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  • 常见的移动通信技术
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    2021-03-13 16:29:30

    随着移动通信技术的发展,无线蜂窝网的覆盖面越来越广,移动通信发起的紧急呼叫数量在全部紧急呼叫中所占的比例也随之上升。现有的蜂窝网络能为移动通信紧急呼叫提供的辅助信息非常的少,根据调查表明,约有25%的移动用户在发起紧急呼叫时不知道所处的确切位置,这对及时合理的出警带来了很多的限制。因此,移动通信网能为发起紧急呼叫的移动用户提供准确的定位信息。

    蜂窝移动通信已成为市级范围内的一项非凡成功的作品,其发展速度非常迅速,以致业务需求远远超过了原先的预测。大多数情况下,经营者只限定在一个固定频段上,几乎无望增加频谱而原来的模拟技术也不能加以扩展跟上需求的发展。较新的技术具备了频谱的更有效利用以及为用户提供改善的安全性和更多的便利。即使如此,分配给这些新技术的频段常常与老技术所用的重叠,这使得转移策略复杂起来。

    传统上欧洲使用900MHZ频段而北美使用800MHZ频段。多数亚洲国家同时使用两个频段。欧洲900MHZ分配频率的主要模拟标准是全接入通信系统,虽然某些国家使用其他标准GSM是900MHZ频段的一种数字系统,已为欧洲采用为共同标准并在世界上许多其他国家使用,提供了非常有用的漫游设备。此外,GMS标准已用于1800MHZ(DCS 1800)。一些国家正建立独立的1800MHZ网而另一些正试图用此频段增加其GSM容量。因为两个频段上使用相同协议,现在越来越普遍使用GMS-900和GSM-1800这些术语而不用GSM和DCS1800。

    常见的蜂窝移动通信协议系统按照功能的不同可以分为三类,他们分别是宏蜂窝、微蜂窝以及智能蜂窝,通常这三种蜂窝技术各有特点。

    1、宏蜂窝技术

    蜂窝移动通信系统中, 在网络运营初期,运营商的主要目标是建设大型的宏蜂窝小区,取得尽可能大的地域覆盖率,宏蜂窝每小区的覆盖率半径大多为1km~25km,基站无线尽可能做得很高。在实际的宏蜂窝小内,通常存在着两种特殊的微小区域。一个是“盲点”,由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域,该区域通信质量严重低劣;二是“热点”,由于空间业务负荷的不均匀分布而形成的业务繁忙区域,它支持宏蜂窝中的大部分业务。以上两“点”问题的解决,往往依靠设置直放站、分裂小区等办法。除了经济方面的原因外,从原理上讲,这两种方法也不能无限地使用,因为扩大了系统覆盖,通信质量要下降;提高率通信质量,往往又要牺牲容量。近年来,随着用户的增加,宏蜂窝小区记性小区分裂,变得越来越小。当小区小到一定程度时,建站成本就会急剧增加,小区半径的缩小也会带来严重地干扰,另一方面,盲区仍然存在,热点地区的高话务量也无法得到很好的吸收,微蜂窝技术就是为了解决以上难题而产生的。

    2、微蜂窝技术

    与宏蜂窝技术相比,微蜂窝技术具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便灵活等,该小区的覆盖半径为30m~300m,基站天线低于屋顶高度,传播主要沿着街道的视线进行,信号在楼顶的泄露小,微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸,微蜂窝的应用主要有两个方面:一是提高覆盖率,应用于一些宏蜂窝很难覆盖到盲点地区,如:地铁、地下室;二是提高容量,主要应用在高话务量地区,如繁华的商业街,作为多层网的底层,微蜂窝则小面积连续覆盖叠加在宏蜂窝上,构成多层网的上层,微蜂窝和宏蜂窝在系统配置上是不同的小区,有独立的广播信道。

     

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    千次阅读 2022-04-16 20:28:45
    常见通信技术可以分为有线通信技术和无线通信技术。参考“常见物联网通信技术概览”。有线技术与无线技术根据场景及技术特点,又细分出许多不同的标准。

    通信技术是物联网的基础,万物互联离不开各种通信技术的支持。如果把物联网比作信息的物流系统,那么通信技术就是不同的交通运输方式。

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    常见物联网通信技术概览

    物联网发展简史与概述

    常见的通信技术可以分为有线通信技术无线通信技术。参考“常见物联网通信技术概览”。有线技术与无线技术根据场景及技术特点,又细分出许多不同的标准。

    一、有线通信技术

    以太网介绍

    以太网结构分两大层:

    PHY—物理层,主要作用是把数字信号变成在可支持的传输媒介上传输的模拟信号。它定义了数据传输的电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输的连接器。

