3G4G無線接入解析

《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)論》課件

第3章物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

第3章物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本章主要內(nèi)容3.1物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述3.2無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.3無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.4無線城域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.5無線廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.6物聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)3.7物聯(lián)網(wǎng)其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.5.33G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1、移動(dòng)通信的進(jìn)展歷程隨著移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)展，至今移動(dòng)通信進(jìn)展已經(jīng)受了四代：第一代即1G，系模擬移動(dòng)通信，上世紀(jì)80年月初投入商用，技術(shù)主要建立在頻分多址(FDM)和蜂窩頻率復(fù)用理論的根底上，主要代表技術(shù)是美國的TACS制式。

其次代即2G，系數(shù)字移動(dòng)通信，上世紀(jì)80年月中后期投入商用，以歐洲提出的GSM和美國提出的CDMA技術(shù)為代表；其次代半即2.5G，上世紀(jì)90年月中期投入商用，技術(shù)以GSM演進(jìn)的GPRS和CDMA演進(jìn)的CDMA1X為代表。鑒于其次代數(shù)字移動(dòng)通信在技術(shù)和本錢上獲得較好解決，從而快速地促進(jìn)了移動(dòng)通信的進(jìn)展，明顯，移動(dòng)通信的富強(qiáng)是始于其次代數(shù)字移動(dòng)通信。第三代即3G，自2023年一些歐洲國家開頭拍賣3G牌照以來，全球移動(dòng)通信的熱點(diǎn)始終圍圍著3G。所謂3G，其實(shí)它的全稱為3rdGeneration，中文含義是指第三代數(shù)字通信。依據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU)定義，3G特征一是全球化，即3G各系統(tǒng)間在設(shè)計(jì)上具有高度的互通性，使用共同的頻段和全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，能供給全球無縫漫游；二是綜合化，能夠供給多種業(yè)務(wù)，特殊是能夠支持多媒體業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，并有力氣容納新的業(yè)務(wù)；三是個(gè)人化，用戶使用全球唯一的個(gè)人號(hào)碼。2、3G的主要特點(diǎn)：〔1〕3G是2G的演進(jìn)和進(jìn)展，不是重新建立一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)?！?〕能供給1G、2G所不能供給的各種寬帶信息業(yè)務(wù)。〔3〕具有多媒體業(yè)務(wù)功能，不僅能接收和發(fā)送語音、數(shù)據(jù)信息，而且還能接收和發(fā)送靜態(tài)、動(dòng)態(tài)圖象及其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?！?〕能抑制包括多徑衰減、多址干擾、遠(yuǎn)近效應(yīng)等技術(shù)難題?！?〕具有高頻譜利用率，解決全球存在的系統(tǒng)容量問題。〔6〕系統(tǒng)設(shè)備低價(jià)位，業(yè)務(wù)效勞高質(zhì)量、低價(jià)位，能滿足個(gè)人通信化的要求。