无线通信网络的组成及分析介绍

无线通信网络是采用无线通信技术实现的网络。无线通信网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。

主流应用的无线网络分为通过公众移动通信网实现的无线网络（如4G、3G或GPRS）和无线局域网（Wi－Fi）两种方式。GPRS手机上网方式，是一种借助移动电话网络接入Internet的无线上网方式，因此只要所在城市开通了GPRS上网业务，在任何一个角落都可以通过笔记本计算机来上网。

1.无线个人网

无线个人网（WPAN）是在小范围内相互连接数个装置所形成的无线网络，通常是个人可及的范围内。例如，蓝牙连接耳机及膝上计算机，ZigBee也提供了无线个人网的应用平台。

蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。该技术并不想成为另一种无线局域网（WLAN）技术，它面向的是移动设备间的小范围连接，因而本质上说它是一种代替线缆的技术。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案，穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。

蓝牙力图做到：必须像线缆一样安全；降到和线缆一样的成本；可以同时连接移动用户的众多设备，形成微微网（piconet）；支持不同微微网间的互连，形成scatternet；支持高速率；支持不同的数据类型；满足低功耗、致密性的要求，以便嵌入小型移动设备；最后，该技术必须具备全球通用性，以方便用户徜徉于世界的各个角落。

从专业角度看，蓝牙是一种无线接入技术。从技术角度看，蓝牙是一项创新技术，它带来的产业是一个富有生机的产业，因此说蓝牙也是一个产业，它已被业界看成是整个移动通信领域的重要组成部分。蓝牙不仅仅是一个芯片，而是一个网络，不远的将来，由蓝牙构成的无线个人网将无处不在。它还是GPRS和3G的推动器。

2.无线区域网

无线区域网（Wireless Regional Area Network，WRAN）基于认知无线电技术，IEEE802.22定义了适用于WRAN系统的空中接口。WRAN系统工作在47～910MHz高频段／超高频段的电视频带内的，由于已经有用户（如电视用户）占用了这个频段，因此802.22设备必须要探测出使用相同频率的系统以避免干扰。

3.无线局域网

无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。作为传统布线网络的一种替代方案或延伸，无线局域网把个人从办公桌边解放出来，使他们可以随时随地获取信息，提高了员工的办公效率。

4.无线城域网

无线城域网是连接数个无线局域网的无线网络形式。

2003年1月，一项新的无线城域网标准IEEE 802.16a正式通过。致力于此标准研究的组织是WiMax论坛——全球微波接入互操作性（Worldwide Interoperability for Microwave Access）组织。作为一个非赢利性的产业团体，WiMax由Intel及其他众多领先的通信组件及设备公司共同创建。截至2004年1月月底，其成员数由之前的28个迅速增长到超过70个，特别吸引了AT＆T、电讯盈科等运营商，以及西门子移动及我国的中兴等通信厂商的参与。WiMax总裁兼主席LaBrecque认为，这将是该组织发展的一个里程碑。虽然实际的商用进程尚待时日，但是从WiMax论坛发布的资料上显示，WiMax正力图成为继无线局域网联盟Wi－Fi之后的另一个具有充分产业影响力的无线产业联盟。作为WiMax的主要成员，Intel一直致力于IEEE 802.16无线城域网芯片的开发。

5.无线网络的主要标准

无线技术包括了无线局域网技术和以GPRS／3G为代表的无线上网技术，这些标准和技术发展到今天，已经出现了包括IEEE802.11、蓝牙技术和HomeRF等在内的多项标准和规范，以IEEE（电气和电子工程师协会）为代表的多个研究机构针对不同的应用场合，制定了一系列协议标准，推动了无线局域网的实用化。这些协议由Wi－Fi（Wi－Fi联盟是一家世界性组织，成立的目标是确保符合802.11标准的WLAN产品之间的相互协作性）组织制定和进行认证。我国早在2004年7月26日向国际标准化组织提交了无线局域网中国国家标准WAPI（无线局域网鉴别与保密基本结构）提案，这是中国拥有自主知识产权的无线局域网标准，该标准较好地解决了无线局域网的安全问题，但是由于种种原因它现在并没有得到执行。下面列出了一些主要无线通信网标准。

