3G4G无线接入解析

《物联网应用技术导论》课件

第3章物联网通信与网络技术

第3章物联网通信与网络技术本章主要内容3.1物联网通信与网络技术概述3.2无线个域网络技术3.3无线局域网络技术3.4无线城域网络技术3.5无线广域网络技术3.6物联网的接入技术3.7物联网其他网络技术3.5.33G网络技术1、移动通信的进展历程随着移动通信技术进展，至今移动通信进展已经受了四代：第一代即1G，系模拟移动通信，上世纪80年月初投入商用，技术主要建立在频分多址(FDM)和蜂窝频率复用理论的根底上，主要代表技术是美国的TACS制式。

其次代即2G，系数字移动通信，上世纪80年月中后期投入商用，以欧洲提出的GSM和美国提出的CDMA技术为代表；其次代半即2.5G，上世纪90年月中期投入商用，技术以GSM演进的GPRS和CDMA演进的CDMA1X为代表。鉴于其次代数字移动通信在技术和本钱上获得较好解决，从而快速地促进了移动通信的进展，明显，移动通信的富强是始于其次代数字移动通信。第三代即3G，自2023年一些欧洲国家开头拍卖3G牌照以来，全球移动通信的热点始终围围着3G。所谓3G，其实它的全称为3rdGeneration，中文含义是指第三代数字通信。依据国际电信联盟(ITU)定义，3G特征一是全球化，即3G各系统间在设计上具有高度的互通性，使用共同的频段和全球统一的标准，能供给全球无缝漫游；二是综合化，能够供给多种业务，特殊是能够支持多媒体业务和互联网业务，并有力气容纳新的业务；三是个人化，用户使用全球唯一的个人号码。2、3G的主要特点：〔1〕3G是2G的演进和进展，不是重新建立一个移动通信网。〔2〕能供给1G、2G所不能供给的各种宽带信息业务。〔3〕具有多媒体业务功能，不仅能接收和发送语音、数据信息，而且还能接收和发送静态、动态图象及其它数据业务。〔4〕能抑制包括多径衰减、多址干扰、远近效应等技术难题。〔5〕具有高频谱利用率，解决全球存在的系统容量问题。〔6〕系统设备低价位，业务效劳高质量、低价位，能满足个人通信化的要求。第四代即4G，ITU提出4G应具有如下主要特点：〔1〕高速传输〔顶峰时50～100Mbit/s，平均20Mbit/s〕〔2〕大容量〔约10倍于3G系统〕〔3〕支持下一代互联网〔IPv6〕〔4〕无缝效劳〔5〕灵敏的网络构造〔6〕使用微波频段〔3～6GHz〕〔7〕低系统本钱〔3G系统的1/10～1/100〕4G是目前传输速率最快的移动通信技术，比已投入商业运营的3G网络的传输速率快10倍。借助4G移动网络，用户可更顺畅地用手机上网，通过笔记本电脑完成一些需要更快传输速率和更高传输性能的任务，如网络电视播放、网络视频会议等。美国、瑞典、挪威等国家已开通4G移动通信网络。4G国际标准候选技术有中国主导的TD-LTE和欧美主导的FDD-LTE。3、3G的主流标准目前，国际电信联盟确定了四大3G标准：WCDMACDMA2023TD-SCDMAWiMAX〔中国移动〕〔中国电信〕〔中国联通〕4、3G技术的应用〔1〕宽带上网〔2〕视频通话〔3〕手机电视〔4〕无线搜寻〔5〕手机音乐〔6〕手机购物〔7〕手机网游3.5.44GLTE技术4G是英文fourth-generation的缩写，指移动系统的第四代，也是3G之后的延长。依据ITU定义的技术标准，静态传输速率到达1Gbps，用户在高速移动状态下可以到达100Mbps，就可以作为4G的技术之一。2023年1月，“中国制造”的TD—LTE—Advanced(下称“TD—LTE—A”)被国际电信联盟确定成为第四代移动通信(下称“4G”)国际标准，与FDD-LTE-Advanced并列为4G国际标准，使得我国首次在4G移动通信标准这一前沿实现了从“追赶”到“引领”的重大跨越。1、LTE简介LTE是第三代合作伙伴准备3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject)于2023年11月启动的UMTS〔环球移动通信系统〕技术长期演进工程。LTE分为FDD方式的LTE和TDD方式的LTE，其中TDD方式的LTE又由于演进路线的不同分为LTETDD1和LTETDD2。我国从2023年开头推动LTE的TDD方案即LTETDD2方式的争论并被3GPP承受，之后由我国大力推动并通过多方努力，目前两种TDD方式经融合为一种即TD-LTE。TD-LTE也被同时确定为TD-SCDMA标准的后续演进技术。2、LTE关键技术在LTE承受的各种技术中，最核心的技术是OFDM(正交频分复用技术)和MIMO，这两种技术是今后无线通信技术的核心技术，将会得到快速进展和大量承受。3、LTE应用前景〔1〕将LTE引入手机〔2〕用LTE部署石油和自然气〔3〕LTE应用于公安执勤通信三大运营商的网络模式为：1、中国移动

