【導讀】關于無線通信網絡技術，生活中已經隨處可見。本文總結了國際上最新的無線通信網絡的最新技術。國際上的通信技術種類將無線傳感器網絡劃分為五大區域，分別是無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)、無線局域網(WLAN)、無線個域網(WPAN)、低速率無線個域網(LR-WPAN)。
一、無線廣域網(WWAN)
無線廣域網WWAN(Wireless Wide Area Networks)主要是為了滿足超出一個城市范圍的信息交流和網際接入需求，讓用戶可以和在遙遠地方的公眾或私人網絡建立無線連接。在無線廣域網的通信中一般要用到GSM、GPRS、GPS、CDMA和3G等通信技術。
1.GSM
GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫，意為全球移動通信系統，是世界上應用的主要蜂窩系統之一。20世紀80年代，GSM開始興起于歐洲，1991年在芬蘭正式投入使用，到1997年底，已經在100多個國家實施運營。其發展之迅速，從實際意義上來講已成為歐洲和亞洲的標準。到2004年，在全世界的183個國家已經建立了540多個GSM通信網絡。GSM是基于窄帶時分多址(TDMA)制式，允許在一個射頻同時進行8組通話。
GSM系統包括GSM900MHz、GSM1800MHz及GSM1900MHz等幾個頻段。由于GSM系統的容量是有限的，在網絡用戶過載時，就只能通過構建更多的網絡設施來滿足用戶需求。但是GSM在其他方面性能優異，其除了提供標準化的列表和信令系統外，還提供了一些智能的業務，比如全球漫游功能等。GSM系統具有通話質量高，通話死角少，穩定性強，不易受外界干擾，采用SIM卡其防盜能力佳，網絡容量大，號碼資源豐富，信息靈敏，GSM設備功耗低等重要特點，因而直到現在，GSM在移動通信市場中仍然占有很大份額。
2.GPRS
GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio System)的縮寫，是歐洲電信協會GSM系統中有關分組數據所規定的標準。GPRS是在現有的GSM網絡上開通的一種新的分組數據傳輸技術，它和GSM一樣采用TDMA方式傳輸語音，但是采用分組的方式傳輸數據。GPRS提供端到端的、廣域的無線IP連接及高達115.2kbps的空中接口傳輸速率。
GPRS采用了分組交換技術，可實現若干移動用戶同時共享一個無線信道或一個移動用戶可使用多個無線信道。當用戶進行數據傳輸時則占用信道，無數據傳輸時則把信道資源讓出來，這樣不僅極大地提高了無線頻帶資源的利用率，同時也提供了靈活的差錯控制和流量控制，正因如此，GPRS是按傳輸的數據量來收費的，即按流量收費，而不是按時間來計費的。
GPRS采用信道捆綁和增強數據速率改進來實現高速接入，它可以實現在一個載頻或8個信道中實現捆綁，每個信道的傳輸速率為14.4kbps，在這種情況下，8個信道同時進行數據傳輸時，GPRS方式最高速率可達115.2kbps。如果GPRS通過數據速率改進，將每個信道的速率提高到48kbps，那么其速率高達384kbps，對于這樣的高速率，可以完成更多的業務，比如網頁瀏覽、收/電子郵件等。
GPRS還具有數據傳輸與語音傳輸可同時進行并自如切換等特點。總之，相對于原來GSM以撥號接入的電路數據傳送方式，GPRS是分組交換技術，具有實時在線、高速傳輸、流量計費和自如切換等優點，它能全面提升移動數據通信服務。因而，GPRS技術廣泛地應用于多媒體、交通工具的定位、電子商務、智能數據和語音、基于網絡的多用戶游戲等方面。
3.CDMA
CDMA是Code Division Multiple Access的縮寫，全稱為碼分多址，它是在數字技術的分支——擴頻通信技術上發展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術。CDMA是最早由美國高通公司研制出來用于商業的。CDMA研制出來時，正值GSM統領移動通信市場的時候，因此，幾乎沒有一個移動通信運營商敢使用它。最后是在20世紀90年代初，韓國政府致力于尋找發展本國電子制造業的機會，即使發現歐洲幾乎已經壟斷了GSM市場之后，還是果斷地決定發展CDMA，CDMA從那時開始發展起來。
