智能网联汽车技术教学课件项目三-智能网联汽车无线通信技术

智能网联汽车无线通信技术项目三学生通过了解智能网联汽车无线通信技术的作用、分类和工作原理,对智能网联汽车无线通信技术进行学习,提高自身对智能网联汽车无线通信技术的学习兴趣。学生通过对智能网联汽车无线通信技术的总体认知,初步了解智能网联汽车无线通信技术的学习内容,同时,加深对智能网联汽车无线通信技术知识的理解。【项目要求】无线通信(wirelesscommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。近些年在信息通信领域中,发展速度最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又统称为移动通信。人们把二者合称为无线移动通信,与有线通信对应。无线通信技术是智能网联汽车实现的基础,它直接决定了信息交互的实时性和有效性。相关知识汽车的车载无线通信技术是一种涵盖了多种现代化技术的新型通信技术,其主要由无线通信技术、计算机技术、电子技术和汽车技术融合而成。这种技术的应用使得汽车的便捷性和多功能性得以实现。车载无线通信技术的应用使汽车实时监控和车内办公成为可能,并且使汽车具有了GPS全球定位功能、导航功能,此外,车载无线通信技术的应用还使汽车具有一定的娱乐功能,满足了人们乘车和驾车的娱乐需求。车载无线通信技术主要包括语音识别、紧急报警、多媒体播放、数据采集、行车记录、车载导航,以及无线通信和多媒体娱乐等8个模块,通过这些模块对车载通信系统所获取的数据进行分析处理,从而完成正确的信息输出工作。知识拓展知识链接一无线通信系统的组成与分类作为有线通信的补充和发展,无线通信系统自20世纪起,特别是21世纪初以来,得到了迅猛的发展。其中,蜂窝移动通信从模拟无线通信发展到数字无线通信,从早期的大区制蜂窝系统,支持很少的用户,很低的数据速率,但是有较远的传输距离,到目前的宏蜂窝、微蜂窝,通信半径越来越小,支持用户越来越多,数据传输速率越来越高。从2G、2.5G、3G到4G,再到5G也正在逐步商用,毫无疑问,蜂窝移动通信技术的产生、发展及应用是通信领域最伟大的成就之一。另外,除了上述移动通信技术,无线通信技术还包括蓝牙技术、ZigBee技术、Wi-Fi技术、UWB技术、IrDA技术、RFID技术、NFC技术,以及可见光通信技术、专用短程通信技术,等等。无线通信系统有信号源、发射设备、接收设备、受信人、传输媒质五个组成部分,如图3-1所示。一、无线通信系统的组成(1)信号源:提供需要传送的信息。(2)变换器:完成待发送的信号(图像、声音等)与电信号之间的转换。(3)发射机:将电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去。(4)传输媒质:指信息的传输通道,对于无线通信系统来说,传输媒质是指自由空间。(5)接收机:将接收到的高频振荡信号转换成原始电信号以方便受信人接收。(6)受信人:指信息的最终接收者。按照系统关键部分的不同特性,无线通信系统可分为以下一些类型。(1)按照工作频段或传输手段分类,无线通信系统分为中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。所谓工作频率,主要指发射与接收的射频(RF)频率。射频实际上就是“高频”的广义语,它是指适合无线电发射和传播的频率。无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。(2)按照通信方式来分类,无线通信系统主要有(全)双工系统、半双工系统和单工系统。二、无线通信系统的分类(3)按照调制方式的不同来分类,无线通信系统有调幅系统、调频系统、调相系统,以及混合调制系统等。(4)按照传送消息的类型分类,无线通信系统有模拟通信系统和数字通信系统,也可以分为话音通信系统、图像通信系统、数据通信系统和多媒体通信系统等。各种不同类型的无线通信系统,其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的,遵从同样的规律。知识链接二蓝牙技术蓝牙是bluetooth的译名,它取自丹麦的一位名叫HaraldBlatand(Bluetooth)的开国君王。蓝牙技术的命名本身也是提出者希望它能够对信息产业产生至关重要的作用。蓝牙技术是Ericsson通信公司于1994年开始进行研究的,其目的是解决移动电话和它的外接设备的无线通信问题。随着研究的深入,蓝牙逐渐成为一种无线通信概念。1998年5月,Erisson、Nokia、IBM、Inter和Toshiba等5家公司作为SpecialInterestGroup(简称SIG)的发起人,分别在伦敦、东京和加州公布了蓝牙计划,正式将蓝牙技术的理念推向社会。蓝牙技术的实质是建立通用的无线接口及其控制软件的开放标准,使计算机和通信进一步结合,使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,能在短距离范围内进行互连。蓝牙技术主要有3个方面的应用:外围设备互连;个人局域网(PAM);语音/数据接入。外围设备互连指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机;个人局域网主要是用于个人网络和信息的共享;语音/数据接入是将一台计算机通过安全的无线链路连接到广域网。蓝牙系统中的功能模块主要由天线单元、链路控制单元、链路管理单元和软件单元4部分组成。1.天线单元蓝牙系统的天线发射功率按标称的0B设计,符合FCC关于ISM频段的要求。由于采用了扩频技术,发射功率可以达到100mW。系统的最大跳频速率为1600跳/s,在2.4~2.48GHz之间,用79个1MHz带宽的频点。该系统的设计通信距离为10m左右,增大发射功率可以达到100m。一、蓝牙系统的组成2.链路控制单元链路控制单元主要由连接控制器、基带处理器、发射接收器3个集成芯片组成。链路控制单元实现基带协议和其他的底层连接规程,支持面向连接(SCO)和无连接(ACL)两种方式。3.链路管理单元