    MAC——edia Access Control,媒介存取控制,它对应OSI7层模型的是数据链路层。数据链路层是由两部分组成MAC(介质存取控制)和LLC(逻辑链路控制)。MAC是负责发送和接受数据。对数据传输进行同步、识别错误及控制数据的流向。

    RS-232与RS-485介绍与对比

    M-Bus技术介绍

    M-Bus(Meter Bus)——户用仪表总线,它是一种专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线设计的。M-Bus在建筑物和工业能源消耗数据采集有多方面的应用。

    M-Bus总线的提出满足了公用事业仪表的组网和远程抄表的需要,同时它还可以满足远程供电或电池供电系统的特殊要求。M-Bus串行通信方式的总线型拓扑结构非常适合公用事业仪表的可靠、低成本的组网要求,可以在几公里的距离上连接几百个从设备。

    有线通信技术简要对比

    二、无线通信技术

    短距无线技术 - Bluetooth

    蓝牙是一种大容量近距离无线数字通信技术标准,其目标是实现最高数据传输速率1Mbps、最大传输距离为10厘米~10米的数据传输,通过增加发射功率传输距离可达到100米。 

    • 优点:速率快、低功耗,安全性高。

    • 缺点:网络节点少,不适合多点布控。

    短距无线技术 - Wi-Fi

    Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术,通常使用2.4G UHF或5G SHFISM 射频频段。 

    • 优点:覆盖范围广,数据传输速率快。 

    • 缺点:传输安全性不好,稳定性差,功耗略高,组网能力差。

    短距无线技术 - ZigBee

    ZigBee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。广泛的应用于工业和智慧家庭领域。

    短距无线技术 - Z-Wave

    Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。 

    • 优点:结构简单,低速率,低功耗,低成本,可靠性高。 

    • 缺点:标准不开放,芯片只能通过Sigma Designs这一唯一来源获取。

    短距无线技术对比

    蜂窝移动网络 - 2G

    GSM全名为:Global System for Mobile Communications,中文为全球移动通信系统,是第二代移动通信技术。GSM是1992年欧洲标准化委员会统一推出的标准,它采用数字通信技术、统一的网络标准,使通信质量得以保证,并可以开发出更多的新业务供用户使用。GSM数据速率为9.6Kbps。 

    GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可以说是GSM的延续。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。

    蜂窝移动网络 - 3G

    3G是第三代移动通信技术,是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息,速率一般在几百Kbps以上。

    3G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,目前3G存在3种标准:CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。3G标准演进至现在,WCDMA的最新演进技术HSPA+已可支持42Mbps的下行速率。

    蜂窝移动网络 - 4G

    第四代移动电话行动通信标准,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。

    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100Mbps以上的速度下载,比家用宽带ADSL(4兆)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DSL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。

    蜂窝移动网络 - 5G

    5G网络是第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达10Gbps,比4G网络的传输速度快数百倍。举例来说,一部1G的电影可在8秒之内下载完成。 

    ITU-R已于2015年6月定义了未来5G的3大类应用场景,分别是增强型移动互联网业务eMBB(Enhanced Mobile Broadband)、海量连接的物联网业务mMTC(Massive Machine Type Communication)和超高可靠性与超低时延业务uRLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication),并从吞吐率、时延、连接密度和频谱效率提升等8个维度定义了对5G网络的能力要求。

    蜂窝移动网络技术对比

    LPWA - SigFox

    SigFox网络利用了超窄带UNB技术,传输功耗水平非常低,并仍然能维持一个稳定的数据连接。SigFox无线链路使用免授权的ISM射频频段。频率根据国家法规有所不同,在欧洲广泛使用868MHz,在美国是915MHz。 

    SigFox网络技术使用超窄频带调制技术,单个基站能够实现网络消息的传输最远达1000公里以上,每个基站允许多大100万个物联网(IoT)设备终端。

    LPWA - LoRa

    LoRa是“Long Range”的缩写,由LoRa联盟维护管理,是一种基于物理层实现网络数据通信的技术,支持双向数据传输,符合一系列开源标准。它的网络实现具体解决方案称为LoRaWAN,是由Semtech公司开发的,并由IBM公司支持。Lora可以应用于自动抄表、智能家居和楼宇自动化、无线预警和安全系统、工业监测和控制以及远程灌溉系统等等。

    LPWA - NB-IoT

    NB-IoT是基于蜂窝的窄带物联网,其构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽。可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。 

    NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖物联网市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。 

    同时根据3GPP的R14版本,NB-IoT可支持基站定位,同时能够支持80km/h以内的移动性场景。

    LPWA - eMTC

    eMTC是爱立信提出的无线物联网解决方案。eMTC基于LTE接入技术设计了无线物联网络的软特性,主要面向低速率、深度覆盖、低功耗、大连接的物联网应用场景。

    相对于NB-IoT,eMTC速率更高,可达1Mbps,但覆盖较小,功耗较大,容量也较小。另外,eMTC提供一定的语音通信能力。

    LPWA - eLTE-IoT

    华为eLTE-IoT解决方案是专门为行业物联市场开发的基于3GPP标准的窄带无线物联解决方案。eLTE-IoT基于1GHz以下的非授权ISM频谱,采用灵活易部署的轻量化设备,并支持标准物联网协议与企业现有应用平台进行对接,目标市场为企业自建窄带物联网市场,为包括智能抄表、智能停车、工业传感监测等业务提供网络支撑。