CDMA具有頻譜利用率高、語音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、系統容量大、覆蓋廣等優點。CDMA能有這么多優點，一方面是擴頻通信系統所固有的，另一方面是因為CDMA采用了很多的技術。CDMA系統是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率復用等幾種技術結合而成的，因此它具有抗干擾性好、抗信號路徑衰落能力強、保密安全性高、同頻率可在多個小區內重復使用，以及系統容量大的優點。
CDMA系統采用碼分多址技術，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，通過復用方式使得頻譜利用率很高;CDMA系統采用軟切換技術，這樣就完全克服了硬切換所帶來的容易掉話的缺點，使得掉話率降低;CDMA采用功率控制和可變速率聲碼器，使CDMA無線發射功耗低及語音質量好。
CDMA具有上述的技術優勢，已經被越來越多的用戶所接受，使得CDMA在近些年發展迅速。目前CDMA在美國、韓國和日本等國家都占有很大一部分的市場，尤其在韓國CDMA用戶已達移動通信用戶的60%，而且CDMA技術也是第三代移動通信系統(3G)的技術基礎。
4.GPS
GPS即全球定位系統(Global Positioning System)。GPS是具有在海、陸、空全方位進行實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。它是在子午儀衛星導航系統的基礎上發展起來的，它采納了子午儀系統的成功經驗，屬于美國第二代衛星導航系統。美國從20世紀70年代開始研制GPS，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。
GPS系統包括三大部分：空間部分——GPS衛星星座;地面監控部分——地面監控系統;用戶設備部分——GPS信號接收機。GPS的空間部分由24顆均勻分布在互成120°角的軌道平面內的衛星組成;其地面監控部分由主控站、注入站和監測站組成，主要是負責衛星的監控和衛星星歷的計算;GPS的用戶設備主要由GPS信號接收機硬件和處理軟件組成。用戶通過GPS信號接收機接收GPS衛星信號，經信號處理后獲得用戶位置、速度等信息，最終實現利用GPS進行導航和定位的目的。
起初，GPS只應用在軍事領域。由于GPS系統具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應用廣泛等特點，隨著人們對GPS研究的日益深入，GPS不再像當初那樣僅用于軍事領域，也應用到民用領域。在測量方面，由于GPS測量精度高、操作簡便、便于攜帶、全天候操作、觀測點之間無須通視等優點，成功地應用于大地測量、工程測量、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多學科，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。在交通領域，利用GPS技術對各種車輛進行實時跟蹤、調度管理，能夠起到合理分布車輛，解決交通擁堵等問題。民航運輸通過GPS信號接收設備，使駕駛員著陸時能準確對準跑道，引導飛機安全進、離場。在安全領域，可以通過GPS定位技術，迅速知道火災、車禍等事故發生地，從而能立即展開救援行動，大大降低了事故所帶來的損失。
基于GPS的技術優點，伴隨著其各種產品的出現和應用領域的不斷拓寬，GPS已經深入到國民生產和日常生活的各個方面，為人們的工作和生活帶來了方便。
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5.3G
3G(Third Generation)是國際電聯ITU于2000年確定的，意為“第三代移動通信”，正式命名為IMT-2000。3G的設計目標是在考慮與已有第二代系統的良好兼容性的基礎上，提供比第二代系統更大的系統容量和更好的通信質量，而且要能在全球范圍內更好地實現無縫漫游及為用戶提供包括語音、數據及多媒體等在內的多種業務。因而第三代移動通信系統的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業務，其傳輸速率在高速移動環境中支持144kbps，步行慢速移動環境中支持384kbps，靜止狀態下支持2Mbps。
