6 无线通信技术.ppt

1、第6章 无线通信技术,P2,6.1 超宽带（UWB）技术,现有的无线通信为了划分频带而使用“载波”。 UWB则不用载波，而采用时间间隔极短的脉冲进行信息传输。 所谓脉冲，就是指产生和消失时间极其短暂的瞬间电流。而UWB方面，其产生和消失时间仅为数百微秒至数纳秒以下。1毫秒是1/1000秒，1微秒是1/1000毫秒，1纳秒相当于1/1000微秒。由于在1纳秒的时间里光也只能传播约30cm的距离，可见这种脉冲非常之短。 利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百M bit/s至数Gbit/s的数据传输速率。,P3,6.1

2、超宽带（UWB）技术,抗干扰性能强，传输速率高，系统容量大发送功率非常小。UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面广。 麻烦的是，包含高达数GHz频带的频率成分的脉冲对于其他无线通信而言，只是干扰通信的噪音而已。FCC在充分考虑干扰的危害性之后，才最后决定解除对UWB的民用禁令。但是美国国防部和航空界至今仍然认为可能会造成干扰。,如果将这种脉冲按频率来分析，则可以将其分解成多种频率的波（正弦波）段。由于是肉眼看不见的电波，因此难以直观地进行把握，但正如可利用棱镜对光进

3、行分解、得到各种波长的光一样，也可以使用类似的方法进行分析。 如果减小脉冲的长度，那么频带宽度的增加将与时间成反比。在使用脉冲传送信号时，脉冲长度越小，单位时间内传送的信号就越多。反过来说，带宽越宽就能够传送更多的脉冲。不仅速度可以提高，而且还能有效地降低耗电量。由于加电时间极其短暂，因此平均耗电量很低。,P5,6.1 超宽带（UWB）技术,。,P7,UWB技术原理,典型高斯单周期脉冲的时域和频域。,P8,UWB技术原理,周期性重复的单周期脉冲序列的时、频域特性。,P9,UWB技术原理,PPM调制的示意图,P10,UWB技术原理,伪随机时间调制编码后的脉冲序列,P11,UWB调制方式,为了降低

4、单个脉冲的幅度，提高系统的抗干扰性，UMB系统往往用多脉冲调制。在多脉冲调制中，传输相同信息的多个脉冲称为一组脉冲。因此，多脉冲调制的过程可以分成两步： 第一步是进行每组脉冲内对单个脉冲的调制。 第二步为每组脉冲作为整体被调制，通常采用脉冲幅度调制(PAM)、脉冲相位调制(PPM)或二相调制(BPM)。,P12,UWB的多入多出系统,MIMO 系统的多入多出是针对多径无线信道而言,多径会引起衰落,通常是不利于通信的因素,而MIMO系统却将多径作为一个有利因素利用, MIMO 系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线) 和多通道,多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，

5、从而实现最佳的处理,抑制信道衰落。,P13,UWB技术的特点,(1) 系统结构简单、成本低、易数字化。 (2) 超高速、超大容量、抗截获性好等诸多优点，超宽带的低功耗特点对于用便携式电池供电的系统长时间工作是非常重要的。 (3)保密性强 (4)定位精确 (5)多径分辨能力强 (6) 穿透能力强。,P14,UWB系统的应用,超宽带无线通信应用按照通信距离分大体可以分为两类， 一类是短距离高速应用，数据传输速率可以达到数百Mbit/s，主要是构建短距离高速个域网、家庭无线多媒体网络以及替代高速短程有线连接，如无线USB和DVD，典型的通信距离是10m。 另一类中长距离（几十米以上）低速率应用，通常

6、传输速率为1Mbit/量级，主要应用于无线传感器网络和低速率连接。比如智能交通系统，以及应用于军事、公安、救援、医疗、测量等多个领域。,Z-wave技术是由丹麦的芯片和软件开发商Zensys公司开发的一种短距离无线通信技术，起初主要用于智能无线家居。 Z-wave联盟虽然没有ZigBee联盟强大，但是Z-wave联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产品的厂商，该联盟已经具有160多家国际知名公司，范围基本覆盖全球各个国家和地区。,6.2 Z-wave技术,Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。 工作频带为908.42MHz(美国)868.4

7、2MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6 kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。 Z-Wave技术设计用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用，例如抄表、照明及家电控制、防盗及火灾检测等,Z-Wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备，从而可以实现控制和无线监测。 Z-Wave技术在最初设计时，就定位于智能家居无线控制领域。采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应对，早期甚至使用9.6kb/s的速率传输。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较