（1）IEEE802.11系列协议

作为全球公认的局域网权威，IEEE 802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域独领风骚。这些协议包括了802.3Ethernet协议、802.5Token Ring协议、802.3z100BASET快速以太网协议。在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。在1999年9月，他们又提出了802.11b“High Rate”协议，用来对802.11协议进行补充，802.11b在802.11的1Mbit／s和2Mbit／s速率下又增加了5.5Mbit／s和11Mbit／s两个新的网络吞吐速率。利用802.11b，移动用户能够获得同Ethernet一样的性能、网络吞吐率与可用性。这个基于标准的技术使管理员可以根据环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络，满足他们的商业用户和其他用户的需求。802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层上，并在物理层上进行了一些改动，加入了高速数字传输的特性和连接的稳定性。

（2）蓝牙技术

蓝牙技术将成为全球通用的无线技术，它工作在2.4GHz波段，采用的是跳频展频（FHSS）技术，数据速率为1Mbit／s，距离为10m。任一蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可以建立联系，而无须用户进行任何设置。在无线电环境非常嘈杂的情况下，其优势更加明显。蓝牙技术的主要优点是成本低、耗电量低以及支持数据／语音传输。

（3）HomeRF

HomeRF是专门为家庭用户设计的，它工作在2.4GHz，利用50跳／秒的跳频扩谱方式，通过家庭中的一台主机在移动设备之间实现通信，既可以通过时分复用支持语音通信，又能通过载波监听多重访问／冲突，避免协议提供数据通信服务。同时，HomeRF提供了与TCP／IP良好的集成，支持广播、多播和48位IP地址。HomeRF最显著的优点是支持高质量的语音及数据通信，它把共享无线连接协议（SWAP）作为未来家庭内联网的几项技术指标，使用IEEE 802.11无线以太网作为数据传输标准。

（4）HyperLAN／HyperLAN2

HyperLAN是ETSI制定的标准，分别应用在2.4GHz和5GHz不同的波段中。与IEEE 802.11最大的不同，在于HyperLAN不使用调变的技术而使用CSMA（Carrier Sense Multiple Access）的技术。HyperLAN2采用Wireless ATM的技术，因此也可以将Hyper－LAN2视为无线网络的ATM，采用5GHz射频频率，传输速率为54Mbit／s。

（5）WiMAX

作为宽带无线通信的推动者，美国电气和电子工程师协会（IEEE）于1999年设立IEEE 802.16工作组，工作内容主要是开发固定宽带无线接入系统标准，包括空中接口及其相关功能，标准涵盖2～66GHz的许可频段和免许可频段，解决最后一公里的宽带无线城域网的接入问题。随着研究的深入，IEEE相继推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE 802.16d、IEEE 02.16e等一系列标准，该系列标准引起业界广泛关注，被认为是宽带无线城域网（WMAN）的理想解决方案。为了推广遵循IEEE 802.16和ETSI HIPERMAN的宽带无线接入设备，并确保其兼容性及互用性，一些主要的通信部件及设备制造商结成了一个工业贸易联盟组织，即WiMAX，IEEE 802.16标准又被称为WiMAX技术。其最大传输速度可达到75 Mbit／s，最大传输距离可达50km。

（6）GPRS技术

GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务）是利用“包交换（Packet－Switched）”的概念发展出的一套无线传输方式。所谓的包交换就是将Date封装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上类似于寄包裹。采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频带，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式。此外，在GSM phase 2的标准里，GPRS可以提供四种不同的编码方式，这些编码方式分别提供不同的错误保护（Error Protection）能力。利用四种不同的编码方式，每个时槽可提供的传输速率为CS－1（9.05K）、CS－2（13.4K）、CS－3（15.6K）及CS－4（21.4K），其中CS－1的保护最为严密，CS－4则是完全未加以任何保护。每个用户最多可同时使用8个时槽，所以GPRS号称最高传输速率为171.2kbit／s。GPRS是一种新的GSM数据业务，它在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kbit／8。GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。

（7）3G技术

3G是英文3rd Generation的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbit／s、384kbit／s以及144kbit／s的传输速度。

（8）4G技术

第四代移动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD－LTE和FDD－LTE两种制式（严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通信标准IMT－Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求）。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbit／s以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4MB）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在ADSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。