第三代移動通信系統的技術基礎是碼分多址(CDMA)。第一代移動通信系統采用頻分多址(FDMA)的模擬調制方式，采用FDMA的系統具有頻譜利用率低，信令干擾語音業務的缺點。第二代移動通信系統主要采用時分多址(TDMA)的數字調制方式，與第一代相比，雖然提高了系統容量，并采用獨立信道傳送信令，使系統性能大大改善，但是它的系統容量仍然很有限，而且越區切換性能還不完善。
CDMA系統以其頻率規劃簡單、系統容量大、頻率復用率高、抗多徑衰落能力強、通話質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發展潛力，因而第三代移動通信系統把CDMA作為其技術基礎。目前，3G推薦的主流技術標準有三種，分別為WCDMA、CDMA2000及中國提出來的TD-SCDMA，雖然是三個不同的標準，但三種系統所使用的無線電核心頻段都在2000Hz左右。
(1) WCDMA
WCDMA的全稱為Wideband Code Division Multiple Access，它是基于GSM網絡發展出來的3G技術規范，它是歐洲提出的寬帶CDMA技術標準，與日本提出的寬帶CDMA技術標準基本相同，目前兩者正在進一步融合。WCDMA標準提出了GSM(2G)→GPRS(2.5G)→EDGE(2.5G)→WCDMA(3G)的演進策略。GPRS和EDGE(Enhanced DataRate for GSM Evolution，增強數據速率的GSM演進)技術被稱為2.5代移動通信技術。目前中國移動通信集團公司正在采用這一方案向3G過渡，并已將原來的GSM網絡升級為GPRS網絡。
(2) CDMA2000
CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMA IS95)技術發展而來的寬帶CDMA技術標準，它是由美國主推的寬帶CDMA技術標準。CDMA2000標準提出了CDMA IS95(2G)→CDMA20001x(2.5G)→CDMA20003x(3G)的演進策略。其中的CDMA20001x被稱為2.5代移動通信技術，而CDMA20003x與CDMA20001x的主要不同之處是CDMA20003x采用了多路載波技術，通過采用三載波使帶寬得到了提高。目前中國聯通正在采用這一方案向3G過渡，并已建成了CDMA IS95網絡。
(3) TD-SCDMA
TD-SCDMA的全稱為Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(時分同步CDMA)，是由中國大唐電信公司提出的3G標準。TD-SCDMA標準提出不經過2.5代的中間環節直接向3G過渡，對GSM系統向3G的升級非常適用。該標準的提出也表明了中國在移動通信領域的開創性。目前大唐電信公司還沒有基于這一標準的可供商用的產品推出，但全球一半以上的設備廠商都宣布可支持該標準。
二、無線城域網(WMAN)
在1999年，美國電氣與電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)設立了IEEE 802.16工作組，其主要工作是建立和推進全球統一的無線城域網技術標準。在IEEE 802.16工作組的努力下，近些年陸續推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE802.16b、IEEE 802.16d等一系列標準。然而IEEE主要負責標準的制訂，為了使IEEE 802.16系列技術得到推廣，在2001年成立了WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互通)論壇組織，因而相關無線城域網技術在市場上又被稱為“WiMAX技術”。
WiMAX技術的物理層和媒質訪問控制層(MAC)技術基于IEEE 802.16標準，可以在5.8 GHz、3.5 GHz和2.5 GHz這三個頻段上運行。WiMAX利用無線發射塔或天線，能提供面向互聯網的高速連接。其接入速率最高達75 Mbps，勝過有線DSL技術，最大距離可達50km，覆蓋半徑達1.6km，它可以替代現有的有線和DSL連接方式，來提供最后1km的無線寬帶接入。因而，WiMAX可應用于固定、簡單移動、便攜、游牧和自由移動這五類應用場景。
