第三代移動(dòng)通信 你了解多少？

3G是第三代移動(dòng)通信技術(shù)，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息。3G是將無(wú)線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

所謂第三代移動(dòng)通信技術(shù)，即3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與第一代移動(dòng)通信技術(shù)(即 1G)與第二代數(shù)字手機(jī)通信技術(shù)(即 2G)相比，3G 手機(jī)主要是將無(wú)線通信和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)全面結(jié)合，以此形成一種全新的移動(dòng)通信系統(tǒng)。這種移動(dòng)技術(shù)可以處理圖像、音樂(lè)等媒體形式，除此之外，也包含了電話會(huì)議等一些商務(wù)功能。為了支持以上所述功能，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)不同數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣冗M(jìn)行充分的支持，即無(wú)論是在室內(nèi)、外，還是在行車(chē)的環(huán)境下，都可以提供最少為2Mbps、384kbps與144kbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。 [1]第三代移動(dòng)通信技術(shù)(3G)，3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是該領(lǐng)域發(fā)展的必然。3G對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做出了定義，使用較高的頻帶和CDMA技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)支持，工作頻段高，主要特征是速度快、效率高、信號(hào)穩(wěn)定、成本低廉和安全性能好等，和前兩代的通信技術(shù)相比最明顯的特征是3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全面支持更加多樣化的多媒體技術(shù)。

3G技術(shù)的出現(xiàn)使移動(dòng)通信領(lǐng)域邁入了全新的時(shí)代。3G技術(shù)的主要特點(diǎn)包括高速數(shù)據(jù)傳輸、寬帶多媒體業(yè)務(wù)、全球漫游等。相較于2G技術(shù)，3G可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，提供更流暢的音頻和視頻通信，支持更多復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)。3G技術(shù)的廣泛應(yīng)用改變了人們的通信方式和生活方式。通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)可以隨時(shí)隨地接收和發(fā)送電子郵件、瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、觀看高清視頻、進(jìn)行在線語(yǔ)音和視頻通話等。這為移動(dòng)辦公、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)娛樂(lè)等領(lǐng)域的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，3G技術(shù)還為企業(yè)和開(kāi)發(fā)者提供了豐富的商機(jī)。通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)可以開(kāi)展移動(dòng)支付、移動(dòng)廣告、移動(dòng)電子商務(wù)等業(yè)務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求并創(chuàng)造更多價(jià)值。總之，3G是第三代移動(dòng)通信技術(shù)，通過(guò)提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更豐富的應(yīng)用服務(wù)，改變了人們的通信方式和生活方式。它為移動(dòng)通信領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，也為各個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了廣闊的空間。

無(wú)線通信技術(shù)正在不斷地演進(jìn)，從5G網(wǎng)絡(luò)到物聯(lián)網(wǎng)連接，為我們創(chuàng)造了更加智能、高效 和互聯(lián)的未來(lái)。這些技術(shù)的發(fā)展不僅改變了我們的日常生活，還為各個(gè)行業(yè)帶來(lái)了前所未有的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。

5G網(wǎng)絡(luò)的革命

5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，以其更高的速度、更低的延遲和更大的連接密度，帶來(lái)了革命性的變革。

高速連接： 5G網(wǎng)絡(luò)具備高速數(shù)據(jù)傳輸能力，可以實(shí)現(xiàn)更快的下載和上傳速度，為大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和流媒體應(yīng)用提供支持。

低延遲： 5G網(wǎng)絡(luò)的延遲大大降低，從毫秒級(jí)到亞毫秒級(jí)，使得實(shí)時(shí)應(yīng)用，如虛擬現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程控制等變得更加可行。

大連接密度： 5G支持更多設(shè)備同時(shí)連接，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了更好的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了“萬(wàn)物互聯(lián)”。

物聯(lián)網(wǎng)的崛起

物聯(lián)網(wǎng)是連接世界上各種物體的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線傳感器和智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了物與物之間、物與人之間的智能互聯(lián)。

智能家居： 物聯(lián)網(wǎng)連接了家庭中的設(shè)備，如智能燈泡、智能家電，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和智能化管理。

智慧城市： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將城市中的設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了交通優(yōu)化、垃圾管理、能源監(jiān)控等。

工業(yè)4.0： 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用被稱(chēng)為工業(yè)4.0，通過(guò)智能傳感器和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化和優(yōu)化。

