Transcript 網際網路應用簡介（對話性媒體）

無線網路與行動通訊
Wireless Network
醫務管理暨醫療資訊學系
陳以德 副教授: 濟世CS202-3
07-3121101 轉 2648-25
[email protected]
Outline
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID, NFC, miracast, MHL
2
802.15 BlueTooth
 802.15藍芽是短距離、
低功率、低成本的無線
通訊標準。
 距離:10cm～10m
 頻段:2.4G
 速率:64k-1M b/s
 功率:1mW～100mW
 應用:耳機,鍵盤,滑鼠,印
表機,數位相機,傳真機...
3
4
Outline
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID, NFC, miracast, MHL
5
無線區域網路 (WLAN)
6

802.11：使用Infrared、FHSS、DSSS三種調變技術，
傳輸速率為1、2Mbps，屬於低速無線區域網路
 802.11a


802.11b


2.4GHz ISM波段 (同802.11b)，調變技術為OFDM (同802.11a)
，傳輸速率最高可達54Mbps，屬於高速無線區域網路
802.11n


2.4GHz ISM波段，調變技術為HR-DSSS，傳輸速率為1、2、
5.5、11Mbps，屬於高速無線區域網路
802.11g


5GHz ISM波段，調變技術為OFDM，傳輸速率為6、9、12、
18、24 、36、48、54Mbps，屬於高速無線區域網路
5GHz ISM波段，調變技術為OFDM，傳輸速率為108Mbps，
傳輸距離為30公尺，屬於高速無線區域網路
802.11ac
802.11n的繼承者。更寬的RF頻寬(提升至160MHz)，更多的
MIMO空間串流(spatial streams)，(增加到 8 )，多使用者的
MIMO，以及高密度的調變（modulation, 達到
7 256QAM）
802.11a/b/g/n/ac/ad比較表
標準名稱
802.11a
802.11a+
802.11b
802.11b+
802.11g
802.11g+
802.11n
802.11ac
802.11ad
傳輸頻寬（理論/實際）
54Mbps（22Mbps）
108Mbps
11Mbps（5Mbps）
22Mbps
54Mbps（22Mbps）
108Mbps
108Mbps
1G
7G
傳輸距離
使用頻段
約30公尺
5GHz
約30公尺
5GHz
約40-50公尺 2.4GHz
約40-50公尺 2.4GHz
約40-50公尺 2.4GHz
約40-50公尺 2.4GHz
約30公尺
5GHz
30公尺
5GHz
<5公尺
2.4/5/60GHz
8
無線區域網路的硬體架構

無基礎架構網路 (Ad Hoc Network)
9

有基礎架構網路 (Infrastructure Network)
10

透過埠接器 (portal) 連接802.11無線區域網路與
其它802.x有線區域網路
11
無線區域網路V.S.有線區域網路

無線區域網路的目的位址通常不等於目的位置，
有線區域網路則反之。

無線區域網路會因為不同的傳輸媒介而影響實體
層的設計。

無線區域網路處理行動裝置的能力必須和處理可
攜式裝置的能力一樣好。

802.11的媒介存取控制 (MAC) 必須負責處理行動
裝置、提供認證與資料保密，這和其它802.x有線
區域網路的媒介存取控制 (MAC) 不同。
12
Outline
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID , NFC, miracast, MHL
13
行動通訊

第一代：類比聲音。

第二代：數位聲音2G。

第三代：數位聲音與資料3G 。

第四代：(上網、E-mail、影像、多媒體…)
14
第一代行動通訊－類比聲音

IMTS (improved mobile telephone system)

AMPS (advanced mobile phone system)
15
第二代行動通訊－數位聲音

D-AMPS (digital AMPS)

GSM (global system for mobile communications)

CDMA (code division multiple access)
16
GPRS

為了讓用戶能夠順利地透過行動電話存取
Internet，於是歐洲電信標準協會ETSI制定了
GPRS標準。

目前GPRS網路的手機與基地台最快連線速率可
達24、56Kbps，而在2002年升級到第三代行動
通訊後，最快連線速率將達115Kbps。
17
WAP
 包含下列兩個主要的元件：
 WML (Wireless Markup Language)
 WAP Gateway/Proxy
18
i-mode
 i-mode在日本成功的原因：

