专注SIP通讯产品与方案

无线网络的发展

无线网络

一、无线网络的发展过程

无线局域网是1990年出现的,但是,作为无线局域网的研究可以追溯到20世纪70年代早期,主要的领导人物是AT&T的贝尔实验室,早期的产品为频分多址(FDNA)模拟蜂窝系统技术。

20世纪70年代后期瑞士 IBM Ruschlikon实验室的Gfeller第一个提出了无线局域网的概念,并且在北欧部署了第一个移动电话系统

语音的无线网络历史从此展开,直到1998年开始3G标准化,面向语音的历史进展如表2所示。

表2   面向语音无线网络的历史

面向语音无线网络的历史

语音无线网络的出现,推动数据无线局域网的发展,并获得了很大的成功,其历史进展 如表3所示。

表3    面向数据无线网络的历史

面向数据无线网络的历史

面向数据无线网络的历史

二、无线网络分代

数字蜂窝网络在北欧出现后,便掀起了移动通信的研究,并以全球移动通信系统 (Globle System of Mobile Communications, GSM)为导向,人们习惯地把这一阶段研究称为第一代(1G)系统。第一代系统是面向语言的模拟蜂窝和无绳电话。第一代系统在下行链路(从基站到移动台)和上行链路(从移动台到基站)中使用了分开的频段。这种系统采用的是频分双工(FDD)模拟。典型的在每个方向上都分配整个频段。例如,AMPS、TACS 和NTM-900在每个方向上的频段都是25MHz。这些系统的主要工作频率是800MHz和 900MHz频段。理想情况下,频段和使用地区由Kaveh Pahlavan给出,如表4所示。

表4 1G模拟蜂窝移动系统频段和使用地区

1G模拟蜂窝移动系统频段和使用地区

第一代系统通常也称为模拟蜂窝系统,在这一段中还提供了移动数据业务,它只能提供单向的短信息数据,在这基础上人们就把研究的注意力放到面向语音和面向数据的研究上 来,这一过程被称为第二代(2G)系统。

第二代系统主要表现为4个方面,它们是数字蜂窝移动通信系统、PCS、移动数据和无线局域网标准。

1.数字蜂窝移动通信系统

数字蜂窝移动通信系统有4个主要标准,它们是GSM、IS-54、JDC、IS-95O GSM是 欧洲数字移动通信标准,后来扩展到亚洲,也称为泛欧数字移动通信标准;IS-54是北美地区的数字移动通信标准;JDC是日本的数字移动通信标准;IS-95是美国和亚洲的数字移动建设标准。GSM、IS-54、JDC系统使用的是JDMA技术、IS-95系统使用的是CDMA技术。

第二代数字蜂窝移动通信标准的主要情况由Kaveh Pahlavam给出,见表5。

表5  2G故字蜂窝移动通信标准

2G故字蜂窝移动通信标准

2.2G 的 PCS

个人通信业务(Personal Communications Service, PCS)是从1G的模拟无绳电话技术发展而来,它与蜂窝移动通信在技术特性上有所差别,其比较结果请参见表6。

表6 2GPCS和蜂窝移动通信的定量比较

2GPCS和蜂窝移动通信的定量比较

对于PCS的标准规范有4个不同的标准规范,它们是:

□ CT-2和CT-2+:欧洲和加拿大的标准,也是第一个无绳电话标准。

□ DECT:欧洲的标准。

□ PHS:日本的标准。

□ PACS:美国的标准。

它们的主要情况参阅见表7。

表7      2G PCS的4个不同的标准

2G PCS的4个不同的标准

3.移动数据业务

移动数据业务能够为用户接入分组交换数据网络提供合适的数据速率和广泛的覆盖范围。移动数据网络出现在寻呼业务取得成功之后,提供一种大信息量的双向连接,并先后出现了ARKIS、Mobitex, CDPD、TETRA、GPRS、Metricom,它们在移动数据业务上的差别,请参见表8。

表8    移动数据业务

移动数据业务

4.WLAN讨论的问题

无线局域网WLAN讨论是以什么方式向用户发送数据?对数据的速率有什么限制?频段划分的规则? 802.11、802.11a、802.11b、802.11g等标准是如何定义的?组网方式是什么? 对于这些问题,我们将在后面的章节中进行讨论。

5、第三代系统

3G 的主要技术是宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA), 最基本的要求是可支持不同速率的应用(从384kbps的电路交换连接到宽为2Mbps)和不同 的运行环境。