無(wú)線通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

毫米波技術(shù)： 毫米波技術(shù)是5G的核心，通過(guò)高頻率波段傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高速和大容量的通信。

網(wǎng)絡(luò)切片： 5G網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同應(yīng)用的需求，將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的“切片”，從而提供定制化的服務(wù)。

邊緣計(jì)算： 邊緣計(jì)算將計(jì)算能力推向網(wǎng)絡(luò)邊緣，減少延遲，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供更好的支持。

未來(lái)展望

無(wú)線通信技術(shù)的未來(lái)充滿(mǎn)了無(wú)限的可能性。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們將迎來(lái)更加智能、高效 和互聯(lián)的世界。從智能城市到智能家居，從工業(yè)自動(dòng)化到醫(yī)療保健，無(wú)線通信技術(shù)將不斷創(chuàng)造新的價(jià)值，引領(lǐng)著人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。無(wú)論是在個(gè)人生活還是在商業(yè)領(lǐng)域，我們都將享受到無(wú)線通信技術(shù)帶來(lái)的便利和創(chuàng)新。

如果是電腦，筆記本怎么做?連接網(wǎng)線到路由器上，或者搜索下附近有沒(méi)有能上的Wifi，然后可能會(huì)輸入一個(gè)密碼，就可以上網(wǎng)了。手機(jī)上網(wǎng)則更為簡(jiǎn)單，啟動(dòng)sim卡的數(shù)據(jù)服務(wù)就可以上網(wǎng)啦，而數(shù)據(jù)服務(wù)常常默認(rèn)就是開(kāi)的，如此還問(wèn)手機(jī)上網(wǎng)方法似乎有點(diǎn)落伍了。

不過(guò)這個(gè)問(wèn)題對(duì)于終端連接到物聯(lián)網(wǎng)就完全是另外一回事了。終端完全可能是沒(méi)有sim卡的，也就沒(méi)什么數(shù)據(jù)服務(wù)，加了sim不是還要給運(yùn)營(yíng)商交費(fèi)么?終端也完全可能沒(méi)有網(wǎng)口的，那么粗一根線，好看么!終端也不一定能讓你設(shè)置wifi密碼，在哪安置屏幕和鍵盤(pán)呢?

這么看起來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的連接方式對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)終端就不一定合適，這也沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)楦鶕?jù)終端的類(lèi)型的不同，還有其他很多中方法可以連接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，下面就詳細(xì)扒一扒。

有線連接和無(wú)線連接

連接方式可以分成有線連接和無(wú)線連接，我們這里講的連接，其目的都是要進(jìn)行通信，因此也就分別使用有線通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)。

有線通信，是指利用金屬導(dǎo)線、光纖等有形媒質(zhì)傳送信息的技術(shù)。有線通訊已經(jīng)非常普及，在自己家里墻壁上找找，就不難找到電話口，網(wǎng)口，有線電視口。

無(wú)線通信是利用電磁波信號(hào)在空間中直接傳播而進(jìn)行信息交換的通信技術(shù)，進(jìn)行通信的兩端之間無(wú)需有形的媒介連接。常見(jiàn)的無(wú)線通信方式有有蜂窩(手機(jī))無(wú)線連接，wifi連接，還有一些倍感神秘的方式，如可見(jiàn)光通信和量子通信方式等等。

一般來(lái)講，有線連接可靠性高，穩(wěn)定性高，缺點(diǎn)是連接受限于傳輸媒介。無(wú)線連接自由靈活，終端可以移動(dòng)沒(méi)有空間限制，但是可靠性受傳輸空間里的其他電磁波，以及對(duì)電磁波有影響的其他障礙物的影響很大，因此可靠性較低。

短距離通信和長(zhǎng)距離通信

有很多的場(chǎng)合人和物只需要跟附近的通信終端通信，例如在家里，辦公室，工廠等等。但是也存在長(zhǎng)距離的應(yīng)用場(chǎng)景，例如兩個(gè)城市之間的網(wǎng)絡(luò)要連接起來(lái)，在高速上的車(chē)輛或乘客，甚至是海洋上的漁船。通常我們把通信距離在100m以?xún)?nèi)的通信稱(chēng)之為短距離通信，而通信距離超過(guò)1000m的稱(chēng)之為長(zhǎng)距離通信。