链路管理(LM)软件模块携带了链路的数据设备、鉴权、链路硬件配置和其他一些协议。链路管理单元可以发现其他远端链路管理并通过链路管理协议(LMP)与之通信。链路管理单元主要提供如下服务:发送和接收数据、请求名称、地址查询、鉴权、建立连接、链路模式协商和建立,以及决定帧的类型等。4.软件单元链路协议可以分为4层:核心协议层、电缆替代层、电话控制协议层和采纳的其他协议层。主要实现的功能有配置及诊断、蓝牙设备的发现、电缆仿真、与外围设备的通信、音频通信及呼叫控制等。蓝牙技术的特点可归纳为如下几点。(1)全球范围适用。蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段,全球大多数国家ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz,使用该频段无须向各国的无线电资源管理部门申请许可证。(2)同时可传输语音和数据。蓝牙采用电路交换和分组交换技术,支持异步数据信道、三路语音信道,以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据传输速率为64kb/s,语音信号编码采用脉冲编码调制(PCM)或连续可变斜率增量调制(CVSD)方法。二、蓝牙技术的特点当采用非对称信道传输数据时,速率最高为721kb/s,反向为57.6kb/s;当采用对称信道传输数据时,速率最高为342.6kb/s。蓝牙有两种链路类型,即异步无连接(ACL)链路和同步面向连接(SCO)链路。(3)可以建立临时性的对等连接。根据蓝牙设备在网络中的角色,可将其分为主设备(master)与从设备(slave)。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备,几个蓝牙设备连接成一个皮网(piconet)时,其中只有一个主设备,其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式,最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。(4)具有很好的抗干扰能力。工作在ISM频段的无线电设备有很多种,如家用微波炉、无线局域网(WLAN)HomeRF等产品,为了很好地抵抗来自这些设备的干扰,蓝牙采用了跳频(frequencyhopping)方式来扩展频谱(spreadspectrum),将2.4~2.48GHz频段分成79个频点,相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后,再跳到另一个频点发送,而频点的排列顺序则是伪随机的,每秒钟频率改变1600次,每个频率持续625μs。(5)蓝牙模块体积很小、便于集成。由于个人移动设备的体积较小,嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小,如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8mm×16.8mm×2.95mm。(6)功耗低。蓝牙设备在通信连接(connection)状态下,有4种工作模式:激活(active)模式、呼吸(sniff)模式、保持(hold)模式、休眠(park)模式。active模式是正常的工作状态,另外3种模式是为了节能所规定的低功耗模式。(7)开放的接口标准。SIG为了推广蓝牙技术,将蓝牙的技术标准全部公开,全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发,只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试,就可以推向市场。

(8)成本低。随着市场需求的扩大,各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块,蓝牙产品价格飞速下降。知识拓展知识链接三

ZigBee技术Zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术,ZigBee过去又称为HomeRFLite和FireFly技术,目前统一称为ZigBee技术。ZigBee这个名字的灵感来源于蜂群的交流方式:蜜蜂通过“Z”字形飞行来通知发现的食物的位置、距离和方向等信息。ZigBee联盟便以此作为这个新一代无线通信技术的名称。知识拓展ZigBee模块是一种物联网无线数据终端，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。该产品采用高性能的工业级ZigBee方案，提供SMT与DIP接口，可直接连接TTL接口设备，实现数据透明传输功能;低功耗设计，最低功耗小于1mA;提供6路I/O，可实现数字量输入输出、脉冲输出;其中有3路I/O还可实现模拟量采集、脉冲计数等功能。该产品已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电网、智能交通、智能家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、水务、煤矿、石化等领域。ZigBee的结构分为4层,分别是物理层、MAC层、网络/安全层和应用/支持层。其中,应用/支持层与网络/安全层由ZigBee联盟定义,而MAC层和物理层由IEEE802.15.4协议定义。各层在ZigBee结构中的作用如下。(1)物理层:作为ZigBee协议结构的最低层,提供了最基础的服务,为上一层MAC层提供了服务,如数据的接口等,同时也起到了与现实(物理)世界交互的作用。(2)MAC层:负责不同设备之间无线数据链路的建立、维护、结束,确认数据的传送和接收。一、ZigBee结构的组成(3)网络/安全层:保证了数据的传输和完整性,同时可对数据进行加密。(4)应用/支持层:根据设计目的和需求使多个器件之间进行通信。ZigBee技术的特点包括以下几点。(1)低功耗。一套ZigBee系统的占空比(在一个脉冲循环内,通电时间相对于总时间所占的比例)非常的低,可以小于0.1%。各个设备工作周期短,功耗也非常低,同时具备“休眠”的概念。(2)低成本。初期模块成本为6美元,后因为市场的不断演变,至今价格一般已低于2.5美元。同时ZigBee协议还不需要缴纳专利费,和其他常见无线通信技术相比成本较低。

(3)低速率。ZigBee系统在各节点的传输速率仅为10~250kb/s。这将意味着其并不能以高速传输数据,同时这也限定了其部分的组网方法。二、ZigBee技术的特点ZigBee之所以功耗较低,是因为其协议栈(ZStack)的特殊性。ZStack采用事件轮循机制,而且有一个专门的计时器来负责设定时间。从CC2530工作开始,计时器周而复始地计时,有采集、发送、接收、显示等任务要执行时就执行。当各层初始化之后,系统将进入低功耗模式。当事件发生时,系统将被唤醒并开始进入中断处理事件(该过程是请求中断—响应中断—关闭中断—保留中断断点—中断源标识—保护站点—中断服务子程序—恢复站点—中断返回)模式,以及再往后进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生,那么系统将会自动判断优先级,逐次处理事件。一条指令或数据在进行传输时,可能会经过很多路由器,且只要经过路由器就会产生延时,能量会产生损失,因此消息传递是有路径损耗的,而ZigBee系统为了减缓这种情况,可以让数据在传输时尽量减少连接路由器的数量。具体来说,ZigBee系统在降低功耗方面是有一定策略的,如网络中一般会连接很多路由器,若某个路由器位置比较核心,不断地有消息经过,需要路由器不停地工作,那么它的能量损失的速率会特别快,为了避免这种情况,ZigBee系统会直接让这个路由器短暂地停止工作,需要转发相应消息的工作交给其他路由器完成。这种构架在非常大的程度上降低了系统的功耗,这也就是ZigBee低功耗的原因。ZigBee协议在满足条件的情况下,协调器将会自动组网。ZigBee组网有两个鲜明的特点。①一个ZigBee网络的理论最大节点数就是2的16次方,也就是65536个节点,远远超过蓝牙的8个和Wi-Fi的32个。②网络中的任意节点之间都可进行数据通信。在有模块加入和撤出时,网络具有自动修复功能。这里有一个简单的例子:当一些人各自拥有一个网络模块终端时,只要他们在网络模块通信的范围内自动找到对方,他们就可以快速形成互连的网络。此外,由于人员的流动,他们之间的网络连接也会发生变化。因此,该模块还可以通过重新搜索通信对象,确定它们之间的联系来重置原始网络,这就是ZigBee的自组网。知识链接四Wi-Fi技术Wi-Fi就是一种短程无线传输联网的技术,即它是一种通过无线电波将个人计算机、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接的技术,但只能在电波覆盖的有效范围采用Wi-Fi连接方式进行联网。归结起来,Wi-Fi优势突出为以下3点。(1)覆盖范围广。基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小,半径大约只有15m,而Wi-Fi的半径则约90m。最近,Vivaio公司推出一款新型交换机。据悉,该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络约90m的通信距离扩大到约6.5km。一、Wi-Fi技术的优势(2)传输速度快。虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好,数据安全性能比蓝牙差一些,传输质量也有待改进,但传输速度非常快,可以达到54Mb/s,符合个人和社会信息化的需求。