移动4G：移动TD-LTE；

移动3G：TD-SCDMA；

移动2G：GSM。2、中国联通联通4G：联通TD-LTE，联通FDD-LTE；联通3G：WCDMA；

联通2G：GSM。3、中国电信电信4G：电信TD-LTE，电信FDD-LTE；电信3G：CDMA2023；电信2G：CDMA。1G、2G、3G、4G手机的区分

第一代模拟制式手机〔1G〕：1G就是大哥大，手机类似于简洁的无线电双工电台，通话是锁定在确定频率，所以使用可调频电台就可以窃听通话。1983年，世界上第一台手机摩托罗拉DynaTAC8000X，重2磅，通话时间半小时，销售价格为3,995美元，是名副其实的最珍贵的砖头。其次代GSM、CDMA等数字手机〔2G〕：手机使用PHS，GSM或者CDMA这些特殊成熟的标准，具有稳定的通话质量和适宜的待机时间，支持彩信业务的GPRS和上网业务的WAP效劳，以及各式各样的Java程序等。第三代移动通信技术〔3G〕：是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。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，供给包括网页扫瞄、会议、电子商务等多种信息效劳。第四代移动行动通信〔4G〕：该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快200倍，并能够满足几乎全部用户对于无线效劳的要求。3.6物联网的接入技术物联网的接入技术指将末梢会聚网络或单个的节点，接入核心承载网络的技术。核心承载网络可以包括各种如3G、4G，GPRS等公共商业网络，也可以是企业专网、物联网专网等，此外还包括全球性的核心承载网络——互联网。3.6.1物联网网关技术 物联网网关是连接感知网络与传统通信网络的纽带，是不同网络进展通信的“关口”和“翻译器”。作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。具体地讲，物联网网关一般具备如下功能：1、多种接入力气：3G、传感器工作组等2、协议转换力气；不同的感知网络到接入网络的协议转换3、治理力气：注册治理、权限治理、状态监管等3.6.26LowPAN技术6LowPan〔IPv6overLowpowerWirelessPersonalAreaNetworks〕技术，主要实现将低功率无线个域网〔LowpowerWirelessPersonalAreaNetworks〕连接到IPv6网络中。IPv6〔InternetProtocolVersion6〕是下一代互联网协议，是下一代互联网的起点。IPv6是互联网工程任务组IETF〔InternetEngineeringTaskForce〕设计的用于替代IPv4的下一代IP协议。IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和缺乏而提出的，同时它还在很多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。3.7物联网其他网络技术3.7.1M2M技术M2M是“机器对机器通信〔MachinetoMachine〕”或者“人对机器通信〔MantoMachine〕”的简称。主要是指通过“通信网络”传递信息从而实现机器对机器或人对机器的数据交换，也就是通过通信网络实现机器之间的互联、互通。移动通信网络由于其网络的特殊性，终端不需要人工布线、可以供给移动性支撑，有利于节省本钱，并可以满足在危急环境下的通信需求，使得以移动通信网络作为承载的M2M效劳得到了业界的广泛关注。图3-8M2M示意图M2M业务及应用可以分为移动性应用和固定性应用两类。1、移动性应用：适用于外围设备位置不固定，移动性强、需要与中心节点实时通信的应用，如交通、公安、海关、税务、医疗、物流等行业从业人员手持系统或车载、船载系统等。2、固定性应用：适用于外围设备位置固定，但地理分布广泛、有线接入方式部署困难或本钱昂扬的应用，可利用机器到机器实现无人值守，如电力、水利、采油、采矿、环保、气象、烟草、金融等行业信息采集或交易系统等。M2M涉及5个重要的技术局部：1、智能化机器2、M2M硬件3、通信网络4、中间件5、应用〔1〕三网融合的提出、进展含义及应用随着信息技术的快速进展，人们对信息沟通的要求已不仅限于单一的语音信息沟通，近些年来数字技术的不断进展，网络传输的速度加快，语音、数据、图像的综合信息效劳给人们自然、生动、真实和有效的沟通方式。三网融合就是在这种背景下提出的。三网融合及NGN技术1、三网融合

三网融合是指电信网、播送电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中，三大网络通过技术改造，其技术功能趋于全都，业务范围趋于一样，网络互联互通、资源共享，能为用户供给语音、数据和播送电视等多种效劳。三网融合留意电信网、播送电视网和互联网的相互渗透、相互兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络，其中互联网是其核心局部。“三网融合”使三大网络从各自独立的专业网络向综合性网络转变，网络性能得以提升，资源利用水平进一步提高。三网融合可以给千家万户带来实质性的好处，比方将来的“下一代播送电视网”(NGB)将传统播送电视网、互联网、通信网进展“三网融合”，形成新一代国家信息根底设施，将给我国千家万户带来一场“电视革命”。NGB好比国家面对千家万户修建了一条条畅通的“信息高速大路”。通过这条高速大路，极大降低了老百姓使用猎取信息和享受消遣的技术门槛。NGB可以供给互动电视、电子商务、在线消遣、个人通讯、医疗教育、金融证券、社区效劳、物流等各种类型的效劳，传统的电视内容供给商将会变成信息系统的综合效劳商。内容与网络强强联手，对电视数字产业乃至整个广电行业进展具重要意义。图3-9三网融合〔2〕国外三网融合的进展从三网融合的提出到现在，全球很多国家的政府、相关的管制部门都在做着不同的尝试，通过政策、制度以及管制框架上的变革来解决实现三网融合面临的诸多问题。一个明显的趋势就是一些国家把电信和播送在传输上的管制职责集中到一个管制实体中。目前有6个国家，美国、英国、日本、意大利、加拿大、澳大利亚，成立统一的监管机构。国外的三网融合是一个渐进的过程，三网融合的难点在于电信网和有线电视网的融合，这两个行业从最初严格的禁入，到现在19个国家已经实现了两个行业的双向进入。2、下一代网络NGN下一代网络NGN〔Next-generationNetwork〕技术以软交换为核心，能够供给包括语音、数据、视频和多媒体业务的基于分组技术的综合开放的网络架构，代表了通信网络进展的方向。NGN主要业务特点：多媒体化：NGN中进展最快的特点将是多媒体特点，同时多媒体特点也是NGN最根本、最明