現(xiàn)實(shí)中有很多種通信技術(shù)可以滿(mǎn)足各種不同的通信需求，但是還沒(méi)有哪一種通信技術(shù)可以滿(mǎn)足所有的通信需求，如果還考慮成本，功耗，效率等因素的話。把數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁h(yuǎn)的距離以及傳輸更多的數(shù)據(jù)常常意味著更高的能耗和更高的成本。因而短距離通信和長(zhǎng)距離通信在技術(shù)實(shí)現(xiàn)，功耗，成本等各個(gè)方面均不同，是將物連接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)候需要考慮的因素之一。

通信技術(shù)和通信協(xié)議

通信技術(shù)主要是強(qiáng)調(diào)信息從信源到目的地的傳輸過(guò)程所使用的技術(shù)，還有一個(gè)問(wèn)題是各種通信技術(shù)之間如何能協(xié)同工作呢?為此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型OSI，也就是網(wǎng)絡(luò)分成了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。也就是這個(gè)偉大的標(biāo)準(zhǔn)最終形成了互聯(lián)網(wǎng)，以及無(wú)所不連的物聯(lián)網(wǎng)。

在上述各層之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)則和約定就是通信協(xié)議。遵守OSI標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議能夠做到上層協(xié)議與下層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)，因此能最大限度的復(fù)用下層協(xié)議。

本文提到的通信技術(shù)在通信硬件上就有不同的特性，以支持有線/無(wú)線，長(zhǎng)距/短劇，節(jié)能/高速等特性。但同時(shí)也使得其在物理層向上的若干層都需要使用自己的通信協(xié)議。所以通信技術(shù)的名稱(chēng)也往往是一些通信協(xié)議的名稱(chēng)，并且通信技術(shù)和通信協(xié)議的含義也廣為混淆。如下圖所示：

有線通信：以太網(wǎng)

以太網(wǎng)(Ethernet)是一種局域網(wǎng)通信技術(shù)， IEEE組織的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了包括物理層的連線、電子信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議的內(nèi)容。 以太網(wǎng)使用雙絞線作為傳輸媒介，在沒(méi)有中繼的情況下，最遠(yuǎn)可以覆蓋200米的范圍。最普及的以太網(wǎng)類(lèi)型數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，更新的標(biāo)準(zhǔn)則支持1KMb/s和10KMb/s的速率。

以太網(wǎng)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是它是目前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)逐步取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET等?，F(xiàn)在我們熟悉的互聯(lián)網(wǎng)就是指所有這些大大小小的局域網(wǎng)連接在一起以后，形成的覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò)。按本書(shū)“物聯(lián)網(wǎng)”也有出生日期一節(jié)的觀點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)是連接的物超過(guò)人口以后的互聯(lián)網(wǎng)，因而實(shí)際中，任何連接到物聯(lián)網(wǎng)的物總是連接到一個(gè)以太網(wǎng)的終端上的。

有線通信：串口通信技術(shù)

串口(Serial port)是一種非常通用的用于設(shè)備之間通信的接口，也廣泛用于設(shè)備以及儀器儀表之間的通信。常見(jiàn)的串口有RS-232(使用 25 針或 9 針連接器)和工業(yè)電腦應(yīng)用的半雙工RS-485與全雙工RS-422。詳細(xì)信息請(qǐng)參考這里。

串口通信使用串行方式進(jìn)行通信，即串口按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)序列，典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。串口通信使用3根線完成：地線，發(fā)送和接收。串口通信可以在使用發(fā)送線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用接受線接收數(shù)據(jù)，它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離的通信，其通信長(zhǎng)度可達(dá)1200米。

優(yōu)點(diǎn)

串口通信的最大有點(diǎn)就是普及率高，串口至今PC電腦還是標(biāo)配，通常為了方便連接打印機(jī)，大部分的工業(yè)設(shè)備都有串口，那些沒(méi)有串口的設(shè)備，在其開(kāi)發(fā)時(shí)，常見(jiàn)方法也是通過(guò)串口連接到進(jìn)行開(kāi)發(fā)的電腦上的，因此串口是設(shè)備進(jìn)行通信的最簡(jiǎn)單最容易的方法。

另外值得一提的是，如果不考慮連接串口的線纜，串口通信的成本非常低。

缺點(diǎn)