    LPWA技术对比

    无线技术简要介绍与对比

    本文重点分析了物联网有线通信技术,短距无线通信技术标准、特点;蜂窝移动通信技术特点及演进趋势,LPWA通信技术。

    下载链接:

    常见物联网通信技术概览

    物联网发展简史与概述

    物联网NB-IoT解决方案介绍

    物联网关键技术性能对比及网络部署相关问题研究

    物联网产业链全景图谱

    2022中国物联网行业研究报告

    2021年中国物联网云平台发展研究报告

    物联网研究框架:万物智联,数通未来

    物联网研究框架

    超融合基础架构权威指南

    Ceph存储部署和调优指南

    边缘技术参考架构合集

    云原生架构白皮书

    超融合技术白皮书

    中国数据中心行业研究报告

    基础设施全景白皮书

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    信息及通信技术信息通信科技

     维基百科:

            Information and Communications Technology,英文缩写ICT,是信息技术及通信技术的合称。以往通信技术与信息技术是两个完全不同的范畴:通信技术着重于消息传播的发送技术,而信息技术着重于信息的编码或解码,以及在通信载体的传输方式。随着技术的发展,这两种技术慢慢变得密不可分,从而渐渐融合成为一个范畴。

            信息技术主要用于管理和处理信息所采用的各种技术总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统应用软件

            通信技术主要包含传输接入、网络交换、移动通信、无线通信、光通信、卫星通信、支撑管理、专网通信等技术,现在热门的技术有5GLTEIPTVVoIPNGNIMS

    移动电话网络

    https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E7%94%B5%E8%AF%9D%E7%BD%91%E7%BB%9C

            当前绝大多数无线移动通信网络是数字信号制式的,除了可以进行语音通信以外,还可以收发短信MMS、以及透过转接连上互联网

            目前在全球范围内使用最广是的第四代移动通信技术(4G),国内4G通信网络最为普及。移动通信的新式标准第五代移动通信技术已商用。

            

    0G到5G介绍

            G代表generation,一代的意思,0G~5G就是第0代到第5代移动通信技术。

    0G

            前蜂巢式技术(Pre-cellular)时代或前移动通信时代。Push-to-talk移动电话系统(MTS)、改进型移动电话系统(IMTS)、AMTSOLTMTDAutotelPALM 、ARP等都是属于0G技术。1966年Televerket在挪威开设了第一家手动移动电话系统。稍后挪威成为欧洲第一个获得自动移动电话系统国家。1971年芬兰成为第一个公开采用 Autoradiopuhelin (ARP) 的商业移动电话网络的国家。1972年西德成为第二个公开商用移动电话网络的国家。

    1G

            第一代移动电话网络(1G)是指使用模拟信号的移动式电话。最先研制出这一代移动电话的是美国摩托罗拉(Motorola)公司的马丁·库珀博士。这种手机有多种制式,如NMT、AMPS(类比式移动电话系统)、TACS,但是基本上使用频分复用方式只能进行语音通信,收讯不稳定,且保密性不足,无线频宽利用不充分。此种手机类似于简单的无线电双工电台,通话时锁定在一定频率,所以使用可调频电台就可以窃听通话。这个时候,语音传播是模拟的,只能传输语音流量。

    在台湾,第一代的模拟式移动电话网络(使用北美AMPS系统)于公元1989年(民国78年)由交通部电信总局引进,民国86年电信民营化时正式取得执照,而于公元2001年(民国90年)11月正式退出电信服务市场。模拟式移动电话原来所分配的090、091字头门号,分别转为第二代GSM移动电话网络之下的0910、0911字头门号。

    2G/2.5G

            第二代移动电话,到公元2015年左右之时仍是世界上分布最广泛的手机网络服务。采用欧洲规格的GSMCDMA或者PHS这些十分成熟的标准,具有稳定的通话质量。该类手机具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术,一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息;只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。在第二代移动电话网络的发展过程当中,为了适应日益增加的数据通讯需求,一些加强型的传输标准也依次在手机上得到支援,例如GPRSEDGEWAP服务。最常见的2.5G系统就是GPRS系统。一些手机厂商也将自己的一些手机称为2.75G手机,其特色就是拥有比GPRS速率更快的EDGE功能。2.5G也是基于2G与3G之间的过渡类型。比2G在速度、带宽上有所提高。可使现有GSM网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入。已经进行商业应用的2.5G(Generation)移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术,突破了2G电路交换技术对数据传输速率的制约,引入了分组交换技术,从而使数据传输速率有了质的突破,是一种介于2G与3G之间的过渡技术。2.5G的出现主要是由于3G是个相当浩大的工程,所牵扯的层面较多且复杂,要从2G一下迈向3G是不可能马上实现的。代表为:GPRS, HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙(Bluetooth)、EPOC等技术。

