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

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1 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
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2 WiFi802.11a/b/g/n/ac/ad/ay/ah
Outline BlueTooth WiFi802.11a/b/g/n/ac/ad/ay/ah 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID, NFC, miracast, MHL

3 802.15 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...

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5 WiFi802.11a/b/g/n/ac/ad/ay/ah
Outline BlueTooth WiFi802.11a/b/g/n/ac/ad/ay/ah 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID, NFC, miracast, MHL

6 無線區域網路 (WLAN)

7 802.11ac 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
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 802.11b 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 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 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 256QAM）

8 802.11a/b/g/n/ac/ad/ay比較表 標準名稱 傳輸頻寬（理論/實際） 傳輸距離 使用頻段
標準名稱 傳輸頻寬（理論/實際） 傳輸距離 使用頻段 802.11a 54Mbps（22Mbps） 約30公尺 5GHz 802.11a+ 108Mbps 約30公尺 5GHz 802.11b 11Mbps（5Mbps） 約40-50公尺 2.4GHz 802.11b+ 22Mbps 約40-50公尺 2.4GHz 802.11g 54Mbps（22Mbps） 約40-50公尺 2.4GHz 802.11g+ 108Mbps 約40-50公尺 2.4GHz 802.11n 108Mbps 約30公尺 5GHz 802.11ac 1G 30公尺 5GHz 802.11ad 6.75G <5公尺 2.4/5/60GHz 802.11ay 100G 60~100m 60GHz 802.11ah 100k (HaLow) 100m 900MHz

9 無線區域網路的硬體架構 無基礎架構網路 (Ad Hoc Network)

10 有基礎架構網路 (Infrastructure Network)

11 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

12 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。

13 WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad/ay
Outline BlueTooth WiFi a/b/g/n/ac/ad/ay 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID , NFC, miracast, MHL

14 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、 、影像、多媒體…)

15 第一代行動通訊－類比聲音 IMTS (improved mobile telephone system)
AMPS (advanced mobile phone system)

16 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)

17 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。

18 WAP 包含下列兩個主要的元件： WML (Wireless Markup Language) WAP Gateway/Proxy

19 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

20 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

21 PHS 費率

22 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

23 PHS v.s. GSM

24 PHS v.s. GPRS

25 各家比較

26 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

27 多接取技術和雙工的方法 多接技術： 雙工的方法： Example: GSM:TDMA/FDD
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

28 TDMA FDMA CDMA

29 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。

30 3.5G HSDPA HSDPA HSUPA UMTS 目前3.6Mbps尖峰速率並上看7.2Mbps
High-Speed Downlink Packet Access, 3.5G HSUPA 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

31 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

32 WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad/ay
Outline BlueTooth WiFi a/b/g/n/ac/ad/ay 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID , NFC, miracast, MHL

33 無線都會網路 (WMAN)

34 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 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。

35 WiMAX Forum;工研院IEK 2004/05

36 Max Raw data rate

37 Comparison of WiMAX & xDSL
IEEE ADSL/ADSL2+ VDSL/VDSL2 DL Data Rate 75Mbps 8M/16~25M bps 55.2M/7-100M bps UL Data Rate 12M bps 100M bps Distance LOS: 30-50Km NLOS: 4-9Km 4Km/0.6~2Km 0.3Km~2Km/ 0.4Km~2Km

38 Comparison of WiMAX & WiFi

39 Comparison of WiMAX & 3G

40 理想WiMAX網路系統架構圖

41 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

42 WiMAX與LTE的比較 42 http://cdnet.stpi.org.tw 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、Actel-Lucent、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

43 1-2-2.5-2.75-3-3.5-3.75-4 G 1 2 2.5 2.75 3 3.5 4Wimax 4LTE 技術 速度 頻段
1 2 2.5 2.75 3 3.5 4Wimax 4LTE 技術 AMPS GSM GPRS EDGE CDMA HSDPA HSUPA Wimax LTE 速度 類比 9.6K 115K 384K 2M 14/5.7M 75M 100/50M 頻段 900/1800/

44 寬頻上網帳號數 http://www.ncc.gov.tw 年（月）別 固網寬頻 行動寬頻 合計 ADSL FTTx Cable Modem
Leased Line PWLAN  小計 3G數據 WBA 101年 1月 2,101,257 2,340,230 1,019,119 23,870 54,158 5,538,634 17,615,555 133,616 23,287,805 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