政府的支持

採用Compact HTML

收費合理

使用者的習慣
19
PHS (Personal Handy-phone System)

頻段: 1880～1930 Mhz

屬於2G的範圍

功率較小, 標榜超低電磁波, 距離較短

使用TDMA/TDD作為它的無線電通訊介面

2006/9/7台灣電信產業發展協會發現：PHS手機
發射出的電磁波，比其他手機高出十萬倍。大
眾電信質疑此實驗的可信度
20
PHS 費率
21
PHS 涵蓋範圍

目前:台北、桃園、新竹、高雄、台中

未來:
台南
南投
屏東
22
PHS v.s. GSM
23
PHS v.s. GPRS
24
各家比較
25
3G－數位聲音與資料

3G是第三代行動通訊的簡稱，可即時高速存取
Internet，傳送語音、數據資料與影像

連線速率為2Mbps，可應用於視訊會議、
Internet/Intranet資料擷取及互動式應用程式

3G行動通訊主要有下列兩種系統：

W-CDMA 中華,台灣大哥大,威寶,遠傳

CDMA2000 亞太

TD-SCDMA 大陸
26
多接取技術和雙工的方法
 多接技術：




劃頻多接FDMA(Frequency Division Multiple Access)
劃時多接TDMA(Time Division Multiple Access)
劃碼多接CDMA(Code Division Multiple Access)
空間分隔多接SDMA (Space Division Multiple Access)
 雙工的方法：


頻率分隔多工FDD(Frequency Division Duplexing)
時間分隔多工TDD(Time Division Duplexing)
 Example: GSM:TDMA/FDD


AMPS:FDMA/FDD
DECT:TDMA/TDD
27
TDMA FDMA CDMA
28
B3G (後3G時代)
泛指3G之後的行動通訊技術，包括3.5G、4G、
5G…。
 採用IP通訊協定連接各種網路，傳輸速率由2G
時代的9,600bps語音或簡訊服務提升到2~100M
bps即時多媒體服務。