    3G/3.5G   

            自公元1990年代末期开始研发,于公元2000年代前中期开始在世界各国陆续开始服务,目前已经逐渐得到广泛的应用。第三代手机的开始目标之一是开发一种可以轻易地连接上网络,并能在全球通用的无线通讯系统。但是,实际上在最后还是逐渐演变出了多种不同的制式规格,目前在世界上主要有W-CDMACDMA2000TD-SCDMA等规格在竞争。这些新的规格都基于CDMA(码分多址)技术,在带宽利用和数据通信方面都有进一步发展。而在高速数据传输和蜂窝移动通讯技术方面,于2007年10月新增WiMAX标准为第四种技术体制。

            3.5G采用HSPAHSPA+。可以让使用者享用7.2M到42M的下载速率。在提供高速数据服务的同时,安全性也得到了改善,3.5G手机偏重于安全和数据通讯。一方面加强个人隐私的保护,另一方面加强数据业务的研发,更多的多媒体功能被引入进来,手机具有更加强劲的运算能力,不再只是个人的通话和文字信息终端,而是更多功能性的选择。移动办公及对通讯的强劲需求将使得手机与个人电脑的融合趋向加速,手机将逐渐拥有个人电脑的功能,这方面,在中国的手机市场上已经得到了充分的体现。

    4G/4.5G

            第四代移动电话网络是在公元2010年代中期之时世界上所普遍使用的高速移动网络,可分为TDD-LTE(分时型长期演进技术)、FDD-LTE(分频型长期演进技术)及WiMAX(IEEE 802.16m);而TDD-LTE、FDD-LTE规格在结构上已经进行了统一。第四代移动电话网络最重要的功能,就是搭配能够上网执行各种网络服务的智能手机。第四代的移动电话技术将一般传统的语音通信完全当作是数据分组加以传输,这是和之前第三代网络非常不同的地方。由于作为第四代移动网络终端的智能手机在功能上已经犹如小型电脑一般,因此第四代移动网络与其说是数字式的高速电话通信网络,更不如形容为是一种可以随着基地台扩展使用范围的巨大互联网(Internet)服务网络。

            第四代移动通信技术采用了更多以前没有使用过的新技术,引入了技术层面的交流,主要采用基于路由技术的网络体系结构,通过使用无限频率技术,从而让其系统比前面两代都更加完美。用较少数量的无线频谱就能做和以前一样的事情,且速度仍能保持相对快速。第四代移动通信系统的关键技术包括信道传输;抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术;高性能、小型化和低成本的自适应阵列智能天线;大容量、低成本的无线接口和光接口;系统管理资源;软件无线电、网络结构协议等。第四代移动通信系统主要是以正交频分复用(OFDM)为技术核心。4G移动通信对加速增长的广带无线连接的要求提供技术上的回应,对跨越公众的和专用的、室内和室外的多种无线系统和网络保证提供无缝的服务。通过对最适合的可用网络提供用户所需求的最佳服务,能应付基于因特网通信所期望的增长,增添新的频段,使频谱资源大扩展,提供不同类型的通信接口,运用路由技术为主的网络架构,以傅利叶变换来发展硬件架构实现第四代网络架构。移动通信将向数据化,高速化、宽带化、频段更高化方向发展,移动数据、移动IP将成为未来移动网的主流业务。

            4.5G采用LTE Advanced Pro,其概念由NOKIA于2014 年底首次提出,并于2015年10月被 3GPP确认成为LTE的新标准。正如名字所示意般,4.5G 是 LTE、LTE Advanced 的进一步技术演进,亦是各大网络商进入 5G 前的重要一站。4.5G透过聚合载波、4x4 MIMO 以及256 QAM 等技术,网络商可提供服务的 4G 网络容量及下载速度会较以往更多更快,有助解决网络塞车等问题。

    4G+

            并非是4G网络技术的一个标准,只能说是国内三大运营商推出的一种服务或品牌。4.5G解决4G不能承受之重的过渡,如果说4G+不算是4G网络技术标准,那么4.5变名副其实的算是4G网络技术的一个演进。

            也是在国际范围及移动互联行业对4G网络升级的统称,其用来描述与形容应用LTE-A载波聚合技术的4G网络。采用了LTE-A载波聚合技术的4G网络,将4G网络的多个载波“捆绑”在一起,从而实现4G峰值下载速度的倍速增长,其最突出、最核心的表现即是4G网速得到了成倍乃至数倍的大幅增长,但由于其并未采用颠覆性、跃进式的全新技术(如网速可达100G/S的5G技术),因此业内将加速的4G网络统称为4G+,或英文描述4G plus。“4G+” 核心技术是“载波聚合技术”,

