势是不需要像有线电缆传输那样受场地限制，而且覆盖地域范围广，机动性好，建立迅速。数人印象中的无线网络是随处可以用手机、笔记本电脑、PAD等移动上网，但其实从大的分类上来看，无线网络可以分成很多种种类。总的来说，由于覆盖范围、传输速率和用途的不同，无线网络可以分为无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)，本文对各类无线网络各自常见和常用的通信技术进行简单介绍。

无线广域网

无线广域网(Wireless Wide Area Network，WWAN)是指覆盖全国或全球范围内的无线网络，提供更大范围内的无线接入。典型的无线广域网：移动通信网络。移动通信经历1G到5G的发展历程：

第一代移动通信也称为1G，出现于20世纪80年代，典型代表有美国的AMPS、高级移动电话系统和后来欧洲的TACS等。它们共同特征是采用FDMA，也就是频分多址技术，模拟调制语言信号。第一代移动通信在商业取得巨大成功，但是也有频谱利用率低、业务种类有限、保密性差等不完善性。

2G时代，第二代移动通信技术，以数字语音传输技术为核心。1G和2G最大的区别就是从模拟信号调制转变成为数字信号调制，也就是说，2G比1G具有了更高的保密性，同时系统的容量也在增加。我国采用欧洲电信的GSM（Global System for Mobile）系统和美国高通公司的码分多址（CDMA）系统。另外2G发展到3G还有一段过度时期，即2.5G、2.75G。2.5G主要是GPRS（General Packet Radio Service）,基于GSM的无线分组交换技术，理论上的分组交换速度大约是170kbps。2.75G主要是EDGE（Enhanced Data rates for GSM Evolution），基于GSM/GPRS网络的数据增强型移动通信技术，从理论上说，EDGE提供的数据速率是GSM系统的3倍。

3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。国际电信联盟（ITU）发布第3代移动通信标准IMT-2000，主要标准有：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WIMAX。我国在2009年1月7日颁发了3张3G牌照，分别是中国电信采用CDMA2000，中国联通采用WCDMA，中国移动采用TD-SCDMA。和2G到3G一样，3G到4G也存在过渡时期，即3.5G、3.75G。3.5G主要是HSPA（High Speed Packet Access）高速分组接入技术，实际上属于WCDMA技术的延申，在一个5MH载波上的传输速率可达8-10Mbps。3.75G主要是HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）高速上行分组接入，它因HSPA上行速度不足而开发的，在一个5MHZ载波上的传输速率可达10-15Mbps，上传速度达5.76Mbps。

4G第四代移动电话行动通信标准。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，分别采用TDD和FDD两种双工模式，TDD是时分双工模式，即按时隙分配资源，上下行在同一频段上按照时间分配交叉进行；FDD是频分双工模式，即按频段分配资源，上下行分处不同频段同时进行。我国的4G网络，中国移动采用的是TDD LTE，而中国联通则采用的FDD LTE。4G网络速度大致可比3G网络快10倍，理论上能以100Mbps的速度下载，以20Mbps的速度上传。

5G就是第五代通信技术，主要特点是超宽带，超高速度，超低延时。5G时代进入了万物互联时代，实现了人与人，人与物，物与物之间的通信，催生出更多的产业链，比如无人驾驶、VR/AR、AI、远程医疗、车联网、云端机器人、智慧城市、无人工厂等等，实现5G改变社会的愿景。

无线局域网

无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）广义上是指以无线电波、激光、红外线等来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络。它是无线通信技术与网络技术相结合的产物，通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。通俗地讲，无线局域网是在不采用网线的情况下，提供以太网互联功能。

IEEE在1997年为无线局域网制定了第一个版本标准──IEEE 802.11。其中定义了工作在2.4GHz的ISM(Industrial Scientific and Medical)频段，采用扩频通信技术，支持1Mbps和2Mbps数据速率。为了在不同的通讯环境下获取良好的通讯质量，采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）硬件沟通方式。

随后又出现了两个新的标准，1998年推出的IEEE 802.1b标准也是运行再ISM频段，采用CCK（Complementary Code Keying）调制技术，支持11Mbps的数据速率。1999年推出的IEEE 802.11a标准运行在5GHz的U-NII（Unlicensed National Information Infrastructure ）频段，采用OFDM调制技术，支持最高达54Mbps的数据速率。2003年推出的IEEE 802.11g标准运行在ISM频段，与IEEE 802.1b兼容，数据速率提高到54Mbps。另外还有2009年提出的IEEE 802.11n标准，基础速率提升到72.2Mbit/s，可以使用双倍带宽40MHz，此时速率提升到150Mbit/s，支持多输入多输出技术（Multi-Input Multi-Output，MIMO）。2012年提出的IEEE 802.11ac标准，当使用多基站时将无线速率提高到至少1Gbps，将单信道速率提高到至少500Mbps，使用更高的无线带宽（80MHz-160MHz），更多的MIMO流（最多8条流），更好的调制方式（QAM256）。

无线个人网

IEEE 802.15工作组负责制定无线个人网（Wireless Personal Area Network，WPAN）的技术规范。这是一种小范围的无线通信系统，覆盖半径仅10m左右，可用来代替计算机、手机、PDA、数码相机等智能设备的通信电缆，或者构成无线传感器网络和智能家庭网络等。WPAN并不是一种与无线局域网WLAN竞争的技术，WLAN可替代有线局域网，而WPAN无须基础网络连接的支持，只能提供少量小型设备之间的低速率连接。

主要技术有：

蓝牙技术：蓝牙传输的带宽是1Mbps，通信距离一般10米左右，使用的是FHSS（跳频扩谱）方式，一般每秒钟跳变1600次，将83.5MHz的频带划分为79个频带信道，每个时刻只占1MHz的带宽，调制方式是GFSK（高斯频移键控）。利用“蓝牙”技术，可有效简化手持设备、笔记本电脑、手机、PAD等移动通信终端设备之间的通信，成功简化了这些设备与互联网的通信。

ZigBee技术：ZigBee是建立在IEEE 802.15.4标准之上，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。应用领域主要包括：工业控制(如自动控制设备、无线传感器网络)、医护(如监视和传感)、家庭智能控制(如照明、水电气计量及报警)、消费类电子设备的遥控装置等。

无线城域网

1999年，设立了IEEE 802.16工作组，其主要工作是建立和推进全球统一的无线城域网技术标准。为了使IEEE 802.16系列技术得到推广，在2001年成立了WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互通)论坛组织，因而相关无线城域网技术在市场上又被称为“WiMAX技术”。 WiMAX技术基于IEEE 802.16标准，可以在5.8 GHz、3.5 GHz和2.5 GHz这三个频段上运行。WiMAX利用无线发射塔或天线，能提供面向互联网的高速连接。其接入速率最高达75 Mbps，最大距离可达50km，覆盖半径达1.6km，它可以替代现有的有线和DSL连接方式，来提供最后1km的无线宽带接入。

应用WiMax技术可以迅速部署完成一个高速数据通信网络，比如在大学校园内部署高速无线网络，使用WiFi技术的校园无线网络目前已经十分普遍，但是WiMax要比WiFi先进很多，WiMax使用很少的基站即可达到整个校园的无线信号无缝连接。