(3)厂商进入该领域的门槛比较低。厂商可以在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”,并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样,“热点”所发射出的电波可以达到距接入点数十米至100米的地方,用户只要将支持无线WLAN的笔记本计算机或PDA拿到该区域内,即可高速接入因特网。也就是说,厂商不用耗费资金来进行网络布线接入,从而节省了大量的成本。知识拓展 随着技术的发展，各种传输方式不断的更新，Wi-Fi所谓一种可移动的高速传输方式，受到了世界各国的广泛关注。 目前我们上网主要采用的是有线接入的方式，正因为这样的接入方式，导致了我们享受网络咨询的同时，受到了上网地点的限制，从而使网络咨询的快速传达大打折扣。而Wi-Fi技术，就解决了这一难题。不仅如此，Wi-Fi作为一种更加方便的接入方式，在同样身为无线接入方式的3G技术，Wi-MAX等技术中也有着自己的优势。3G传输速率只有2M，而且还只限于话音跟数据业务，而Wi-MAX的构建更加的复杂，Wi-Fi与之相比，有着更快的传输速率，更丰富的业务和更简单的构建方法，所以Wi-Fi必将在未来很长一段时间内占据这无线接入方式的主流地位。 我国目前也在大力发展Wi-Fi技术，无线网络覆盖的热点也越来越多，相信Wi-Fi这个方便快捷的无线接入技术，必将有美好的前景。Wi-Fi技术标准按其速度和技术新旧可分为IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n和IEEE802.11ac等。IEEE802.11系列标准比较见表3-1。二、Wi-Fi技术的标准按照IEEE802.11发布的先后顺序,可以将IEEE802.11标准分为五代。1.第一代WiFi技术标准IEEE802.11Wi-Fi技术标准的第一个版本发表于1997年,标准中定义了介质访问接入控制层(MAC层)和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式FHSS技术(跳频扩频技术)和DSSS技术(直接序列扩频技术),以及红外传输方式,总的数据传输速率仅为2Mb/s。两个设备之间的通信可以通过自组织的方式进行,也可以在基站(BS)或无线访问节点(AP)的协调下进行。由于这个版本的Wi-Fi技术的数据传输速率过低,加上传输器和接收器的价格相当昂贵,以致该标准并未得到推广。直到1999年,随着IEEE802.11a和IEEE802.11b的推出,Wi-Fi技术才得到认可。2.第二代WiFi技术标准IEEE802.11a和IEEE802.11b1999年,IEEE802.11a和IEEE802.11b标准面世。其中,IEEE802.11a定义了在5GHz的ISM频段上的数据传输速率可以达到54Mb/s的物理层。IEEE802.11a标准存在覆盖范围小、穿透性差的缺点。IEEE802.11b继承了DSSS技术,定义了工作频段为2.4GHz但数据传输速率高达11Mb/s的物理层。IEEE802.11b存在抗干扰性差的缺点。虽然仍存在不足,但基于IEEE802.11a和IEEE802.11b的蓝牙系统无论在数据传输速率上还是在价格上都相比基于前一代Wi-Fi技术标准的蓝牙设备有了很大的进步,2.4GHz的ISM频段为世界上大多数国家所使用,因此第二代Wi-Fi技术标准IEEE802.11b得到了广泛的应用。1999年,Wi-Fi联盟成立,该联盟致力于解决符合IEEE802.11系列标准的产品的生产和设备兼容性问题。3.第三代WiFi技术标准IEEE802.11g随着以太网数据传输速率的不断提升,IEEE802.11标准也在不断改进。2003年,IEEE802.11g标准面世,基于此标准的蓝牙系统工作在2.4GHz频段,能兼容IEEE802.11b,采用OFDM技术,与基于IEEE802.11a的蓝牙系统调制方式相同,便于双频产品的设计,数据传输速率能达到54Mb/s,同时,在价格上只略高于IEEE802.11b标准产品的价格,可为用户提供更高性能、更低价格的无线网络。在同样达到54Mb/s的数据传输速率的情况下,符合IEEE802.11g标准的设备能提供大约2倍于符合IEEE802.11a标准的设备的覆盖距离。因此,IEEE802.11g在市场上得到快速推广。4.第四代WiFi技术标准IEEE802.11n2009年,IEEE正式通过IEEE802.11n标准。得益于将MIMO(多人多出)技术与OFDM(正交频分复用)技术相结合而产生的MIMO-OFDM技术,在数据传输速率方面,IEEE802.11n将WLAN的数据传输速率由之前IEEE802.11a及IEEE802.11g提供的54Mb/s,提高到300Mb/s甚至600Mb/s。在覆盖范围方面,基于IEEE802.11n的蓝牙系统采用智能天线技术,通过多组独立天线组成的天线阵列,可以动态调整波束,保证WLAN用户可接收到稳定的信号,并可以减少其他信号的干扰。在兼容性方面,基于IEEE802.11n的蓝牙系统采用了一种软件无线电技术,提供了一个完全可编程的硬件平台,使得不同系统的基站和终端都可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容,这意味着基于IEEE802.11n的蓝牙系统不仅能向前、后兼容,而且可以实现WLAN与无线广域网络的结合。目前IEEE802.11n已经成为主流标准,友讯、杰尔、思科和英特尔等厂商推出的基于IEEE802.11n的无线网卡、无线路由器等产品,已经大量应用在PC、笔记本计算机中。5.第五代WiFi技术标准IEEE802.11acIEEE从2008年起就开始推动第五代Wi-Fi技术标准IEEE802.11ac的制定。2013年12月,该标准被IEEE正式批准。IEEE802.11ac利用和学习IEEE802.11n提供的高级功能,提供更大的吞吐量,同时使高带宽数据传输无线设备和附近的无线局域网具有更好的互操作性。IEEE802.11ac的核心技术主要基于IEEE802.11a,继续工作在5GHz频段上以保证向后兼容性,其数据传输通道得到大大扩充,在当前20MHz的基础上增至40MHz或者80MHz,甚至有可能达到160MHz,再加上大约10%的实际频率调制效率提升,新标准下的产品的理论数据传输速率最高有望达到1Gb/s,足以在一条信道上同时传输多路压缩视频流。IEEE802.11ac还将向后兼容IEEE802.11全系列现有的和即将发布的所有标准和规范,包括即将发布的IEEE802.11s,以及IEEE802.11u等。在安全性方面,IEEE802.11ac完全遵循IEEE802.11n安全标准的所有内容,使得Wi-Fi技术能够在安全性方面满足企业级用户的需求。基于IEEE802.11ac的蓝牙系统可同时容纳更多的接入设备,提升了网络覆盖范围,有效减少了网络盲区。基于IEEE802.11ac的蓝牙系统在功耗上仅为之前产品的1/6,且带给用户更好的移动体验。随着应用需求驱动部署,向IEEE802.11ac演进的通道已开启,在芯片厂商的不断创新下,成本不断降低,相关设备商不断跟进推出IEEE802.11ac产品。随着规模化普及的加速,IEEE802.11ac已经取代IEEE802.11n成为主流。目前无线局域网的组网方式主要有Adhoc模式、Infrastructure模式(基础结构模式)、无线漫游模式、无线桥接模式等。