29
 3.5G

HSDPA


High-Speed Downlink Packet Access, 3.5G
HSUPA


HSDPA
High-Speed Uplink Packet Access, 3.75G
UMTS

Universal Mobile Telecommunications System

目前3.6Mbps尖峰速率並上看7.2Mbps

1家業者宣稱已達HSDPA的極速14.4Mbps
30
4G –WiMax LTE
3GPP 對4G網路所定義的部分要求如下:
 在Radio Access Network，下傳超過 100 Mbps，且
雙向時延 (Roundtrip Time) 小於 10 ms。
 載波帶寬從小於5MHz到大至20MHz
 支援頻分雙工 Frequency Division Multiplexing 或
時分雙工Time Division Multiplexing
 支援與現有行動網路做交遞 (Handoff) 及 漫遊
(Roaming)，進而提供無所不在 (ubiquitous) 的網路
涵蓋
Outline
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID , NFC, miracast, MHL
32
無線都會網路 (WMAN)
33
無線都會網路 (WMAN)
 無線都會網路
(WMAN. WiMAX) 的標準是
IEEE於2002年所發表的802.16，又分成
802.16 a/b/c/d/e/f 標準 。
 使用頻段為2∼11GHz，未來將以3.5GHz 為
主，傳輸速度最高達75Mbps，傳輸範圍30
英哩
 802.16使用QPSK、QAM-16 、QAM-64三
種調變技術，傳輸距離分別為長、中、短，
傳輸速率分別為慢、中、快。
34
WiMAX Forum;工研院IEK 2004/05
35
802.16-2004 Max Raw data rate
36
Comparison of WiMAX & xDSL
WiMax
DL Data Rate
UL Data Rate
Distance
xDSL
IEEE 802.16
ADSL/ADSL2+ VDSL/VDSL2
75Mbps
8M/16~25M
bps
12M bps
75Mbps
55.2M/7-100M
bps
100M bps
LOS: 30-50Km 4Km/0.6~2Km 0.3Km~2Km/
NLOS: 4-9Km
0.4Km~2Km
37
Comparison of WiMAX & WiFi
38
Comparison of WiMAX & 3G
39
理想WiMAX網路系統架構圖
40
LTE
 Long Term Evolution
 使用「正交頻分復用」OFDM射頻接收技術
以及2×2和4×4 MIMO的分集天線技術規格。
同時支援FDD分頻雙工和TDD分時雙工
 下載速率100Mbps與上傳50Mbps以上
http://zh.wikipedia.org/wiki/3GPP長期演進技術
WiMAX與LTE的比較
項目
LTE
WiMax
標準制定單位
3GPP
Intel先提出，IEEE制定通訊標準
歷史
3G/ 3.5G 數據傳輸改良
以WiFi為基礎
理想傳輸資料
量
下載:100 Mbps
上傳: 50 Mbps
下載: 75Mbps
上傳: 75Mbps
理想傳輸距離
3 Km
30 Mile
優勢
3G/ 3.5G基地台升級容易，主
要鎖定於手持市場
Intel 強力推動,
主要廠商
Qualcomm、Motorola、ActelLucent、NEC、NextWave
Wireless、Nokia、Siemens、
Sony-Ericsson，NTT等手機及
通訊廠商, 封閉式的平台
Intel帶頭，開放式的平台
42
http://cdnet.stpi.org.tw
1-2-2.5-2.75-3-3.5-3.75-4 G
1
2
2.5
2.75
3
技術
AMPS
GSM
GPRS
EDGE
速度
類比
9.6K
115K
384K
CDMA HSDPA Wimax
HSUPA
2M
14/5.7 75M
M
頻段
900/180
0/
3.5
4Wimax 4LTE
LTE
100/50
M
寬頻上網帳號數
固網寬頻
行動寬頻
ADSL
FTTx
Cable
Leased
Modem Line
PWLA
小計
N
101年 1月
2,101,257
2,340,230
1,019,119 23,870
54,158
2月
2,043,697
2,392,700
1,022,835 25,855
328,504 5,813,591 17,662,849 134,375 23,610,815
3月
2,005,275
2,436,425
1,027,724 25,668
339,079 5,834,171 17,687,274 135,400 23,656,845
4月
1,983,067
2,467,538
1,032,942 26,487
351,423 5,861,457 17,706,844 136,375 23,704,676
5月
1,958,261
2,491,030
1,040,395 26,533
451,787 5,968,006 17,739,561 136,704 23,844,271
6月
1,943,151
2,515,143
1,047,974 27,577
532,863 6,066,708 17,724,187 135,605 23,926,500
7月
1,919,954
2,536,506
1,054,934 27,885
620,038 6,159,317 17,713,974 135,430 24,008,721
8月
1,901,281
2,560,094
1,059,973 27,497
688,186 6,237,031 17,712,564 135,303 24,084,898
9月
1,879,835
2,580,528
1,065,926 27,479
746,542 6,300,310 17,686,337 135,643 24,122,290
年（月）別
3G數據
WBA
合計
5,538,634 17,615,555 133,616 23,287,805
http://www.ncc.gov.tw
有線電視訂戶統計表
有線電視〈播送〉系統一０一年第三季全國總訂戶數統計表（含數位服務普及情形）
