5G 无线通信系统：前景和挑战
5G 无线通信网络
蜂窝结构体系和关键技术
演讲人：蓝之远
小组成员：蓝之远、孔胜、黄栋、刘威阳、
刘冰、徐迪、徐明月、赵晓通
2014年10月
目录
一、摘要
第4代无线通信系统已经部署或即将被部署在许多国家。然而，随着无线移动设备和服务爆炸式的发展，它们仍然面临着甚至4G不能调解的一些挑战，例如，频谱危机和高能耗。无线系统设计人员面临着不断增长的高数据率和移动性要求的需求的新的无线应用。因此，已经开始研究第五代无线系统，预计将在2020年部署。在本文中，我们提出一个潜在的蜂窝体系结构，分室内场景和室外场景，并讨论5G无线通信系统各种有前途的技术，比如，大规模MIMO，节能高效通信，认知无线电网络和可见光通信。还讨论了未来面对这些潜在的技术的挑战。
二、介绍
创新和有效的利用信息和通信技术（ICT）已在提高世界经济中变得越来越重要。无线通信网络在全球ICT战略中可能是最关键的因素，是许多其他工业的支柱。它是世界上发展最快、最具活力的行业之一。欧洲移动天文台报道称：移动通信业在2010年有总计1740亿欧元收入。一举超过了航空工业和制药业。无线技术的发展大大提高了人们的沟通能力、在商业活动和社交活动中的生活。
无线移动通信显着的成就反映技术更新快速步调。从第2代移动通信系统（2G）在1991年的初次露面到3G系统在2001年首次着手进行，无线移动系统从一个单纯的电话系统已经变换成一个能传输丰富多媒体内容的网络。4G无线系统设计满足高级国际移动通信（IMT-A）的需求，利用IP协议提供所有服务。在4G系统，采用一种高级无线电接口，是利用正交频分复用（OFDM），多输入多输出（MIMO）和链路适配（或自适应）技术。4G无线网络可以支持在低速移动中1 Gb/s速率，例如漫游/本地无线接入；在高速移动中最高100Mb/s，例如移动接入。长期演进（LTE）和它的延伸，先进的长期演进系统，作用可实现的4G系统，最近已部署或很快将在全球部署。
然而，订制移动宽带系统的用户数量每年都在以引人关注的增加。越来越多的人渴望更快的移动互联网接入服务，时尚的手机，总的来说，与他人或获取信息的即时通信。当今更强大的智能手机和便携式电脑越来越受欢迎，它追求先进的多媒体功能。这导致了无线移动设备和服务的爆发。EMO指出，从2006年以来移动宽带每年以92%的速度增长。它已被无线世界研究论坛的预测（WWRF）到2017年时有7万亿无线设备服务于7亿人口；换句话说，连接网络的无线设备将达到世界人口的1000倍。随着越来越多的设备无线上网，很多研究需要面临解决的挑战。
最关键性的挑战之一是物理上为蜂窝通信分配的射频（RF）频谱十分稀缺。蜂窝频率使用超高频段的手机，通常范围从几百MHz到几GHz。这些频谱大量被使用，使运营商获得更多的频谱很困难。另一个挑战是，先进的无线技术的部署是以高能耗为代价。在无线通信系统中的能量消耗的增加会间接的导致二氧化碳排放增加，目前被认为是对环境的一大威胁。此外，它已被报道，蜂窝运营商基站（BSS）的能耗占他们的电费账单70%。事实上，节能高效的通信不在4G无线系统的初始条件之一，但它是后一阶段的问题。其他挑战，例如，平均频谱效率，高速率和高移动性，无缝覆盖，不同的服务质量（QoS）要求，和分散的用户体验（不同的无线设备/接口和异构网络不兼容性），仅举几例。
所有上述问题给蜂窝服务供应商施加更多压力，他们正面临着不断增加更高的数据传输速率，更大的网络容量，更高的频谱效率，更高的能源效率，高流动性的新的无线应用所需
的需求。另一方面，4G网络在现有技术的数据率上已经达到理论极限，因此不足以容纳上述挑战。在这个意义上，我们需要突破性的无线技术来解决由数万亿无线设备造成上述问题，研究人员已经开始研究超4G（B4G）或5G无线技术。中英科学的桥梁项目：（B）4G无线移动通信（. /）或许是世界上第一个开始研究B4G的项目，其中一些潜在的B4G技术被鉴定。欧洲和中国也开始了一些5G项目，如由欧盟支持的METIS 2020项目，和在中国由科技部支持的国家863重点项目在5G。诺基亚西门子网络描述了潜在的无线接入技术可以进一步发展，以支持在接下来的10年与2010年通信水平相比高达1000倍的通信流量[ 6 ]。三星证明使用毫米（mm）波技术无线系统在2公里的情况下传输速率超过1 GB / s [ 7 ]。
5G网络将是什么，预期2020年左右使其标准化，是什么样子的？现在定义为时过早。然而，人们普遍认为，相比于4G网络，5G网络系统容量应达到1000倍，10倍的频谱效率，能源效率和数据速率（即，在低速移动下峰值速率为10 GB / s和在高速移动下峰值速率为1 GB / s），和25倍的平均小区吞吐量。目的是连接整个世界，实现无缝和无处不在的通信，任何人之间（人与人），任何事物之间（人与机器，机器与机器），无论他们在哪里（任何地方），无论他们什么时候需要（任何时候），无论他们想用什么电子设备/服务/网络（无论如何）。这意味着，5G网络应该能够支持一些特殊场景的通信，4G网络不支持（例如，高速列车的用户）。高速列车可以达到350到500公里/小时，而4G网络只能支持的通信场景为250公里/小时。在这篇文章中，我们提出了一个潜在的5G的蜂窝体系结构和讨论一些有前途的技术，可以部署提供5G的要求。
本文的其余部分安排如下：我们提出了一个潜在的5G蜂窝体系结构。我们描述了一些有前途的关键技术，可以在5G系统采用。未来的挑战也重点强调了。最后，得出结论。三、一个潜在的5G无线蜂窝结构
为了解决上述挑战和满足5G系统的要求，我们需要在蜂窝结构的设计中有一个引人注目的变化。我们知道，无线用户大约80%的时间呆在室内，而只有20%的时间呆在室外[ 8 ]。目前传统的蜂窝结构通常使用在小区中间的室外基站与移动用户通信，无论他们在室内还是室外。对于室内用户与室外基站通信，信号必须通过建筑物的墙壁，这会导致非常高的穿透损耗，大大损害了无线传输的数据速率，频谱效率，以及能量效率。
一种5G蜂窝结构设计的关键理念是单独的室外和室内场景，以便用这种方式避免通过建筑物的墙壁造成的穿透损耗。这将借助于分布式天线系统（DAS）和大规模MIMO技术[ 9 ]，在地理上的分布式天线阵列是由部署数十或数百个天线单元构成的。虽然目前大多数的MIMO系统利用两到四根天线，大规模MIMO系统的目标是在大型天线阵列中开拓出潜在的大容量增益。室外基站将配备有大型天线阵列的天线元件（或大阵列天线）分布在小区周围，通过光纤连接到BS，受益于DAS和大规模MIMO技术。室外移动用户通常配备的天线元件的数量有限，但它们可以相互合作，形成一个虚拟的大型天线阵列，连同BS天线阵列构建虚拟大规模MIMO链路。大型天线阵列也将安装所有建筑物的外面与室外BSS或BSS分布式天线单元通信，可能与线性的视线（LOS）组件通信。大型天线阵列的电缆连接到建筑物内部无线接入点与室内用户通信。这肯定会在短期内增加基础设施成本的同时，从长远来看会显着提高小区的平均吞吐量，频谱效率，能源效率，和数据速率的蜂窝系统。
使用这样的蜂窝结构，室内用户只需和室内无线接入点通信（不是室外BSS），与大型阵列天线安装在建筑物外面，许多适于短距离高数据速率通信的技术可以利用。一些例子包括WiFi，飞蜂窝，超宽带（UWB），毫米波通信（3—300GHz）[ 7 ]，和可见光通信（VLC）（400
—490THz ）[ 10 ]。值得一提的是，毫米波和VLC 技术使用较高频率，不采用传统的蜂窝通信。这些高频波无法很好穿透固体材料，可以很容易地被气体、雨和树叶吸收或散射。因此，很难用这些波在室外或长距离上应用。然而，可利用的大带宽，毫米波和VLC 技术可以大大提高室内环境下的数据传输速率。为了解决频谱短缺的问题，除了寻找不被传统的无线服务使用的新的频谱（例如，毫米波通信和VLC ），我们也可以尝试改善现有的无线电频谱的频谱利用率，例如，通过认知无线电（CR ）网络[ 11 ]。
5G 蜂窝结构也应该是异构的，包括宏蜂窝，微蜂窝，小蜂窝，和中继。为了适应高移动用户，如用户在车辆和高速列车上。我们已经提出了移动飞蜂窝（MFemtocell ）的概念[ 12 ]，它结合移动中继和飞蜂窝的概念。移动飞蜂窝位于车辆内部与车辆里的用户通信，而大型天线阵列位于车辆外部与室外基站通信。一个移动飞蜂窝及其相关的用户都是被视为一个单一的单位与基站BS 通信。从用户的角度来看，一个移动飞蜂窝看成是一个普通的基站BS 。这很相似上述室内（车内）和室外场景分离的想法。这证明用户使用移动飞蜂窝可以减少信令开销享受高数据速率服务。上述5G 异构蜂窝结构，如图1所示。
图1 一种5G 异构无线蜂窝结构
四、 有前途的关键5G 无线技术
在这一部分中，基于前面提出的异构蜂窝结构，我们讨论了一些有前途的关键无线技术，可以使5G 无线网络来满足性能要求。发展这些技术的目的是使容量急剧增加，在5G 网络中有效利用所有可能的资源。基于着名的香农理论，系统总容量的C sum 近似表达式为：