8、低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。 Z-Wave技术专门针对窄带应用并采用创新的软件解决方案取代成本高的硬件，因此只需花费其它类似技术的一小部份成本就可以组建高质量的无线网络,Z-wave网络结构,每一个Z-Wave网络都拥有自己独立的网络地址(HomeID);网络内每个节点的地址(NodeID)，由控制节点(Controller)分配。每个网络最多容纳232个节点(Slave)，包括控制节点在内。控制节点可以有多个，但只有一个主控制节点，即所有网络内节点的分配，都由主控制节点负责，其他控制节点只是转发主控制节点的命令。已入网的普通节点，所有控制节点都可以控制。超出通信距离的节

9、点，可以通过控制器与受控节点之间的其他节点，以路由(Routing)的方式完成控制,Z-wave网络的安装,Z-Wave组网示意图,Z-wave网络结构 Z-wave网络的节点分为三个等级，最高等级的节点是控制节点（Controllers），它存储网络中的所有节点的拓扑信息，计算信息传输的路径，规定网络中所有节点的路由地址，在网络中可充当中继器。 第二等级的节点是路由节点（Routing Slaves），与控制节点不同的是路由节点只储存与它相关的部分网络拓扑信息，定义部分节点的路由地址，在网络中也可以充当中继器。 最低等级的节点是从节点（Slaves），它不存储拓扑信息，也不计算信息传输的路径

10、，只是响应控制节点和路由节点传来的命令，并将反馈信息沿原路传回。从节点固定在Z-wave网络的某一位置，必须时刻侦听网络命令，在网络中充当中继器。,Z-Wave采用了动态路由技术，每个Slave内部都存有一个路由表，该路由表由Controller写入。存储信息为该Slave入网时，周边存在的其他Slave的NodeID。这样每个Slave都知道周围有哪些Slaves，而Controller存储了所有Slaves的路由信息。当Controller与受控Slave的距离超出最大控制距离时，Controller会调用最后一次正确控制该Slave的路径发送命令，如该路径失败，则从第一个Slave开始重

11、新检索新的路径,Z-wave路由技术,Z-wave网络选择,Z-wave的应用 Z-wave在智能家居方面得到了广泛应用。利用一个Z-wave控制器，在一所公寓内可以同时控制若干家用电器、灯具、抄表器、门禁、通风空调设备、家用网关、自动报警器等等。如果将Z-Wave技术与其它技术（如Wi-Fi技术）相结合，用户就可以利用手机，PDA，互联网，遥控器等多种手段对Z-wave网络中的家电、自动化设备、甚至是门锁进行远程控制。用户还可以设定相应的“情景”：比如影院模式，就会自动合上客厅的窗帘，降低电灯的亮度，并且启动电视机或者投影仪。由于采用了通用的标准，不同公司出品的Z-Wave产品之间都可以互联

12、互通，这给用户带来了极大的方便。,zigbee与z-wave,近几年，随着面向家庭控制及自动化短距离无线技术的发展，家庭智能化所带来的机遇正成为现实。在已出现的各种短距离无线通信技术中，ZigBee凭借领先的技术和性能水平成为这一新兴市场上的佼佼者。不过，Z-Wave的出现成为强有力的竞争者。尽管ZigBee技术的传输速率更快，可容纳的节点数更多，开放性更强；但Z-Wave似乎结构更简单、成本更低、接收灵敏度更高.,ZigBee和Z-Wave的目标应用一致。其中ZigBee的通用性远超Z-Wave，几乎可以配置并实现任何短距离无线功能，应用规范也可以大大缩短普通应用的开发时间。另一方面，Zig

13、Bee的协议更复杂，开发时间也更长。Z-Wave采用更简单的协议，开发更快也更简单。 Z-Wave芯片只能通过Sigma Designs这一唯一来源获取。 ZigBee芯片厂商包括Ember、飞思卡尔、Microchip和德州仪器。完善且立即可用的ZigBee模块也可以通过多个来源获得，包括Atmel、CEL、Digi、Jennic、Lemos和RFM。 ZigBee使用应用广泛的2.4GHz ISM频段，因此必须与Wi-Fi、蓝牙和其它无线标准共享频段，会产生干扰。大多数ZigBee设备都有有助于缓解干扰的共存功能，但潜在的2.4GHz干扰比Z-Wave所处的908.42MHz通道更大。,6