第四代即4G，ITU提出4G應(yīng)具有如下主要特點(diǎn)：〔1〕高速傳輸〔頂峰時(shí)50～100Mbit/s，平均20Mbit/s〕〔2〕大容量〔約10倍于3G系統(tǒng)〕〔3〕支持下一代互聯(lián)網(wǎng)〔IPv6〕〔4〕無縫效勞〔5〕靈敏的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造〔6〕使用微波頻段〔3～6GHz〕〔7〕低系統(tǒng)本錢〔3G系統(tǒng)的1/10～1/100〕4G是目前傳輸速率最快的移動(dòng)通信技術(shù)，比已投入商業(yè)運(yùn)營的3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率快10倍。借助4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，用戶可更順暢地用手機(jī)上網(wǎng)，通過筆記本電腦完成一些需要更快傳輸速率和更高傳輸性能的任務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)電視播放、網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議等。美國、瑞典、挪威等國家已開通4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。4G國際標(biāo)準(zhǔn)候選技術(shù)有中國主導(dǎo)的TD-LTE和歐美主導(dǎo)的FDD-LTE。3、3G的主流標(biāo)準(zhǔn)目前，國際電信聯(lián)盟確定了四大3G標(biāo)準(zhǔn)：WCDMACDMA2023TD-SCDMAWiMAX〔中國移動(dòng)〕〔中國電信〕〔中國聯(lián)通〕4、3G技術(shù)的應(yīng)用〔1〕寬帶上網(wǎng)〔2〕視頻通話〔3〕手機(jī)電視〔4〕無線搜尋〔5〕手機(jī)音樂〔6〕手機(jī)購物〔7〕手機(jī)網(wǎng)游3.5.44GLTE技術(shù)4G是英文fourth-generation的縮寫，指移動(dòng)系統(tǒng)的第四代，也是3G之后的延長。依據(jù)ITU定義的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，靜態(tài)傳輸速率到達(dá)1Gbps，用戶在高速移動(dòng)狀態(tài)下可以到達(dá)100Mbps，就可以作為4G的技術(shù)之一。2023年1月，“中國制造”的TD—LTE—Advanced(下稱“TD—LTE—A”)被國際電信聯(lián)盟確定成為第四代移動(dòng)通信(下稱“4G”)國際標(biāo)準(zhǔn)，與FDD-LTE-Advanced并列為4G國際標(biāo)準(zhǔn)，使得我國首次在4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)這一前沿實(shí)現(xiàn)了從“追趕”到“引領(lǐng)”的重大跨越。1、LTE簡介LTE是第三代合作伙伴準(zhǔn)備3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject)于2023年11月啟動(dòng)的UMTS〔環(huán)球移動(dòng)通信系統(tǒng)〕技術(shù)長期演進(jìn)工程。LTE分為FDD方式的LTE和TDD方式的LTE，其中TDD方式的LTE又由于演進(jìn)路線的不同分為LTETDD1和LTETDD2。我國從2023年開頭推動(dòng)LTE的TDD方案即LTETDD2方式的爭論并被3GPP承受，之后由我國大力推動(dòng)并通過多方努力，目前兩種TDD方式經(jīng)融合為一種即TD-LTE。TD-LTE也被同時(shí)確定為TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)演進(jìn)技術(shù)。2、LTE關(guān)鍵技術(shù)在LTE承受的各種技術(shù)中，最核心的技術(shù)是OFDM(正交頻分復(fù)用技術(shù))和MIMO，這兩種技術(shù)是今后無線通信技術(shù)的核心技術(shù)，將會(huì)得到快速進(jìn)展和大量承受。3、LTE應(yīng)用前景〔1〕將LTE引入手機(jī)〔2〕用LTE部署石油和自然氣〔3〕LTE應(yīng)用于公安執(zhí)勤通信三大運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)模式為：1、中國移動(dòng)