∑∑??? ??+≈HetNetsChannes
p i 2 i sum N p 1log B C (1) 式中，Bi 是第i 个信道的带宽，Pi 是第i 个信道的信号功率和Np 表示的是噪声功率。公式1明确系统总容量的C sum 等于所有子信道的和异构网络容量的总和。为了增加CSUM ，我们可以增加网络的覆盖范围（如宏蜂窝，微蜂窝，小蜂窝，中继，移动飞蜂窝[12]等异构网络），子信道的数量（如大规模MIMO [ 9 ]，空间调制SM [ 13 ]，协作式MIMO ，分布式天线系统DAS ，干扰管理等），带宽（如认知无线电CR 网络 [ 11 ]，毫米波通信，可见光通信VLC [ 10 ]，多重标准系统等），和功率（能量效率或绿色通信）。在下面，我们重点关注的一些关键技术。
1. 大规模MIMO
MIMO 系统是由发射机和接收机都有多个天线组成。通过增加多个天线，在无线信道中一个更大的自由度（除了时间和频率维度外）能够容纳更多的信息数据。因此，在可靠性、频谱效率、能源效率方面性能可以获得一个显着的改善。在大规模MIMO 系统中，发射机或接收机都配备了大量的天线元件（一般为几十或甚至数百个）。请注意，发射天线根据不同的应用可以是集中或分布式（即，一个分布式天线系统DAS ）。同时，庞大的接收天线可以附在一个设备或分布到许多设备。除了继承传统的MIMO 系统的好处外，一个大规模MIMO 系统可以显着提高频谱效率和能量效率[ 9 ]。此外，在大规模MIMO 系统中，噪声和快速衰落消失的影响和小区内的干扰可以使用简单的线性预编码和检测方法来减轻。在大规模MIMO 系统中，通过合理地利用多用户MIMO （MU-MIMO ）技术，通过避免复杂的调度算法来简化介质访问控制（MAC ）层的设计[ 14 ]。就MUMIMO 技术来说，最早提出基站BS 可以
发送分离的信号给使用相同时间和频率资源的个人用户。因此，这些优点使大规模MIMO系统成为5G无线通信网络中一种很有前途的候选者。
2.空间调制（SM）
空间调制，最初哈斯等人提出的，是一个新颖的MIMO技术，已经在低复杂设备的MIMO系统被提出，不降低系统性能的[ 13 ]。代替了从可用天线同时发送多个数据流，空间调制SM把部分的数据编码传送到天线阵的每个发射天线的空间位置。因此，天线阵列中的第二次（除了通常的信号星座图）星座图（所谓的空间星座图），它可以用来提高数据速率（空间复用）相对于单天线无线系统。在任何时间只有一个发射天线是激活的，而其他的天线是空闲的。一节的信息比特被分成两个子节log2（NB）的log2（M）位，其中，NB和M分别是发射天线的数量和复杂信号星座图的大小。第一子节从一组发射天线中识别出激活的天线，而第二子节是将信号星座图选择符号从激活的天线发送。因此，SM是一个组合的空间移键控（SSK）和振幅/相位调制。图2显示了以4个发射天线（NB = 4）和正交相移键控（QPSK）调制（M = 4）为例的SM星座图。接收机可以采用最佳最大似然（ML）检测，译码接收的信号。
空间调制可以减轻在传统MIMO系统中三大问题：信道间干扰，天线间的同步，和多个RF链[ 13 ]。此外，在空间调制SM系统中，可以设计低复杂度接收机，并配置任何数量的发射和接收天线，即使不平衡MIMO系统。我们必须指出，随着发送天线数量的增加SM复用增益成对数增加，而与传统的MIMO系统成线性增加。因此，实现低复杂度设备是在牺牲一定的自由度为代价。大多数研究SM集中在一个单一的接收器的情况下（即，单用户SM）。多用户SM可以看作是在5G无线通信系统被认为是一个新的研究方向。
图2 采用四个发射天线（NB = 4）和QPSK调制的SM星座图
3.认知无线电网络
CR网络是一个创新的软件定义的无线电技术，被认为是有前途的技术之一，可有效的提高拥挤的RF频谱[ 9 ]利用率。采用CR的根据是大部分时间很大一部分无线电频谱未被充分使用。在CR网络中，次系统能够与授权系统共享频段，可以在一个无干扰的基础上或在干扰容忍基础上[ 9 ]。CR网络应该意识到周围的无线环境和调节其相应传输。在无干扰的CR 中，CR用户允许借用频谱资源，当授权的用户不使用它们。使无干扰的CR网络成为可能的一个关键是找出如何检测出分布在宽带频谱的频谱空洞（白色空间）。CR接收机首先应该通过频谱感知（或结合地理定位数据库）监控和分配未使用的频谱，并把信息反馈给CR发射机。在多个CR网络尝试接入相同的频谱时，需要协调机制防止用户接入匹配的频谱空穴发生碰撞。在干扰容忍CR网络中，在干扰保持低于阈值（临界值）期间，CR用户可以与授权系统共享频谱资源。与无干扰的CR网络相比，干扰容忍CR网络通过适当时机共享授权用户无线电频谱资源，可以达到提高频谱利用率，以及更好的频谱和能源效率。然而，它已经表明，CR系统的性能对于在用户密度、干扰阈值和授权系统的传输性能的任何轻微变化非常敏感。这一事实，如图3所示，我们注意到，在主接收器的数量增加的频谱效率迅速降低。然而，频谱效率可以通过放松的主系统的干扰阈值或只考虑CR用户谁到第二BS距离短得到提高改善。在[ 15 ]，混合CR网络中已经被提出，并在蜂窝网络采用，目的是探索另外的频带和扩大容量。
图3 关于取不同干扰阈值Q（次接收机数量为20）时， CR网络平均系统频谱效率作为主接收器数量为函数的图示4.移动飞蜂窝（移动超小型化移动基站）
移动飞蜂窝MFemtocell是一个新的概念，最近已经提出作为一个潜在的候选技术在下一代智能运输系统[ 12 ]。它结合了移动中继的概念（移动网络）与飞蜂窝技术。一个MFemtocell是一个小的基站，可以四处移动和动态变化，与运营商的核心网络连接。它可以部署在公交车、火车、甚至私人汽车上，提高车内用户的服务质量。部署MFemtocell可能有益于蜂窝网络。首先，MFemtocell可以提高整个网络的频谱效率。为了证明这一事实，图4比较了直接传输方案的平均频谱效率和MFemtocell增强方案两种资源划分方案（即，正交和非正交资源划分方案）作为一种与MFemtocell连接的用户比例的函数。同时，比较了最大信噪比之间的（MAX-SNR）和比例公平（PF）调度算法。我们可以看到，通过增加MFemtocell与BS通信的用户比例导致频谱效率的增加，这比用户直接与BS通信好得多（即，直接传输方案）。第二，MFemtocell可以促进网络信令开销的减少。例如，一个MFemtocell 可以对所有与之相关联的代表用户执行切换，从而减少在MFemtocell内用户切换活动。这使得MFemtocell部署适合高速移动环境下。此外，在MFemtocell内由于相对较短的通信范围和较低的信令开销，用户的能源消耗可以减少。
图4 系统级MFemtocell的平均频谱效率与多用户调度和资源分配方案图示
5.可见光通信
可见光通信使用现成的白光发光二极管（LED）用于固态照明（SSL）信号发射机,和现成的对本征（PIN）光电二极管（PDs）或雪崩光电二极管（APD）作为信号接收机[ 10 ]。这意味着，VLC使系统在照明同时，提供宽带无线数据连接。如果在上行链路不需要照明，红外（IR）发光二极管或甚至射频是确实可行的解决方案。在VLC，信息是通过光的强度（功率）进行传输。因此，携带信息的信号必须是实数值和严格为正。传统的数字调制方案射频通信使用复数和双极性信号。因此，必须修改，并有基于改进的多载波调制技术的丰富知识实体，比如OFDM强度调制（IM）和直接检测（DD）。据报道，从一个单一的LED数据率已可以达到GB / s。必须指出的是，VLC不受快衰落的影响，由于波长明显小于检测器面积。链路级论证的重要步骤是证明VLC是帮助减轻射频通信的频谱瓶颈的一种可行的技术，它可以利用现有的照明设施开发成熟的无线光网络是必不可少的。这包括多用户接入技术，干扰协调等等。最后，让我们假设在一个房间有多个发光体固定装置。每个发光体固定装置想像担任一个非常小的光学基站形成一个非常小的蜂窝网络被称为光学attocells（渺蜂窝）。这是类似于在射频通信的femtocell，事实上一个房间可以由许多这些非常小的蜂窝服务。一种光学渺蜂窝attocell覆盖面积为1～10 m2，距离约3m。众所周知，在蜂窝射频通信中，小的蜂窝明显有助于提高网络的频谱效率。然而，主要的限制因子是干扰。由于光波不能穿过墙蔓延，所以光学attocells较少受到干扰。面积频谱效率（ASE）采用每平方米每赫兹每秒比特
（bit/s/Hz/m2）表示，如图5所示，是attocell网络的ASE和femtocell网络的ASE的比值与每层楼不同数量的femtocell的图示说明。每个房间的光接入点的数量从一到四变化。和预期的一样，增益随着每楼层femtocells数量的增加而减少，但在每层楼有20个femtocell和4个光学attocells情况下，增益仍高于100。ASE最大增益接近1000。