14、.3 无线局域网WLAN 无线局域网（Wirelesslocalareanetwork，WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。是一种利用射频(RadioFrequencyRF)技术进行据传输的系统，该技术的出现绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之目的，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，实现无网线、无距离限制的通畅网络。,无线局域网WLAN的标准IEEE802.11,WLAN通信系统作为有线LAN以外的另一种选择一般用在同一座建筑内。 802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用

15、户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了一系列标准。 IEEE的802.11标准由很多子集构成，其中802.11b、802.11a和802.11g应用最广。 工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段，是公开的，工作于5.15-8.825GHz频带需要执照的。,802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。 其载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。IEEE 802.11b的后继标准是 802.11g，其传送速度为54Mbit/

16、s。 802.11a 是得到广泛应用的802.11b标准的后续标准。它工作在5GHzI频带，物理层速率可达54Mbps，传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。,802.11c 在媒体接入控制/链路连接控制(MAC/LLC)层面上进行扩展，旨在制订无线桥接运作标准，但后来将标准追加到802.11d。 802.11d 他和802.11c一样在 (MAC/LLC)层面上进行扩展，对应802.11b标准，解决不能使用2.4GHz频段国家的

17、使用问题。 802.11e 是IEEE为满足服务质量(Qos)方面的要求而制订的WLAN标准。在一些语音、视频等的传输中，Qos是非常重要的指标。在802.11MAC层，802.11e加入了Qos功能，它的分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量，而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略，让影音传输能及时、定量、保证多媒体的顺畅应用，WIFI联盟将此称为WMM(wi-fi multimedia) 。 802.11f 追加了IAPP（inter-access point protocol）协定，确保用户端在不同接入点间的漫游，让用户端能平顺、无形地切换存取区域。 802.11f标准确定了在同一网络

18、内接入点的登陆，以及用户从一个接入点切换到另一个接入点时的信息交换。,IEEE 802.11g 其载波的频率为2.4GHz(跟802.11b相同)，原始传送速度为54Mbit/s，净传输速度约为24.7Mbit/s(跟802.11a相同)。802.11g的设备与802.11b兼容。802.11g是为了提高更高的传输速率而制定的标准，它采用2.4GHz频段，使用CCK技术与802.11b(Wi-Fi)后向兼容，同时它又通过采用OFDM技术支持高达54Mbit/s的数据流，所提供的带宽是802.11a的1.5倍。 从802.11b到802.11g，可发现WLAN标准不断发展的轨迹：802.11b是

19、所有WLAN标准演进的基石，未来许多的系统大都需要与802.11b向后向兼容，802.11a是一个非全球性的标准，与802.11b后向不兼容，但采用OFDM技术，支持的数据流高达54Mbit/s，提供几倍于802.11b/g的高速信道，如802.11b/g提供3个非重叠信道可达8-12个;可以看出，在802.11g和802.11a之间存在与Wi-Fi兼容性上的差距，为此出现了一种桥接此差距的双频技术双模(dual band)802.11a+g(=b),它较好地融合了802.11a/g技术，工作在2.4GHz和5GHz两个频段，服从802.11b/g/a等标准，与802.11b后向兼容，使用户简

20、单连接到现有或未来的802.11网络成为可能。,802.11h 是为了与欧洲的HiperLAN2相协调的修订标准，美国和欧洲在5GHz频段上的规划、应用上存在差异，这一标准的制订目的，是为了减少对同处于5GHz频段的雷达的干扰。802.11h涉及两种技术，一种是动态频率选择(DFS)，即接入点不停地扫描信道上的雷达，接入点和相关的基站随时改变频率，最大限度地减少干扰，均匀分配WLAN流量；另一种技术是传输功率控制(TPC)，总的传输功率或干扰将减少3dB。 IEEE 802.11i是IEEE为了弥补802.11脆弱的安全加密功能而制定的修正案。其中定义了基于AES的全新加密协议CCMP（CTR

21、 with CBC-MAC Protocol），以及向前兼容RC4的加密协议TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）。,802.11j 它是为适应日本在5GHz以上应用不同而定制的标准，日本从4.9GHz开始运用，同时，他们的功率也各不相同，例如同为5.15-5.25GHz的频段，欧洲允许200MW功率，日本仅允许160MW。 802.11k 为无线局域网应该如何进行信道选择、漫游服务和传输功率控制提供了标准。他提供无线资源管理，让频段（BAND）、通道（CHANNEL）、载波（CARRIER）等更灵活动态地调整、调度，使有限的频段在整体运用效益上获得提升。在