WiMAX論壇組織是WiMAX推廣的大力支持者，目前該組織擁有近300個成員，其中包括Alcatel、AT&T、FUJITSU、英國電信、諾基亞和英特爾等行業巨頭。WiMAX之所以能獲得如此多公司的支持和推動，與其所具有的技術優勢也是分不開的。WiMAx的技術優勢可以簡要概括為以下幾點。
(1) 傳輸距離遠、接入速度高、應用范圍廣
WiMAX采用正交頻分復用(Orthogonal Freguency Division Multiplexing，OFDM)技術，能有效地抗多徑干擾;同時采用自適應編碼調制技術，可以實現覆蓋范圍和傳輸速率的折中;利用自適應功率控制，可以根據信道狀況動態調整發射功率。正因為有這些技術，WiMAX的無線信號傳輸距離最遠可達50km，最高接入速度達到75Mbps。由于其具有傳輸距離遠、接入速度高的優勢，其可以應用于廣域接入、企業寬帶接入、移動寬帶接入，以及數據回傳等幾乎所有的寬帶接入市場。
(2) 不存在“最后1km”的瓶頸限制，系統容量大
WiMAX作為一種寬帶無線接入技術，它可以將Wi-Fi熱點連接到互聯網，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴展，實現最后1km的寬帶接入。WiMAX可為50km區域內的用戶提供服務，用戶只要與基站建立寬帶連接即可享受服務，因而其系統容量大。
(3) 提供廣泛的多媒體通信服務
由于WiMAX具有很好的可擴展性和安全性，從而可以提供面向連接的、具有完善QoS保障的、電信級的多媒體通信服務，其提供的服務按優先級從高到低有主動授予服務、實時輪詢服務、非實時輪詢服務和盡力投遞服務。
(4) 安全性高
WiMAX空中接口專門在MAC層上增加了私密子層，不僅可以避免非法用戶接入，保證合法用戶順利接入，而且還提供了加密功能(比如EAP-SIM認證)，保護用戶隱私。
當然，WiMAX發展還面臨許多的問題，具體概括為以下幾點。
① 成本問題。相對于有線產品，成本太高，不利于普及。
② 技術標準和頻率問題。許多國家的頻率資源緊缺，目前都還沒有分配出頻帶給WiMAX技術適用，頻率的分配直接影響系統的容量和規模，這決定了運營商的投資力度和經營方向。
③ 與現有網絡的相互融合問題。IEEE 802.16系列技術標準只是規定空中接口，而對于業務、用戶的認證等標準都沒有一個統一的規范，因而需要通過借助現有網絡來完成，因此必須解決與現有網絡的相互融合問題。
總之，從技術層面講，WiMAX更適合用于城域網建設的“最后1km”無線接入部分，尤其對于新興的運營商更為合適。WiMAX技術具備傳輸距離遠、數據速率高的特點，配合其他設備(比如VoIP、Wi-Fi等)可提供數據、圖像和語音等多種較高質量的業務服務。在有線系統難以覆蓋的區域和臨時通信需要的領域，可作為有線系統的補充，具有較大的優勢。隨著WiMAX的大規模商用，其成本也將大幅度降低。相信在未來的無線寬帶市場中，尤其是專用網絡市場中，WiMAX將占有重要位置。
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三、無線局域網(WLAN)
無線局域網是指以無線電波、紅外線等無線媒介來代替目前有線局域網中的傳輸媒介(比如電纜)而構成的網絡。無線局域網內使用的通信技術覆蓋范圍一般為半徑100m左右，也就是說差不多幾個房間或小公司的辦公室。當然實際的覆蓋范圍受很多因素影響，比如通信區域中的高大障礙物。
IEEE 802.11系列標準是IEEE制訂的無線局域網標準，主要對網絡的物理層和媒質訪問控制層進行規定，其中重點是對媒質訪問控制層的規定。目前該系列的標準有：IEEE802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE802.11f、IEEE 802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等，其中每個標準都有其自身的優勢和缺點。