举一个例子，让我们假设一个典型b/s/Hz/m2的ASE的光学attocell网络和带宽为10 MHz 的LED和射频。这就意味着在光学attocell网络情况下,用户可以在一个5m×5m×3m的房间里平均分享共300 MB /s。在RF femtocell网络情况下，每层楼有20个femtocell最好的情况下，对于同一房间达到容量只有约3 MB /秒。
图5 在每层楼不同数量的femtocell时，attocell网络ASE与femtocell网络ASE的比值
6.绿色通信
5G无线系统的设计应考虑最大限度地减少能源消耗，以实现绿色无线通信系统[ 5 ]。世界各地的无线系统的运营商应该以实现减少能源消费量为目的，从而有助于减少二氧化碳排放量。有前途的室内通信技术部署策略可实现更好的能源效率。这是因为在发射机和接收机之间他们能提供具有良好的信道条件。此外，通过将室内传输与室外传输分离，可使marcocell BS分配无线资源压力较小，可以低功率发射，致使有效的减少能源消耗。VLC和毫米波技术也被认为是在5G无线系统发展中能量效率解决方案。例如，在VLC系统中一个灯泡消耗的能量远远小于发送相同高密度数据的RF基站消耗的能量。
五、5G无线通信网络中未来的挑战
尽管上述潜在关键5G无线技术有了一些进展，在前面仍然有许多挑战。由于篇幅有限，在这一部分中我们只讨论其中的一些挑战。
1.优化性能指标
评价无线通信网络的一般特征仅考虑一个或两个性能指标，而由于高复杂度忽视其他指标。对于一个完整的和合理的评价5G无线系统，应考虑更多的性能指标。这些包括的频谱效率，能源效率，延迟，可靠性，用户的公平性，服务质量QoS，设备的复杂性，等等。因此，应该发展一个总体的框架来评估5G无线系统的性能，尽可能从不同的角度考虑到多的性能指标。应该权衡所有性能指标。这就需要高复杂度的联合优化算法和长的仿真时间。
2.5G无线系统的实际信道模型
用适当的精度、复杂度权衡实际的信道模型，对一些典型的5G的场景都是必不可少的，例如，大规模MIMO信道和高移动信道（如，高速列车信道和车辆与车辆信道）。传统MIMO 信道模型不能直接应用于大规模MIMO信道，不同的天线遵守不同的群集。大规模MIMO 信道模型应考虑到特定的特性，使它们不同于传统MIMO信道的特征，如球面波假设和非平稳特性。同样，3D大规模MIMO模型，联合考虑方位角和俯仰角，越实用就越复杂。
表1是一些现有的大规模MIMO信道模型进行了简要的总结和分类[ 14 ]。与传统的低移动性的无线信道相比，高移动信道有更大的动态和可能更严重的衰落，本质上都是非平稳的。如何描述非平稳高移动性的信道也很有挑战性。
表1 最近大规模MIMO通道模型的研究进展
3.降低大规模MIMO信号处理的复杂度
在发展大规模的MIMO系统的一个技术挑战是信号处理的复杂度。作为发射和接收信号是相当冗长的（漫长的），搜索算法必须执行许多可能的符号排列。在目前的文献中，大规模MIMO的研究往往被视为一个基于着名的最大似然ML准则为搜索依据的检测课题。现有的检测算法，假设信道是理想，给定的信道矩阵的大小，因此监测传递数量，这似乎是不合理的假设。这个问题可能的解决方案是将SM概念运用于大量的MIMO系统。在这种情况下，
每个天线的空间识别标志需要不同于接收器的观察点，因为在发射天线阵列中，数据编码选择激活的发射天线。因此，信道估计不需要精确而仅仅是足以区分每个发射天线。这可能是一个合理的前景，尤其即使接收阵列很大，在这种情况下，每个发射天线也会有一个非常详细说明，因此区别空间识别标志。
4.CR网络的干扰管理
在5G干扰容忍CR网络的一个主要问题是如何可靠的和实用的管理CR和主系统的相互干扰。为了与其他许可制度并存的CR系统，调节发射功率是必不可少的。干扰温度模型被推出的目的是来描述从CR到授权网络的干扰特征。干扰消除技术也应用于减轻CR接收机的干扰。在干扰容忍的CR网络的另一个问题是，一个反馈机制很重要，在授权系统定期通知CR网络当前干扰状况。一种实用的解决方案是，干扰状态信息可以从授权系统发送和由一个中央单元收集（或第三方系统）。任何CR网络首先要注册到中央单元，为了更新允许的光谱和干扰。另外，CR发射机可以听到来自主接收机发送的信标信号和依赖于信道互易性估计信道系数。在这种情况下，CR发射机可以互相合作来调节发射功率和防止在主接收机的干扰高于阈值。
六、结论
在这篇文章中，已在容量、频谱效率、能源效率、数据速率和小区平均吞吐量方面明确5G无线通信系统的性能要求。提出一个新的异构5G蜂窝结构，分为的室内应用和室外应用，可使用DAS和大规模MIMO技术。一些短距离通信技术，如WiFi，femtocell，VLC，和mm-wave 通信技术，可以被看作是有希望的候选技术能够提供高质量和高速率服务给室内用户，同时减少对室外基站的压力。我们还讨论了一些潜在的关键技术，可以在5G无线系统施展，满足预期的性能要求，如CR网络，SM，MFemtocells，VLC，和绿色通信，以及一些技术上的挑战。
常用无线通信协议 目前使用较广泛的近距无线通信技术有蓝牙(Bluetooth),无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外线数据传输(IrDA).此外，还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，分别是ZigBee,超宽频,短距通信,WiMedia,GPS,DECT,无线1394和专用无线系统等。 蓝牙(Bluetooth)技术 蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的短距离无线连接为基础，可为固定的或移动的终端设备提供廉价的接入服务。蓝牙技术的实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHzISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m 的传输距离。 优势：⑴全性高。蓝牙设备在通信时，工作的频率是不停地同步变化的，也就是跳频通信。双方的信息很难被抓获，防止被破解或恶意插入欺骗信息。⑵于使用。蓝牙技术是一项即时技术，不要求固定的基础设施，且易于安装和设置。 不足：⑴通信速度不高。蓝牙设备的通信速度较慢，有很多的应用需求不能得到满足。⑵传输距离短。蓝牙规范最初为近距离通信而设计，所以他的通信距离比较短，一般不超过10m。 Wi-Fi(无线高保真)技术 无线宽带是Wi-Fi的俗称。所谓Wi-Fi就是IEEE 802.11b的别称，它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。Wi-Fi速率最高可达11Mb/s，电波的覆盖范围可达200m左右。 优势：⑴覆盖广。其无线电波的覆盖范围广，穿透力强。可以方便地为整栋大楼提供无线的宽带互联网的接入。⑵速度高。Wi-Fi技术的传输速度非常快，通信速度可达300Mb/s，能满足用户接入互联网，浏览和下载各类信息的要求。 不足：安全性不好。由于Wi-Fi设备在通信中没有使用跳频等技术，虽然使用了加密协议，但还是存在被破解的隐患。 IrDA(红外线数据协会)技术 IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。 IrDA 的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且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。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于 2 台（非多台）设备之间的连接。 优势：⑴无需申请频率的使用权，因此红外线通信成本低廉。⑵移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用。⑶外线发射角度较小，传输上安全性高。 不足：IrDA是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而只用于两台设备之间连接。ZigBee(紫蜂)技术 ZigBee使用2.4 GHz 波段，采用跳频技术。它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s 时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网。 优势：⑴功耗低。在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。