第八講(移動(dòng)通信技術(shù)).ppt

1、數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,第八講 移動(dòng)通信技術(shù),了解藍(lán)牙技術(shù)的概念和技術(shù)特點(diǎn)； 了解藍(lán)牙技術(shù)的工作機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)； 了解移動(dòng)通信技術(shù)的概念和特點(diǎn)； 了解常見的移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成；,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙技術(shù)的概念,藍(lán)牙技術(shù)是一種用于替代便攜或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連線的短距離無(wú)線連接技術(shù)。 在辦公室、家庭和旅途中，無(wú)須在任何電子設(shè)備間布設(shè)專用線纜和連接器，通過(guò)藍(lán)牙遙控裝置可以形成一點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，即在該裝置周圍組成一個(gè)“微網(wǎng)”，網(wǎng)內(nèi)任何藍(lán)牙收發(fā)器都可與該裝置互通信號(hào)。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn),使用2.4GHz頻段 無(wú)方向性，支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)

2、的傳輸 低功耗 采用跳頻技術(shù)，安全性好 即連即用（plonk and play） 傳輸帶寬1Mbps 通信距離100m以內(nèi),數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),藍(lán)牙技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)上先后推出了Bluetooth 1.0、1.1、1.2等三個(gè)版本，其規(guī)范的技術(shù)和功能也逐漸完善。 隨著Bluetooth 1.2的推出，在傳輸速度、抗干擾、安全性等方面有提高。依據(jù)發(fā)射功率有3種距離等級(jí)，Class1 約為100m 左右、Class2 約為10m 、Class3 約為2-3m。一般正常的工作范圍是10m 半徑之內(nèi)。 SIG 日前宣布正式采用藍(lán)牙核心規(guī)范V2.0。2.0版本的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)提供的帶寬將是

3、目前藍(lán)牙帶寬的三倍，不過(guò)并沒(méi)有增大無(wú)線傳輸?shù)木嚯x，藍(lán)牙2.0在傳輸大量文件數(shù)據(jù)時(shí)耗電量只有舊版本藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的一半。另外，新版本還具有向后兼容能力和更小的誤碼率。 在藍(lán)牙1.1標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代,CSR(Cambridge Silicon Radio)公司的CSR Core2芯片占據(jù)市場(chǎng)上的絕大部份份額,但到了藍(lán)牙1.2標(biāo)準(zhǔn)盛行的05年開始, Broadcom公司的BCM系列芯片組開始領(lǐng)跑市場(chǎng) IEEE推出藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙關(guān)鍵技術(shù),跳頻技術(shù)：藍(lán)牙的載頻選用全球通用的2.45GHz ISM頻段，由于2.45GHz的頻段是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開放的頻段，因

4、此使用其中的任何一個(gè)頻段都有可能遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。采用跳 頻擴(kuò)譜技術(shù)是避免干擾的一項(xiàng)有效措施。 微微網(wǎng)和分散網(wǎng)：當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備成功建立鏈路后，一個(gè)微微網(wǎng)便形成了，兩者之間的通信通過(guò)無(wú)線電波在信道中隨機(jī)跳轉(zhuǎn)而完成。藍(lán)牙給每個(gè)微微網(wǎng)提供特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此它允許大量的微微網(wǎng)同時(shí)存在，同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)微微網(wǎng)的互聯(lián)形成了分散網(wǎng)。不同的微微網(wǎng)信道有不同的主單元，因而存在不同的跳轉(zhuǎn)模式。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙關(guān)鍵技術(shù),安全性：藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此安全機(jī)制在藍(lán)牙技術(shù)中顯得尤為 重要。雖然藍(lán)牙系統(tǒng)所采用的跳頻技術(shù)已經(jīng)提供了一定的安全保障，但是藍(lán)牙系統(tǒng)仍然 需要鏈

5、路層和應(yīng)用層的安全管理。 糾錯(cuò)技術(shù)：藍(lán)牙系統(tǒng)的糾錯(cuò)機(jī)制分為FEC和包重發(fā)。為了減少?gòu)?fù)雜性，使開銷和無(wú)效重發(fā)為最小，藍(lán) 牙執(zhí)行快ARQ結(jié)構(gòu)。ARQ結(jié)構(gòu)分為：停止等待ARQ、向后N個(gè)ARQ、重復(fù)選擇ARQ和混合結(jié)構(gòu)。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙系統(tǒng)組成,天線單元 藍(lán)牙的天線部分體積十分小巧、重量輕，屬于微帶天線。 鏈路控制（硬件）單元 目前藍(lán)牙產(chǎn)品的鏈路控制硬件單元包括3個(gè)集成芯片：連接控制器、基帶處理器以及射頻 傳輸/接收器，此外還使用了35 個(gè)單獨(dú)調(diào)諧元件?；鶐ф溌房刂破髫?fù)責(zé)處理基帶協(xié)議 和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。 鏈路管理（軟件）單元 鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、

