無線通信網包含面向語音通信的移動電話系統以及面向資料傳輸的無線局域網和無線廣域網，隨著移動互聯網發展，目前移動電話網也向語音和資料綜合傳輸的移動通信網轉變，二者融合使得Internet無所不在，也更加方便快捷，

無線通信網：一類用無線電技術傳輸資料網路的總稱，及網路傳輸的信道采用無線電，

信道：資料傳輸的媒介，對比出行交通工具選擇
出行選擇的交通工具（或道路）：汽車，貨車、船、飛機，，，
資料傳輸選擇媒介：同軸電纜、雙絞線、光纖、無線電、紅外線，，，

按使用方向分類：

• 面向語音通信
• 面向資料通信

按網路型別分類

• 移動通信網
• 無線局域網
• 無線個人網
• 無線城域網

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網路工程師思維導圖-第五章：無線通信網

1.移動通信網

移動通信網主要服務物件是移動電話，從第一代（1G）到第三代（3G）都是針對語音通信設計，4G開始與Internet無縫對接，開始普及移動互聯網，

1.1第一代蜂窩通信系統

第一代移動蜂窩系統是1978年美國貝爾實驗室開發的高級移動電話系統（AMPS），采用模擬制式的頻分雙工（FDD） 技術，

蜂窩網路：

把一個地理區域劃分成若干個成為蜂窩的小區，

使用蜂窩網路的目的:

不同小區之間實作頻率復用，相鄰小區用不同頻率分隔，
圖1.1 蜂窩通信系統頻率復用與小區分隔

1.2第二代移動通信系統

第二代移動通信技術是數字蜂窩電話，世界不同地方采用了不同的數字調制方式，如歐洲電信的GSM系統和美國高通公司的碼分多址（CDMA）系統，

• 全球移動通信系統GSM
  GSM系統無線介面采用TDMA技術（及時分多址技術），在200KHz單工信道中采用TDMA可支持8個用戶會話，規定同一用戶上下行之間相差3個時槽，

小知識:
TDM與TDMA區別:
TDM: Time Division Multiplex 時分多路復用
TDMA: Time Division Multiple Access 時分多址接入

• 相同點：將時間分為小的片段及time slot，
• 不同點：應用場景不同，TDM是將多路信號通過分配不同時隙一起傳輸，TDMA是將時隙分配給不同的地址與其通信，
  

• 碼分多址技術-CDMA
  碼分多址（CDMA）是一種擴頻多址數字通信技術，相當于為不同用戶分配不同的地址碼（不同的碼片序列），

CDMA通信系統既不分頻道、又不分時隙，無論傳輸何種資訊的信道都采用不同的碼型來區分，

• 2.5G通信技術
  2.5G系統能提供分組交換業務，及分組無線業務GPRS，利用GSM網路中未使用的TDMA信道為用戶提供移動資料業務，

1.3第三代移動通信系統

六個國際標準：

• IMT-DS:W-CDMA,采用頻分雙工（FDD)，屬于歐洲、日本制定，
• IMT-MC:CDMA200,采用頻分雙工(FDD)，屬于美國高通制定，CDMA繼承者，
• IMT-TC:TD-SCDMA,采用時分雙工(TDD)，中國提出，
• IMT-SC:EDGE,一種2.75技術.
• IMT-FT:DECT.
• WiMAX: IMT-2000 OFDMA TDD WMAN,及無線城域網技術，

1.4第四代移動通信系統

4G的傳輸速率可達到100Mbps，關鍵技術包含：OFDM,MIMO,智能天線，軟體無線電技術，

主要制式有：

• TD-LTE
• FDD-LTE

1.5第五代移動通信系統

5G是最新一代蜂窩移動通信技術，目標是高資料速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接，

5G三大應用場景：

• eMMB： 增強移動寬帶，空口速率：10Gbps，
• uRLLC： 超高可靠超低時延通信，空口時延：1ms，
• mMTC： 海量機器通信，連接數：每平方公里支持1百萬個連接，