移動(dòng)4G：移動(dòng)TD-LTE；

移動(dòng)3G：TD-SCDMA；

移動(dòng)2G：GSM。2、中國聯(lián)通聯(lián)通4G：聯(lián)通TD-LTE，聯(lián)通FDD-LTE；聯(lián)通3G：WCDMA；

聯(lián)通2G：GSM。3、中國電信電信4G：電信TD-LTE，電信FDD-LTE；電信3G：CDMA2023；電信2G：CDMA。1G、2G、3G、4G手機(jī)的區(qū)分

第一代模擬制式手機(jī)〔1G〕：1G就是大哥大，手機(jī)類似于簡潔的無線電雙工電臺(tái)，通話是鎖定在確定頻率，所以使用可調(diào)頻電臺(tái)就可以竊聽通話。1983年，世界上第一臺(tái)手機(jī)摩托羅拉DynaTAC8000X，重2磅，通話時(shí)間半小時(shí)，銷售價(jià)格為3,995美元，是名副其實(shí)的最珍貴的磚頭。其次代GSM、CDMA等數(shù)字手機(jī)〔2G〕：手機(jī)使用PHS，GSM或者CDMA這些特殊成熟的標(biāo)準(zhǔn)，具有穩(wěn)定的通話質(zhì)量和適宜的待機(jī)時(shí)間，支持彩信業(yè)務(wù)的GPRS和上網(wǎng)業(yè)務(wù)的WAP效勞，以及各式各樣的Java程序等。第三代移動(dòng)通信技術(shù)〔3G〕：是英文3rdGeneration的縮寫，指第三代移動(dòng)通信技術(shù)。指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，供給包括網(wǎng)頁掃瞄、會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息效勞。第四代移動(dòng)行動(dòng)通信〔4G〕：該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比目前的撥號(hào)上網(wǎng)快200倍，并能夠滿足幾乎全部用戶對(duì)于無線效勞的要求。3.6物聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)指將末梢會(huì)聚網(wǎng)絡(luò)或單個(gè)的節(jié)點(diǎn)，接入核心承載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。核心承載網(wǎng)絡(luò)可以包括各種如3G、4G，GPRS等公共商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，也可以是企業(yè)專網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)等，此外還包括全球性的核心承載網(wǎng)絡(luò)——互聯(lián)網(wǎng)。3.6.1物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶，是不同網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展通信的“關(guān)口”和“翻譯器”。作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。具體地講，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)一般具備如下功能：1、多種接入力氣：3G、傳感器工作組等2、協(xié)議轉(zhuǎn)換力氣；不同的感知網(wǎng)絡(luò)到接入網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換3、治理力氣：注冊(cè)治理、權(quán)限治理、狀態(tài)監(jiān)管等3.6.26LowPAN技術(shù)6LowPan〔IPv6overLowpowerWirelessPersonalAreaNetworks〕技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)將低功率無線個(gè)域網(wǎng)〔LowpowerWirelessPersonalAreaNetworks〕連接到IPv6網(wǎng)絡(luò)中。IPv6〔InternetProtocolVersion6〕是下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，是下一代互聯(lián)網(wǎng)的起點(diǎn)。IPv6是互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETF〔InternetEngineeringTaskForce〕設(shè)計(jì)的用于替代IPv4的下一代IP協(xié)議。IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問題和缺乏而提出的，同時(shí)它還在很多方面提出了改進(jìn)，例如路由方面、自動(dòng)配置方面。3.7物聯(lián)網(wǎng)其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.7.1M2M技術(shù)M2M是“機(jī)器對(duì)機(jī)器通信〔MachinetoMachine〕”或者“人對(duì)機(jī)器通信〔MantoMachine〕”的簡稱。主要是指通過“通信網(wǎng)絡(luò)”傳遞信息從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器對(duì)機(jī)器或人對(duì)機(jī)器的數(shù)據(jù)交換，也就是通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器之間的互聯(lián)、互通。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)由于其網(wǎng)絡(luò)的特殊性，終端不需要人工布線、可以供給移動(dòng)性支撐，有利于節(jié)省本錢，并可以滿足在危急環(huán)境下的通信需求，使得以移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為承載的M2M效勞得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。圖3-8M2M示意圖M2M業(yè)務(wù)及應(yīng)用可以分為移動(dòng)性應(yīng)用和固定性應(yīng)用兩類。1、移動(dòng)性應(yīng)用：適用于外圍設(shè)備位置不固定，移動(dòng)性強(qiáng)、需要與中心節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用，如交通、公安、海關(guān)、稅務(wù)、醫(yī)療、物流等行業(yè)從業(yè)人員手持系統(tǒng)或車載、船載系統(tǒng)等。2、固定性應(yīng)用：適用于外圍設(shè)備位置固定，但地理分布廣泛、有線接入方式部署困難或本錢昂揚(yáng)的應(yīng)用，可利用機(jī)器到機(jī)器實(shí)現(xiàn)無人值守，如電力、水利、采油、采礦、環(huán)保、氣象、煙草、金融等行業(yè)信息采集或交易系統(tǒng)等。M2M涉及5個(gè)重要的技術(shù)局部：1、智能化機(jī)器2、M2M硬件3、通信網(wǎng)絡(luò)4、中間件5、應(yīng)用〔1〕三網(wǎng)融合的提出、進(jìn)展含義及應(yīng)用隨著信息技術(shù)的快速進(jìn)展，人們對(duì)信息溝通的要求已不僅限于單一的語音信息溝通，近些年來數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣燃涌欤Z音、數(shù)據(jù)、圖像的綜合信息效勞給人們自然、生動(dòng)、真實(shí)和有效的溝通方式。三網(wǎng)融合就是在這種背景下提出的。三網(wǎng)融合及NGN技術(shù)1、三網(wǎng)融合