    5G

            是第五代移动通信网络制式。第五代移动通信网络制式的下载速度及上传速度将比第四代快几十倍。其设计理念更加强调的是耗能低的同时满足其效率最大化,而且将继续提高智能化水平及广域覆盖度。通过提高感应的能力,5G会带给用户全新的体验。

            5GNR,作为下一代蜂窝网络,5G 网络以 5G NR (New Radio) 统一空中接口(unified air interface)为基础,为满足未来十年及以后不断扩展的全球连接需求而设计。5G NR 技术旨在支持各种设备类型、服务和部署,并将充分利用各种可用频段和各类频谱。基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准(OFDM也是4G的核心技术),也是下一代非常重要的蜂窝移动技术基础,5G技术将实现超低时延、高可靠性。

            Qualcomm 认为,要实现 5G NR 的搭建,有三类关键技术不可或缺——1. 基于 OFDM 优化的波形和多址接入(Optimized OFDM-based waveforms and multiple access,Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用),2. 灵活的框架设计(A flexible framework),3. 先进的新型无线技术(Advanced wireless technologies)。

    不同的接入技术

    TDMA

            时分多址(Time division multiple access,缩写:TDMA) 是一种为实现共享传输介质(一般是无线电领域)或者网络的通信技术。它允许多个用户在不同的时间片(时隙)来使用相同的频率。用户迅速的传输,一个接一个,每个用户使用他们自己的时间片。这允许多用户共享同样的传输媒体(例如:无线电频率)。

            TDMA在美国通常也指第二代(2G移动电话标准,具体说是指IS-136或者D-AMPS这些标准使用TDMA技术分时共享载波的带宽。

    CDMA

            码分多址(英语:Code Division Multiple Access,即:CDMA)或分码多重进接码分复存,是一种多址接入的无线通信技术。CDMA最早用于军用通信,但时至今日,已广泛应用到全球不同的民用通信中。在CDMA移动通信中,将语音频号转换为数字信号,给每组数据语音分组增加一个地址,进行扰码处理,然后将它发射到空中。CDMA最大的优点就是相同的带宽下可以容纳更多的呼叫,而且它还可以随语音传送数据信息。

            CDMA技术背后的理念集中体现了由克劳德·香农描述的通信“宽且弱”的哲学。在对信息理论的研究中,香农发现了两个利用传输媒介的基本方法:一种是通过非常窄的信道发送强信号,另一种是通过很宽的信道发送弱信号。强信号不允许其他信号占用太多的空间(信道频率),弱信号则相反。于是在理论上,宽且弱的CDMA技术远远优于使用多个相同的媒介单独进行通信[1]

    OFDM

            正交频分复用(英语:Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)有时又称为分离复频调制技术(英语:discrete multitone modulation, DMT),可以视为多载波传输的一个特例,具备高速率资料传输的能力,加上能有效对抗频率选择性衰减,而逐渐获得重视与采用。

    OFDM使用大量紧邻的正交子载波(Orthogonal sub-carrier),每个子载波采用传统的调制方案,进行低符号率调制。可以视为一调制技术与复用技术的结合。

    3GPP

            第三代合作伙伴计划(英语:3rd Generation Partnership Project,即3GPP)是一个成立于1998年12月的标准化机构。目前其成员包括欧洲ETSI日本ARIBTTC中国CCSA韩国TTA北美洲ATIS印度电信标准开发协会

            3GPP的目标是在国际电信联盟IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的(第三代移动电话系统规范。它致力于GSMUMTSW-CDMA)的演化,虽然GSM到W-CDMA空中接口差别很大,但是其核心网采用了GPRS的框架,因此仍然保持一定的延续性。

            3GPP和3GPP2两者实际上存在一定竞争关系,3GPP2致力于以IS-95(在北美和韩国应用广泛的CDMA标准,中国电信CDMA与之兼容)向IS-2000过渡,和高通公司关系更加紧密。

            随后3GPP的工作范围得到了改进,增加了对UTRA长期演进系统和5G NR的研究和标准制定。

            更多关于3GPP组织架构参考:[4G&5G专题-22]:架构-3GPP组织以及3GPP标准各个版本的演进路线_文火冰糖(王文兵)的博客-CSDN博客_3gpp版本的演进

    网络制式-模

    百度百科:网络制式_百度百科

            网络制式就是网络的类型,我国手机的网络制式有CDMA手机占用的CDMA 1X,800MHZ频段;GSM手机占用的900/1800/1900MHZ 频段;近两年的GSM 1X双模(即WCDMA)占用的900/1800MHZ频段;3G占用的900/1800/1900/2100MHz频段;4G占用的1920--2170MHZ频段。联通4GTD LTE占用的2555-2575MHz,2300-2320MHz频段(仅限室内使用)。