1.Adhoc模式Adhoc模式是一种对等网模式。Adhoc模式组成的网络中,只有无线工作站,没有其他设备。每个无线工作站配有无线网卡,通过无线网卡相互间进行通信。网络中的所有无线工作站(无线终端)都可以与其他工作站直接传递信息,网络中的所有无线工作站地位平等,无须设置任何的中心控制节点。三、Wi-Fi网络的组网方式网络中的一个无线工作站必须能同时“看”到网络中的其他无线工作站,否则就被认为是网络中断。Adhoc模式主要用来在没有基础设施的地方快速而轻松地建立无线局域网。Adhoc模式如图3-2所示。由于网络通过各无线工作站独立完成相互的通信,由这些无线工作站独立构成的网络称为独立基本服务集IBSS(independentbasicserviceset)。2.Infrastructure模式(基础结构模式)Infrastructure模式是目前最常见的一种组网模式,这种组网模式包含一个无线访问节点AP和多个无线工作站STA,以及有线网络。AP通过电缆连线与有线网络建立连接,同时通过无线电波与无线工作站建立连接,实现了多个无线工作站之间的通信,以及无线工作站与有线网的通信。AP相当于有线局域网里的Hub,上行传输时,AP接收来自其各个STA发送的无线信号,并对这些无线信号进行处理后,通过电缆连线转发给连接AP的有线网络;同样,下行传输时,AP通过电缆连接线接收来自有线网络的信息,并对这些信号进行处理后以无线信号方式转发给相应的STA。通常一个AP能够覆盖几十个用户,覆盖半径达上百米,可接入几十个用户终端STA。一个AP和多个STA构成的网络称为基本服务集(BSS)。

每一个AP能提供一个无线接入服务,无线网络中用服务集标识码SSID(servicesetID)来表示每一个AP提供的无线接入服务,内容包括接入速率、认证加密方法、网络访问权限,等等。无线局域网用不同的SSID来标识不同的无线接入服务。Infrastructure模式是WLAN最典型的工作模式,这种模式中,有线网最多使用的是以太网,无线工作站可以通过AP接入以太网共享网络资源。在家庭中,也采用Infrastructure模式构成家庭无线网,家庭无线网中,使用最多的是AP通过ADSL接入公网,使家庭能够访问Internet。Infrastructure模式如图3-3所示。3.无线漫游模式无线局域网中,将两个或两个以上的BSS连在一起的系统称为分配系统DS(distributionsystem)。而通过DS把采用相同的SSID的多个BSS组合成一个大的无线网络,称之为扩展服务集ESS(extendedserviceset)。在无线局域网中,有线网(以太网)构成了DS,通过DS将多个采用相同SSID的BSS连接起来,构成了无线漫游网络,实现用户在整个网络内的无线漫游。当用户从一个位置移动到另一个位置时,以及一个无线访问节点的信号变弱或访问节点由于通信量太大而拥塞时,可以连接到新的访问点,而不中断与网络的连接,这一点与日常使用的移动电话网络非常相似。扩展服务集中的每个AP都是一个独立的BSS,所有AP共享同一个扩展服务集标示符SSID(每一个AP都采用相同的SSID,该SSID名为ESSID)。相同ESSID的无线网络间可以进行漫游,不同ESSID的无线网络形成逻辑子网。无线漫游的无线网络如图3-4所示。4.无线桥接模式

无线桥接模式有点对点模式和点对多点模式。(1)点对点模式。点对点模式是指使用两个无线网桥,采用点对点连接方式,将两个相对独立的网络(有线、无线网络)连接在一起。当建筑物之间、网络子网之间相距较远时,可使用高增益室外天线的无线网桥以提高其覆盖范围,实现彼此的连接,如图3-5所示。