⑵成本低。因ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以成本很低。⑶网络容量大。每个ZigBee网络最多可支持255个设备。⑷作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧)及915MHz(美)，均为免执照频段。 不足：⑴数据传输速率低。只有10kb/s~250kb/s，专注于低传输应用。⑵有效范围小。有效覆盖范围为10~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。 UWB(超宽带)技术 UWB（Ultra Wideband）是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB 有可能在10 m 范围内，支持高达110 Mb/s的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。 特点：⑴系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，载货能力低。⑵定位精度高，相容性好，速度高。⑶成本低，功耗低，可穿透障碍物。近距离无线传输 NFC(近距离无线传输)技术 NFC采用了双向的识别和连接。在20cm 距离内工作于13.56MHz 频率范围。NFC现已发展成无线连接技术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi-Fi 设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围进行通讯。 特点：NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚，不用再听到各种电子杂音。NFC 通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。此外NFC 还可以将其它类型无线通讯(如Wi-Fi 和蓝牙)“加速”，实现更快和更远距离的数据传输。
短距离无线通信场指的是100m 以内的通信，主要技术包括Wifi、紫蜂(Zigbee)、蓝牙技术(Bluetooth)、超宽带技术(Ultra-wideband ,UWB)、射频识别技术(Radio Frequency IDentification ,RFID)以及近场通信(Near Field Communication,NFC)等类型。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈要求，作为无线通信技术重要分支的短距离无线通信技术正逐步引起越来越广泛的关注。各国也相应地制定短距离通信技术标准，特别是RFID 和NFC 在物联网、移动支付和手机识别方面的应用标准，例如主要的RFID 相关规范有欧美的EPC 规范、日本的UID(Ubiquitous ID)规范和ISO 18000 系列标准。中国政府也高度重视短距离通信的发展，制定了一系列的政策来扶持短距离通信产业。例如科技部、工信部联合14 部委制订的《中国RFID 发展策略白皮书》等。此外，包括诺基亚、英特尔、IBM、东芝、华为、中兴和联想等众多企业也积极参与到短距离无线通信中各技术的研究中。 1、Wi-Fi技术 Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)是一种无线通信协议（IEEE802.11b），Wi-Fi的传输速率最高可达11Mb/s，虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在无线电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100 m左右。 Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速率接入互联网。实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽将被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度会降低到只有几百kb/s，另外，Wi-Fi的信号一般不受墙壁阻隔的影响，但在建筑物内的有效传输距离要小于户外。 最初的IEEE802.11规范是在1997年提出的，称为802.11b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，它的工作频率是2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的802.11g使用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术，它也工作在2.4GHz频段，速率达54Mb/s。根据最新的发展趋势判断，802.11g 将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。微软推出的桌面操作系统Windows XP和嵌入式操作系统Windows CE，都包含了对Wi-Fi的支持。 2、UWB技术 超宽带技术UWB（Ultra Wideband）是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。 UWB可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB的规定为：在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复
无线通信系统的发展历程与趋势 现代无线通信系统中最重要的两项基础是多址接入（Multiple Access）和双工（Multiplexing）。从1G到4G的无线通信系统演进史基本上就是在这两项技术上进行不断改进。 多址接入技术为不同的用户同时接入无线通信网提供了可能性。给出了三种最典型的多址接入技术：FDMA、TDMA和CDMA的比较。 双工技术为用户同时接收和发送数据提供了可能性。两种最典型的双工技术：FDD模式和TDD模式。 中国无线通信科技发展史和未来走向范文 当今，全球无线通信产业的两个突出特点体现在：一是公众移动通信保持增长态势，一些国家和地区增势强劲，但存在发展不均衡的现象；二是宽带无线通信技术热点不断，研究和应用十分活跃。 1 无线通信技术的发展历程 随着国民经济和社会发展的信息化，人们要通信息化开创新的工作方式、管理方式、商贸方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、医疗保健方式以及消费与生活方式。无线通信也从固定方式发展为移动方式，移动通信发展至今大约经历了五个阶段：第一阶段为20年代初至50年代初，主要用于舰船及军有，采用短
波频及电子管技术，至该阶段末期才出现150MHZ VHF单工汽车公用移动电话系统MTS。 第二阶段为50年代到60年代，此时频段扩展至UHF450MHZ，器件技术已向半导体过渡，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话网的接续问题。 第三阶段为70年代初至80年代初频段扩展至800MHZ，美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并于70年代末进行了AMPS试验。 第四阶段为80年代初至90年代中，为第二代数字移动通信兴起与大发展阶段，并逐步向个人通信业务方向迈进；此时出现了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各类系统与业务运行。 第五阶段为90年代中至今，随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第三代移动通信开始兴起，其全球标准化及相应融合工作与样机研制和现场试验工作在快速推进，包括从第二代至第三代移动通信的平滑过渡问题在内。 2 第一代无线通信系统 采用频分多址（Frequency Division Multiple Access）技术组建的模拟蜂窝网也被称为第一代（First Generation，下称1G）无线通信系统。这些系统中，话务是主要的通信方式。由于采用模拟调制，这些