縣市別
經營區
基隆市
台北市
系
統
名
稱
總戶數(101.09)依內政部公告
吉隆
中山區
長德
225285
大安區
大安文山
219572
萬象
萬華區
寶福
140354
聯維
12.28%
73384
32.57%
16165
22.03%
68409
30.37%
17949
26.24%
68513
31.20%
17065
24.91%
59180
26.95%
14009
23.67%
16994
12.11%
1351
7.95%
49617
35.35%
6525
13.15%
陽明山
196523
111629
56.80%
27077
24.26%
內湖區
新台北
233903
83009
35.49%
20883
25.16%
58224
24.89%
12776
21.94%
15.58%
新莊區
永佳樂
230602
148931
64.58%
23209
板橋區
大豐
285942
94461
33.04%
47109
49.87%
117477
41.08%
62849
53.50%
47630
19.04%
台灣數位寬頻
中和區
興雙和
250171
新視波
三重區
全聯
224153
天外天
淡水區
紅樹林
89474
未經營
144619
57.81%
20676
80992
36.13%
18070
70886
31.62%
3191
14.30%
4.50%
56617
63.28%
6765
22.31%
11.95%
48331
35.52%
3769
45436
33.39%
11356
24.99%
瑞芳區
觀天下
108414
65363
60.29%
9364
14.33%
樹林區
家和
129869
92401
71.15%
13312
14.41%
北桃園
339773
112366
33.07%
22559
20.08%
121181
35.67%
18780
15.50%
新店區
大新店民主
136066
新唐城
桃園縣
11817
北投區
麗冠
新北市
數位服務訂戶數普及率
64.64%
96198
金頻道
數位機上盒訂戶數
佔有率
101.09訂戶數
148826
北區
北健
南桃園
359567
238425
66.31%
51075
21.42%
新竹市
新竹振道
148624
105358
70.89%
18227
17.30%
新竹縣
北視
169624
114026
67.22%
25064
21.98%
21.71%
南區
苗栗縣
台中市
北區
信和
67132
45793
68.21%
9942
南區
吉元
110731
57322
51.77%
7746
13.51%
23.69%
台中市區
沙鹿區
群健
399600
295853
74.04%
70101
西海岸
132120
78254
59.23%
13972
17.85%
20.00%
豐原區
豐盟
187715
107143
57.08%
21428
大里區
大屯
161469
58318
36.12%
15641
26.82%
44333
27.46%
7238
16.33%
79228
45.56%
10816
13.65%
19.47%
威達
南投縣
彰化縣
雲林縣
中投
173900
彰化區
新頻道
196973
105243
53.43%
20486
北斗區
三大
174597
83315
47.72%
14944
斗六區
佳聯
139241
77991
56.01%
元長區
北港
94999
34178
35.98%
2645
7.74%
世新
96951
54811
56.53%
13231
24.14%
82207
33489
40.74%
8335
24.89%
嘉義市
嘉義縣
大林區
國聲
朴子區
大揚
96982
39260
40.48%
台南市
台南市南區
三冠王
146295
105515
72.12%
台南市北區
雙子星
130093
97526
74.97%
永康區
新永安
207829
139437
下營區
南天
170935
高雄市北區
慶聯
348562
38476
11.04%
139257
55.73%
18188
7.28%
高雄市
大信
6474
8.30%
8104
19690
18.66%
18850
19.33%
67.09%
35892
25.74%
76902
44.99%
15342
19.95%
16620
8.38%
198284
56.89%
未經營
11288
高雄市南區
港都
249890
大高雄
8.11%
未經營
未經營
岡山區
南國
180349
88490
49.07%
鳳山區
鳳信
266513
165768
62.20%
20747
12.52%
屏東區
觀昇
169022
91601
54.19%
16997
18.56%
新埤區
屏南
111534
54356
48.73%
9573
17.61%
關山區
東台有線播送系統股份有限公司
18450
5993
32.48%
成功區
東台有線播送系統股份有限公司
14722
3764
25.57%
台東區
東台
48044
23253
48.40%
161
0.69%
成功區
年進有線播送系統
聯禾
158515
76676
48.37%
9691
12.64%
花蓮區
洄瀾
83156
49216
59.19%
312
0.63%
玉里區
東亞
39458
13970
35.40%
金門縣
名城事業股份有限公司
35020
6396
18.26%
澎湖縣
澎湖
35635
17437
48.93%
連江縣
祥通有線播送系統
875
38.13%
屏東縣
未經營
台東縣
未經營
宜蘭縣
花蓮縣
2295
4995568
http://www.ncc.gov.tw
未經營
未經營
907258
61.16%
最高是在2010年508萬餘戶，之後持
續下滑，2012跌破500萬戶大關；普
及率從2006年65.01%，到今年第二
季僅剩59.89%
未經營
未經營
8167676
101年3月底
總訂戶數：5041259戶
全國總戶數：8081433戶
普及率：62.38%
101年9月底
總訂戶數：4995568戶
全國總戶數：8167676戶
普及率：61.16%
18.16%
Outline
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID
46
 無線個人網路(WPAN)除了藍芽外，還有下列幾種
 ZigBee