(2)点对多点模式。点对多点模式是指使用多个无线网桥,以其中一个无线网桥为根,其他非根无线网桥分布在其周围,并且只能与位于中心的无线网桥通信,从而将多个相对独立的网络连接起来。点对多点无线网络适用于3个或3个以上的建筑物之间、园区之间,或者总部和分支机构之间的连接,如图3-6所示。知识链接五UWB技术UWB又被称为脉冲无线电(impulseradio),具体定义为相对带宽(信号带宽与中心频率的比)大于25%的信号或者是带宽超过1.5GHz的信号。实际上UWB信号是一种持续时间极短、带宽很宽的短时脉冲。它的主要形式是超短基带脉冲,宽度一般在0.1~20ns,脉冲间隔为2~5000ns,精度可控,频谱为50MHz~10GHz,频带大于100%中心频率,典型占空比为0.1%。传统的UWB系统使用一种被称为“单周期(monocycle)脉形”的脉冲。一、UWB技术的定义UWB技术实质上是以占空比很低的冲击脉冲作为信息载体的无载波扩谱技术,它是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制实现通信的。典型的UWB技术直接发射冲击脉冲串,不再具有传统的中频和射频的概念,此时发射的信号既可看成基带信号(依常规无线电而言),又可看成射频信号(从发射信号的频谱分量考虑)。二、UWB技术的特点冲击脉冲通常采用单周期高斯脉冲,一个信息比特可映射为数百个这样的脉冲。单周期脉冲的宽度在纳秒级,具有很宽的频谱。UWB开发了一个具有吉赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。基于CDMA的UWB脉冲无线收发信机,在发送端,时钟发生器产生一定周期脉冲序列,用户要传输的信息和表示该用户地址的伪随机码分别或合成后对上述周期脉冲序列进行一定方式的调制,调制后的脉冲序列驱动脉冲产生电路,形成一定脉冲形状和规律的脉冲序列,然后放大到所需功率,再耦合到UWB天线发射出去。在接收端,UWB天线接收的信号经低噪声放大器放大后,送到相关器的一个输入端,相关器的另一个输入端加入一个本地产生的、与发端同步的、经用户伪随机码调制的脉冲序列,接收端信号与本地同步的伪随机码调制的脉冲序列一起经过相关器中的相乘、积分和取样保持运算,产生一个对用户地址信息进行过分离的信号,其中仅含用户传输信息,以及其他干扰,然后对该信号进行解调运算。知识拓展UWB技术与其他同频段的系统能够很好地共存，可以与其他技术同时使用，各自发挥所长，商UWB技术在目前的建筑施工领域主要缺点包括:UWB设备安装时间长、应用设备不够健全、抵抗意穷环境的能力不够完善等。对于复杂的施工现场管理，UWB的定位监控功能可能会为许多问题提出可靠的解决方案，UWB技术可以被广泛地引入施工管理中，用于工作区域安全的管理，比如定位跟踪施工工人，当工人处于危险地带可以激活警报，还可以用于施工现场数据的处理、交流以及施工现场接索营救工作等，总之，UWB技术引入建筑施工领域，能够有效地提高资源的生产率，减少工期、成本，提高工作区域的安全，同时对于施工管理向着有序、高效、安全的目标发展有很重要的积极意义知识链接六60GHz技术60GHz无线通信技术一般是指无线电波为60GHz频率左右的无线通信技术。目前,世界主要国家相继在57~66GHz频段划分出免许可的连续免费频谱,专门用于短距离的无线通信。其中,韩国和北美划出了57~64GHz频段;日本和欧洲划出了59~66GHz频段;澳大利亚划出了59.4~62.9GHz频段;中国划出了59~64GHz频段。一、60GHz技术的定义60GHz通信载波是波长为5mm的无线电磁波,该波段属于毫米波,具有频带宽、波长短的基本特征。这些频率特征决定了60GHz频段的电磁波具有极强的数据传输能力和极高的波形分辨率,使60GHz无线通信具有如下优势。(1)频谱资源丰富。60GHz波段可用于无线通信的连续频率带宽达7~9GHz,并且是免许可的免费资源,大部分频率都还没有被占用。相较于目前使用的传统无线通信网络,比如超宽带技术的有效带宽1.5GHz,IEEE802.11n技术的有效带宽660MHz而言,在无线通信频率大量被占用、频谱资源严重紧缺的状况下,60GHz无线通信技术可利用的频率资源丰富、频段范围广。二、60GHz技术的特点(2)数据传输速率高。数据传输速率与有效带宽的关系密切,带宽越宽,速率越高。60GHz无线通信技术的可用有效带宽范围广,不需要使用特别复杂的调制技术,就能在比较低的信噪比环境下,实现吉比特速率的数据通信,传输速率可达到传统无线通信技术的数十倍。例如,60GHz无线通信的原始数据最高速率可达25000Mb/s。(3)抗干扰性能强。60GHz无线通信时,载波方向性极强,使得多个方向的60GHz通信载波之间的相互干扰影响非常小,可以忽略不计。并且,目前60GHz无线通信技术还在发展中,通信载波很少。而传统的无线通信的载波一般都远远小于60GHz频段,因此,无线通信系统之间产生相互干扰的可能性极小。(4)安全性和保密性好。60GHz无线电磁波在自由空间传输的路径损耗大,氧气吸收损耗高;对物体的绕射能力差,穿透性能弱,有数据显示计算机显示器之类的物体对60GHz电磁波信号的衰减在40dB以上,这使得60GHz在无线短距离通信上具有良好的安全性,方便小范围、近距离的组网通信。另外,60GHz无线通信在太空中处于“非大气窗口”,地面站极难对星际之间的通信内容进行窃听,并且太空大气极为稀薄,信号衰落小。美国的MILSTAR卫星就是利用60GHz无线通信技术进行星际通信的,以提高保密性。(5)载波方向性强。60GHz无线电磁波的波束能量有99.9%集中在4.7°范围内,极强的窄波束特别适合实现点对点之间的无线通信。(6)易于实现频率复用。60GHz电磁波的路径损耗大,传输距离近,适合在近距离内实现频率复用。加之载波方向性强,抗干扰能力也强,使得多条同频传输链路可在同一空间内共存,实现空间复用,有效提升网络通信容量。(7)最大发射功率限制小。60GHz波段占用的频率少,相对比较“空闲”,且远离传统通信系统的工作频段,使用较高的发射功率也不会对别的无线通信系统造成干扰,因此,60GHz波段所允许的最大发射功率限制小,可利用较高的发射功率来提高数据传输速率。(8)天线尺寸小和电路可集成化。一般而言,天线的尺寸与载波波长的数量级相比拟,由于60GHz载波波长处于毫米级别,其天线的尺寸相对于低波段天线而言大为减小,可以弥补载波在传输过程中的路径损耗,也有利于实现电路的集成。此外,与低波段电磁波相比,60GHz的载波更短,除了能降低天线的尺寸外,还可以显著地降低元器件的尺寸,提高通信设备的集成度。知识链接七IrDA技术红外线数据(infrareddata,IrDA)技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术,它也许是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前,它的软硬件技术都很成熟,在小型移动设备(如PDA、手机)上被广泛使用。一、IrDA技术的定义IrDA技术的主要优点是无须申请频率的使用权,因而红外通信成本低;它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点;由于数据传输速率较高,因而适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外,红外线发射角度较小,传输安全性高。目前,其软硬件技术都很成熟,在小型移动设备如PDA、手机上被广泛使用。

