需要掌握的無線傳輸介質無線傳輸特性無線通信基礎每學期需要技術更新的有無新的無線傳輸技術出現無線傳輸技術的新進展和發展方向的變化提綱無線網絡概述無線傳輸技術無線網絡-應用無線網絡-發展無線網絡-拓撲無線蜂窩系統蜂窩概念蜂窩系統無線網絡概述無線傳輸技術多路復用無線傳輸多路復用（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多路復用技術實現多路復用的關鍵把多路信號匯合到一條信道上之后，在接收端必須能正確地分割出各種信號分割信號的依據：信號之間的差別信號頻率上的不同信號出現時間上的不同信號碼型結構上的不同頻分多路復用時分多路復用碼分多路復用Thetotalsystembandwidthisdividedintochannelswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.030-Cimini-9/97頻分多路復用Timeisdividedintoslotswhichareallocatedtothedifferentusers.7C29822.031-Cimini-9/97時分多路復用Timeandbandwidthareusedsimultaneouslybydifferentusers,modulatedbyorthogonalorsemi-orthogonalcodes(e.g.spreadspectrum).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以上多路復用技術也稱為多址接入方法另一個與接入方法有關的重要參數是正向信道和反向信道的載波頻率差。正向信道又叫下行鏈路，指從基站到移動終端的通信；反向信道又叫上行鏈路，指從移動終端到基站的通信。如果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，這樣的雙工技術叫做FDD（FrequencyDivisionDuplexing，頻分雙工）；如果正向信道和反向信道采用相同的載波頻率，但采用交替的時隙，這樣的雙工技術叫做TDD（TimeDivisionDuplexing，時分雙工）。無線信道接入方法無線傳輸電磁波可將信息從一個地方傳到另一個地方電磁波的傳播不需要任何有型介質電磁波稱為傳輸的載波（載體）傳輸的數據疊加在載波上，接收端再過濾出信號調制解調傳輸數據的頻率范圍稱為頻帶多個無線電載波可共存于同一空間傳輸介質傳輸介質（通信介質）：計算機用以收發電子/光子信號的物理路徑。分類如下：引導性介質（線纜介質）電磁波沿著一個固態介質傳播。例如：金屬導體、玻璃。非引導性介質（無線介質）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。無線傳輸的電磁頻譜無線頻譜的分配頻率統一分配（FCC/ITU_R/各個國家）根據信息類型分配頻譜（AM/FM無線電臺、TV、蜂窩電話…）工業科學醫學頻段（ISM）可自由使用但限制功率專用于非許可的商業用途救護車、出租車、無線遙控玩具、無線電家用設備等工業科學醫學頻段全向傳播與定向傳播全向傳播（Omnidirectional）信號沿所有方向傳播可被所有的天線接收發射設備和接收設備不必在物理上對準定向傳播（directional）天線把所有的能量集中于一小束電磁波無線信號傳播理想情況下，無線信號在從發射器到接收器間的一條直線上傳播，稱為“視線”（lineofsight,LOS）實際情況下，由于傳輸障礙物等傳輸環境的影響，無線信號的傳播將發生如下三種現象：反射、衍射和散射。其中物體的幾何形狀決定了將產生那種現象。反射（reflection）反射：當信號遇到表面大于信號波長的障礙物（地球表面、高建筑物、大型墻面）導致信號的相位發生漂移衍射（Diffraction）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尖銳不規則的邊緣物），即使沒有來自發送器的視線信號，也可接收到信號。散射（Scattering）散射：當信號遇到波長更小的物體（樹葉、街牌、燈柱）就發散成幾個弱的出境信號散射（Scattering）散射還與障礙物表面的粗糙度有關。表面越粗糙，越容易引起散射。例如，在戶外，樹木和路標都會導致移動電話信號的散射。在室內，椅子、書籍和計算機都會導致無線Lan信號的散射。反射、衍射和散射無線通信的衰減（fading）衰減（fading）：傳輸介質或路徑使得接收信號的能量發生變化在固定環境下，大氣層條件的變化低頻具有更強的穿透力，可以傳輸更遠的距離頻率越高，衰減越嚴重，發射器需要更大的功率，傳輸范圍變短在移動環境下：障礙物的相對位置隨時間發生變化，造成復雜的傳輸效果——多徑傳播多徑（multipath）傳播的影響一個信號的多個拷貝以不同的相位到達如果相位破壞性疊加，則相對噪聲來說信號的強度就會下降（信噪比減小），導致接收端檢測困難信號串擾（intersymbolinterference）一個脈沖的一個或多個延遲的拷貝在一個比特時間內到達多徑（Multipath）:障礙物反射信號，使得接收端接收到多個不同延遲的信號多徑傳播的影響假設：以給定頻率在固定天線和移動節點之間的鏈路上發送一個窄脈沖無線網絡的應用從邏輯上可以分成兩類：面向語音的應用voice-oriented面向數據的應用data-oriented 每一類都有局域和廣域兩個應用場合，從而形成四個不同的應用部分。無線網絡應用面向語音的無線網絡應用圍繞著連接PSTN的無線網絡，這些業務進一步形成局域網應用和廣域網應用。PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork），公共交換電話網絡，一種常用舊式電話系統。面向數據的無線網絡應用圍繞著Internet和計算機通信網絡。這些業務進一步分為寬帶局域與Ad-hoc（點對點）應用和廣域無線數據應用。