下面就IEEE已經制訂且涉及物理層的4種IEEE 802.11系列標準：IEEE 802.11、IEEE802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g進行簡單介紹。
1.IEEE 802.11
IEEE 802.11是最早提出的無線局域網網絡規范，是IEEE于1997年6月推出的，它工作于2.4GHz的ISM頻段，物理層采用紅外、跳頻擴頻(Frequency Hopsping SpreadSpectrum，FHSS)或直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)技術，其數據傳輸速率最高可達2Mbps，它主要應用于解決辦公室局域網和校園網中用戶終端等的無線接入問題。使用FHSS技術時，2.4GHz頻道被劃分成75個1MHz的子頻道，當接收方和發送方協商一個調頻的模式，數據則按照這個序列在各個子頻道上進行傳送，每次在IEEE 802.11網絡上進行的會話都可能采用了一種不同的跳頻模式，采用這種跳頻方式避免了兩個發送端同時采用同一個子頻段;而DSSS技術將2.4GHz的頻段劃分成14個22MHz的子頻段，數據就從14個頻段中選擇一個進行傳送而不需要在子頻段之間跳躍。
由于臨近的頻段互相重疊，在這14個子頻段中只有3個頻段是互不覆蓋的。IEEE 802.11由于數據傳輸速率上的限制，在2000年也緊跟著推出了改進后的IEEE 802.11b。但隨著網絡的發展，特別是IP語音、視頻數據流等高帶寬網絡應用的需要，IEEE 802.11b只有11Mbps的數據傳輸率不能滿足實際需要。于是，傳輸速率高達54Mbps的IEEE 802.11a和IEEE802.11g也都陸續推出。
2.IEEE 802.11b
IEEE 802.11b又稱為Wi-Fi，是目前最普及、應用最廣泛的無線標準。IEEE 802.11b工作于2.4GHz頻帶，物理層支持5.5 Mbps和11 Mbps 兩個速率。IEEE 802.11b的傳輸速率會因環境干擾或傳輸距離而變化，其速率在1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps、11 Mbps 之間切換，而且在1 Mbps、2 Mbps速率時與IEEE 802.11兼容。IEEE 802.11b采用了直接序列擴頻DSSS技術，并提供數據加密，使用的是高達128位的有線等效保密協議(WiredEquivalent Privacy，WEP)。但是IEEE 802.11b和后面推出的工作在5GHz頻率上的IEEE802.11a標準不兼容。
從工作方式上看，IEEE 802.11b的工作模式分為兩種：點對點模式和基本模式。點對點模式是指無線網卡和無線網卡之間的通信方式，即一臺配置了無線網卡的計算機可以與另一臺配置了無線網卡的計算機進行通信，對于小規模無線網絡來說，這是一種非常方便的互聯方案;而基本模式則是指無線網絡的擴充或無線和有線網絡并存時的通信方式，這也是IEEE 802.11b最常用的連接方式。在該工作模式下，配置了無線網卡的計算機需要通過“無線接入點”才能與另一臺計算機連接，由接入點來負責頻段管理等工作。在帶寬允許的情況下，一個接入點最多可支持1 024個無線節點的接入。當無線節點增加時，網絡存取速度會隨之變慢，此時通過添加接入點的數量可以有效地控制和管理頻段。
IEEE 802.11b技術的成熟，使得基于該標準網絡產品的成本得到很大的降低，無論家庭還是公司企業用戶，無須太多的資金投入即可組建一套完整的無線局域網。當然，IEEE 802.11b并不是完美的，也有其不足之處，IEEE 802.11b最高11Mbps的傳輸速率并不能很好地滿足用戶高數據傳輸的需要，因而在要求高寬帶時，其應用也受到限制，但是可以作為有線網絡的一種很好的補充。
3.IEEE 802.11a
IEEE 802.11a工作于5GHz頻帶，但在美國是工作于U-NII頻段，即5.15～5.25GHz、5.25～5.35GHz、5.725～5.825GHz三個頻段范圍，其物理層速率可達54 Mbps，傳輸層可達25Mbps。IEEE 802.11a的物理層還可以工作在紅外線頻段，波長為850～950納米，信號傳輸距離約10m。IEEE 802.11a采用正交頻分復用(OFDM)的獨特擴頻技術，并提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網無線幀結構接口，支持語音、數據、圖像業務。IEEE 802.11a使用正交頻分復用技術來增大傳輸范圍，采用數據加密可達152位的WEP。