IrDA技术的不足在于它是一种视距传输,2个相互通信的设备之间必须对准,中间不能被其他物体阻隔,因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接。IrDA技术目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输速率。二、IrDA技术的特点知识链接八RFID技术射频识别(radiofrequencyidentification,RFID),又称电子标签、无线射频识别,它是一种通信技术,可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,而无须在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。它是以无线通信技术和存储技术为核心,伴随着半导体、大规模集成电路技术发展而逐步形成的。利用射频方式进行非接触双向通信,以达到自动识别目标对象并获取相关数据的目的。一、RFID技术的定义最简单的RFID系统由以下3部分组成。在实际应用中,还需要其他硬件和软件的支持。(1)电子标签(tag)。它由耦合元件及芯片组成,且每个电子标签都具有全球唯一的识别号(ID),无法修改,无法仿造,提高了安全性。电子标签中一般保存有约定格式的电子数据,附着在物体上标识目标对象。(2)阅读器(reader,也称读写器)。它是读取(或写入)tag信息的设备,可设计为手持式或固定式。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,从而达到自动识别物体的目的。通常阅读器与计算机相连,所读取的标签信息被传送到计算机上,可进行下一步处理。二、RFID系统的组成(3)天线(antenna)。其在标签和阅读器间传递射频信号,即标签的数据信息。RFID工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收阅读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(passivetag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(activetag,有源标签或主动标签)。通过阅读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID凭借其自动数据采集、高度数据集成、支持可读写工作模式等优势,已成为新一代的自动识别技术。RFID技术有如下的特点。

(1)不需要光源,甚至可以透过外部材料(如包装的箱子或容器等)读取数据。

(2)信息容量大,RFID标签能容纳上百亿的字符(一维EAN/UCC条码,容量不过几十个字符,二维条码PDF417,最多也只能存储2725个数字),可对产品进行详细的描述。

(3)可重复使用,使用寿命长(最长可以达到10年以上),能在恶劣环境下工作。三、RFID技术的特点(4)能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上。(5)穿透性强,读取距离远(可达数十米远),且能无屏障阅读。(6)可以写入及存取数据,写入时间比打印条码短。(7)标签的内容可以动态改变。(8)能够同时处理多个标签(可同时处理200个以上的标签)。(9)标签的数据存取有密码保护,安全性高。(10)可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位。射频识别技术与其他识别技术的比较见表3-2。知识链接九NFC技术NFC(nearfieldcommunication,NFC)技术,又称为近距离无线通信技术,是一种短距离的高频无线通信技术。NFC技术由RFID技术演变而来,最早由飞利浦、诺基亚和索尼等公司主推。NFC技术提供了一种简单、触控式的解决方案,可以让消费者简单、直观地交换信息、访问内容与享受服务,具有天然的安全性,在手机支付等领域具有很大的应用前景。一、NFC技术的定义NFC技术的通信频率为13.56MHz,最大通信距离约为10cm。NFC技术的数据传输速率有106kb/s、212kb/s和424kb/s三种。与RFID技术相比,NFC技术有如下特点。(1)NFC技术将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片,而RFID系统必须由读写器和RFID标签组成。RFID技术只能实现信息的读取和判定,而NFC技术强调的是信息交互。通俗地说,NFC技术是RFID技术的演进版本。二、NFC技术的特点(2)NFC技术的工作距离比RFID技术的工作距离短。RFID技术的工作距离可以达到几米,甚至几十米,而NFC技术采取了独特的信号衰减技术,相对于RFID技术来说,NFC技术具有距离近、带宽高、能耗低等特点。另外,近距离也为NFC技术提供了较高的安全性。

