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第12章 现代物流信息系统技术基础(7)

第三代移动通信系统的技术基础是码分多址(CDMA)。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式,采用FDMA的系统具有频谱利用率低、信令干扰语音业务的缺点。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式,与第一代相比,虽然提高了系统容量,并采用独立信道传送信令,使系统性能大大改善,但是它的系统容量仍然很有限,而且越区切换性能还不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用率高、抗多径衰落能力强、通话质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力,因而第三代移动通信系统把CDMA作为其技术基础。目前,3G推荐的主流技术标准有三种,分别为WCDMA、CDMA 2000及中国提出来的TD‐SCDMA,虽然是三个不同的标准,但三种系统所使用的无线电核心频段都在2000Hz左右。

1)WCDMA

WCDMA的全称为Wideband Code Division Multiple Access,它是基于GSM网络发展出来的3G技术规范,它是欧洲提出的宽带CDMA技术标准,与日本提出的宽带CDMA技术标准基本相同,目前两者正在进一步融合。WCDMA标准提出了GSM(2G)→GPRS(2.5G)→EDGE(2.5G)→WCDMA(3G)的演进策略。GPRS和EDGE(EnhancedDataRateforGSMEvolution,增强数据速率的GSM演进)技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动通信集团公司已经使用这一方案,并将原来的GSM网络升级为GPRS网络。

2)CDMA 2000

CDMA 2000是由窄带CDMA(CDMAIS 95)技术发展而来的宽带CDMA技术标准,它是由美国主推的宽带CDMA技术标准。CDMA 2000标准提出了CDMAIS 95(2G)→CDMA 20001x(2.5G)→CDMA 20003x(3G)的演进策略。其中的CDMA 20001x被称为2.5代移动通信技术,而CDMA 20003x与CDMA 20001x的主要不同之处是CDMA 20003x采用了多路载波技术,通过采用三载波使带宽得到了提高。目前中国网通使用这一方案,并已建成了CDMAIS 95网络。

3)TD‐SCDMA

TD‐SCDMA的全称为TimeDivision‐Synchronous Code Division Multiple Access(时分同步CDMA),是由中国大唐电信公司提出的3G标准。TD‐SCDMA标准提出不经过2.5代的中间环节直接向3G过渡,对GSM系统向3G的升级非常适用。该标准的提出也表明了中国在移动通信领域的开创性。目前中国移动正在实施这一3G方案。

2.无线城域网(WMAN)

在1999年,美国电气与电子工程师学会(InstituteofElectricalandElectronicEngineers,IEEE)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。在IEEE 802.16工作组的努力下,近些年陆续推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE 802.16b、IEEE 802.16d等一系列标准。然而IEEE主要负责标准的制定,为了使IEEE 802.16系列技术得到推广,在2001年成立了WiMAX(Worldwide Interoper ability 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技术的物理层和媒质访问控制层(MAC)技术基于IEEE 802.16标准,可以在5.8GHz、3.5GHz和2.5GHz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75Mbps,胜过有线DSL技术,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。因而,WiMAX可应用于固定、简单移动、便携、游牧和自由移动这五类应用场景。

WiMAX论坛组织是WiMAX推广的大力支持者,目前该组织拥有近300个成员,其中包括Alcatel、AT&T、FUJITSU、英国电信、诺基亚和英特尔等行业巨头。WiMAX之所以能获得如此多公司的支持和推动,与其所具有的技术优势也是分不开的。

WiMAx的技术优势可以简要概括为以下几点。

(1)传输距离远、接入速度高、应用范围广

WiMAX采用正交频分复用(Orthogonal Freguency Division Multiplexing,OFDM)技术,能有效地抗多径干扰;同时采用自适应编码调制技术,可以实现覆盖范围和传输速率的折中;利用自适应功率控制,可以根据信道状况动态调整发射功率。正因为有这些技术,WiMAX的无线信号传输距离最远可达50km,最高接入速度达到75Mbps。由于其具有传输距离远、接入速度高的优势,其可以应用于广域接入、企业宽带接入、移动宽带接入,以及数据回传等几乎所有的宽带接入市场。

(2)不存在“最后1km”的瓶颈限制,系统容量大

WiMAX作为一种宽带无线接入技术,它可以将Wi‐Fi热点连接到互联网,也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展,实现最后1km的宽带接入。WiMAX可为50km区域内的用户提供服务,用户只要与基站建立宽带连接即可享受服务,因而其系统容量大。

(3)提供广泛的多媒体通信服务

由于WiMAX具有很好的可扩展性和安全性,从而可以提供面向连接的、具有完善QoS保障的、电信级的多媒体通信服务,其提供的服务按优先级从高到低有主动授予服务、实时轮询服务、非实时轮询服务和尽力投递服务。

(4)安全性高

WiMAX空中接口专门在MAC层上增加了私密子层,不仅可以避免非法用户接入,保证合法用户顺利接入,而且还提供了加密功能(比如EAP‐SIM认证),保护用户隐私。

当然,WiMAX发展还面临许多的问题,具体概括为以下几点。

①成本问题。相对于有线产品,成本太高,不利于普及。

②技术标准和频率问题。许多国家的频率资源紧缺,目前都还没有分配出频带给WiMAX技术适用,频率的分配直接影响系统的容量和规模,这决定了运营商的投资力度和经营方向。