IEEE 802.15.4:傳輸速度為20k-250k bps

wirless sensor network (WSN)的一種

是一顆感應器(可以定位、溫度、重力壓力、觸控)



是顆簡易小PC，具無線網路、記憶體、簡單運算能力、群
體行為
低成本、低耗電、雙向傳輸、高可靠度、感應網路功能等
特性
UWB

IEEE 802.15.3a:第一代速度從100至200 Mbps,第二代可提
升至480M bps,末來希望遠到1G
47
Outline
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID , NFC, miracast, MHL
48
GPS (Global Position System)
 第一代

1958年研製

1964年正式使用

用5~6顆衛星組成的星網

每天最多繞過地球13次

無法給出高度資訊
49
現行使用GPS衛星

1988年又進行了最後一次修改, 21顆工作星和3顆
備份星工作在互成30度的6條軌道上。現行GPS衛
星所使用的工作方式

GPS信號


民用加有誤差精確度大概在100米左右

軍規的精度在10米以下
2000年以後，柯林頓取消對民用信號所加的誤差
50
GPS衛星

GPS衛星是由洛克菲爾國際公司空間部研製的，
衛星重774kg，壽命為7年。衛星採用蜂窩結構
，主體呈柱形，直徑為1.5m。
51
GPS基本原理

GPS測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的
距離，然後綜合多顆衛星的數據就可知道接收
機的具體位置

衛星位置可根據星載時鐘在衛星星曆中查出。
而用戶到衛星的距離則通過紀錄衛星信號傳播
到用戶所經歷的時間，再乘以光速得到

導航電文包括衛星星曆、工作狀況、時鐘改正
、電離層時延修正、大氣折射修正等資訊
52
GPS基本原理(cont.)

除了用戶的三維座標x、y、z外，還要引進一個
Δt即衛星與接收機之間的時間差作為未知數，然
後用4個方程將這4個未知數解出來。所以如果
想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個
衛星的信號

衛星定位儀在高樓林立的地區撲捉衛星信號要
花較長時間
53
GPS功能

精確定時: 天文臺, 通信系統基站, 電視臺...

工程施工:道路、橋樑、隧道工程測量

定位: 車(防盜,測速),兒童,手機,狗,精準農業...

導航: 武器, 車, 船, 飛機,星際, 登山...
54
GPS特點

全天候，不受任何天氣的影響；

全球覆蓋（高達98%）；

三維定速定時高精度；

快速、省時、高效率；

應用廣泛、多功能；

可移動定位。
55
其他定位系統



俄羅斯GLONASS

21顆工作衛星和3 顆備份衛星

抗干擾比GPS好，單點定位精確度不及GPS
歐盟伽利略定位系統

38顆運行衛星

位置精度達幾米
中國北斗衛星導航定位系統

2003: 2顆工作衛星、1顆備用衛星, 僅覆蓋中國本土

2012: 10顆工作衛星

2020:30顆工作衛星, 覆蓋全球
56
GPS 正確使用方法

GPS不能在室內、停車場、天橋底應用，因為根
本不能收到衛星直射的訊號

不應使用沒有延長天線的型號
衛星全在頭頂，但 GDOP (Geometric Dilution of
57
Precision)不精確，是因為相交圓弧不清，引致誤差
Outline
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID , NFC, miracast, MHL
58
RFID (Radio Frequency IDentification)

主要由存有識別代碼的IC和收發天線構成

為無源式，使用時的電能取自天線接收到的無線
電波能量

四種頻率的標籤在使用中比較常見：

低頻標籤（125或134.2千赫）

高頻標籤（13.56兆赫）

超高頻標籤（868到956兆赫）

微波標籤（2.45GHz）
Wal-Mark 使用的RFID
59
RFID v.s. BarCode
 RFID擁有許多優點，如：

可容納較多容量。

通訊距離長。

難以複製。

對環境變化有較高的忍受能力。

可同時讀取多個標籤。
60
RFID 應用

鈔票及產品防偽技術

身份證、通行證(包括門票, 車key)

電子收費系統，如悠遊卡

家畜或野生動物識別

病人識別及電子病歷

物流管理

參考www.rtc.itri.org.tw
An RFID tag used for electronic toll
61
collection
NFC
 近場通訊 Near Field Communication (NFC)
 13.56MHz頻段
 20公分距離
 傳輸速度
 106 Kbit/秒
 212 Kbit/秒
 424 Kbit/秒
http://zh.wikipedia.org/wiki/近場通訊
MiraCast vs MHL
http://www.ctimes.com.tw/DispArt/tw/1304231048HS.shtml
Summery
BlueTooth 802.15
WiFi 802.11a/b/g/n
行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G
WiMax 802.16, LTE
ZigBee, UWB
GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星
RFID , NFC, miracast, MHL