(3)NFC技术主要针对电子设备间的相互通信,与无线通信的其他连接方式相比,NFC通信是一种近距离的私密通信方式。与RFID技术更多地被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上不同,NFC技术主要在公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。(4)NFC技术与现有非接触智能卡技术兼容,得到了越来越多主要厂商的支持。另外,NFC技术还优于传统的IrDA技术和蓝牙技术。作为一种面向消费者的技术,在数据传输方面,NFC技术比IrDA技术更快、更可靠而且简单得多,不用像IrDA技术那样必须严格地对齐才能传输数据。与蓝牙技术相比,NFC技术面向近距离交易,适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据。蓝牙技术能够弥补NFC技术通信距离不足的缺点,适用于较长距离的数据通信。因此,NFC技术和蓝牙技术互为补充,共同存在。事实上,快捷轻型的NFC技术可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程,促进了蓝牙技术的使用。知识链接十VLC技术可见光通信(visiblelightcommunication,VLC)技术是指利用可见光波段(380~780nm)的光作为信息载体,无须光纤等有线信道的传输介质,在空气中直接传输光信号的通信技术。可见光通信技术是一种在白光LED发明及应用后发展起来的新兴的无线光通信技术。LED不仅可以提供室内照明,而且可以被应用到无线光通信系统中来满足室内个人网络需求。对白光LED用作通信光源时的伏安特性、光谱特性和调制特性等物理特性做深入分析,可以设计出白光LED调制和发射电路。一、VLC技术的定义VLC作为一种无线光通信方式,其系统包括下行链路和上行链路两部分。上行链路采用的光源由白光LED组成,只不过发射面积较小,且具有较小的发射角,天花板上安装的光电检测器接收来自用户的光信号。若将上述基本结构在通信双方对称配置,就可以得到一个可以双向同时工作的全双VLC系统,由该系统组成的网络称为可见光通信网络。下行链路包括发射和接收两部分。其发射部分主要包括将信号源信号转换成便于光信道传输的电信号的输入和处理电路、将电信号变化调制成光载波强度变化的LED可见光驱动调制电路。二、VLC系统的组成可见光路由器是可见光通信网络中的核心组成部分,可以接收来自信息终端用户的信息,同时分时段地将接收到的信息通过主光源以广播的方式发送出去。可见光通信适配器包括下行链路的白光LED光源和上行链路的光电接收器,具有发射和接收功能,且负责将终端用户的信息调制成光信号,并接收来自下行链路的光信号。天花板上安装的光电检测器可以接收来自用户的光信号,并转换成电信号送入可见光通信路由器。电信号经过可见光通信路由器的简单处理后,调制到白光LED光源上变成光信号,以广播的方式发射出去。在接收端,终端的可见光适配器将接收的信息解调出来并送入终端用户,即实现了局域网内的无线通信。白光LED光源发出的已调制光以很大的发射角在空间中朝各个方向传播。室内不受强背景光和天气的影响,光传播基本上不存在损耗,但是由于LED光源个数较多,且具有较大的表面积,因而在发射机和接收机之间存在若干条不同的光路径,不同的光路径到达接收机的时间不同,将引起所谓的码间干扰(ISI)。图3-7所示为可见光通信系统组成。白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点,特别是其响应灵敏度非常高,可以用来进行超高速数据通信。而基于LED光源的可见光通信,与传统的射频通信和其他光无线通信相比,有以下突出优点。(1)可见光通信是绿色资源,不存在电磁辐射。(2)有光就可以进行通信,无通信盲区,方便快捷。(3)发射功率高。(4)无须无线电频谱认证。三、VLC技术的特点知识链接十一专用短程通信技术专用短程通信(dedicatedshortrangecommunications,DSRC)技术是一种高效的无线通信技术,它可以实现在特定小区域内对高速运动的移动目标的识别和双向通信,例如,车辆的“车—路”“车—车”双向通信,实时传输图像、语音和数据信息,将车辆和道路有机连接。DSRC设备的研发是智能交通系统研究中的一个重要课题。DSRC技术广泛地应用在不停车收费、出入控制、车队管理、信息服务等领域,并在区域分割功能即小区域内车辆识别、驾驶员识别、路网与车辆之间信息交互等方面具备得天独厚的优势。一、专用短程通信技术的定义目前,DSRC技术比较成熟的两个应用是车辆自动识别(automaticvehicleidentification,AVI)和电子收费(electronictollcollection,ETC)。在AVI应用中常用射频识别技术,其主要应用在海关车辆通关、集装箱自动识别等场合。在ETC应用中,早期的系统多采用记账方式的后付款模式,也仅仅要求ETC设备具有简单的读写功能即可,但随着技术的应用和发展,ETC设备逐渐采用更加灵活、安全和低运营风险的付费方式,并逐渐制定出一套为之服务的DSRC标准。目前,国际上DSRC标准化体系的研究分为欧洲、美国和日本三大阵营,并形成了以欧洲的CEN/TC278、美国的ASTM/IEEE和日本的ARIBT75为核心的国际DSRC标准化体系。我国全国智能运输系统标准化技术委员会(SAC/TC268)于2007年3月颁布并于5月开始实施电子收费专用短程通信国家标准GB/T20851—2007。GB/T20851—2007是以CEN/TC278系列标准为主要参考对象,以满足我国ETC应用需求为主要目的而制定的。GB/T20851—2007的主要技术特点是采用5.8GHz微波频段主动式通信制式和主从式通信方式,并且将DSRC协议与高速公路ETC应用捆绑在一起。该标准已于2019年进行修订。我国ETC系统是在已有的半自动式收费方式和联网收费系统的基础上规划设计建设的。二、DSRC标准化体系专用短程通信系统包含物理层、媒体访问控制层、网络层和应用层。车载单元的媒体访问控制层和物理层负责处理车辆与车辆之间、车辆与路侧设施之间的专用短程无线通信连接的建立、维护和信息传输。专用短程通信系统的参考架构,如图3-8所示。三、DSRC系统组成(1)物理层。物理层是建立保持和释放专用短程通信网络数据传输通路的物理连接的层,位于协议栈的最底层。(2)媒体访问控制层。媒体访问控制层是供短程通信网络节点寻址及接入共享通信媒体的控制方式的层,位于物理层之上。

(3)网络层。网络层是实现网络拓扑控制、数据路由,以及设备的数据传送和应用的通信服务手段的层,位于媒体访问控制层之上。(4)应用层。应用层是向用户提供各类应用及服务手段的层,位于网络层之上。(5)车载单元(onboardunit,OBU)。车载单元是指安装在车辆上的具备信息采集、处理、存储、输入和输出接口,具有专用短程无线通信模块的功能实体。(6)路侧单元(roadsideunit,RSU)。路侧单元是指安装在道路两侧或门架上,通过专用短程无线通信接收来自OBU的信息和向OBU发送信息的功能实体。1.合作式智能运输系统专用短程通信支持业务(1)汽车辅助驾驶,包括辅助驾驶和道路基础设施状态警告。辅助驾驶:碰撞风险预警(尤其是路口碰撞预警)、错误驾驶方式警示、信号违规警告、慢速车辆指示、摩托车接近指示、车辆远程服务、行人监测、协作式自动车队。道路基础设施状态警告:车辆事故警告、道路工程警告、交通条件警告、气象状态预警、基础设施状态异常警告。四、专用短程通信技术业务及技术要求(2)交通运输安全,包括紧急救援请求及响应、紧急事件通告、紧急车辆调度与优先通行、运输车辆及驾驶员的安全监控、超载超限管理、交通弱势群体安全保护。(3)交通管理,包括交通法规告知、交通执法信号、优先交通灯、最佳速度指引、停车场管理。

(4)导航及交通信息服务,包括路线实时指引和导航,施工区、收费、停车场、换乘、交通事件信息、流量监控、建议行程、兴趣点通知。(5)电子收费,包括电子化的交易方式,向用户收取交通相关费用,如道路桥梁和隧道通行费用、道路拥堵费用、有偿交通信息服务费用、停车费用及路径识别等。(6)运输管理,包括运政稽查、特种运输监测、车队管理、场站区管理等。(7)其他,包括车辆软件/数据配置和更新、车辆和RSU的数据校准、协作感知信息更新及发送。2.总体功能的要求1)无线通信能力要求(1)车路通信的路侧单元最大覆盖半径大于1km。(2)车车通信单跳距离可达300m。(3)支持OBU的最大运动速度不小于120km/h。2)网络通信功能(1)广播功能。(2)多点广播功能。(3)地域群播功能。(4)消息优先级的管理功能。(5)通道/连接管理功能。(6)车载单元的移动性管理功能。3.MAC层与物理层技术要求

