無線通信基礎ppt課件

1、需求掌握的n無線傳輸介質(zhì)n無線傳輸特性無線通訊根底每學期需求技術(shù)更新的n有無新的無線傳輸技術(shù)出現(xiàn)n無線傳輸技術(shù)的新進展和開展方向的變化提綱n無線網(wǎng)絡概述n無線傳輸技術(shù)n無線網(wǎng)絡-運用n無線網(wǎng)絡-開展n無線網(wǎng)絡-拓撲n無線蜂窩系統(tǒng)n蜂窩概念n蜂窩系統(tǒng)無線網(wǎng)絡概述無線傳輸技術(shù)n多路復用n無線傳輸多路復用multiplexing 為了提高信道利用率，使多路信號沿同一信道傳輸而互不干擾的技術(shù)多路復用技術(shù)n實現(xiàn)多路復用的關鍵n把多路信號集合到一條信道上之后，在接納端必需能正確地分割出各種信號n分割信號的根據(jù)：信號之間的差別n信號頻率上的不同n信號出現(xiàn)時間上的不同n信號碼型構(gòu)造上的不同頻分多路復用時分多路

2、復用碼分多路復用The total system bandwidth is divided into channels which are allocated to the different users.7C29822.030-Cimini-9/97頻分多路復用Time is divided into slots which are allocated to the different users.7C29822.031-Cimini-9/97時分多路復用Time and bandwidth are used simultaneously by different users, modula

3、ted by orthogonal or semi- orthogonal codes (e.g. spread spectrum).7C29822.032-Cimini-9/97碼分多路復用多路復用方法比較多路復用技術(shù)n以上多路復用技術(shù)也稱為多址接入方法n另一個與接入方法有關的重要參數(shù)是正向信道和反向信道的載波頻率差。n正向信道又叫下行鏈路，指從基站到挪動終端的通訊；n反向信道又叫上行鏈路，指從挪動終端到基站的通訊。n假設正向信道和反向信道采用不同的載波頻率，而且間隔足夠大，這樣的雙工技術(shù)叫做FDDFrequency Division Duplexing，頻分雙工；n假設正向信道和反向信道采

4、用一樣的載波頻率，但采用交替的時隙，這樣的雙工技術(shù)叫做TDDTime Division Duplexing，時分雙工。無線信道接入方法無線傳輸n電磁波可將信息從一個地方傳到另一個地方n電磁波的傳播不需求任何有型介質(zhì)n電磁波稱為傳輸?shù)妮d波載體n傳輸?shù)臄?shù)據(jù)疊加在載波上，接納端再過濾出信號n調(diào)制解調(diào)n傳輸數(shù)據(jù)的頻率范圍稱為頻帶n多個無線電載波可共存于同一空間傳輸介質(zhì)n傳輸介質(zhì)通訊介質(zhì)：計算機用以收發(fā)電子/光子信號的物理途徑。分類如下：n引導性介質(zhì)線纜介質(zhì)n電磁波沿著一個固態(tài)介質(zhì)傳播。例如：金屬導體、玻璃。n非引導性介質(zhì)無線介質(zhì)n提供了傳輸電磁信號的手段，但不加以引導。例如：大氣層、外層空間。無線傳輸

5、的電磁頻譜無線頻譜的分配n頻率一致分配FCC/ITU_R/各個國家n根據(jù)信息類型分配頻譜AM/FM無線電臺、TV、蜂窩n工業(yè)科學醫(yī)學頻段ISMn可自在運用但限制功率n公用于非答應的商業(yè)用途n救護車、出租車、無線遙控玩具、無線電家用設備等工業(yè)科學醫(yī)學頻段全向傳播與定向傳播n全向傳播Omnidirectionaln信號沿一切方向傳播n可被一切的天線接納n發(fā)射設備和接納設備不用在物理上對準n定向傳播directionaln天線把一切的能量集中于一小束電磁波無線信號傳播n理想情況下，無線信號在從發(fā)射器到接納器間的一條直線上傳播，稱為“視野l(fā)ine of sight, LOSn實踐情況下，由于傳輸妨礙物

6、等傳輸環(huán)境的影響，無線信號的傳播將發(fā)生如下三種景象：反射、衍射和散射。其中物體的幾何外形決議了將產(chǎn)生那種景象。反射reflectionn反射：當信號遇到外表大于信號波長的妨礙物地球外表、高建筑物、大型墻面導致信號的相位發(fā)生漂移衍射Diffractionn衍射：當信號遇到大于波長的不可穿透物的邊緣如無線電波中途遇到的鋒利不規(guī)那么的邊緣物，即使沒有來自發(fā)送器的視野信號，也可接納到信號。散射Scatteringn散射：當信號遇到波長更小的物體樹葉、街牌、燈柱就發(fā)散成幾個弱的出境信號散射Scatteringn散射還與妨礙物外表的粗糙度有關。外表越粗糙，越容易引起散射。n例如，n在戶外，樹木和路標都會導

