软考网规篇之无线通信网——无线个域网蓝牙和Zigbee、移动通信和5G

1、无线个域网蓝牙和Zigbee

1.1、蓝牙和 Zigbee 技术

  • 蓝牙技术(Bluetooth)最早被开发用于实现不同工业领域间的协调工作,现在被广泛应用于人们的生活各个领域,比如电脑与手机间的车机互联、蓝牙耳机与手机的互联等。2001年,蓝牙被确定为IEEE 802.15.1标准。蓝牙技术使用2.4GHz进行通信,采用跳频通信技术(FHSS),数据速率为1Mbps。目前蓝牙5.3速率可达48Mbps,考试仍以1Mbps为准。
  • Zigbee基于IEEE 802.15.4标准,它瞄准了速率更低、距离更近、更省电的无线个人网。Zigbee适用于固定的、手持的或移动的电子设备,这些设备一般使用电池供电,电池寿命可以长达几年,通信速率可以低至9.6kbps,从而可以实现低成本无线通信。Zigbee具有良好的安全机制,网络层和MAC层都采用高级加密标准AES,同时结合了加密和认证功能的CCM*算法。目前Zigbee被广泛应用于智能家居和医疗监护等场景。
  • 智能家居:如电灯、电视机、冰箱、洗衣机、电脑、空调等。
  • 医疗监护:如脉搏、血压、呼吸监测。

2、移动通信和5G

2.1、移动通信

2.2、移动通信制式

2.3、移动通信技术标准

移动通信网络技术标准对比见下表。需要注意ViMAX II属于4G标准。3G和4G最大的区别是,3G标准 骨干网是基于传统时分复用的语音网络,而4G骨干网是基于IP的分组交换网络。

TD-LTE是TD-SCDMA长期演进的缩写(TD-SCDMA Long Time Evolution)。

2.4、5G 应用场景

  • (1)高带宽(eMBB):支持20Gbps峰值速率,适用于3D、AR/VR等应用,提升用户体验。
  • (2)低时延高可靠(uRLLC):支持超低时延高可靠通信,5G可以提供小于1ms的端到端时延以及99.9999%的可靠性保障。
  • (3)海量终端互联(mMTC):侧重于人与物之间的信息交互,主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等,要求提供多连接的承载通道,实现万物互联。

2.5、5G应用场景与关键技术

  • 5G关键技术包括:超密集异构无线网络、大规模输入输出(MIMO)、毫米波通信、软件定义网络和网络功能虚拟化。
  • 超密集异构无线网络:相对于4G网络,5G使用较高的频谱,覆盖范围相对较小,需要密集部署宏基站、微基站和室分等不同架构的网络满足覆盖需求。
  • 大规模输入输出(MIMO) :5G沿用了4G网络的多进多出技术(Multiple Input Multiple Output,MIMO),能有效提升网络带宽。
  • 毫米波通信:毫米波小基站可以增强高速环境下用户的网络体验,提升网络的组网灵活性。
  • SDN和NFV:SDN技术实现控制层面和数据层面分离,提升网络灵活性、可管理性和扩展性。NFV技术可以实现 软件和硬件解耦,比如传统网络需要购买防火墙、入侵检测、防病毒等硬件安全设备,NFV实现网络功能虚拟化 后,只需要购买标准服务器,然后虚拟出多台虚拟机,可以在虚拟机上运行软件的虚拟防火墙(vFW)、虚拟机入 侵检测(vIPS)和虚拟防病毒(vAV),从而大幅降低网络的建设和维护成本。
  • 网络切片:是一种按需组网的方式,可以让运营商在统一的基础设施上分离出多个虚拟的端到端网络,每个网络切片从无线接入网到承载网再到核心网上进行逻辑隔离,以适配各种各样类型的应用。在一个网络切片中,至少可分为无线网子切片、承载网子切片和核心网子切片三部分。

2.6、CDMA 计算

  • 码分多址(CDMA)是通过编码区分不同用户信息,实现不同用户同频、同时传输的一种通信技术。
  • CDMA计算有两种方式:

    • CDMA中将共享码片序列和收到的信息进行正交计算,正交结果为1,表示发送数据1,正交结果为-1,表示发送数据为0,正交结果为0,表示未向该终端发送数据。
    • 发送比特1时,就发送原序列,发送比特0时,就发送序列相反的序列,什么都不发送时,就全为0。

3、练习题

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