22、一个无线局域网内，每个设备通常连接到提供最强信号的接入点。这种管理有时可能导致对一个接入点过度需求并且会使其他接入点利用率降低，从而导致整个网络的性能降低，这主要是由接入用户的数目及地理位置决定的。在一个遵守802.11k规范的网络中，如果具有最强信号的接入点以其最大容量加载，而一个无线设备连接到一个利用率较低的接入点，在这种情况下，即使其信号可能比较弱，但是总体吞吐量还是比较大的，这是因为这时网络资源得到了更加有效的利用。,802.11m 主要是对802.11家族规范进行维护、修正、改进，以及为其提供解释文件。802.11m中的m 表示Maintenance。 IEEE 802.11n，此项

23、新标准应该要比802.11b快上50倍，而比802.11g快上10倍左右，资料传输速度估计将达540Mbit/s(需要在物理层产生更高速度的传输率)。802.11n也将会比目前的无线网络传送到更远的距离。802.11n增加了对于MIMO (multiple-input multiple-output)的标准. MIMO 使用多个发射和接收天线来允许更高的资料传输率。MIMO并使用了Alamouti coding coding schemes 来增加传输范围。,802.11o 针对VOWLAN（Voice over WLAN）而制订，更快速的无限跨区切换，以及读取语音比数据有更高的传输优先权。

24、80211p是针对汽车通信的特殊环境而出炉的标准。最初的设订是在300M距离内能有6MBPS的传输速度。它工作于5.9GHz的频段，并拥有1000英尺的传输距离和6Mbps的数据速率。802.11p将能用于收费站交费、汽车安全业务、通过汽车的电子商务等很多方面。从技术上来看，802.11p对802.11进行了多项针对汽车这样的特殊环境的改进，如热点间切换更先进、更支持移动环境、增强了安全性、加强了身份认证等等。 802.11Q制订支援VLAN （虚拟区域网路）的机制 。,802.11R 标准，着眼于减少漫游时认证所需的时间，这将有助于支持语音等实时应用。使用无线电话技术的移动用户必须能够从一个

25、接入点迅速断开连接，并重新连接到另一个接入点。这个切换过程中的延迟时间不应该超过50毫秒，因为这是人耳能够感觉到的时间间隔。但是目前802.11网络在漫游时的平均延迟是几百毫秒，这直接导致传输过程中的断续，造成连接丢失和语音质量下降。所以对广泛使用的基于802.11的无线语音通讯来说，更快的切换是非常关键的。802.11r改善了移动的客户端设备在接入点之间运动时的切换过程。协议允许一个无线客户机在实现切换之前，就建立起与新接入点之间安全且具备QoS的状态，这会将连接损失和通话中断减到最小。 802.11s制订与实现目前最先进的MESH网路，提供自主性组态（self-configuring）,自

26、主性修复（self-healing）等能力。无线网状网可以把多个无线局域网连在一起从而能覆盖一个大学校园或整个城市。当一个新接入点加入进来时，它可以自动完成安全和服务质量方面的设置。整个网状网的数据包会自动避开繁忙的接入点，找到最好的路由线。,802.11t 提供提高无线电广播链路特征评估和衡量标准的一致性方法标准，衡量无线网络性能。 802.11u 与其他网络的交互性。以后更多的产品将兼具Wi-Fi与其他无线协议，例如GXXXXXX、Edge、EV-DO等。该工作组正在开发在不同网络之间传送信息的方法，以简化网络的交换与漫游。 802.11v 无线网络管理。V工作组是最新成立的小组，其任务将

27、基于802.11k所取得的成果。802.11v主要面对的是运营商，致力于增强由Wi-Fi网络提供的服务。,802.11全家族,* IEEE 802.11 ，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。* IEEE 802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，工作在5GHz）。* IEEE 802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s工作在2.4GHz）。* IEEE 802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MAC Layer Bridging）。* IEEE 802.11d，根据各国无线电规定做的调整。* IEEE 802.11e，对服务

28、等级（Quality of Service, QoS）的支持。* IEEE 802.11f，基站的互连性（IAPP, Inter-Access Point Protocol），2006年2月被IEEE批准撤销。* IEEE 802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）。* IEEE 802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。* IEEE 802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充。* IEEE 802.11j，2004年，根据日本规定做的升级。* IEEE 802.11l，预留及