7、致挪動信號的散射。n在室內(nèi)，椅子、書籍和計算機都會導致無線Lan信號的散射。反射、衍射和散射無線通訊的衰減fadingn衰減fading：傳輸介質(zhì)或途徑使得接納信號的能量發(fā)生變化n在固定環(huán)境下，大氣層條件的變化n低頻具有更強的穿透力，可以傳輸更遠的間隔n頻率越高，衰減越嚴重，發(fā)射器需求更大的功率，傳輸范圍變短n在挪動環(huán)境下：妨礙物的相對位置隨時間發(fā)生變化，呵斥復雜的傳輸效果多徑傳播多徑multipath傳播的影響n一個信號的多個拷貝以不同的相位到達n假設相位破壞性疊加，那么相對噪聲來說信號的強度就會下降信噪比減小，導致接納端檢測困難n信號串擾intersymbol interferencen一

8、個脈沖的一個或多個延遲的拷貝在一個比特時間內(nèi)到達多徑Multipath:妨礙物反射信號，使得接納端接納到多個不同延遲的信號多徑傳播的影響n假設：以給定頻率在固定天線和挪動節(jié)點之間的鏈路上發(fā)送一個窄脈沖n無線網(wǎng)絡的運用從邏輯上可以分成兩類：n面向語音的運用 voice-orientedn面向數(shù)據(jù)的運用 data-orientedn每一類都有局域和廣域兩個運用場所，從而構(gòu)成四個不同的運用部分。無線網(wǎng)絡運用n面向語音的無線網(wǎng)絡運用圍繞著銜接PSTN的無線網(wǎng)絡，這些業(yè)務進一步構(gòu)成局域網(wǎng)運用和廣域網(wǎng)運用。nPSTNPublic Switched Telephone Network，公共交換網(wǎng)絡，一種常用

9、舊式系統(tǒng)。 n面向數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡運用圍繞著Internet和計算機通訊網(wǎng)絡。這些業(yè)務進一步分為寬帶局域與Ad-hoc點對點運用和廣域無線數(shù)據(jù)運用。無線網(wǎng)絡運用面向語音無線網(wǎng)絡開展的艱苦事件n貝爾實驗室的 FDMAFrequency Division Multiple Access，頻分多址模擬蜂窩系統(tǒng)技術(shù)n歐洲的NMTNordic Mobile Telephony，北歐挪動n美國的AMPSAdvanced Mobile Phone System，高級挪動系統(tǒng)n北歐的TDMATime Division Multiple Access，時分多址數(shù)字蜂窩系統(tǒng)技術(shù)nGSMGlobal System f

10、or Mobile communication，全球挪動通訊系統(tǒng)，簡稱“全球通n北美的CDMACode Division Multiple Access，碼分多址數(shù)字蜂窩系統(tǒng)技術(shù)n3G第三代蜂窩挪動通訊系統(tǒng)技術(shù)面向語音的廣域無線運用n無繩n英國的CT-2 n歐洲的DECTDigital European Cordless Telephone，數(shù)字歐洲無繩nPCS效力n日本的PHPPersonal Handy Phone，個人手持，后來成為PHSPersonal Handyphone System個人手持系統(tǒng)，即“小靈通n英國的DCS-1800GSM技術(shù)n美國的PACSPerson Access

11、 Communications System，個人接入通訊系統(tǒng)面向語音的局域無線運用面向數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡開展的艱苦事件面向數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡開展的艱苦事件續(xù)nMotorola和IBM的ARDISnEricsson的Mobitexn美國的CDPDCellular Digital Packet Data，蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)nGSM上的GPRSGeneral Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務n3G技術(shù)面向數(shù)據(jù)的廣域無線運用n寬帶無線局域網(wǎng)和Ad-hoc網(wǎng)絡的一個主要特點是任務在ISM免答應證頻段。n寬帶局域無線運用nWLAN無線局域網(wǎng)nIEEE的802.11n歐洲的HiperLANnW

12、ATM無線ATMnAd-hoc運用WPANn藍牙Bluetooth面向數(shù)據(jù)的寬帶局域無線與Ad-hoc運用n第一代1G無線系統(tǒng)是面向語音的模擬無線系統(tǒng)，運用FDMA技術(shù)實現(xiàn)。典型的1G規(guī)范：美國的AMPS、歐洲的TACS。n第二代2G無線系統(tǒng)是面向語音的數(shù)字無線系統(tǒng)，運用TDMA或窄帶CDMA技術(shù)實現(xiàn)。典型的2G數(shù)字蜂窩挪動規(guī)范：歐洲的GSM、北美的IS-54IS-和IS-95以及日本的JDC，2G PCS規(guī)范：歐洲的CT-2和DECT、美國的PACS、日本的PHS，2G挪動數(shù)據(jù)業(yè)務規(guī)范：CDPD、GPRS，2G WLAN規(guī)范：IEEE 802.11、HiperLAN。n第三代3G無線系統(tǒng)把蜂