串口通信的組網(wǎng)能力差，雖然通常情況比無(wú)線穩(wěn)定，但是在工業(yè)環(huán)境中，也容易受到線纜所處環(huán)境的電磁影響出現(xiàn)通信不穩(wěn)定，甚至串口燒壞的情況。串口的通信速度以太網(wǎng)比起來(lái)還是有很大差距，一般來(lái)講，只適合低速率和小數(shù)據(jù)量的通信。

有線通信：Modbus

同前面幾種通信技術(shù)不一樣，通常認(rèn)為Modbus只是使用串行方式進(jìn)行通信的應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它并不包含電氣方面的規(guī)范。Modbus最初是Modicon于1979年為使用可編程邏輯控制器(PLC)通信而發(fā)表的，后來(lái)衍生出Modbus RTU，Modbus ASCII和Modbus TCP三種模式，前兩種所用的物理接口是上面介紹的串口，后一種使用Ethernet接口。

隨著PLC在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，Modbus也成為工業(yè)領(lǐng)域最受歡迎的通信協(xié)議，它采用主/從(Master/Slave)方式通信，即一對(duì)多的方式連接，一個(gè)主控制器最多可以支持247個(gè)從屬控制器。

優(yōu)點(diǎn)

Modbus的主要優(yōu)點(diǎn)有：

- 標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放，免費(fèi)使用，無(wú)許可證費(fèi)，無(wú)需知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)。

- 支持多種電氣接口，如串口和Ethernet接口等，支持多種傳輸介質(zhì)，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。

- Modbus協(xié)議的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。易開(kāi)發(fā)，易用。

缺點(diǎn)

Modbus主要存在以下問(wèn)題：

- 組網(wǎng)能力差，只有主從方式通信

- 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有限，從屬控制器數(shù)量限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模

- 安全性差，無(wú)認(rèn)證、無(wú)權(quán)限管理，明文傳輸使得它在非受控環(huán)境下是非常有風(fēng)險(xiǎn)的

無(wú)線短距通信：Wi-Fi

Wi-Fi是一種無(wú)線局域網(wǎng)通信技術(shù)，全稱(chēng)Wireless-Fidelity，無(wú)線保真，IEEE組織的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi終端指使用高頻無(wú)線電信號(hào)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使用以太網(wǎng)通信協(xié)議，通信距離通常在幾十米。

Wi-Fi聯(lián)盟成立于1999年，當(dāng)時(shí)的名稱(chēng)叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance(WECA)。在2002年10月，正式改名為Wi-Fi Alliance。Wi-Fi聯(lián)盟致力解決匹配802.11標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)備兼容性問(wèn)題，并且擁有Wi-Fi這個(gè)品牌。

2016年WiFi聯(lián)盟最新公布的802.11ah WiFi標(biāo)準(zhǔn)—WiFi HaLow，使得WiFi可以被運(yùn)用到更多地方如：小尺寸、電池供電的可穿戴設(shè)備同時(shí)也適用于工業(yè)設(shè)施內(nèi)的部署，以及介于兩者之間的應(yīng)用。HaLow采用900MHz頻段，低于當(dāng)前WiFi的2.4GHz和5GHz頻段。更低功耗，同時(shí)HaLow的覆蓋范圍可以達(dá)到1公里，信號(hào)更強(qiáng)，且不容易被干擾。這些特點(diǎn)使得WiFi更加順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展。

優(yōu)點(diǎn)

Wi-Fi的優(yōu)點(diǎn)是局域網(wǎng)部署無(wú)需使用電線，降低部署和擴(kuò)充的成本。由于Wi-Fi模塊的價(jià)位持續(xù)下跌，使得它已成為企業(yè)和家庭的普遍的基礎(chǔ)設(shè)施。另外，根據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟指定，“Wi-Fi認(rèn)證”是向后兼容的。它指定一套全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：不同于移動(dòng)電話，任何Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備將在世界上任何地方正確運(yùn)行。

缺點(diǎn)

Wi-Fi的缺點(diǎn)是通信距離有限，穩(wěn)定性差，功耗較大，組網(wǎng)能力差，其安全性也遭到不少人的批評(píng)。通常WiFi技術(shù)使用2.4GHz和5GHz周?chē)l段，但在全球各地的頻率分配和操作限制也不完全相同，造成一些混亂現(xiàn)象。