3GSM ( W-CDMA)和EDGE是被国际电信联盟(ITU)认可的国际移动通信-2000 (IMT-2000 )的36标准,要求将语音和数据结合在一起。

6、第四代系统

第四代(4G)移动通信系统是多功能集成的宽带移动通信系统,在业务、功能、频带上都与第三代系统不同,会在不同的固定和无线平台及跨越不同频带的网络运行中提供无线服务,比第三代移动通信更接近于个人通信。

第四代移动通信系统采用新的调制技术,如多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等调制方式,以保证频谱利用率和延长用户终端电池的寿命。

4G移动系统网络结构可分为三层:物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能,它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有 QoS映射、地址变换和完全性管理等。

物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的,它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行于多个频带。

4G移动系统网络的特点是:

□ 通信速度快,传输速率可达到20Mbps,在20MHz频谱带宽下能够提供下行 100Mbps与上行50Mbps的峰值速率。

□ 网络频谱宽,每个4G信道会占有100MHz的频谱,相当于3G网络的20倍。

□ 通信灵活,4G手机算得上是一台小型电脑,不仅可以随时随地通信,更可以双向下 载传递资料、图画、影像,当然更可以和从未谋面的陌生人网上联线对打游戏。

□ 智能性能高,第四代移动通信的智能性更高,不仅表现于4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化,例如对菜单和滚动操作的依赖程度会大大降低,更重要的是, 4G手机可以实现许多难以想象的功能。4G手机可以看作一台手提电视,用来看体育比赛之类的各种现场直播。并内置可拆卸式3000mAh电池。

□兼容性好。

4G不但功能强大,还应该考虑到现有通信的基础,以便让更多的现有通信用户在投资最少的情况下就能很轻易地过渡到4G通信。具备全球漫游,接口开放,能跟多种网络互联,终端多样化。

4G国际标准工作历时三年。从2009年年初开始,ITU在全世界范围内征集IMT- Advanced候选技术。2012年1月18日国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上,正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为 IMT-Advanced(俗称“4G”)国际标准,中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE- Advance同时并列成为4G国际标准。

2013年12月4日下午,工业和信息化部(以下简称“工信部”)向中国移动、中国电 信、中国联通正式发放了第四代移动通信业务牌照(即4G牌照),中国移动、中国电信、中 国联通三家均获得TD-LTE牌照,此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代。

□ 中国移动获得130MHz频谱资源,分别为1880〜1900MHz、2320〜2370MHz、2575 〜2635MHz;

□ 中国联通获得40MHz频谱资源,分别为2300〜2320MHz、2555〜2575MHz;

□ 中国电信获得40MHz频谱资源,分别为2370〜2390MHz、2635 ~ 2655MHz。

7.第五代系统

第五代(5G)移动通信是面向2020年移动通信发展的新一代移动通信系统,具有超高的频谱利用率和超低的功耗,在传输速率、资源利用、无线覆盖性能和用户体验等方面将比4G有显著提升。5G提供更高速的接入速率,更宽的带宽,更灵活的配置及组网方式。其中,欧洲METIS研究5G的技术目标是使移动数据流量增长1000倍;典型用户数据速率提升100倍,速率高于10Gbit/s ;联网设备数量增加100倍;低功率MMC(机器型设备)的电池续航时间增加10倍;端到端时延缩短5倍。5G可能需要从2〜6GHz的频段中选取2000MHz的频谱资源。从技术方面讲,尽管4G条件下单用户的容量已经接近香农限,但在多用户条件下无线系统容量还有提升的空间。学术界提出过小波多址等新的多址方式,但是产业界对采用完全革新性的技术还持保留态度。

目前研究和标准化的热点技术主要包括:

□ 大规模天线技术。

□ 大规模天线目前是业界普遍认可的一项5G核心关键技术,是提升单小区频谱效率最重要的手段。大规模天线的典型应用场景包括:宏覆盖、高层建筑覆盖、无线回传、 热点覆盖等。

□ 非正交多址技术。

□ 新型多载波技术。

□ 先进调制编码技术。

□ 高频通信技术。

□ 5G系统频谱资源。

       5G向千兆移动网络和人工智能迈进。

从行业应用看,5G具有更高的可靠性、更低的时延,能够满足智能制造、自动驾驶等行业应用的特定需求,拓宽融合产业的发展空间,支撑经济社会创新发展。

从发展态势看,5G目前还处于技术标准的研究阶段,今后几年4G还将保持主导地位。