2.無線局域網

無線局域網及WLAN技術，本節需要掌握以下知識點：

• 什么是WLAN,有哪些標準？
• WLAN通過什么技術實作？
• WLAN的協議堆疊及80.11的體系結構是怎么構成的？
• Ad Hoc網路是怎么作業的？
• IEEE802.11發展的新進展有哪些？

2.1 WLAN基本概念

無線局域網（WLAN）技術分為兩大陣營：

• IEEE802.11標準體系—面向資料發展而來，基于無連接，
• HIPERLAN標準體系 —面向語音發展而來，基于有連接，

目前市場上的大部分產品都是根據802.11標準開發，

IEEE802.11標準：

802.11簡介

作業在2.4G頻段或5G頻段，采用擴頻通信技術，

802.11定義的兩種拓撲結構

• 基礎設施網路
  基礎設施網路中無線終端通過接入點（AP）訪問骨干網設備，
  BSA： 一個接入點（AP）覆寫區域，叫做基本服務區，
  BSS： 接入點控制的所有終端組成一個基本服務集，
  DS： 多個基本服務集互聯就形成了分布式系統，
  ESS： DS支持的所有服務叫做擴展服務集，

• 特殊網路(Ad Hoc)
  Ad Hoc網路是一種能點對點網路，不需要有線網路和接入點的支持，終端設備間通過無線網卡直接通信，

2.2 WLAN通信技術

現有無線網按技術分類主要使用3中通信技術:

• 紅外通信
• 擴展頻譜通信
• 窄帶微波通信

2.2.1 紅外通信

紅外（IR）通信相對于無線電波通信有一些優點：比如頻譜無限可提供較高速率，且頻譜不收管制，設備簡單等等，但也存在一定的缺點：比如受光線干擾，通信范圍小，

IR通信分為三種技術：

• 定向紅外光束—建立點對點鏈路
• 全方向廣播紅外線
• 漫反射紅外線—采用線性編碼的基帶傳輸模式

小知識:
電磁波頻譜:

圖片來源網路，原網頁404，侵權請聯系洗掉，

2.2.2 擴展頻譜通信

擴展頻譜通信技術起源于軍事，主要想法是：將信號散布到更寬的寬帶上以減少發生阻塞和干擾的機會，
主要思想： 香農定理 C = W l o n g 2 ( 1 + S / N ) C=Wlong_2(1+S/N) C=Wlong2?(1+S/N), 在信道容量?一定的情況下，可以用帶寬（W）換取信噪比（S/N），

• 頻率跳動擴頻 (FHSS)
  信號按照看似隨機的無線電頻譜發送，每一個分組都采用不同的頻率傳輸，
  802.11標準中規定每一跳最長時間未400ms，分組的最大長度為30ms，FHSS使用的頻點間隔為1MHz，
• 直接序列擴頻 (DSSS)
  信號源中的每一位用稱為碼片的N個位來傳輸，

2.2.3 窄帶微波通信

窄帶微波（RF）是指使用微波無線電頻帶進行資料傳輸，

• 申請許可證的窄帶RF
• 免許可證的窄帶RF—Radio LAN是一種對等配置網路，使用5.8GHz頻帶，資料速率為10Mbps，

2.3 IEEE802.11體系結構

802.11WLAN的協議主要定義了MAC層和物理層，協議模型如下：

2.3.1 資料鏈路層

• LLC子層
  功能： 負責邏輯鏈路控制，識別網路協議，為第三次提供服務點，同802.3.
• MAC子層
  功能： 訪問控制，分組拆裝，
  定義了三種訪問控制機制：

1.CSMA/CA支持競爭訪問
功能：解決隱蔽終端問題
程序：
（1）監聽忙——隨機后退計數器并堅持監聽，
（2）空閑后——等待IFS時間開始計數，計數完開始發送，
（3）其他站聽到有新站發送暫停計數，新站發送完后重復（2）