】 第一章绪论 填空 1. 局域网城域网广域网 2. LAN MAN WAN 3. ARPAnet 4. 数据链路层网络层 5. ALOHANET 6. 可以让人们摆脱有线的束缚跟便捷更自由地进行沟通 7. 协议分层 8. 协议 — 9. 应用程序、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层 10. 应用层、传输层、网络互连层、主机至网络层 11. MAC协议 单选1-3 D A C 多选 1 AC 2 ABC 判断1-4 T F F F 名词解析： 1、无线体域网是由依附于身体的各种传感器构成的网络 2、无线穿戴网是指基于短距离无线通信技术与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网 3、TCP/IP:P12,即传输控制协议/因特网互联协议又名网络通讯协议是Internet最基本的 、 协议、Internet国际互联网络的基础由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成 4、OSI RM:即开放系统互连参考模型。 简答题： 1、答计算机网络发展过程可分为四个阶段。 第一阶段诞生阶段第二阶段形成阶段第三阶段互联互通阶段第四阶段高速网络技术阶段。如果想加具体事例查p1-2 2、答无线网络从覆盖范围可分为如下三类。第一类系统内部互连/无线个域网比如蓝牙技术红外无线传输技术第二类无线局域网比如基本服务区BSA移动Ad Hoc网络第三类无线城域网/广域网比如蜂窝系统等。 …
3、答从无线网络的应用角度看可以划分出 ①无线传感器网络例如能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并通过无线方式发送到用户终端②无线Mesh网络例如Internet中发送E-mail③无线穿戴网络例如能穿戴在人体上并能智能收集人体和周围环境信息④无线体域网例如远程健康监护中有效地收集信息。 4、答P5不确定WLAN,GPRS,CDMA 5、答P9第一段第三句协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。举例准确地说它是在同等层之间的实体通信时有关通信规则和约定的集合就是该层协议例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。 6、答主要有国际电信标准国际ISO标准Internet标准 1.美国国际标准化协会AN SI 2.电气电子工程师协会(IEEE) 3.国际通信联盟 ITU 4.国际标准化组织ISO ￥ 协会(ISOC)和相关的Internt工程任务组IETF 6.电子工业联合会(EIA)和 相关的通信工业联合会TIA 7、答p13无线网络的协议模型显然也是基于分层体系结构的但是对于不同类型的无线网络说重点关注的协议层次是不一样的。 第二章无线传输基础 填空 1、电磁波 2、FCC 3、全向的 4、天线 5、定向 6、地波 7、衍射 8、快速或慢速平面的 9、Christian Doppler 10、数据 11、信号 | 12、传输 13、模拟 14、ASK FSK PSK 15、扩频技术 16、大于 17、DSSS FHSS THSS 单选 1-5 A C C C D 6-7 A B 多选 1 ACD 2 ABCD 3 BCD 4 ABC 5 AB 6 ABC 判断 1-5 F T T T T 6-10 F T T T F 10-14 F T T T 名词解析： 1、微波波长介于红外线和特高频之间的射频电磁波
短距离无线通信场指的是 100m 以内的通信，主要技术包括 Wifi、紫蜂(Zigbee)、蓝牙技术(Bluetooth)、超宽带技术(Ultra-wideband ,UWB)、射频识别技术(Radio Frequency IDentification ,RFID)以及近场通信(Near Field Communication,NFC)等类型。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈要求，作为无线通信技术重要分支的短距离无线通信技术正逐步引起越来越广泛的关注。各国也相应地制定短距离通信技术标准，特别是RFID 和 NFC 在物联网、移动支付和手机识别方面的应用标准，例如主要的RFID 相关规范有欧美的 EPC 规范、日本的 UID(Ubiquitous ID)规范和 ISO 18000 系列标准。中国政府也高度重视短距离通信的发展，制定了一系列的政策来扶持短距离通信产业。例如科技部、工信部联合 14 部委制订的《中国 RFID 发展策略白皮书》等。此外，包括诺基亚、英特尔、IBM、东芝、华为、中兴和联想等众多企业也积极参与到短距离无线通信中各技术的研究中。 1、Wi-Fi技术 Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)是一种无线通信协议（），Wi-Fi的传输速率最高可达11Mb/s，虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在无线电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100 m左右。 Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速率接入互联网。实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽将被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度会降低到只有几百kb/s，另外，Wi-Fi的信号一般不受墙壁阻隔的影响，但在建筑物内的有效传输距离要小于户外。 最初的规范是在1997年提出的，称为，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，它的工作频率是，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如和的先后推出，Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的使用与相同的正交频分多路复用调制技术，它也工作在频段，速率达54Mb/s。根据最新的发展趋势判断，将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。微软推出的桌面操作系统Windows XP和嵌入式操作系统Windows CE，都包含了对Wi-Fi的支持。 2、UWB技术 超宽带技术UWB（Ultra Wideband）是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。 UWB可在非常宽的带宽上传输信号，美国FCC对UWB的规定为：在～频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。它在非常宽的频谱范围内采用低功率
邮电大学工程硕士研究生堂下考试答卷 2016学年第二学期 考试科目无线网络技术及应用 姓名 年级 专业 2016年 6月28日
D2D终端直通技术研究 摘要：D2D(device-to-device)通信是一种在蜂窝系统的控制下，允许终端用户通过共享小区资源进行直接通信的新技术，通过提高空间利用率从而提高频谱利用率，在某些场景下使移动通信变得更加直接和高效，缓解基站压力，提高用户体验。本文首先给出了D2D通信系统的基本概念、技术特点，重点关注干扰管理、模式选择、资源分配和功率控制。最后对D2D通信技术在下一代网络中的应用提出了一些构想。 关键词：D2D通信技术；蜂窝网络；资源分配；下一代网络 一、D2D的概念及技术特点 D2D（Device-to-Device）通信，也称为邻近服务（Proximity Service，Pro Se），是由3GPP组织提出的一种点到点的无线通信技术，它可以在蜂窝通信系统的控制下允许LTE终端之间利用小区无线资源直接进行通信，而不经过蜂窝网络中转。作为面向5G的关键候选技术，D2D技术能够提升通信系统的频谱效率，减轻系统负荷，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。同时，由于降低了通信距离，D2D技术还可以降低移动终端发射功率，减少电池消耗，提高终端续航时间。LTE-D2D 有以下几个技术特点。 (1)工作在许可频段 基于LTE技术的D2D工作在许可频段，作为LTE通信技术的一种补充，它使用的是蜂窝系统的频段，通过基站对无线资源的控制使得对小区其他用户的干扰控制在可接受围，因此可以给用户提供干扰可控的环境和较高质量的通信服务。并且利用网络中广泛分布的用户终端以及D2D通信链路短距离的特点，可以实现频谱资源的有效利用，获得资源空分复用增益。而蓝牙、Wi-Fi Direct、Flash Lin Q等技术，工作在免许可频段，存在严重干扰，通信QoS无法得到保障。 (2)网络参与D2D通信流程