29、准备不使用。* IEEE 802.11m，维护标准；互斥及极限。* IEEE 802.11n，2008年上半年通过正式标准,WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps，提供到300Mbps甚至高达600Mbps。* IEEE 802.11k，该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。* IEEE 802.11s, 2007年9月.拓扑发现、路径选择与转发、信道定位、安全、流量管理和网络管理。网状网络带来一些新的术语。除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术，通

30、过PBCC技术（Packet Binary Convolutional Code）在IEEE 802.11b(2.4GHz频段) 基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术，产权属于美国德州仪器公司,IEEE 802.11b，也叫Wi-Fi，采用波段是2.4GHz。802.11b的理论容量是11Mbps，实际最大数据速率是6Mbps。由于技术和成本的控制问题，802.11b协议是应用最为广泛的WLAN标准，符合此协议的产品也最多。速率和波段问题是802.11b进一步发展的主要障碍。 802.11a在802.11协议组中是第一个出台的

31、标准。802.11a使用频段为5.8GHz，理论上最大传输速率是54Mbps，真正的数据吞吐量最大约为25Mbps。802.11a最明显的缺点就是不能和802.11b互通。 802.11g是IEEE为了解决802.11a与802.11b的互通而出台的一个标准，它是802.11b的延续，同样使用2.4GHz通用频段，互通性高，被看好是新一代的WLAN标准。802.11g同时支持802.11b和802.11a，而且速率上限已经提升至54Mbps。 从IEEE 802.11b发展到IEEE 802.11g，只不过是升级。,802.11系列标准参数比较,WLAN的带宽是共享而不是交换的，其共享的效率也

32、远远低于有线网络如果用户密度太高，或者用户的网络数据传输量太大，WLAN都会在带宽上“消化不良”。 802.11g，虽说理论连接速率已经高达54Mbps，但实际上，它的实用速率可能只有大约一半。而且，IEEE 802.11g只支持三个无干扰信道，所以它的总带宽理论值也不过54Mbps3=162Mbps。,MIMO多重输入输出（Multiple Input Multiple Output）技术。所谓MIMO，就是说，网络资料通过多重切割之后，经过多重天线进行同步传送，由于无线讯号在传送的过程当中，为了避免发生干扰起见，会走不同的反射或穿透路径，因此到达接收端的时间会不一致。为了避免资料不一致而无

33、法重新组合，因此接收端会同时具备多重天线接收，然后利用DSP重新计算的方式，根据时间差的因素，将分开的资料重新作组合，然后传送出正确且快速的资料流。由于传送的资料经过分割传送，不仅单一资料流量降低，可拉高传送距离，又增加天线接收范围，因此MIMO技术不仅可以增加既有无线网络频谱的资料传输速度，而且又不用额外占用频谱范围，更重要的是，还能增加讯号接收距离。,wlan硬件设备,（1）无线网卡。无线网卡的作用和以太网中的网卡的作用基本相同，它作为无线局域网的接口，能够实现无线局域网各客户机间的连接与通信。（2）无线AP。AP是Access Point的简称，无线AP就是无线局域网的接入点、无线网关，

34、它的作用类似于有线网络中的集线器。（3）无线天线。当无线网络中各网络设备相距较远时，随着信号的减弱，传输速率会明显下降以致无法实现无线网络的正常通信，此时就要借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增强.,无线AP:是无线网和有线网之间沟通的桥梁。其信号范围为球形，搭建的时候最好放到比较高的地方，可以增加覆盖范围，无线AP也就是一个无线交换机，接入在有线交换机或是路由器上，接入的无线终端和原来的网络是属于同一个子网。 无线路由器就是一个带路由功能的无线AP，接入在ADSL宽带线路上，通过路由器功能实现自动拨号接入网络，并通过无线功能，建立一个独立的无线家庭组网。 无线AP应用于大型公司比较多，大

35、的公司需要大量的无线访问节点实现大面积的网络覆盖，同时所有接入终端都属于同一个网络，也方便公司网络管理员简单地实现网络控制和管理。 无线路由器一般应用于家庭和SOHO环境网络，这种情况一般覆盖面积和使用用户都不大，只需要一个无线AP就够用了。无线路由器可以实现ADSL网络的接入，同时转换为无线信号，比起买一个路由器加一个无线AP，无线路由器是一个更为实惠和方便的选择。 无线AP不能与ADSL MODEM相连，要用一个交换机或是集线器或者路由器做为中介。而无线路由器带有宽带拨号功能，可以直接和ADSL MODEM相连拨号上网，实现无线覆盖。,Wi-Fi技术 Wi-Fi（Wireless Fide