無線網絡應用面向語音無線網絡發展的重大事件貝爾實驗室的FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）模擬蜂窩系統技術歐洲的NMT（NordicMobileTelephony，北歐移動電話）美國的AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem，高級移動電話系統）北歐的TDMA（TimeDivisionMultipleAccess，時分多址）數字蜂窩系統技術GSM（GlobalSystemforMobilecommunication，全球移動通信系統，簡稱“全球通”）北美的CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，碼分多址）數字蜂窩系統技術3G（第三代蜂窩移動通信系統）技術面向語音的廣域無線應用無繩電話英國的CT-2歐洲的DECT（DigitalEuropeanCordlessTelephone，數字歐洲無繩電話）PCS服務日本的PHP（PersonalHandyPhone，個人手持電話），后來成為PHS（PersonalHandyphoneSystem個人手持系統，即“小靈通”）英國的DCS-1800（GSM技術）美國的PACS（PersonAccessCommunicationsSystem，個人接入通信系統）面向語音的局域無線應用面向數據無線網絡發展的重大事件面向數據無線網絡發展的重大事件（續）Motorola和IBM的ARDISEricsson的Mobitex美國的CDPD（CellularDigitalPacketData，蜂窩數字分組數據）GSM上的GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分組無線業務）3G技術面向數據的廣域無線應用寬帶無線局域網和Ad-hoc網絡的一個主要特點是工作在ISM免許可證頻段。寬帶局域無線應用WLAN（無線局域網）IEEE的802.11歐洲的HiperLANWATM（無線ATM）Ad-hoc應用（WPAN）藍牙（Bluetooth）面向數據的寬帶局域無線與Ad-hoc應用第一代（1G）無線系統是面向語音的模擬無線系統，使用FDMA技術實現。典型的1G標準：美國的AMPS、歐洲的TACS。第二代（2G）無線系統是面向語音的數字無線系統，使用TDMA或窄帶CDMA技術實現。典型的2G數字蜂窩移動標準：歐洲的GSM、北美的IS-54（IS-136）和IS-95以及日本的JDC，2GPCS標準：歐洲的CT-2和DECT、美國的PACS、日本的PHS，2G移動數據業務標準：CDPD、GPRS，2GWLAN標準：IEEE802.11、HiperLAN。第三代（3G）無線系統把蜂窩電話、PCS語音業務以及移動數據業務用各種分組交換數據業務綜合在一個高語音質量、高容量、高速率的網絡系統中。典型的3G標準：CDMA2000、TD-SCDMA。無線網絡發展無線網絡中使用了兩種基本拓撲類型基礎結構集中式（或稱中心輻射式）拓撲Ad-hoc（或稱分布式）拓撲基礎結構網絡固定（有線）基礎結構用來支持移動終端（MT，或稱移動臺MS）之間和移動終端與固定終端之間的通信。通常設計用于大的覆蓋區域和使用多個BS（BaseStation，基站）或AP（AccessPoint，接入點）的情況。無線網絡拓撲基礎結構網絡拓撲－圖例無線蜂窩產品、IEEE802.11和大部分無線LAN產品都支持基礎結構的使用。無線網絡拓撲Ad-hoc網絡Ad-hoc或分布式網絡拓撲用于重組網絡，它不需要固定的基礎結構就能工作。適于在移動或固定情況下快速部署無線網絡。有2種Ad-hoc網絡拓撲單跳Ad-hoc網絡。如：IEEE802.11、PHS等。多跳Ad-hoc網絡。如：HiperLAN。無線網絡拓撲Ad-hoc網絡拓撲－圖例（a）單跳對等拓撲（b）多跳拓撲無線網絡拓撲無線蜂窩系統蜂窩概念1946年，美國AT&T貝爾實驗室提出了蜂窩（cellular）通信的概念。蜂窩通信是一種使用頻率復用的智能方法，以使有限的帶寬可以容納巨大數量的用戶。蜂窩概念基本原理：將覆蓋區域分為大量相連的小區域，每個小區使用自己的、低功率的無線基站。由于同樣的頻譜在分散的區域內可以被多次復用，這樣，每次建立一個新的基站（一個小區域）時，容量就會增加。小區域被稱為小區或單元（cell），一組小區組成區群（cluster）。一個區群中小區的數量稱為區群大小或頻率復用因子。需要對這些小區域以智能的方式分配信道，以避免兩種干擾：同頻道干擾（cochannelinterference）鄰道干擾（adjacentchannelinterference）蜂窩形狀頻率復用N=4頻率復用模型123457612345761234576123424343213122143134N=7頻率復用模型以FDMA為例，K為分配給系統的頻率總數，N為頻率復用模型蜂窩數，假定每個蜂窩區分配相同數量的頻率，則每個蜂窩區有K/N個頻率頻率復用設參數D使用相同頻段的蜂窩區最小中心間距R蜂窩區半徑d相鄰蜂窩區的中心距離N重用因子，重用模型中蜂窩區個數在六邊形蜂窩區模型中可能的N值為1、3、4、7、9、12、13等存在下列關系增加容量增加新信道（addingnewchannels）頻率借用（frequencyborrowing）蜂窩區分割（cellsplitting）蜂窩區扇形化（cellsectoring）微蜂窩區（microcells）蜂窩式系統的運行蜂窩區中心設置基站BS基站連接到移動電話交換局MTSOMTSO和公共電話或電信網絡連接MTSO管理基站，執行越區切換，計費公共電信交換網移動電話交換局基站基站基站固定電話移動單元和基站之間存在兩種類型信道控制信道交換信息，建立和維持呼叫，同最近基站建立聯系（短消息）業務信道在用戶之間傳遞語音或連接數據當移動設備從一個蜂窩區移動到另一個時，網絡將移動設備由一個基站分配給另一個基站網絡控制切換：通過對所接收到移動設備傳來的信號進行計量，網絡單獨作出決策。輔助越區切換：根據移動設備接收到的信號向網絡提供反饋，使移動設備加入到