三網(wǎng)融合是指電信網(wǎng)、播送電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在向?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)過程中，三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，其技術(shù)功能趨于全都，業(yè)務(wù)范圍趨于一樣，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶供給語音、數(shù)據(jù)和播送電視等多種效勞。三網(wǎng)融合留意電信網(wǎng)、播送電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的相互滲透、相互兼容、并逐步整合成為全世界統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡(luò)，其中互聯(lián)網(wǎng)是其核心局部。“三網(wǎng)融合”使三大網(wǎng)絡(luò)從各自獨(dú)立的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)向綜合性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡(luò)性能得以提升，資源利用水平進(jìn)一步提高。三網(wǎng)融合可以給千家萬戶帶來實(shí)質(zhì)性的好處，比方將來的“下一代播送電視網(wǎng)”(NGB)將傳統(tǒng)播送電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)進(jìn)展“三網(wǎng)融合”，形成新一代國家信息根底設(shè)施，將給我國千家萬戶帶來一場“電視革命”。NGB好比國家面對(duì)千家萬戶修建了一條條暢通的“信息高速大路”。通過這條高速大路，極大降低了老百姓使用獵取信息和享受消遣的技術(shù)門檻。NGB可以供給互動(dòng)電視、電子商務(wù)、在線消遣、個(gè)人通訊、醫(yī)療教育、金融證券、社區(qū)效勞、物流等各種類型的效勞，傳統(tǒng)的電視內(nèi)容供給商將會(huì)變成信息系統(tǒng)的綜合效勞商。內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，對(duì)電視數(shù)字產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)廣電行業(yè)進(jìn)展具重要意義。圖3-9三網(wǎng)融合〔2〕國外三網(wǎng)融合的進(jìn)展從三網(wǎng)融合的提出到現(xiàn)在，全球很多國家的政府、相關(guān)的管制部門都在做著不同的嘗試，通過政策、制度以及管制框架上的變革來解決實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合面臨的諸多問題。一個(gè)明顯的趨勢就是一些國家把電信和播送在傳輸上的管制職責(zé)集中到一個(gè)管制實(shí)體中。目前有6個(gè)國家，美國、英國、日本、意大利、加拿大、澳大利亞，成立統(tǒng)一的監(jiān)管機(jī)構(gòu)。國外的三網(wǎng)融合是一個(gè)漸進(jìn)的過程，三網(wǎng)融合的難點(diǎn)在于電信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)的融合，這兩個(gè)行業(yè)從最初嚴(yán)格的禁入，到現(xiàn)在19個(gè)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)行業(yè)的雙向進(jìn)入。2、下一代網(wǎng)絡(luò)NGN下一代網(wǎng)絡(luò)NGN〔Next-generationNetwork〕技術(shù)以軟交換為核心，能夠供給包括語音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體業(yè)務(wù)的基于分組技術(shù)的綜合開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，代表了通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展的方向。NGN主要業(yè)務(wù)特點(diǎn)：多媒體化：NGN中進(jìn)展最快的特點(diǎn)將是多媒體特點(diǎn)，同時(shí)多媒體特點(diǎn)也是NGN最根本、最明