            “模”就是手机的网络制式,中国有三大运营商,而且中国移动采用了由我国自主研发的TD技术网络,所以手机网络制式显得更加繁多。比如:双模5g是可支持两种的5G移动电话系统规格。一种是SA、一种是NSA,也是5g组网的方式。

            手机网络制式主要包括GSM、CDMA、3G、4G四种,手机自问世,经历了第一代模拟制式手机(1G)、第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)、第2.5代移动通信技术GPRS、第三代移动通信技术3G、第四代移动通信技术4G,到现在的第5代通信技术。

    中国移动网络制式为2G:GSM制式;3G:TD-SCDMA制式;4G:TD-LTE制式。

    中国联通网络制式为2G:GSM制式; 3G:WCDMA制式;4G:TD-LTE和FDD-LTE混合制式。

    中国电信网络制式为2G:CDMA制式;3G:CDMA2000制式;4G:TD-LTE和FDD-LTE混合制式。

            对于国内的运营商来说,只要达到7模即GSM/TD-SCDMA/WCDMA/TD-LTE/FDD-LTE/CDMA1X/EVDO即可称之为全网通机型。

    网络制式的概念扩展

    1、CDMA1X(2G):CDMA2000的第一阶段。

    2、EVDO(3G):CDMA2000标准的演进。

    3、TD-SCDMA:时分同步码分多址。

    4、WCDMA:宽带码分多址,或者叫CDMA通用复用技术,不是CDMA标准。

    5、TDD(时分双工)和FDD(频分双工)指的是双工方式。

    6、LTE(Long Term Evolution,长期演进):是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通信系统)技术标准的长期演进,于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。

    7、LTE-TDD:分时长期演进(英语:LongTermEvolution,Time-DivisionDuplex,简称“LTE-TDD”),

    8、TD-LTE:是LTE-TDD的商业名称。LTE更加普遍使用的是FDD即频分双工(英语:Frequency-division duplex)。

    9、TDD:时分双工(Time-Division Duplexing):指上下行业务完全使用相同的频段,利用时间分隔传送及接收信号。共用一个射频频点,通过不同的时隙来控制上下行。
    10、FDD:频分双工(Frequency Division Duplexing):收发使用不同的身对频频点来进行通信。

    11、LTE和其派生的LTE-TDD在商业上一般被宣传为4G(第四代移动通信技术),不过3GPP家族中唯一受国际电信联盟认可的4G为LTE的升级版即LTE-Advanced(LTE-A)(另一4G标准是IEEE家族的WirelessMAN-Advanced)。相应的,LTE-TDD的升级版叫做LTE-TDD Advanced(TD-LTE-A)。

    12、语音通话方面,LTE标准不再支持用于支撑GSMUMTSCDMA2000网络下语音传输的电路交换技术(Circuit Switched, CS),它只能进行全IP网络下的数据包交换(Packet Switching, PS)。随着LTE网络的部署,运营商需使用以下三种方法之一解决LTE网络中的语音传输问题。全行业视VoLTE为未来的标准。

    (1)VoLTE(Voice Over LTE,LTE高解析语音).

    (2)CSFB(Circuit Switched Fallback,电路交换网络支持)。

    (3)SVLTE(Simultaneous Voice and LTE,LTE与语音网同步支持)。

    13、5G NR(5G New Radio):基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准。

    14、现在5G主流是TDD:因频谱资源有限,5G需要的大带宽,FDD要两段对称,TDD灵活只要一段就可以,省频谱资源。5G频段也有FDD方式的。

    15、NSA:非独立组网Non-Standalone,它是在现有的4G基础设施上,进行5G网络的部署。

    16、SA:独立组网Standalone,完全独立建设的5G网络,具备eMMB(增强移动宽带)、URLLC(高可靠低时延)、mMTC(海量大连接)三大应用场景及网络切片、边缘计算、云网融合等5G全新特性,可为广大用户提供VR(虚拟现实)、AR(增强现实)、超高清视频及智慧工业、智慧医疗、智慧教育、智慧商业等丰富多彩的5G应用。

    网络制式-频

            网络制式的频率,指的是每种网络频段的不同,国家都划分了几个不同的频段,让他们运行在不同的频段上,互相不干扰。

            我们将不同手机网络的模比喻成收音机的不同的台,我们知道收音机的每一个台都对应一个单独的频率,而手机网络不同的模也对应的频率段范围。国家划分了几个不同的频段,让他们运行在不同的频段上,井然有序互不干扰。