6、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議 。LM能夠發(fā)現(xiàn)其他遠(yuǎn)端LM并通過(guò)LMP（鏈路管理協(xié)議）與之通信。 軟件（協(xié)議棧）單元 藍(lán)牙的軟件（協(xié)議棧）是一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁，它符合已經(jīng)制 定好的藍(lán)牙規(guī)范。藍(lán)牙系統(tǒng)的通信協(xié)議大部分可用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，加載到Flash RAM中即可 進(jìn)行工作。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用,藍(lán)牙耳機(jī),藍(lán)牙鼠標(biāo),藍(lán)牙對(duì)講機(jī),數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用,藍(lán)牙眼鏡,藍(lán)牙PDA,藍(lán)牙手表,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用,所謂熟悉的陌生人是由一位名叫Stanley Milgram的心理學(xué)專家在1972年的論文中首次

7、提出的，這是一種現(xiàn)代社會(huì)的社會(huì)現(xiàn)象。 熟悉的陌生人是那些我們經(jīng)常觀察但從沒(méi)有交流過(guò)的人。而這種關(guān)系就變成我們雖彼此相識(shí)，都已經(jīng)默認(rèn)將對(duì)方忽略掉了卻不是因?yàn)橛袛骋獾年P(guān)系。這樣的一個(gè)最好例子是：你每天早上上班時(shí)都會(huì)在地鐵里遇見某個(gè)人，如果那個(gè)人某天沒(méi)出現(xiàn)在地鐵里，你就會(huì)有所注意?！?數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,藍(lán)牙技術(shù)面臨的問(wèn)題,不能與其他無(wú)線協(xié)議互操作； 需要“移植”到操作系統(tǒng)上，無(wú)法保障系統(tǒng)穩(wěn)定性； 安全性不高； 無(wú)法進(jìn)行全面測(cè)試； 數(shù)據(jù)傳輸速率需要進(jìn)一步提高。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,移動(dòng)通信,移動(dòng)通信的含義： 通信雙方至少有一方在移動(dòng)中（或可移動(dòng)）的通信。 例：GSM及N-

8、CDMA(IS-95)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，其移動(dòng)臺(tái)稱為手機(jī)。 移動(dòng)通信的重要地位： 通信的理想目標(biāo)是5個(gè)W：任何人（Whoever）在任何時(shí)間（Whenever）、任何地點(diǎn)（Wherever）與任何他人（Whomever）、進(jìn)行任何類型的（Whatever）的信息交換，則至少通信網(wǎng)的最后一段必須是移動(dòng)通信系統(tǒng)。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,移動(dòng)通信的特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn),移動(dòng)通信必須是無(wú)線電通信； 移動(dòng)通信信道條件惡劣； 無(wú)線電頻譜資源有限； 移動(dòng)性管理，安全和保密管理； 移動(dòng)臺(tái)必須小，輕，省電，可靠，適合在移動(dòng)環(huán)境中使用。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類,按工作方式分：

9、單向傳輸：無(wú)線尋呼； 雙向傳輸：蜂窩電話，無(wú)繩電話，對(duì)講機(jī)等。 按傳輸?shù)男盘?hào)分： 模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)； 數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,無(wú)線尋呼系統(tǒng),主呼,回復(fù),數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,無(wú)繩電話,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,專用調(diào)度網(wǎng),專用調(diào)度移動(dòng)通信網(wǎng)：?jiǎn)挝粌?nèi)部用于調(diào)度指揮,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,集群移動(dòng)通信系統(tǒng),集群的含義 集合各部門專用調(diào)度網(wǎng)的頻道(信道)，實(shí)行多信道共用及系統(tǒng)共用，信道動(dòng)態(tài)分配給用戶使用。 集群的優(yōu)點(diǎn) a.系統(tǒng)共用，提高設(shè)備利用率 b.多信道共用，提高頻譜利用率和用戶容量； 集群占用頻道方式有三種： 消息集群、傳輸集群和準(zhǔn)