③与现有网络的相互融合问题。IEEE 802.16系列技术标准只是规定空中接口,而对于业务、用户的认证等标准都没有一个统一的规范,因而需要通过借助现有网络来完成,因此必须解决与现有网络的相互融合问题。

总之,从技术层面讲,WiMAX更适合用于城域网建设的“最后1km”无线接入部分,尤其对于新兴的运营商更为合适。WiMAX技术具备传输距离远、数据速率高的特点,配合其他设备(比如VoIP、Wi‐Fi等)可提供数据、图像和语音等多种较高质量的业务服务。在有线系统难以覆盖的区域和临时通信需要的领域,可作为有线系统的补充,具有较大的优势。随着WiMAX的大规模商用,其成本也将大幅度降低。相信在未来的无线宽带市场中,尤其是专用网络市场中,WiMAX将占有重要位置。

3.无线局域网(WLAN)

无线局域网是指以无线电波、红外线等无线媒介来代替目前有线局域网中的传输媒介(比如电缆)而构成的网络。无线局域网内使用的通信技术覆盖范围一般为半径100m左右,也就是说差不多几个房间或小公司的办公室。当然实际的覆盖范围受很多因素影响,比如通信区域中的高大障碍物。

IEEE 802.11系列标准是IEEE制定的无线局域网标准,主要对网络的物理层和媒质访问控制层进行规定,其中重点是对媒质访问控制层的规定。目前该系列的标准有:

IEEE 802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE 802.11f、IEEE 802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等,其中每个标准都有其自身的优势和缺点。

下面就IEEE已经制定且涉及物理层的4种IEEE 802.11系列标准:IEEE 802.11、IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g进行简单介绍。

(1)IEEE 802.11

IEEE 802.11是最早提出的无线局域网网络规范,是IEEE于1997年6月推出的,它工作于2.4GHz的ISM频段,物理层采用红外、跳频扩频(Frequency Hopsping Spread Spectrum,FHSS)或直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)技术,其数据传输速率最高可达2Mbps,它主要应用于解决办公室局域网和校园网中用户终端等的无线接入问题。使用FHSS技术时,2.4GHz频道被划分成75个1MHz的子频道,当接收方和发送方协商一个调频的模式,数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送,每次在IEEE 802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式,采用这种跳频方式避免了两个发送端同时采用同一个子频段;而DSSS技术将2.4GHz的频段划分成14个22MHz的子频段,数据就从14个频段中选择一个进行传送而不需要在子频段之间跳跃。由于临近的频段互相重叠,在这14个子频段中只有3个频段是互不覆盖的。

IEEE 802.11由于数据传输速率上的限制,在2000年也紧跟着推出了改进后的IEEE 802.11b。但随着网络的发展,特别是IP语音、视频数据流等高带宽网络应用的需要,IEEE 802.11b只有11Mbps的数据传输率不能满足实际需要。于是,传输速率高达54Mbps的IEEE 802.11a和IEEE 802.11g也都陆续推出。

(2)IEEE 802.11b

IEEE 802.11b又称为Wi‐Fi,是目前最普及、应用最广泛的无线标准。IEEE 802.11b工作于2.4GHz频带,物理层支持5.5Mbps和11Mbps两个速率。IEEE 802.11b的传输速率会因环境干扰或传输距离而变化,其速率在1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps之间切换,而且在1Mbps、2Mbps速率时与IEEE 802.11兼容。IEEE 802.11b采用了直接序列扩频DSSS技术,并提供数据加密,使用的是高达128位的有线等效保密协议(Wired Equivalent Privacy,WEP)。但是IEEE 802.11b和后面推出的工作在5GHz频率上的IEEE 802.11a标准不兼容。

从工作方式上看,IEEE 802.11b的工作模式分为两种:点对点模式和基本模式。点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式,即一台配置了无线网卡的计算机可以与另一台配置了无线网卡的计算机进行通信,对于小规模无线网络来说,这是一种非常方便的互联方案;而基本模式则是指无线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通信方式,这也是IEEE 802.11b最常用的连接方式。在该工作模式下,配置了无线网卡的计算机需要通过“无线接入点”才能与另一台计算机连接,由接入点来负责频段管理等工作。在带宽允许的情况下,一个接入点最多可支持1024个无线节点的接入。当无线节点增加时,网络存取速度会随之变慢,此时通过添加接入点的数量可以有效地控制和管理频段。

IEEE 802.11b技术的成熟,使得基于该标准网络产品的成本得到很大的降低,无论家庭还是公司企业用户,无需太多的资金投入即可组建一套完整的无线局域网。当然,IEEE 802.11b并不是完美的,也有其不足之处,IEEE 802.11b最高11Mbps的传输速率并不能很好地满足用户高数据传输的需要,因而在要求高宽带时,其应用也受到限制,但是可以作为有线网络的一种很好的补充。

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