            手机支持频率越多,支持的网络就更多,手机的漫游性就越好。比如中国的4G手机,在中国运行在1900MHz这个频率上,当手机漫游到美国的时候,可能需要 运行在2200MHz频率上,到法国又可能需要运行在1800MHz这个频率上。所以手机对多种频率的支持显得尤为重要。

    中国已经开始营运的LTE

    摘自:https://baike.baidu.com/item/fdd-lte?fromtitle=ltefdd&fromid=15965828

    低于6GHZ的5G频段分配

    摘自:https://www.rfwireless-world.com/Tutorials/5G-frequency-bands.html

    高于6GHZ的5G频段分配

    摘自:https://www.rfwireless-world.com/Tutorials/5G-frequency-bands.html

    移动通信网络组成

    基本组成如下

             核心网的作用和功能非常庞大且复杂,所有用户的数据,存放在核心网;所有用户的权限,都由核心网控制;所有用户的开机关机停机,也都是核心网在负责;用户之间的通话,由核心网负责接续;用户使用数据业务上网,也是最终通过核心网连入Internet……

    2G时代核心网

            主要包括MSC和HLR两个网元(网络单元、节点)。

            MSC:就是Mobile Switching Center,移动交换中心。它是当时核心网的最主要设备。        

            HLR:是Home Location Register,归属位置寄存器。HLR和用户身份有关,存储了用户的数据,用于鉴权。

            VLR:是一个功能实体,但是物理上和MSC是同一个硬件设备,所以画在一起。HLR/AUC也是如此,AUC是Authentication Center(鉴权中心)。

            2G时代,我们只能打电话发短信,并不能上网。MSC这样的网元设备,我们称之为CS电路域(Circuit Switched,电路交换)核心网设备。

    2.5G时代核心网

            我们为了让手机能够上网(访问Internet),就搞出了GPRS。GPRS是General Packet Radio Service,通用分组无线业务,它的作用,就是为手机提供数据(上网)服务。

            像这种用于数据上网业务的设备,我们称之为PS分组域(Packet Switched,分组交换,包交换)核心网设备。

            到了3G时代,这种网络架构逐渐成型。包括SGSN、GGSN、域名服务器(DNS)、计费网关(CG)等。

     4G时代核心网

            4G LTE网络架构,基站里面的RNC没有了,为了实现扁平化,功能一部分给了核心网,一部分给了eNodeB。核心网设备,

    MME:Mobility Management Entity,移动管理实体。

    SGW:Serving Gateway,服务网关。

    PGW:PDN Gateway,PDN网关。

    IMS:在3G到4G的过程中,出现了的新设备。它的作用是取代传统CS(也就是MSC那些),提供更强大的多媒体服务(语音、图片短信、视频电话等)。

    5G时代的核心网

            从1G到4G,所有的核心网设备都是由设备商自己研发的硬件平台来实现的。也就是说,这些核心网设备都是独特的,专有的。技术门槛高,只有少数厂家研发和支持。

            现在演进为通过设备服务器部署软件实现核心网的不同功能。NFV,使用通用服务器,开发虚拟化平台,把网元移植到此平台。这就是现在5G时代的核心网采用的方式。(可以看我前面的数据中心网络了解NFV,相关5G核心网细节资料抽空再加。)

             5G核心网的网元,其实就是一个又一个的功能个体。每个个体,单独提供服务。这种架构,被称为SBA架构(Service Based Architecture,即基于服务的架构)。

            以下摘自:5G核心网,5G网络切片,5GNFV 

            5GC(5G核心网)网元包括: UPF, AUSF, UDM, AMF, SMF, PCF, NSSF, NRF, NEF。5GC将数据面和控制面分离,控制面采用 SBA 服务化架构,针对每个网络功能 NF 定义服务,用户面归一为 UPF。

    5G核心网(5GC)

      

    APN

            APN指一种网络接入技术,是通过手机上网时必须配置的一个参数,它决定了手机通过哪种接入方式来访问网络。对于手机用户来说,可以访问的外部网络类型有很多,例如:InternetWAP网站、集团企业内部网络、行业内部专用网络。而不同的接入点所能访问的范围以及接入的方式是不同的,网络侧如何知道手机激活以后要访问哪个网络从而分配哪个网段的IP呢,这就要靠APN来区分了,即APN决定了用户的手机通过哪种接入方式来访问什么样的网络。

            移动设备必须设置了运营商提供的接入点名称才能创建数据连接。运营商会使用这个名称区别将要创建的网络连接的类型,例如将要给无线设备分配何种IP地址,又或者是将要采用何种安全方式,还有是否或如何连接到某些私有的客户网络。

            更确切的说,接入点名称点明了一个移动数据用户想使用何种PDN(公共数据网)通讯。除此以外,接入点名称也可以用于定义PDN提供的服务类型(例如连接到WAP服务器、多媒体消息服务(MMS))。APN已用于3GPP数据访问网络,例如GPRSEPC等。