无线局域网是无线通信技术与网络技术相结合的产物。从专业角度讲，无线局域网就是通过无线信道来实现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。通俗地讲，无线局域网就是在不采用网线的情况下，提供以太网互联功能。 无线局域网概述 无线网络的历史起源可以追溯到50年前第二次世界大战期间。当时，美国陆军研发出了一套无线电传输技术，采用无线电信号进行资料的传输。这项技术令许多学者产生了灵感。1971年，夏威夷大学的研究员创建了第一个无线电通讯网络，称作ALOHNET。这个网络包含7台计算机，采用双向星型拓扑连接，横跨夏威夷的四座岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。从此，无线网络正式诞生。 1．无线局域网的优点 （1）灵活性和移动性。在有线网络中，网络设备的安放位置受网络位置的限制，而无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。无线局域网另一个最大的优点在于其移动性，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。 （2）安装便捷。无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。 （3）易于进行网络规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。重新布线是一个昂贵、费时、浪费和琐碎的过程，无线局域网可以避免或减少以上情况的发生。 （4）故障定位容易。有线网络一旦出现物理故障，尤其是由于线路连接不良而造成的网络中断，往往很难查明，而且检修线路需要付出很大的代价。无线网络则很容易定位故障，只需更换故障设备即可恢复网络连接。
（5）易于扩展。无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间"漫游"等有线网络无法实现的特性。 由于无线局域网有以上诸多优点，因此其发展十分迅速。最近几年，无线局域网已经在企业、医院、商店、工厂和学校等场合得到了广泛的应用。 2．无线局域网的理论基础 目前，无线局域网采用的传输媒体主要有两种，即红外线和无线电波。按照不同的调制方式，采用无线电波作为传输媒体的无线局域网又可分为扩频方式与窄带调制方式。 （1）红外线（Infrared Rays，IR）局域网 采用红外线通信方式与无线电波方式相比，可以提供极高的数据速率，有较高的安全性，且设备相对便宜而且简单。但由于红外线对障碍物的透射和绕射能力很差，使得传输距离和覆盖范围都受到很大限制，通常IR局域网的覆盖范围只限制在一间房屋内。 （2）扩频（Spread Spectrum，SS）局域网 如果使用扩频技术，网络可以在ISM（工业、科学和医疗）频段内运行。其理论依据是，通过扩频方式以宽带传输信息来换取信噪比的提高。扩频通信具有抗干扰能力和隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强的特点。扩频技术主要分为跳频技术（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）两种方式。
无线通信技术 1.传输介质 传输介质是连接通信设备，为通信设备之间提供信息传输的物理通道；是信息传输的实际载体。有线通信与无线通信中的信号传输，都是电磁波在不同介质中的传播过程，在这一过程中对电磁波频谱的使用从根本上决定了通信过程的信息传输能力。 传输介质可以分为三大类：①有线通信，②无线通信，③光纤通信。 对于不同的传输介质，适宜使用不同的频率。具体情况可见下表。 不同传输媒介可提供不同的通信的带宽。带宽即是可供使用的频谱宽度，高带宽传输介质可以承载较高的比特率。 2无线信道简介 信道又指“通路”，两点之间用于收发的单向或双向通路。可分为有线、无线两大类。
无线信道相对于有线信道通信质量差很多。有限信道典型的信噪比约为46dB，(信号电平比噪声电平高4万倍)。无限信道信噪比波动通常不超过2dB,同时有多重因素会导致信号衰落（骤然降低）。引起衰落的因素有环境有关。 2.1无线信道的传播机制 无线信道基本传播机制如下： ①直射：即无线信号在自由空间中的传播； ②反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射，反射一般在地球表面，建筑物、墙壁表面发生； ③绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的物体边缘阻挡时发生绕射； ④散射：当无线路径中存在小于波长的物体并且单位体积内这种障碍物体的数量较多的时候发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体上，一般树叶、灯柱等会引起散射。 2.2无线信道的指标 (1)传播损耗:包括以下三类。 ①路径损耗：电波弥散特性造成，反映在公里量级空间距离内，接收信号电平的衰减（也称为大尺度衰落）； ②阴影衰落：即慢衰落，是接收信号的场强在长时间内的缓慢变化，一般由于电波在传播路径上遇到由于障碍物的电磁场阴影区所引起的； ③多径衰落：即快衰落，是接收信号场强在整个波长内迅速的随机变化，一般主要由于多径效应引起的。 (2)传播时延：包括传播时延的平均值、传播时延的最大值和传播时延的统计特性等； (3)时延扩展：信号通过不同的路径沿不同的方向到达接收端会引起时延扩展，时延扩展是对信道色散效应的描述； (4)多普勒扩展：是一种由于多普勒频移现象引起的衰落过程的频率扩散，又称时间选择性衰落，是对信道时变效应的描述； (5)干扰：包括干扰的性质以及干扰的强度。 2.3无线信道模型 无线信道模型一般可分为室内传播模型和室外传播模型，后者又可以分为宏蜂窝模型和微蜂窝模型。 （1）室内传播模型：室内传播模型的主要特点是覆盖范围小、环境变动较大、不受气候影响，但受建筑材料影响大。典型模型包括：对数距离路径损耗模型、Ericsson多重断点模型等； （2）室外宏蜂窝模型：当基站天线架设较高、覆盖范围较大时所使用的一类模型。实际使用中一般是几种宏蜂窝模型结合使用来完成网络规划； （3）室外微蜂窝模型：当基站天线的架设高度在3~6m时，多使用室外微蜂窝模型；其描述的损耗可分为视距损耗与非视距损耗。
短距离无线通信场指的是100m以内的通信，主要技术包括Wifi、紫蜂(Zigbee)、蓝牙技术(Bluetooth)、超宽带技术(Ultra-wideband,UWB)、射频识别技术(Radio Frequency IDentification,RFID)以及近场通信(Near Field Communication,NFC)等类型。低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈要求，作为无线通信技术重要分支的短距离无线通信技术正逐步引起越来越广泛的关注。各国也相应地制定短距离通信技术标准，特别是RFID和NFC在物联网、移动支付和手机识别方面的应用标准，例如主要的RFID相关规范有欧美的EPC规范、日本的UID(Ubiquitous ID)规范和ISO18000系列标准。中国政府也高度重视短距离通信的发展，制定了一系列的政策来扶持短距离通信产业。例如科技部、工信部联合14部委制订的《中国RFID发展策略白皮书》等。此外，包括诺基亚、英特尔、IBM、东芝、华为、中兴和联想等众多企业也积极参与到短距离无线通信中各技术的研究中。 1、Wi-Fi技术 Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)是一种无线通信协议（IEEE802.11b），Wi-Fi的传输速率最高可达11Mb/s，虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在无线电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右。 Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速率接入互联网。实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽将被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度会降低到只有几百kb/s，另外，Wi-Fi的信号一般不受墙壁阻隔的影响，但在建筑物内的有效传输距离要小于户外。 最初的IEEE802.11规范是在1997年提出的，称为802.11b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，它的工作频率是 2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的应用 将越来越广泛。速度更快的802.11g使用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术，它也工作在2.4GHz频段，速率达54Mb/s。根据最新的发展趋势判断，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。微软推出的桌面操作系统Windows XP和嵌入式操作系统Windows CE，都包含了对Wi-Fi的支持。 2、UWB技术 超宽带技术UWB（Ultra Wideband）是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。