就技術角度而言，IEEE 802.11a與IEEE 802.11b之間的差別主要體現在工作頻段上。由于IEEE 802.11a工作在與IEEE 802.11b不同的5GHz頻段，避開了大量無線電子產品廣泛采用的2.4GHz頻段，因此其產品在無線通信過程中所受到的干擾大為降低，抗干擾性較IEEE 802.11b更為出色。高達54Mbps數據傳輸帶寬，是IEEE 802.11a的真正意義所在。當IEEE 802.11b以其11Mbps的數據傳輸率滿足了一般上網瀏覽網頁、數據交換、共享外設等需求的時候，IEEE 802.11a已經為今后無線寬帶網的高數據傳輸要求做好了準備，從長遠的發展角度來看，其競爭力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的無線網絡產品較IEEE802.11b有著更低的功耗，這對筆記本電腦及PDA等移動設備來說也有著重大實用價值。
然而在IEEE 802.1la的普及過程中也面臨著很多問題。首先，來自廠商方面的壓力。IEEE 802.11b已走向成熟，許多擁有IEEE 802.11b產品的廠商會對IEEE 802.11a都持保守態度。從目前的情況來看，由于這兩種技術標準互不兼容，不少廠商為了均衡市場需求，直接將其產品做成了“a+b”的形式，這種做法雖然解決了“兼容”問題，但也使得成本增加。其次，由于相關法律法規的限制，使得5GHz頻段無法在全球各個國家中獲得批準和認可。5GHz頻段雖然令基于IEEE802.11a的設備具有了低干擾的使用環境，但也有其不利的一面，由于太空中數以千計的人造衛星與地面站通信也恰恰使用5GHz頻段，這樣它們之間產生的干擾是不可避免的。此外，歐盟也已將5GHz頻率用于其自己制訂的HiperLAN無線通信標準。
4.IEEE 802.11g
IEEE 802.11g是對IEEE 802.11b的一種高速物理層擴展，它也工作于2.4GHz頻帶，物理層采用直接序列擴頻(DSSS)技術，而且它采用了OFDM技術，使無線網絡傳輸速率最高可達54Mbps，并且與IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的設計方式幾乎是一樣的。
IEEE 802.11g的出現為無線傳感器網絡市場多了一種通信技術選擇，但也帶來了爭議，爭議的焦點是圍繞在IEEE 802.11g與IEEE 802.11a之間的。與IEEE 802.11a相同的是，IEEE802.11g也采用了OFDM技術，這是其數據傳輸能達到54Mbps的原因。然而不同的是，IEEE 802.11g的工作頻段并不是IEEE 802.11a的工作頻段5GHz，而是和IEEE 802.11b一致的2.4GHz頻段，這樣一來，使得基于IEEE 802.11b技術產品的用戶所擔心的兼容性問題得到了很好的解決。
從某種角度來看，IEEE 802.11b可以由IEEE 802.11a來替代，那么IEEE 802.11g的推出是否就是多余的呢?答案當然是否定的。IEEE 802.11g除了具備高數據傳輸速率及兼容性的優勢外，其所工作的2.4GHz頻段的信號衰減程度也不像IEEE 802.11a所在的5GHz那么嚴重，并且IEEE 802.11g還具備更優秀的“穿透”能力，能在復雜的使用環境中具有很好的通信效果。但是IEEE 802.11g工作頻段為2.4GHz，使得IEEE 802.11g與IEEE 802.11b一樣極易受到來自微波、無線電話等設備的干擾。此外，IEEE 802.11g的信號比IEEE 802.11b的信號能夠覆蓋的范圍要小得多，用戶需要通過添置更多的無線接入點才能滿足原有使用面積的信號覆蓋，這或許就是IEEE 802.11g能夠具有高寬帶所付出的代價吧!
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