第八講(移動通信技術(shù)).ppt

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

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 軟件學院 2006,藍牙技術(shù)標準,藍牙技術(shù)在標準上先后推出了Bluetooth 1.0、1.1、1.2等三個版本，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，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牙核心規(guī)范V2.0。2.0版本的藍牙標準提供的帶寬將是

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

4、此使用其中的任何一個頻段都有可能遇到不可預測的干擾源。采用跳 頻擴譜技術(shù)是避免干擾的一項有效措施。 微微網(wǎng)和分散網(wǎng)：當兩個藍牙設備成功建立鏈路后，一個微微網(wǎng)便形成了，兩者之間的通信通過無線電波在信道中隨機跳轉(zhuǎn)而完成。藍牙給每個微微網(wǎng)提供特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此它允許大量的微微網(wǎng)同時存在，同一區(qū)域內(nèi)多個微微網(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 軟件學院 2006,藍牙關(guān)鍵技術(shù),安全性：藍牙技術(shù)的無線傳輸特性使它非常容易受到攻擊，因此安全機制在藍牙技術(shù)中顯得尤為 重要。雖然藍牙系統(tǒng)所采用的跳頻技術(shù)已經(jīng)提供了一定的安全保障，但是藍牙系統(tǒng)仍然 需要鏈

5、路層和應用層的安全管理。 糾錯技術(shù)：藍牙系統(tǒng)的糾錯機制分為FEC和包重發(fā)。為了減少復雜性，使開銷和無效重發(fā)為最小，藍 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ARQ、重復選擇ARQ和混合結(jié)構(gòu)。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,藍牙系統(tǒng)組成,天線單元 藍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 目前藍牙產(chǎn)品的鏈路控制硬件單元包括3個集成芯片：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 個單獨調(diào)諧元件。基帶鏈路控制器負責處理基帶協(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)其他遠端LM并通過LMP（鏈路管理協(xié)議）與之通信。 軟件（協(xié)議棧）單元 藍牙的軟件（協(xié)議棧）是一個獨立的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁，它符合已經(jīng)制 定好的藍牙規(guī)范。藍牙系統(tǒng)的通信協(xié)議大部分可用軟件來實現(xiàn)，加載到Flash RAM中即可 進行工作。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,藍牙技術(shù)應用,藍牙耳機,藍牙鼠標,藍牙對講機,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,藍牙技術(shù)應用,藍牙眼鏡,藍牙PDA,藍牙手表,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,藍牙技術(shù)應用,所謂熟悉的陌生人是由一位名叫Stanley Milgram的心理學專家在1972年的論文中首次

7、提出的，這是一種現(xiàn)代社會的社會現(xiàn)象。 熟悉的陌生人是那些我們經(jīng)常觀察但從沒有交流過的人。而這種關(guān)系就變成我們雖彼此相識，都已經(jīng)默認將對方忽略掉了卻不是因為有敵意的關(guān)系。這樣的一個最好例子是：你每天早上上班時都會在地鐵里遇見某個人，如果那個人某天沒出現(xiàn)在地鐵里，你就會有所注意。”,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,藍牙技術(shù)面臨的問題,不能與其他無線協(xié)議互操作； 需要“移植”到操作系統(tǒng)上，無法保障系統(tǒng)穩(wěn)定性； 安全性不高； 無法進行全面測試； 數(shù)據(jù)傳輸速率需要進一步提高。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,移動通信,移動通信的含義： 通信雙方至少有一方在移動中（或可移動）的通信。 例：GSM及N-

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

9、單向傳輸：無線尋呼； 雙向傳輸：蜂窩電話，無繩電話，對講機等。 按傳輸?shù)男盘柗郑?模擬移動通信系統(tǒng)； 數(shù)字移動通信系統(tǒng)。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,無線尋呼系統(tǒng),主呼,回復,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,無繩電話,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,專用調(diào)度網(wǎng),專用調(diào)度移動通信網(wǎng)：單位內(nèi)部用于調(diào)度指揮,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,集群移動通信系統(tǒng),集群的含義 集合各部門專用調(diào)度網(wǎng)的頻道(信道)，實行多信道共用及系統(tǒng)共用，信道動態(tài)分配給用戶使用。 集群的優(yōu)點 a.系統(tǒng)共用，提高設備利用率 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

10、傳輸集群。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,消息集群,含義：一次通話固定占用一個空閑信道，直至通話完畢掛機。 例：蜂窩網(wǎng)，無繩電話 特點：信道利用率低 例如采用異頻單/雙工方式(即一個信道占二個頻率點）,信道利用率50%： a. 聽話時不講，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 軟件學院 2006,傳輸集群,含義：通話雙方每按一次PTT就重新分配一個空閑信道，釋放PTT立刻釋放信道。雙方都未按PTT講話時不占用信道。 特點：若有12個信道，可供12對以上用戶同時通話； 可能發(fā)生按下PTT時無信道可用,或通

11、話斷斷續(xù)續(xù)的情況，為克服這個缺點，提出準傳輸集群。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,準傳輸集群,含義：釋放PPT后延時一段時間(0.5/1秒)才釋放信道,延時期間有一方按下PTT則仍使用該信道。 特點：信道利用率比傳輸集群稍低，但不易發(fā)生無信道可用通話斷續(xù)的情況。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,多信道共用容量及服務質(zhì)量性能分析,設5個信道A、B、C、D、E由10個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個用戶，另5個用戶無信道使用； 單信道共用：每2個用戶共用1個信道，可容納10個用戶，設每個用戶占用信道時間及占用概率為50，則信道被對方占用而無信道可用（阻塞）的概率

12、 P(i)=50% (3) 多信道共用：10個用戶共用5個信道，對1個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 軟件學院 2006,大區(qū)制蜂窩移動通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,大區(qū)制系統(tǒng)的特點,系統(tǒng)及控制簡單； 容量小。 例：設大區(qū)制系統(tǒng)共有12個頻道（信道ch：channel），每信道可容納10個移動用戶，求系統(tǒng)用戶容量。 解： 系統(tǒng)容量=12(ch)10(用戶/ch) =120個用戶,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 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 軟件學院 20

13、06,小區(qū)制的特點,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)分裂可進一步提高系統(tǒng)容量。 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及移動性管理復雜。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,移動性管理的關(guān)鍵問題,MS位置登記及更新 MS進入不同位置區(qū)時要向網(wǎng)絡進行位置登記(更新)，以便于呼叫該MS。 MS過區(qū)切換 MS在通話過程中從一個小區(qū)跨越到另一個小區(qū)時，工作頻道自動切換到另一個小區(qū)，而保持通話不中斷。,數(shù)據(jù)通信原理 軟件學院 2006,小區(qū)制和大區(qū)制比較舉例,例：設信道總數(shù)為12個（同大區(qū)制），3個小區(qū)為1區(qū)群，共100個區(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 軟件學院 2006,我國蜂窩移動通信的頻率分配,我國模擬蜂窩移動通信曾使用890905MHz（移動臺發(fā)，基站收）和935950MHz（基站發(fā)，移動臺收）工作頻段，現(xiàn)已逐步將部分頻率讓給GSM（Global System for Mobile）； 我國數(shù)字蜂窩移動通信使用905915MHz（移動臺