第5章 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

1、第五章 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù) 概述n5.1 無(wú)線(xiàn)通信概述n5.2 無(wú)線(xiàn)鏈路和網(wǎng)絡(luò)特征n5.3 GSM通信技術(shù)n5.4 3G通信技術(shù)n5.5 短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)n5.6 衛(wèi)星通信5.1 無(wú)線(xiàn)通信概述n網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，人們的資源共享需求不斷提高。n構(gòu)造無(wú)處不在的計(jì)算環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)6A：任何人(anyone)在任何時(shí)候(anytime)、任何地點(diǎn)(anywhere)可以采用任何方式(any means)與其他任何人(any other)進(jìn)行任何通信(anything)。n與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，無(wú)線(xiàn)技術(shù)能適合無(wú)處不在的計(jì)算環(huán)境。n無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路的興起：n無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路更加靈活同時(shí)適應(yīng)于無(wú)法布線(xiàn)的場(chǎng)合（如輪船上），無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

2、最大的優(yōu)點(diǎn)是可以讓人們擺脫有線(xiàn)的束縛，更便捷、更自由的溝通。 n無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的歷史起源可以追朔到五十年前的第二次世界大戰(zhàn)期間。n1971年時(shí)，夏威夷大學(xué)的研究員創(chuàng)造了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無(wú)線(xiàn)電通訊網(wǎng)絡(luò)ALOHANET，可以算是相當(dāng)早期的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)。 n無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路的興起：n80年代GSM網(wǎng)絡(luò)n3G、4G、物聯(lián)網(wǎng)ALOHA系統(tǒng)IMP天線(xiàn)ARPANETIBM370控制單元網(wǎng)絡(luò)中心集線(xiàn)器中繼器500km無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)n從通信方式：n基于基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)；n從覆蓋范圍：n無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)n無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)n無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)n無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)n無(wú)線(xiàn)體域網(wǎng)n 從應(yīng)用角度：nGSM,CDMAn移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)

3、絡(luò)n無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)n無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)絡(luò)n車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)元素網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)線(xiàn)主機(jī)r筆記本筆記本, PDA,r運(yùn)行應(yīng)用程序運(yùn)行應(yīng)用程序r可能是靜態(tài)的可能是靜態(tài)的 (沒(méi)有移動(dòng)沒(méi)有移動(dòng)) 或者移動(dòng)的或者移動(dòng)的m無(wú)線(xiàn)并不總是意味著移動(dòng)無(wú)線(xiàn)并不總是意味著移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)元素網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 基站r典型地連接到接入路由典型地連接到接入路由器器r中繼中繼 負(fù)責(zé)在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和其區(qū)域內(nèi)的無(wú)線(xiàn)主機(jī)轉(zhuǎn)和其區(qū)域內(nèi)的無(wú)線(xiàn)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文發(fā)報(bào)文 如如, 蜂窩塔蜂窩塔 802.11 訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)AP無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)元素網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 無(wú)線(xiàn)鏈路r典型地用來(lái)連接移動(dòng)主典型地用來(lái)連接移動(dòng)主機(jī)和基站機(jī)和基站r也用于骨干網(wǎng)也用于骨干網(wǎng) r

4、多重訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議協(xié)調(diào)鏈路多重訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議協(xié)調(diào)鏈路訪(fǎng)問(wèn)訪(fǎng)問(wèn) r多種數(shù)據(jù)速率，傳輸距多種數(shù)據(jù)速率，傳輸距離離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施模式網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 基礎(chǔ)設(shè)施模式r基站連接移動(dòng)主機(jī)到有基站連接移動(dòng)主機(jī)到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)r切換切換: :當(dāng)一臺(tái)移動(dòng)主機(jī)移動(dòng)當(dāng)一臺(tái)移動(dòng)主機(jī)移動(dòng)范圍超出一個(gè)基站的覆蓋范圍超出一個(gè)基站的覆蓋范圍后，它將改變接入網(wǎng)范圍后，它將改變接入網(wǎng)絡(luò)的基站，這一過(guò)程稱(chēng)為絡(luò)的基站，這一過(guò)程稱(chēng)為切換切換。 r單跳傳輸單跳傳輸無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織模式自組模式r沒(méi)有基沒(méi)有基站，節(jié)點(diǎn)地位平站，節(jié)點(diǎn)地位平等。等。r節(jié)點(diǎn)能夠傳輸?shù)芥溌贩豆?jié)點(diǎn)能夠傳輸?shù)芥溌贩秶鷥?nèi)的其他節(jié)點(diǎn)圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)r節(jié)點(diǎn)自己組織成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)自己組織成為一