5G 无线通信系统：前景和挑战 5G 无线通信网络 蜂窝结构体系和关键技术 演讲人：蓝之远 小组成员：蓝之远、孔胜、黄栋、刘威阳、 刘冰、徐迪、徐明月、赵晓通 2014年10月
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一、摘要 第4代无线通信系统已经部署或即将被部署在许多国家。然而，随着无线移动设备和服务爆炸式的发展，它们仍然面临着甚至4G不能调解的一些挑战，例如，频谱危机和高能耗。无线系统设计人员面临着不断增长的高数据率和移动性要求的需求的新的无线应用。因此，已经开始研究第五代无线系统，预计将在2020年部署。在本文中，我们提出一个潜在的蜂窝体系结构，分室内场景和室外场景，并讨论5G无线通信系统各种有前途的技术，比如，大规模MIMO，节能高效通信，认知无线电网络和可见光通信。还讨论了未来面对这些潜在的技术的挑战。 二、介绍 创新和有效的利用信息和通信技术（ICT）已在提高世界经济中变得越来越重要。无线通信网络在全球ICT战略中可能是最关键的因素，是许多其他工业的支柱。它是世界上发展最快、最具活力的行业之一。欧洲移动天文台报道称：移动通信业在2010年有总计1740亿欧元收入。一举超过了航空工业和制药业。无线技术的发展大大提高了人们的沟通能力、在商业活动和社交活动中的生活。 无线移动通信显着的成就反映技术更新快速步调。从第2代移动通信系统（2G）在1991年的初次露面到3G系统在2001年首次着手进行，无线移动系统从一个单纯的电话系统已经变换成一个能传输丰富多媒体内容的网络。4G无线系统设计满足高级国际移动通信（IMT-A）的需求，利用IP协议提供所有服务。在4G系统，采用一种高级无线电接口，是利用正交频分复用（OFDM），多输入多输出（MIMO）和链路适配（或自适应）技术。4G无线网络可以支持在低速移动中1 Gb/s速率，例如漫游/本地无线接入；在高速移动中最高100Mb/s，例如移动接入。长期演进（LTE）和它的延伸，先进的长期演进系统，作用可实现的4G系统，最近已部署或很快将在全球部署。 然而，订制移动宽带系统的用户数量每年都在以引人关注的增加。越来越多的人渴望更快的移动互联网接入服务，时尚的手机，总的来说，与他人或获取信息的即时通信。当今更强大的智能手机和便携式电脑越来越受欢迎，它追求先进的多媒体功能。这导致了无线移动设备和服务的爆发。EMO指出，从2006年以来移动宽带每年以92%的速度增长。它已被无线世界研究论坛的预测（WWRF）到2017年时有7万亿无线设备服务于7亿人口；换句话说，连接网络的无线设备将达到世界人口的1000倍。随着越来越多的设备无线上网，很多研究需要面临解决的挑战。 最关键性的挑战之一是物理上为蜂窝通信分配的射频（RF）频谱十分稀缺。蜂窝频率使用超高频段的手机，通常范围从几百MHz到几GHz。这些频谱大量被使用，使运营商获得更多的频谱很困难。另一个挑战是，先进的无线技术的部署是以高能耗为代价。在无线通信系统中的能量消耗的增加会间接的导致二氧化碳排放增加，目前被认为是对环境的一大威胁。此外，它已被报道，蜂窝运营商基站（BSS）的能耗占他们的电费账单70%。事实上，节能高效的通信不在4G无线系统的初始条件之一，但它是后一阶段的问题。其他挑战，例如，平均频谱效率，高速率和高移动性，无缝覆盖，不同的服务质量（QoS）要求，和分散的用户体验（不同的无线设备/接口和异构网络不兼容性），仅举几例。 所有上述问题给蜂窝服务供应商施加更多压力，他们正面临着不断增加更高的数据传输速率，更大的网络容量，更高的频谱效率，更高的能源效率，高流动性的新的无线应用所需
几种无线通信技术的比较 摘要:随着电子技术、计算机技术的发展,近年来无线通信技术蓬勃发展,出现了各种标准的无线数据传输标准,它们各有其优缺点和不同的应用场合,本文将目前应用的、无线通信方式进行了分析对比,并总结和预见了它们今后的发展方向。 关键词:Zigbee Bluetooth UWB Wi-Fi NFC Several Wireless Communications Technology Comparison Abstract:As the development of electronic technology,computer technology, wireless communication technology have a rapid development in recent years,emerged wireless data transmission standard,they have their advantages and disadvantages,and different applications,the application of various wireless communication were analyzed and compared,and summarized and foresee their future development. 一．几种无线通讯技术 （一）ZigBee 1.简介： Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。 ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee―基站‖却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。
无线通信技术应用及发展 无线通信技术热点领域 近几年来，全球通信技术的发展日新月异，尤其是近两三年来，无线通信技术的发展速度与应用领域已经超过了固定通信技术，呈现出如火如荼的发展态势。其中最具代表性的有蜂窝移动通信、宽带无线接入，也包括集群通信、卫星通信，以及手机视频业务与技术。 蜂窝移动通信从上世纪80年代出现到现在，已经发展到了第三代移动通信技术，目前业界正在研究面向未来第四代移动通信的技术;宽带无线接入也在全球不断升温，近几年来我国的宽带无线用户数增长势头强劲。宽带无线接入研究重点主要包括无线城域网（WMAN）、无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)技术;模拟集群通信的应用开始得比较早，但随着技术的发展，数字集群通信技术越来越赢得大家的关注;卫星通信以其特殊的技术特性，已经成为无线通信技术中不可忽视的一个领域;手机视频广播作为一种新的无线业务与技术，正在成为目前最热门的无线应用之一。 无线通信技术演进路线 2.1 无线技术与业务发展趋势
无线技术与业务有以下几个发展趋势: （1）网络覆盖的无缝化，即用户在任何时间、任何地点都能实现网络的接入。 （2）宽带化是未来通信发展的一个必然趋势，窄带的、低速的网络会逐渐被宽带网络所取代。 （3）融合趋势明显加快，包括:技术融合、网络融合、业务融合。 （4）数据速率越来越高，频谱带宽越来越宽，频段越来越高，覆盖距离越来越短。 （5）终端智能化越来越高，为各种新业务的提供创造了条件和实现手段。 （6）从两个方向相向发展—— ①移动网增加数据业务:1xEV-DO、HSDPA等技术的出现使移动网的数据速率逐渐增加，在原来的移动网上叠加，覆盖可以连续;另外，WiMAX的出现加速了新的3G增强型技术的发展;
无线传输技术及应用 本选修课根据社会的实际需要，无线传输技术远程操作方便的特点，选择了 TC35i无线传输方案。 一．课题用途： 在工业方面：操作员用手机和电脑远距离监测、操作和控制工厂的设备。在农业方面：进行植物生长发育的远程控制。在生活方面：进行远程的LED宣传语控制。 二．课题方案： 用传感器接收要测的数据，传到单片机上，通过TC35i通信模块传输数据到操作人员的手机或者电脑上，操作人员也可以通过现场的上位机进行监测和操作。 三.无线通信模块： 3.1 TC35I介绍
TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块, TC35i由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为 TC35i的核心基带处 理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。 TC35i模块工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.3～4.8V ,电流消耗—休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A 峰值；可传输语音和数据信号, 功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为 2W和1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s～115kb/s , 自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。它支持Text 和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或中断信号实现重启和故障恢复。其内部结构如图所示： TC35i模块内部结构图 3.2 TC35i硬件设计 1.发射端 发射端的模块TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35i的第1～5引脚是正电源输入脚采用+4.2V，第6～10引脚是电源地。15脚是启动脚IGT，它与89C51的P1.3口相接，给IGT加一个大于100ms的低脉冲, 使TC35i进入工作状态。18脚RxD0通过2.2K电阻隔离和单片机的第11脚TXD相连；19脚TxD0为TTL的串口通讯脚，通过2.2K 电阻隔离和单片机的第10脚RXD相连。TC35i使用外接式SIM卡, 24～29为SIM卡引脚，SIM卡同TC35i是这样连接的:SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35i的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电
填空题 1．无线电波在自由空间中的传播速度与光速一样，都是大约 3*108 m/s 。2．无线电波以横向电磁波的形式在空间中传播。 3．全球第三代数字通信（3G）包括的主流技术有 WCDMA 、cdma2000 和 TD-SCDMA 。 4．在QPSK方式下，每个符号用 2 个比特表示，并且比特率是波特率的2倍，这叫做四进制系统。 5．信源编码是为提高数字信号有效性而采取的编码技术，其宗旨是尽可能压缩冗余度。 6．信道编码是通过增加码字，利用冗余来提高抗干扰能力的。亦即是以降低信息传输速率为代价减少错误。 7．PCM是模拟信号数字化的一种具体方法，它包括取样、和量化、编码三个步骤。 8．常用的差错控制方式主要有3种： 前向纠错（FEC）、检错重发（ARQ）和混合纠错（HEC）。 9．模拟调制主要的基本形式有幅度调制（AM）、 频率调制（FM）和相位调制（PM）。 10．通信系统根据通信双方信息传输的方向可以分为 单工通信和双工通信。 11．GSM系统基站子系统由基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）两大部分组成。 12．微波中继通信是利用微波作为载波并采用中继方式在地面上进行的无线电通信。 13．微波中继通信系统内部干扰主要包括和旁瓣干扰。 14．卫星上的通信分系统又称为转发器，通常分为透明转发器和处理转发器两类。 15．IEEE 802.11定义了3种接入控制机制，分别是分布式协调功能（DCF）中的CSMA/CA协议、RTS/CTS机制和点协调功能（PCF）机制。 16．IEEE 802.11的侦听机制既有实际的物理操作，也有虚拟的逻辑操作，对应于两种载波侦听方式：物理载波侦听方式和虚拟载波侦听方式。 17．IEEE 802.16工作组的主要工作都围绕空中接口展开，空中接口主要由
无线通信技术对比分析二〇一四年四月二十六日
目录 一、传统无线通信技术说明 0 1、数传电台技术 0 2、GPRS/CDMA-1X技术 0 3、无线网桥（802.11a）技术 (2) 4、MESH WiFi技术 (4) 5、McWiLL技术 (6) 6．固定WiMAX技术 (7) 7．移动WiMAX技术 (8) 二、新一代无线通信技术与传统技术的综合比较 (11)
一、传统无线通信技术说明 1、数传电台技术 无线数传电台技术为油田的信息化做出了重大的贡献，该技术投资少、见效快，覆盖距离远、运行稳定。作为低速的无线数据接入系统，在过去的10多年的时间内，毫无疑问它是油井数字化建设的不二的技术选择。目前数传电台面临重大的技术挑战，“数字油田”发展的要求越来越高，突出表现在对带宽的要求越来越大，对实时性要求越来越高，对业务的综合能力越来越高。不仅要传输“三遥”的数据、还要传送图象业务、应急通信、调度等综合性的业务需求。 对于已经建设的油井，数传电台还是需要继续发挥它的重要作用，对于正在建设的油井，数传电台可以作为一种临时的手段，不再适合大规模部署的技术手段。我们认为应该采用新一代的无线宽带接入技术来满足“数字油田”建设的最新要求。 新一代的无线宽带接入系统基于移动WiMAX标准化技术，采用全IP的承载平台、符合“最高的带宽能力、最大的用户容量、最综合的业务支持能力、最优化的投入产出效率”的技术要求，是目前为止“数字油田”建设最佳的无线通信技术。 总结：数传电台是我们油田信息化建设不可缺少的无线通信技术手段，但是我们需要逐步地向新一代的无线通信技术进行演进，以满足油田建设“减员增效”的战略要求。 2、GPRS/CDMA-1X技术 GPRS/CDMA-1X公网技术已经广泛地应用于“数字油田”的建设中，经过几年的部署和应用，对于该技术的优势和劣势，油田用户已经有了客观的认识。
第一章 名词解释 1、无线体域网：无线局域网是由依附于身体的各种传感器构成的网络。 2、无线穿戴网：是指基于短距离无线通信技术与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网。 3、TCP/IP:P12,即传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。 4、OSI RM:即开放系统互连参考模型。 第一章简答 1、简述计算机网络发展的过程。 答：计算机网络发展过程可分为四个阶段。 第一阶段：诞生阶段；第二阶段：形成阶段；第三阶段：互联互通阶段；第四阶段：高速网络技术阶段。（如果想加具体事例查p1-2） 2、无线网络从覆盖围可以分成哪些类？请适当举例说明。 答：无线网络从覆盖围可分为如下三类。第一类：系统部互连/无线个域网，比如： 蓝牙技术，红外无线传输技术；第二类：无线局域网，比如：基本服务区BSA，移动Ad Hoc 网络；第三类：无线城域网/广域网，比如：蜂窝系统等。 3、从应用的角度看，无线网络有哪些？要求举例说明。 答：从无线网络的应用角度看，可以划分出： ①无线传感器网络，例如能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并通过无线方式发送到用户终端； ②无线Mesh网络，例如Internet中发送E-mail； ③无线穿戴网络，例如能穿戴在人体上并能智能收集人体和周围环境信息； ④无线体域网，例如远程健康监护中有效地收集信息。 4、现在主流的无线网络种类有哪些？ 答：P5（不确定）WLAN,GPRS,CDMA ，wifi 5、什么是协议？请举例说明。 答：P9第一段第三句；协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。举例：准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。 6、与网络相关的标准化有哪些？ 答：主要有：国际电信标准，国际ISO标准，Internet标准 1.美国国际标准化协会（ANSI） 2.电气电子工程师协会(IEEE) 3.国际通信联盟（ITU） 4.国际标准化组织（ISO） 5.Ineter协会(ISOC)和相关的Internt工程任务组（IETF） 6.电子工业联合会(EIA)和相关的通信工业联合会（TIA） 7、无线网络的协议模型有哪些特点？ 答：（p13）无线网络的协议模型显然也是基于分层体系结构的，但是对于不同类型的无线网络说重点关注的协议层次是不一样的。