13、窩、PCS語音業(yè)務以及挪動數(shù)據(jù)業(yè)務用各種分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務綜合在一個高語音質(zhì)量、高容量、高速率的網(wǎng)絡系統(tǒng)中。典型的3G規(guī)范： CDMA2000 、TD-SCDMA。無線網(wǎng)絡開展n無線網(wǎng)絡中運用了兩種根本拓撲類型n根底構(gòu)造集中式或稱中心輻射式拓撲nAd-hoc或稱分布式拓撲n根底構(gòu)造網(wǎng)絡n固定有線根底構(gòu)造用來支持挪動終端MT，或稱挪動臺MS之間和挪動終端與固定終端之間的通訊。n通常設計用于大的覆蓋區(qū)域和運用多個BSBase Station，基站或APAccess Point，接入點的情況。 無線網(wǎng)絡拓撲n根底構(gòu)造網(wǎng)絡拓撲圖例n無線蜂窩產(chǎn)品、IEEE802.11和大部分無線LAN產(chǎn)品都支持根底構(gòu)造的

14、運用。 無線網(wǎng)絡拓撲nAd-hoc網(wǎng)絡nAd-hoc或分布式網(wǎng)絡拓撲用于重組網(wǎng)絡，它不需求固定的根底構(gòu)培育能任務。n適于在挪動或固定情況下快速部署無線網(wǎng)絡。 n有2種Ad-hoc網(wǎng)絡拓撲n單跳Ad-hoc網(wǎng)絡。如：IEEE 802.11、PHS等。n多跳Ad-hoc網(wǎng)絡。如：HiperLAN。無線網(wǎng)絡拓撲nAd-hoc網(wǎng)絡拓撲圖例a 單跳對等拓撲 b 多跳拓撲 無線網(wǎng)絡拓撲無線蜂窩系統(tǒng)蜂窩概念n1946年，美國AT&T貝爾實驗室提出了蜂窩cellular通訊的概念。n蜂窩通訊是一種運用頻率復用的智能方法，以使有限的帶寬可以包容宏大數(shù)量的用戶。蜂窩概念n根本原理：將覆蓋區(qū)域分為大量相連的

15、小區(qū)域，每個小區(qū)運用本人的、低功率的無線基站。由于同樣的頻譜在分散的區(qū)域內(nèi)可以被多次復用，這樣，每次建立一個新的基站一個小區(qū)域時，容量就會添加。n小區(qū)域被稱為小區(qū)或單元cell，一組小區(qū)組成區(qū)群cluster。n一個區(qū)群中小區(qū)的數(shù)量稱為區(qū)群大小或頻率復用因子。n需求對這些小區(qū)域以智能的方式分配信道，以防止兩種干擾：n同頻道干擾cochannel interferencen鄰道干擾adjacent channel interference 蜂窩外形頻率復用N=4頻率復用模型123457612345761234576123424343213122143134N=7頻率復用模型n以FDMA為例，K為

16、分配給系統(tǒng)的頻率總數(shù)，N為頻率復用模型蜂窩數(shù)，假定每個蜂窩區(qū)分配一樣數(shù)量的頻率，那么每個蜂窩區(qū)有K/N個頻率頻率復用n設參數(shù)nD 運用一樣頻段的蜂窩區(qū)最小中心間距nR 蜂窩區(qū)半徑nd 相鄰蜂窩區(qū)的中心間隔nN 重用因子，重用模型中蜂窩區(qū)個數(shù)n在六邊形蜂窩區(qū)模型中n能夠的N值為1、3、4、7、9、12、13等n存在以下關系3dR22()NIJIJ,0,1,2,3,.I J 3DNR添加容量n添加新信道adding new channelsn頻率借用frequency borrowingn蜂窩區(qū)分割cell splittingn蜂窩區(qū)扇形化cell sectoringn微蜂窩區(qū)microcells蜂窩式系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)n蜂窩區(qū)中心設置基站BSn基站銜接到挪動交換局MTSOnMTSO和公共或電信網(wǎng)絡銜接nMTSO管理基站，執(zhí)行越區(qū)切換，計費公共電信交換網(wǎng)挪動交換局基站基站基站固定n挪動單元和基站之間存在兩種類型信道n控制信道n交換信息，建立和維持呼叫，同最近基站建立聯(lián)絡短音訊n業(yè)務信道n在用戶之間傳送語音或銜接數(shù)據(jù)n當挪動設備從一個蜂窩區(qū)挪動到另一個時，網(wǎng)絡將挪動設備由一個基站分配給另一個基站n網(wǎng)絡控制切換：經(jīng)過對所接納到挪動設備傳來的信號進展計量，網(wǎng)絡單獨作出決策。n輔助越區(qū)切換：根據(jù)挪動設備接納到的信號向網(wǎng)絡提供反響，使挪動設備參與到越區(qū)切換的決