10、傳輸集群。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,消息集群,含義：一次通話固定占用一個(gè)空閑信道，直至通話完畢掛機(jī)。 例：蜂窩網(wǎng)，無(wú)繩電話 特點(diǎn)：信道利用率低 例如采用異頻單/雙工方式(即一個(gè)信道占二個(gè)頻率點(diǎn)）,信道利用率50%： a. 聽話時(shí)不講，接收頻道占用，發(fā)射頻道空閑；反之，接收頻道空閑。 (信道利用率50%) b. 講話有停頓。(信道利用率50%),數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,傳輸集群,含義：通話雙方每按一次PTT就重新分配一個(gè)空閑信道，釋放PTT立刻釋放信道。雙方都未按PTT講話時(shí)不占用信道。 特點(diǎn)：若有12個(gè)信道，可供12對(duì)以上用戶同時(shí)通話； 可能發(fā)生按下PTT時(shí)無(wú)信道可用,或通

11、話斷斷續(xù)續(xù)的情況，為克服這個(gè)缺點(diǎn)，提出準(zhǔn)傳輸集群。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,準(zhǔn)傳輸集群,含義：釋放PPT后延時(shí)一段時(shí)間(0.5/1秒)才釋放信道,延時(shí)期間有一方按下PTT則仍使用該信道。 特點(diǎn)：信道利用率比傳輸集群稍低，但不易發(fā)生無(wú)信道可用通話斷續(xù)的情況。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,多信道共用容量及服務(wù)質(zhì)量性能分析,設(shè)5個(gè)信道A、B、C、D、E由10個(gè)用戶按下面三種不同方式使用，分析系統(tǒng)性能。 專用：只能容納5個(gè)用戶，另5個(gè)用戶無(wú)信道使用； 單信道共用：每2個(gè)用戶共用1個(gè)信道，可容納10個(gè)用戶，設(shè)每個(gè)用戶占用信道時(shí)間及占用概率為50，則信道被對(duì)方占用而無(wú)信道可用（阻塞）的概率

12、 P(i)=50% (3) 多信道共用：10個(gè)用戶共用5個(gè)信道，對(duì)1個(gè)用戶只有各信道都被占用才發(fā)生阻塞，故阻塞概率 P(A)P(B)P(C)P(D)P(E) (50%)5 3.1%,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,大區(qū)制蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,大區(qū)制系統(tǒng)的特點(diǎn),系統(tǒng)及控制簡(jiǎn)單； 容量小。 例：設(shè)大區(qū)制系統(tǒng)共有12個(gè)頻道（信道ch：channel），每信道可容納10個(gè)移動(dòng)用戶，求系統(tǒng)用戶容量。 解： 系統(tǒng)容量=12(ch)10(用戶/ch) =120個(gè)用戶,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,小區(qū)制（蜂窩網(wǎng)）,大區(qū),：頻率再用，系統(tǒng)容量大,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 20

13、06,小區(qū)制的特點(diǎn),按區(qū)群頻率再用，頻譜利用率及用戶容量極大提高。 小區(qū)分裂可進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及移動(dòng)性管理復(fù)雜。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,移動(dòng)性管理的關(guān)鍵問(wèn)題,MS位置登記及更新 MS進(jìn)入不同位置區(qū)時(shí)要向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行位置登記(更新)，以便于呼叫該MS。 MS過(guò)區(qū)切換 MS在通話過(guò)程中從一個(gè)小區(qū)跨越到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，工作頻道自動(dòng)切換到另一個(gè)小區(qū)，而保持通話不中斷。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,小區(qū)制和大區(qū)制比較舉例,例：設(shè)信道總數(shù)為12個(gè)（同大區(qū)制），3個(gè)小區(qū)為1區(qū)群，共100個(gè)區(qū)群，求系統(tǒng)用戶容量。 解： 每組信道數(shù)12ch/34ch 小區(qū)容量4ch8用戶/ch32用戶 每區(qū)群容量33296用戶（原大區(qū)制容量120用戶） 總?cè)萘?00969600用戶,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,集群系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)的比較,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學(xué)院 2006,我國(guó)蜂窩移動(dòng)通信的頻率分配,我國(guó)模擬蜂窩移動(dòng)通信曾使用890905MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站收）和935950MHz（基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)收）工作頻段，現(xiàn)已逐步將部分頻率讓給GSM（Global System for Mobile）； 我國(guó)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信使用905915MHz（移動(dòng)臺(tái)