45 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）
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 系統名稱 總戶數(101.09)依內政部公告 101.09訂戶數 佔有率 數位機上盒訂戶數 數位服務訂戶數普及率 基隆市 吉隆 148826 96198 64.64% 11817 12.28% 台北市 中山區 長德 225285 73384 32.57% 16165 22.03% 金頻道 68409 30.37% 17949 26.24% 大安區 大安文山 219572 68513 31.20% 17065 24.91% 萬象 59180 26.95% 14009 23.67% 萬華區 寶福 140354 16994 12.11% 1351 7.95% 聯維 49617 35.35% 6525 13.15% 北投區 陽明山 196523 111629 56.80% 27077 24.26% 內湖區 新台北 233903 83009 35.49% 20883 25.16% 麗冠 58224 24.89% 12776 21.94% 新北市 新莊區 永佳樂 230602 148931 64.58% 23209 15.58% 板橋區 大豐 285942 94461 33.04% 47109 49.87% 台灣數位寬頻 117477 41.08% 62849 53.50% 中和區 興雙和 250171 47630 19.04% 未經營 新視波 144619 57.81% 20676 14.30% 三重區 全聯 224153 80992 36.13% 18070 22.31% 天外天 70886 31.62% 3191 4.50% 淡水區 紅樹林 89474 56617 63.28% 6765 11.95% 新店區 大新店民主 136066 48331 35.52% 3769 新唐城 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% 桃園縣 北區 北桃園 339773 112366 33.07% 22559 20.08% 北健 121181 35.67% 18780 15.50% 南區 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% 苗栗縣 信和 67132 45793 68.21% 9942 21.71% 吉元 110731 57322 51.77% 7746 13.51% 台中市 台中市區 群健 399600 295853 74.04% 70101 23.69% 沙鹿區 西海岸 132120 78254 59.23% 13972 17.85% 豐原區 豐盟 187715 107143 57.08% 21428 20.00% 大里區 大屯 161469 58318 36.12% 15641 26.82% 威達 44333 27.46% 7238 16.33% 南投縣 中投 173900 79228 45.56% 10816 13.65% 彰化縣 彰化區 新頻道 196973 105243 53.43% 20486 19.47% 北斗區 三大 174597 83315 47.72% 14944 雲林縣 斗六區 佳聯 139241 77991 56.01% 6474 8.30% 元長區 北港 94999 34178 35.98% 2645 7.74% 嘉義市 世新 96951 54811 56.53% 13231 24.14% 嘉義縣 大林區 國聲 82207 33489 40.74% 8335 朴子區 大揚 96982 39260 40.48% 8104 台南市 台南市南區 三冠王 146295 105515 72.12% 19690 18.66% 台南市北區 雙子星 130093 97526 74.97% 18850 19.33% 永康區 新永安 207829 139437 67.09% 35892 25.74% 下營區 南天 170935 76902 44.99% 15342 19.95% 高雄市 高雄市北區 慶聯 348562 198284 56.89% 16620 8.38% 大信 38476 11.04% 高雄市南區 港都 249890 139257 55.73% 11288 8.11% 大高雄 18188 7.28% 岡山區 南國 180349 88490 49.07% 鳳山區 鳳信 266513 165768 62.20% 20747 12.52% 屏東縣 屏東區 觀昇 169022 91601 54.19% 16997 18.56% 新埤區 屏南 111534 54356 48.73% 9573 17.61% 台東縣 關山區 東台有線播送系統股份有限公司 18450 5993 32.48% 成功區 14722 3764 25.57% 台東區 東台 48044 23253 48.40% 161 0.69% 年進有線播送系統 宜蘭縣 聯禾 158515 76676 48.37% 9691 12.64% 花蓮縣 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 2295 875 38.13% 61.16% 907258 18.16% 最高是在99年508萬餘戶，之後持續下滑，101跌破500萬戶大關；普及率從2006年65.01%，到104年9月剩59.62% 101年3月底總訂戶數： 戶 全國總戶數： 戶 普及率：62.38% 101年9月底總訂戶數： 戶 全國總戶數： 戶 普及率：61.16%

46 WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad/ay
Outline BlueTooth WiFi a/b/g/n/ac/ad/ay 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID

47 無線個人網路(WPAN)除了藍芽外，還有下列幾種 ZigBee
IEEE :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 a: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

48 WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad/ay
Outline BlueTooth WiFi a/b/g/n/ac/ad/ay 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID , NFC, miracast, MHL

49 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

50 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

51 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。

52 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

53 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

54 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...

55 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。

56 其他定位系統 俄羅斯GLONASS 歐盟伽利略定位系統 中國北斗衛星導航定位系統 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

57 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 Precision)不精確，是因為相交圓弧不清，引致誤差

58 WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad/ay
Outline BlueTooth WiFi a/b/g/n/ac/ad/ay 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID , NFC, miracast, MHL

59 RFID (Radio Frequency IDentification)
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

60 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。

61 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 An RFID tag used for electronic toll collection

62 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

63 MiraCast (Airplay) vs MHL

64 WiFi 802.11a/b/g/n/ac/ad/ay
Summery BlueTooth WiFi a/b/g/n/ac/ad/ay 行動通訊1,2,2.5,3,3.5,3.75,4G WiMax , LTE ZigBee, UWB GPS, Galileo, Glonass, 北斗衛星 RFID,NFC,miracast,Airplay,MHL