(1)车载单元与车载单元通信接口要求:为满足汽车辅助驾驶中紧急安全事件消息的传递,MAC层的通信时延应小于40ms。(2)MAC层支持的并发业务数应大于3。(3)路侧单元支持的并发终端用户容量应大于128。4.网络层技术要求网络层,可适配不同的物理层。网络层应具备支持电子不停车收费等系统的后向兼容性,并具备前向可扩展性。合作式智能运输系统通信对移动性、通信模式、鉴权、处理模式、数据速率、安全性、可靠性、交互性等业务特征有要求,可充分利用各种网络资源来满足复杂交通场景下合作式智能运输系统的应用需求。其主要技术要求如下。(1)强移动性支持,支持终端的运动最大速度不小于120km/h,在跨路侧设备覆盖区时,可保证业务连续性。(2)时延要求,紧急安全事件业务的端到端传输时延应小于50ms。(3)可支持多种接入技术要求,网络层和应用层与接入层技术具有相对独立性,可以通过多种接入技术为网络层提供服务,如电子不停车收费系统和专用短程通信系统可使用相同的网络和应用层与业务服务平台进行信息交互。(4)支持传输技术多样性,网络层与数据传输技术相对独立,如中心子系统到RSU的数据传输既可通过光纤网络,又可通过双绞线,网络层不受底层传输技术影响。(5)服务质量(QOS)保证,可为业务建立优先级,并具备QOS标识能力,以支持网络的QOS保证机制。5.应用层技术要求

应用层主要包括车车通信应用、车路通信应用,以及其他通用交通应用。主要技术要求包括以下几个方面。在采用DSRC技术的系统中,车子上装备有OBU,相当于移动终端,并且OBU有比较强的数据处理能力,可以满足DSRC的特定需要。在路边部署了被称为路侧单元的RSU,与OBU相比除了具有基本通信功能外,还拥有一定的管理功能并且接入后备网络。车载DSRC系统包括车-路(V2R)通信和车-车(V2V)通信两种形式:车-路通信是车辆与路边基础设施的通信,属于移动节点与固定节点的通信,采用基于一跳的Adhoc网络模型;车-车通信是车辆间通信,采用基于多跳的Adhoc网络模型。6.专用短程通信设备技术要求(1)支持通用人机界面。(2)支持数据报告。(3)支持在底层寻址方式的选择。(4)提供地理位置信息(经度、纬度及海拔信息)和实际时间。(5)支持位置的引用和数据时间戳。(6)支持下载和激活新的应用软件,更新升级已经安装的软件。(7)支持在后台建立会话,处理意外会话造成的损失。(8)保持切换期间的会话。(9)支持车载或路侧单元管理,如车载或路侧单元文件配置。(10)支持不同来源的数据融合。(11)当ITS应用和其他设备需要时,车载或路侧单元能提供单元的静态和动态信息。(12)支持合作式智能运输系统应用之间数据变换的通用信息管理。(13)检测到某种事件后触发事件消息。一旦检测到事件,事件消息能通过广播发送出去,对规则定义的信号覆盖面,可通过一个特殊的事件停止重复或取消事件消息发送。(14)周期性地按照给定频率广播合作消息。知识链接十二移动通信技术移动通信技术是指通信的双方至少有一方在运动中实现通信的方式,包括移动台与固定台之间、移动台与移动台之间、移动台与用户之间的通信技术。在移动通信中,常处于移动状态的电台称为移动台,常处于固定状态的电台称为基地台或基站。移动互联网从概念到实施只经历了很短的一段时间,但正在以一种前所未有的速度向全球推进。从第一代的WAP手机到第二代GPRS,再到现在的3G/4G技术,人类通信在互联网技术的推动下创造了一个又一个的应用新境界。一、移动通信技术的定义1.第一代移动通信技术第一代移动通信技术(1G)是指以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统,于20世纪80年代提出,完成于20世纪90年代。它主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术,由于受到传输带宽的限制,不能进行移动通信的长途漫游,只能是一种区域性的移动通信系统。第一代移动通信有多种制式,我国采用的是TACS。第一代移动通信有很多不足之处,如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游等。2.第二代移动通信技术

第二代移动通信系统是引入数字无线电技术组成的数字蜂窝移动通信系统,它主要采用窄带码分多址技术制式(CDMA)和时分多址技术制式(TDMA)。采用CDMA制式的为美国的IS95CDMA,而采用TDMA制式的主要有欧洲的GSM、美国的D-AMPS和日本的PDC三种。移动电话已由模拟转向数字发展,包括GSM和CDMA制式的数字移动电话正在世界范围内高速发展。我国应用的第二代蜂窝系统为欧洲的GSM系统,以及北美的窄带CDMA系统。GSM系统具有标准化程度高、接口开放的特点,强大的联网能力推动了国际漫游业务;用户识别卡的应用,真正实现了个人移动性和终端移动性。窄带CDMA,也称IS95,1995年在中国香港开通了第一个商用网。CDMA技术具有容量大、覆盖好、话音质量好、辐射小等优点;但窄带CDMA技术成熟较晚,标准化程度较低,在全球的市场规模远不如GSM系统。第二代移动通信技术主要采用的是数字时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术,主要业务是话音,其主要特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点,话音质量、保密性能得到很大的提高,并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成了模拟技术向数字技术的转变,但由于采用的是不同的制式,导致移动通信标准不统一,用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游,因而无法进行全球漫游。加之第二代数字移动通信系统带宽有限,从而限制了数据业务的应用,也无法实现高速率的业务,如移动的多媒体业务。3.第三代移动通信技术3G代表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。3G服务能够同时传送声音及数据信息,速率一般在几百比特率以上。目前3G存在三种标准:CDMA2000、WCDMA、TDSCDMA。目前国内支持国际电联确定的三个无线接口标准,分别是中国联通的WCDMA、中国电信的CDMA2000、中国移动的TDSCDMA。GSM设备采用的是时分多址,而CDMA使用码分扩频技术,先进功率和话音激活至少可提供大于3倍GSM网络容量,业界将CDMA技术作为3G的主流技术。简单地说,第三代移动通信(3G)就是提供覆盖全球的宽带多媒体服务的新一代移动通信。(1)WCDMA,全称为WidebandCDMA,也称为CDMADirectSpread,意为宽频分码多重存取,这是基于GSM网发展出来的3G技术规范,是欧洲提出的宽带CDMA技术,它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同,目前正在进一步融合。WCDMA的支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商,日本公司也或多或少地参与其中,包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电,以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。该标准提出了GSM(2G)GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。这套系统能够架设在现有的GSM网络上,对于系统提供商而言可以较轻易地过渡。在GSM系统相当普及的亚洲,对这套新技术的接受度相当高,因此WCDMA具有先天的市场优势。(2)CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术,也称为CDMAMulti-Carrier,它是以美国高通北美公司为主导提出的,摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与,韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的,可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G,建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美,所以CDMA2000的支持者不如WCDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前各