5、個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在它們之間路由網(wǎng)絡(luò)，在它們之間路由無(wú)線(xiàn)鏈路和網(wǎng)絡(luò)特征n同有線(xiàn)鏈路不同，無(wú)線(xiàn)鏈路有如下特征：n衰減的信號(hào)強(qiáng)度:無(wú)線(xiàn)電信號(hào)在傳輸時(shí)穿過(guò)物體時(shí)會(huì)衰減（路徑損失）；n來(lái)自其他源的干擾: 標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)頻率（如2.4GHz)是與其他設(shè)備共享的（如電話(huà)）或者受其他設(shè)備干擾（如馬達(dá)）n多路傳播: 電磁波受物體和地面反射，導(dǎo)致到達(dá)目的地的時(shí)間有些不一樣。因此，無(wú)線(xiàn)鏈路中的比特錯(cuò)誤將比有線(xiàn)鏈路中更加常見(jiàn)。無(wú)線(xiàn)鏈路的通信更加困難。隱藏終端問(wèn)題 無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院，軟件學(xué)院當(dāng) A 和 C 檢測(cè)不到無(wú)線(xiàn)信號(hào)時(shí)，都以為 B 是空閑的，因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。這種未能檢測(cè)出媒體上已存

6、在的信號(hào)的問(wèn)題叫做隱藏終端問(wèn)題(hidden station problem) A 的作用范圍C 的作用范圍ABCD隱藏終端問(wèn)題 暴露終端問(wèn)題無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院，軟件學(xué)院B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。C 檢測(cè)到媒體上有信號(hào)，于是就不敢向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)。其實(shí) B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響 C 向 D 發(fā)送數(shù)據(jù),這就是暴露終端問(wèn)題(exposed station problem) (因?yàn)镈在B通信范圍外,B發(fā)送的信號(hào)D收不到) ADCB？B 的作用范圍C 的作用范圍復(fù)用技術(shù)n復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。n為什么多路復(fù)用？n數(shù)據(jù)速率越高傳輸

7、設(shè)施的成本就越高；n大多數(shù)個(gè)人數(shù)據(jù)通信設(shè)備要求相對(duì)低的數(shù)據(jù)率, 使用復(fù)用技術(shù)是為了區(qū)分用戶(hù)，合理利用所有的頻譜資源不浪費(fèi)； 共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用分用頻分復(fù)用 FDM頻率時(shí)間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5時(shí)分復(fù)用TDM頻率時(shí)間B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀碼分多址CDMAn各用戶(hù)使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。n這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類(lèi)似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 n每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的

8、間隔，稱(chēng)為碼片(chip)。碼片序列(chip sequence) n每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 n例如，S 站的 8 bit 碼片序列是00011011。n發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，n發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 11100100。nS 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) CDMA 的重要特點(diǎn)n每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。n在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 碼片序列的正交關(guān)

9、系 n令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其他任何站的碼片向量。 n兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： (1)011miiiTSmTS碼片序列的正交關(guān)系舉例 n令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 n把向量 S 和 T 的各分量值代入(1)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。 正交關(guān)系的另一個(gè)重要特性 n任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1 。n一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1。 mimiimiiimSmSSm1

10、12211) 1(111SSCDMA 的工作原理 S 站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端1 Mbps802.155-11 Mbps802.11b54 Mbps802.11a,g .11 p-to-p link56 KbpsIS-95 CDMA, GSM2G384 KbpsUMTS/WCDMA, CDMA20003GIndoor10 30mOutdoor50 200mMid rangeoutdoor200m 4KmLong rangeoutdoor5