2.RTS/CTS無競爭訪問
交替出現DFC和PFC
DFC資料的基本傳輸方式，作用于信道競爭期，
PFC作業用信道非競爭期，

3.點協調功能支持無競爭訪問
AP集中輪詢所有終端，

• MAC管理子層
  功能：登記程序、ESS漫游、安全管理、電源管理等，
  登記程序： 管理方式是發送信標（一種管理幀），由AP定期發送，用于時間同步，
  ESS漫游： 定義了三種移動方式：固定，ESS內BSS轉移，ESS與ESS轉移，
  安全管理： 進行認證和加密，加密是802.11提供了有線等效保密（WPE）技術；認證是采用詢問/回應，運用共享秘鑰對128位元組的隨機序列進行加密，

2.3.2 物理層

• 物理匯聚層（PLCP）
  功能：提供載波監聽和物理層分組建立，定義了三種幀格式對應PMD層子層通信技術，
• 物理介質相關層（PMD）
  功能：用戶傳輸信號的調制和編碼
  三種技術：
  FHSS:
  DSS:
  DFIR:
• PHY管理子層
  功能：負責選擇物理信道和調諧，

2.4 Adhoc網路

Adhoc網路又稱無線對等網，基于多跳無線連接的分組資料傳輸服務，常用MANET（無線自組織網路）協議，具有以下特點：

• 無中心
• 自組織
• 多跳路由
• 動態路由

• MANET協議

1. 扁平路由協議

特點：參與路由的各個節點所起的作用相同

• 先驗式/表驅動路由
  先驗式/表驅動路由的中心思想：周期性地交換路由資訊，每個節點保持完整的網路拓撲圖，基于鏈路狀態演算法，
• 反應式/按需分配路由
  反應式/按需分配路由的中心思想：移動節點只是在需要通信時才發送路由請求分組，基于距離矢量演算法，
• 目標排序的距離矢量協議DSDV
  中心思想：利用序列號解決路由環路問題
• 按需分配的距離矢量協議（AODDV）

2. 分層路由協議
   主要協議是：集群網關路由交換協議

3. 基于地理資訊的路由協議
   中心思想：固定坐標系確定地理位置，
   路由協議的構成：地理路由器,地理節點，地理主機，

3.無線個人網

3.1 802.15技術規范

• 802.15.1藍牙技術
• 802.15.2與802.11b共享環境AWMA/PTA
• 802.15.3低價高速
• 802.15.4低速無線

3.2 藍牙技術

3.2.1. 核心體系結構

IEEE802.15.1藍牙技術物理層技術才有FHSS,擁有79個頻率，通信方式采用時分多路，

• IEEE802.15.1網路分層（從下至上）

3.2.2 核心功能模塊

• 信道管理器
• L2CAP資源管理器
• 設備管理器
• 鏈路管理器
• 鏈路控制器
• RF

3.3 ZigBee技術

zigbee技術采用的是IEEE802.15.4標準，

• 設備分類
  全功能設備（FFE）
  簡單功能設備（RFD）
• 物理層技術
  868/915MHz直接序列擴頻DSSS,BPSK調制
  868/915MHz直接序列擴頻DSSS，O-QPSK調制
  868/915MHz并行序列擴頻DSSS，BPSK調制
  2.45GHz直接序列擴頻DSSS,O-QPSK調制

4.無線城域網

無線城域網主要使用IEEE802.16標準

4.1 802.16標準

4.1.1 無線城域網分類

• IEEE802.16d，無線固定接入，WiMAX
• IEEE802.16e，移動接入，最大速度120km/h
  4.1.2 IEEE802.16協議模型

4.2 關鍵技術

• 物理信道
  10-66GHz視距傳輸
  2-11GHz非視距傳輸
• 復用技術
  OFDM/OFDMA
• 天線技術
  MIMO
• 雙工方式
  FDD
  TDD

4.3 MAC子層

MAC子層提供面向連接的服務

• 業務分配
  非請求的帶寬分配業務
  實時輪詢業務
  非實時輪詢業務
  盡力而為業務

申明：本文為個人整理，歡迎廣大網友予以指正，

參考文獻

[1] 雷震甲.網路工程師教程（第5版）.清華大學出版社