    APN业务流程

            APN通常作为用户签约数据存储在HSS(Home Subscriber Server,归属用户服务器)/HLR(以下简称HLR)中,用户手机在发起分组业务时也可向网络侧SGSN(Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点)/MME(Mobility Management Entity,移动管理实体)提供APN。SGSN/MME(以下简称SGSN)根据用户所提供的APN,通过DNS(Domain Name Server,域名服务器)进行域名解析,从而获取到GGSN/PGW(以下简称GGSN)的IP地址,将用户接入到APN对应的PDN中。此外,HLR中也可存储一个通配符,这样用户或SGSN就可以选择接入一个没有在HLR中存储的APN。

            SGSN存储APN与GGSN地址对应表,通过不同的APN选择不同的GGSN。APN的获取方式如下:

    • 用户提供

    • 用户定制

    • SGSN指定

            用户可以激活多个PDP上下文,每个PDP上下文与一个APN相联系。用户选择不同的APN的目的就是通过不同的GGSN选择外部网络。

            APN需要通过DNS进行域名解析才能获取GGSN或外部网络节点的真实的IP地址。

    GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为:

    1)用户发出GPRS登录请求,请求中包括由运营商为GPRS专网系统专门分配的专网APN;

    2)根据请求中的APN,SGSN向DNS服务器发出查询请求,找到与企业服务器平台连接的GGSN,并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN;

    3)GGSN将用户认证信息(包括手机号码、用户账号、密码等)通过专线送至Radius进行认证;

    4)Radius认证服务器看到手机号等认证信息,确认是合法用户发来的请求,向DHCP服务器请求分配用户地址;

    5)Radius认证通过后,由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息;

    6)用户得到了IP地址,就可以携带数据包,对GPRS专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。

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  • 移动通信天线技术.pdf

    2022-06-29 17:49:37
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    物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后信息技术产业的第三次发展浪潮。通信技术能够使物联网将感知到的信息在不同的终端之间进行高效传输和交换,实现信息资源的互通和共享,是物联网各种应用功能的关键支撑。

    通信技术有很多,下面选几个在物联网应用比较适合的和大家详细分析其特点和适用场景。

    终端双向通讯(A类):

    边缘计算网关是工业物联网不可或缺的设备,它就像人体的神经,将感知到的各类讯息传递给大脑进行处理,大脑经过运算判断出要做何种反应,再由神经传递到全身四肢。

    边缘计算可以采集PLC数据,做远程维护和上下载程序,具有边缘计算,协议解析的功能。边缘计算网关可以在各种网络协议间做报文转换,其功能可以通过一块芯片、一个嵌入式设备或板卡、或者是一个独立的设备实现。

    具备特定时间接收窗口的双向通讯(B类):

    B类方式在A类方式的基础上增加了更多的接收窗口用于接收数据,B类方式会通过接收网关发来的信标来完成时间同步,基于时钟同步会按照设定在特定的时间开启更多的接收窗口,网关基于开启的窗口时间就可以 主动给节点发送数据了。这种方式适用于除了被动的接收数据下发数据之外还需要在特定的时间下发数据被节 点。

    最大接收窗口通讯(C类):

    C类方式除了在发送数据时,其他时间接收窗口是一直处于开启中。这种方式功耗最大的,不过服务器可 以随时下发数据,数据延退最小。通常这种方式适用于有源设备或随时需要接收数据和指令的执行器。

    关于功耗

    关于影响功耗的因素有很多比如通信类型、扩频因子、数据大小、通信间隔、电池容量、传感器本身耗电等

    不同的场景和需求使用不同的通讯技术,在选型的时候可以先列岀硬性指标,然后再这个范围内做有限的 调研和选择。比如我们在选择时的两个硬性的指标是覆盖范围大、可搭建私有网络

    借助蓝蜂科技自主开发的EMCP物联网云平台,可快速、便捷、地实现工程机械设备远程监控,实现监测设备的接入、配置、管理、展示和数据处理。为工业企业提供成熟、可靠的工业互联网解决方案,为企业搭建符合企业自身的互联网云平台。

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    蓝蜂科技-工业物联网系统架构:

    蓝蜂科技提供一整套完整的物联网解决方案即“云平台+数传网关”。工业智能网关主动采集下位设备的数据,并将数据打包加密上传到蓝蜂科技平台,用户在蓝蜂科技平台的后台完成用户创建、创建设备、驱动管理、组态画面。

    无论身处何地,只要有网络的地方打开电脑网页、手机网页、微信公众号或手机APP登录蓝蜂科技云平台即可实现对设备的远程管理(设备数据查看和设备远程控制)。

    工业物联网应用领域:

    工业控制、污水处理、水质检测、农业、机械、设备、水处理、环境保护、智慧大棚,水产养殖,种植水利,农田气象检测等领域。

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