11、Km 20Km5.3 GSM通信技術(shù)nGSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)現(xiàn)在已成為應(yīng)用最廣泛的2G蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)。n標(biāo)準(zhǔn)GSM僅支持最大9.6kbps的數(shù)據(jù)率。n數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是將通信范圍分為若干相距一定距離的小區(qū)，移動(dòng)用戶(hù)可以從一個(gè)小區(qū)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)，依靠基站對(duì)終端的跟蹤，從而使通信不中斷。蜂窩技術(shù)p1969年，年，Bell實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室p把整個(gè)大范圍的無(wú)線(xiàn)服務(wù)區(qū)劃分成彼此相鄰的正六邊形小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置基站。p每個(gè)基站使用多個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率作為通信信道，各相鄰基站使用不同的無(wú)線(xiàn)電頻率。蜂窩系統(tǒng)的構(gòu)成Mobile Switching CenterPublic telephonenetwork, andI

12、nternetMobile Switching Centerq 連接發(fā)射區(qū)到廣域網(wǎng)連接發(fā)射區(qū)到廣域網(wǎng)q 管理呼叫建立管理呼叫建立q 處理移動(dòng)處理移動(dòng)MSCq 覆蓋地理區(qū)域覆蓋地理區(qū)域q 基站基站 (BS) 類(lèi)似于類(lèi)似于 802.11 APq 移動(dòng)用戶(hù)通過(guò)移動(dòng)用戶(hù)通過(guò) BS連連接到網(wǎng)絡(luò)接到網(wǎng)絡(luò)q 空中接口空中接口: 在移動(dòng)用在移動(dòng)用戶(hù)和基站間的物理層和戶(hù)和基站間的物理層和鏈路層協(xié)議鏈路層協(xié)議發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)蜂窩組網(wǎng)中的問(wèn)題n如何提高頻率利用率？n信道窄帶化、窄帶調(diào)制技術(shù)、多址技術(shù)和同頻復(fù)用技術(shù)。n如何進(jìn)行區(qū)域覆蓋？n大區(qū)制、小區(qū)制、微蜂窩技術(shù)和帶狀網(wǎng)絡(luò)n如何進(jìn)行通話(huà)控制？n信令的種類(lèi)：移動(dòng)臺(tái)

13、位置、移動(dòng)臺(tái)操作。n信令的傳送方式 大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng) ：n采用高架天線(xiàn)把信號(hào)發(fā)送到整個(gè)覆蓋地區(qū)（半徑可達(dá)幾十公里）。n主要特點(diǎn)：n基站天線(xiàn)很高：幾十米至幾百米n基站發(fā)射功率大：50200Wn覆蓋半徑：3050公里n缺點(diǎn)：同時(shí)能提供給用戶(hù)使用的信道數(shù)極為有限），一般用戶(hù)幾十至幾百個(gè)。 大區(qū)制移動(dòng)通信網(wǎng) ：小區(qū)制覆蓋n實(shí)際的面狀小區(qū)的覆蓋，基站天線(xiàn)全向輻射時(shí)為一個(gè)圓，實(shí)際為不規(guī)則，有重疊區(qū)。 n為了理論分析和設(shè)計(jì)方便，用全覆蓋的形狀代表，可用全六邊形、四面形、三角形，面積最大、最直接的為六邊形。小區(qū)制覆蓋nGSM共享移動(dòng)主機(jī)到基站無(wú)線(xiàn)頻譜的兩個(gè)技術(shù)：n組合 FDMA/TDMA: 將頻譜劃分為頻率信

14、道，把每個(gè)信道劃分為時(shí)槽;n支持F.T 個(gè)同時(shí)呼叫。nCDMA: 碼分多址頻帶時(shí)槽同頻復(fù)用技術(shù)n頻率復(fù)用是小區(qū)制網(wǎng)的核心問(wèn)題。n頻率復(fù)用：小區(qū)內(nèi)基站的工作頻率，由于電波傳播損耗產(chǎn)生的隔離度，可以在相隔一定距離后的另一小區(qū)重復(fù)使用。n相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會(huì)發(fā)生相互干擾，稱(chēng)同道干擾（同頻干擾）n同頻小區(qū)間的距離取決于能容的同頻干擾。同頻干擾又取決于話(huà)音質(zhì)量要求的載噪比（C/N）或C/I（N、I均為干擾功率)同頻復(fù)用技術(shù)n不同顏色代表不同頻率載頻小區(qū)同頻復(fù)用技術(shù)n簇：共同使用全部可用頻率的N個(gè)小區(qū)叫做一簇。n數(shù)N叫做簇的大小，典型值3、4、7、9、12 nN越大，則意味著同頻小區(qū)間距離