36、lity，无线高保真）属于WLAN的一种，通常是指符合IEEE802.11b标准的网络产品，Wi-Fi可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接。 WIFI是一个品牌，目的保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。由Wi-Fi联盟持有. 与蓝牙技术一样，wifi同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和 1Mbps，带宽的自动调整，有效的保障了网络的稳定性和可靠性。,由于无线网络的频段在世界范围内是无需

37、任何电信运营执照的，因此Wi-Fi设备提供了一个世界范围内可以使用的、费用极其低廉且带宽极高的无线空中接口。 虽然WiFi的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54Mbps，并且发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以上网相对也是最安全健康的。,移动通信，特别是3G、4G，将成为“全面、随时、随地”传输信息的有效平台。 本节将介绍三代移动通信的发展历程，重点讨论3G技术和标准（TD-SCDMA，W-CDMA，CDMA2000），并讨论移动互联网的典型应用（视频电话，手机电视），简单讨论4G的发展。,6.4 移动通信,6.4.1

38、 第一代移动通信：模拟语音,1928年，美国普度大学的学生发明了超外差无线电接收机，随后被美国底特律警察局利用并建立了世界上第一个移动通信系统(车载无线电系统)。 1946年，贝尔系统在圣路易斯建立起了第一个可用于汽车的电话系统。 西德、法国和英国分别于1950年、1956年和1959年完成了公用移动电话系统的研制。,6.4.1 第一代移动通信：模拟语音,20世纪60年代，美国开始使用中小容量的改进移动电话系统IMTS。 IMTS有两个频率分别用于接收和发送功能。 IMTS支持23个信道，频率范围为150450MHz。 在一个大区域中只用一个基站覆盖的设计被成为大区制。 大区制有以下特点： 基

39、站覆盖面积大 发射功率大 可用频率带宽有限，系统容量小 适用于专业网，不适合商用,6.4.1 第一代移动通信：模拟语音,1982年，为了解决大区制容量饱和的问题，美国贝尔实验室发明了高级移动电话系统AMPS。 AMPS提出了“小区制”，“蜂窝单元”的概念，是第一种真正意义上的“蜂窝移动通信系统”，同时采用频率复用技术，解决了公用移动通信系统所需要的大容量要求和频谱资源限制的矛盾。 100千米范围之内，IMTS每个频率上只允许一个电话呼叫；AMPS以允许100个10千米的蜂窝单元，从而可以保证每个频率上有1015个电话呼叫。,蜂窝系统,系统结构 每一个蜂窝单元有一个基站负责接收该单元中电话的信息

40、。 基站连接到移动电话交换局（MTSO）。 MTSO采用分层机制，一级MTSO负责与基站之间的直接通信；高级MTSO则负责低级MTSO之间的业务处理。 移交：当电话在蜂窝单元之间移动的时候，基站之间会通信，从而交换控制权，避免信道分配不错导致信号冲突。基站对于电话用户控制权的转换也称为“移交”。 “软移交”：用户通话保持连贯。 “硬移交”：老的基站需要停止用户通话。,6.4.1 第二代移动通信（2G）：数字语音,第二代移动通信技术：数字制式 支持传统语音通信、文字和多媒体短信 支持一些无线应用协议 900/1800MHz GSM移动通信 工作在900/1800MHz频段 无线接口采用TDMA技

41、术，核心网移动性管理协议采用MAP协议 800MHz CDMA移动通信 工作在800MHz频段，核心网移动性管理协议采用IS-41协议 无线接口采用窄带码分多址（CDMA）技术,GSM系统,GSM是一种蜂窝网络系统，蜂窝单元按照半径可以分为： 宏蜂窝：覆盖面积最广，基站通常在较高的位置，例如山峰 微蜂窝：基站高度普遍低于平均建筑高度，适用于市区内 微微蜂窝：室内，影响范围在几十米以内 伞蜂窝：填补蜂窝间的信号空白区域 GSM后台网络系统包括以下模块系统： 基站系统，包括基站和相关控制器 网络和交换系统，也称为核心网，负责衔接各个部分 GPRS核心网，可用于基于报文的互联网连接，为可选部分 身份

42、识别模块，也称为SIM卡，主要用于保存手机用户数据,P53,CDMA系统（码分多址收发系统）,（1）CDMA 系统的许多用户使用同一频率、占用相同带宽，各个用户可同时发送或接收信号。可以同时区分并分离多个同时传输的信号 （2）CDMA 通信容量大。 （3）CDMA 具有软容量特性。 （4）CDMA 系统可采用“软切换”技术。 （5）具有良好的抗干扰、抗衰落性能和保密性能。,P54,IS-95 CDMA 通信系统原理,直接序列扩频通信中， 在发送端，待传语音通过模/数（A/D）转换，将模拟语音转变成9.6kbit/s 的二进制数据信息，通过1.2 288Mc/s 高速率的PN 扩频调制，使信道中

43、传输信号的带宽远远大于原始信号本身的带宽。,在接收端，接收机不仅接收到有用信号，同时还接收到各种干扰和噪声。利用本地产生的伪随机序列进行相关解扩，本地伪码与扩频信号中伪码一致，因此，可还原出原始窄带信号，顺利通过窄带滤波器，恢复语音数据，再通过数/模（ D/A）转换，恢复为原始语音。,移动通信网络的一般体系结构和功能,移动通信系统一般由移动交换系统MSS（Mobile Switching System）、基站控制器BSC（Base Station Controller）、基站BS（Base Station）和移动台MS（Mobile Station）组成。,移动通信系统基本组成,基站BS负责与

44、一个特定区域内 的所有移动台进行通信。基站和 移动交换中心之间通过微波或电 缆、光缆等有线信道交换信息， 移动交换中心再与公共电话网进 行连接。公共陆地移动通信网PLMN 则由多个移动通信系统通过数字传输 线路互联而成。每个移动通信系统连 接当地的固定电话网PSTN、电路交 换公共数据网CSPTN、分组交换公 共数据网PSPDN等，与固定网用户 进行通话或数据通信。,6.4.1 第三代移动通信：数字语音与数据,第三代移动通信（3G）可以提供所有2G的信息业务，同时保证更快的速度，以及更全面的业务内容，如移动办公，视频流服务等。 3G的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，包括高速移动环境下支持1

45、44Kbps速率，步行和慢速移动环境下支持384Kbps速率，室内环境则应达到2Mbps的数据传输速率，同时保证高可靠服务质量。 人们发现从2G直接跳跃到3G存在较大的难度，于是出现了一个2.5G（也有人称后期2.5G为2.75G）的过渡阶段。,3G的发展历程,2G迈向3G的过渡产业,HSCSD GSM网络的升级版本 透过多重时分并行传输，速率比GSM网络快5倍 动态提供不同的纠错方式 GPRS 基于传统GSM的产物 改造现有基站系统，利用GSM网络中未使用的TDMA信道，速率可以达到114Kbps 立即联机 EDGE 俗称2.75G，是GPRS到3G之间的过渡产业 传输速率可以达到384Kb

46、ps 主张利用现有的GSM资源,IMT-2000,第三代移动通信系统最早于1985年由ITU TG8/1提出，最初名为FPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunication System），后在1996年更改为“IMT-2000”。 数字2000蕴含了三层含义： 希望该系统能在2000年全面应用到市场； 希望3G能在2000MHz的频率上运行； 希望可以3G保证2000KHz的带宽。 1999年，IMT-2000无线接口技术规范建议被通过。,3G无线接口标准,传统的窄带TDMA技术远远不能满足3G系统的高带宽要求，而CDMA的编码方式才是现行3G通

47、信标准的基础。图中关于CDMA技术的3个标准分别是： IMT-DS，对应于W-CDMA IMT-MC，对应于CDMA2000 IMT-TD，对应于TD-SCDMA 和UTRA-TDD,我国采用的三种3G标准分别是TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA2000。,TD-SCDMA,TDSCDMA（ Time Division Synchronous Code Division Multiple Access ）相比于W-CDMA和CDMA2000起步较晚，1998年6月由原邮电部电信科学技术研究院向ITU提出。 移动采用td-scdma制式 TD-SCDMA将众多技术融合： SCDMA CDM

48、A和软件无线电同步 TDMA，FDMA TD分为： TD-SCDMA：提供话音和视频电话等最高下行频率为384Kb/s的数据业务 TD-HSDPA：数据业务增强技术，可提供2.8Mb/s的下行速率,TD-SCDMA解决的移动通信问题,呼吸效应：在CDMA系统中，基站的实际有效覆盖面积会随着干扰信号的增强而缩小，反之则会增大。这种覆盖面积随用户数目的增加而收缩的现象为“呼吸效应”。 干扰信号同移动用户的数目是密切相关的； 导致“呼吸效应”的主要原因是CDMA系统是一个自干扰系统； CDMA2000和W-CDMA属于同频自干扰系统，邻近用户间自干扰现象明显，从而降低了实际传输速率。 TD-SCDM

49、A 利用低带宽的FDMA和TDMA限制了系统的最大干扰； 在单时隙中应用CDMA技术提高系统容量； 利用联合检测和SDMA技术对客户终端的信号跟踪； 充分利用下行信号能量，最大程度上抑制了客户之间的干扰。 TD-SCDMA系统不再是一个自干扰系统，“呼吸效应”基本被消除。,TD-CDMA解决的移动通信问题（续）,“远近效应”：移动通信干扰的另一问题。 手机用户到基站的距离不断变化； 固定的通信功率不仅会造成严重的功率过剩，且可能形成有害的电磁辐射。 如何解决？动态调控功率：手机终端依据自己到基站的通信距离动态的调整自己的传输功率，从而尽可能的减少过剩，且依然保证可连通性。 TD-SCDMA 采

50、用动态信道分配的方式，即根据用户的需求进行实时的动态资源分配，包括频率，时隙和码字等。 动态信道分配不仅提高了信道资源的利用率，且增强了对于网络中负载和干扰变化的适应能力。,W-CDMA,W-CDMA是由爱立信公司提出，3GPP具体制定的基于GSM MAP核心网，UTRAN为无线接口的3G系统。 第一个商用W-CDMA网络由日本NTT DoCoMo于2001年推出，也是世界上第一个3G移动电话服务。 中国联通于2009年在中国大陆提供W-CDMA服务，并开始提供HSDPA服务（在部分地区还提供HSUPA服务）。 中国香港移动运营商SUNDAY等也都已经架构了W-CDMA商用网络。 中国台湾地区

51、3G服务从2005年开始，其中中华电信、台湾大哥大、远传电信等都使用W-CDMA系统。,W-CDMA技术介绍,上行技术参数主要基于欧洲FMA2方案。下行技术参数主要基于日本ARIB W-CDMA方案。 W-CDMA技术主要包括FDD和TDD： FDD：工作在覆盖面积较大的范围内，可以在两个对称频率信道上进行接收和传送工作 TDD：侧重于业务繁重的小范围内 W-CDMA定义了3条可利用的公共控制信道及2条专用信道： 广播公共控制信道（BCCH），寻呼信道（PCH），前向接入信道（FACH） 主专用控制信道（SDCCH），辅助专用控制信道,CDMA2000,CDMA2000,由美国高通北美公司为主

52、导提出。 W-CDMA和TD-SCDMA是由标准组织3GPP制定，CDMA2000则是由标准组织3GPP2制定。 电信采用的标准。 CDMA2000标准推进路线：,CDMA2000技术介绍,CDMA2000 1x： 即1x 或者 1xRTT， 是3G CDMA2000技术的核心。 标志1x 指使用一对1.25MHz无线电信道的CDMA2000无线技术。 CDMA2000 1xRTT： CDMA2000 1xRTT（RTT 无线电传输技术）是CDMA2000一个基础层。 通常被认为是2.5G技术，因其传输速率不及其他3G技术。 支持最高144kbps数据速率。 CDMA2000 1xEV： CD

53、MA2000 1x 附加高数据速率（HDR）能力。 CDMA2000 1xEV 第一阶段（CDMA2000 1xEV-DO）支持下行数据速率最高3.1Mbps，上行速率最高1.8Mbps。 CDMA2000 1xEV 第二阶段（CDMA2000 1xEV-DV）还能支持1x语音用户，1xRTT数据用户和高速1xEV-DV数据用户使用同一信道。,三种3G标准的主要技术差别,6.4.4 关于4G,4G被称为“多媒体移动通信”： 在高速移动中有兆级别的数据传输率 扩大覆盖范围，提高通信质量，提高数据传输 无线多媒体通信服务 数据传输率可以达到1020Mb/s，最高超过100Mb/s TD-LTE O

54、FDM（正交频分调制） 抗多径干扰 实现简单 灵活支持不同带宽 频谱利用率高 支持高效自适应调度,4G 是英文fourth-generation的缩写，指移动电话系统的第四代，也是3G之后的延伸。按照ITU定义的技术标准，静态传输速率达到1Gbps，用户在高速移动状态下可以达到100Mbps，就可以作为4G的技术之一。,6.4.4 关于4G,WiMax,WiMAX也叫80216无线城域网或802.16。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。 WiMAX并不会直接与大多数的WiFi组建竞争