15、越遠(yuǎn)，同頻干擾越小。nN越小，則意味著一個(gè)系統(tǒng)中可有更多的簇，頻率利用率高，有更多的容量。 nN的選取原則：從提高頻率利用率的角度，在保持滿(mǎn)意的通信質(zhì)量的前提下，N應(yīng)取最小值最好。nD：同頻基站間的距離為同頻復(fù)用距離nR：小區(qū)半徑n定義：Q=D/R為同頻復(fù)用比 n同頻復(fù)用比告訴我們： Q復(fù)用次數(shù)越多，系統(tǒng)容量越大；Q 復(fù)用次數(shù)越少，話(huà)音質(zhì)量好，干擾小。 nQ的選取主要考慮C/I比，C/I取決于同頻干擾射頻防衛(wèi)度，射頻防衛(wèi)度是滿(mǎn)足接收質(zhì)量要求時(shí)的射頻信號(hào)與干擾信號(hào)之比（射頻防衛(wèi)度，一般定為話(huà)音4級(jí)時(shí)為17dB、3級(jí)時(shí)為12dB）。越區(qū)切換n越區(qū)切換：越區(qū)切換：當(dāng)前正在通信的移動(dòng)臺(tái)與基站之間的鏈路

16、轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站的過(guò)程。n從技術(shù)上可分： n硬切換：硬切換：新的連接建立前，先中斷舊的連接。例如GSM系統(tǒng)n軟切換：軟切換：指既維持舊的連接，又同時(shí)建立新的連接。例如CDMA系統(tǒng)。n需要解決：何時(shí)需要進(jìn)行越區(qū)切換系統(tǒng)完成切換的實(shí)施過(guò)程信道分配切換方式比較軟切換硬切換n切換的原因：n當(dāng)前基站和移動(dòng)用戶(hù)之間的信號(hào)減弱，使得該呼叫有被中斷的危險(xiǎn)；n一個(gè)蜂窩處理的呼叫太多，變得過(guò)載?？梢酝ㄟ^(guò)將一些移動(dòng)用戶(hù)切換到鄰近不太擁擠的蜂窩中，使這種擁塞得到緩解。越區(qū)切換準(zhǔn)則n在任何時(shí)間都選擇具有最強(qiáng)接收信號(hào)的基站。n在原基站信號(hào)強(qiáng)度仍滿(mǎn)足要求的情況下，會(huì)引發(fā)太多不必要的越區(qū)切換。n僅允許移動(dòng)用戶(hù)在當(dāng)前基站的信號(hào)

17、足夠弱（低于某一門(mén)限），且新基站的信號(hào)強(qiáng)于本基站的信號(hào)情況下，才可能進(jìn)行切換。n此法選門(mén)限為關(guān)鍵，如果門(mén)限太高，則該準(zhǔn)則與準(zhǔn)則1相同。門(mén)限低會(huì)引越較大的越區(qū)時(shí)延，此時(shí)鏈路質(zhì)量差，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中斷。越區(qū)切換準(zhǔn)則n僅允許移動(dòng)用戶(hù)在新基站的信號(hào)強(qiáng)度比原基站信號(hào)強(qiáng)很多（即大于滯后余量）的情況下切換。n可以防止由于信號(hào)波動(dòng)引起的移動(dòng)臺(tái)在兩個(gè)基站之間的來(lái)回重復(fù)切換。越區(qū)切換過(guò)程n假設(shè)新舊基站共享同一個(gè)MSC。一個(gè)基站決定切換一個(gè)移動(dòng)用戶(hù)時(shí)包括的步驟：n1）舊基站通知被訪(fǎng)MSC（移動(dòng)交換中心）即將要進(jìn)行一個(gè)切換；n2）被訪(fǎng)MSC開(kāi)始建立到新BS的路徑，分配承載重選路的呼叫所需的資源，以及用信令告知新BS一

18、個(gè)切換即將出現(xiàn)。n3）新BS分配并激活一個(gè)無(wú)線(xiàn)信道供移動(dòng)用戶(hù)使用。n4）新BS發(fā)出信令返回被訪(fǎng)MSC和舊BS，告知已經(jīng)建立了MSC到新BS的路徑。n5）移動(dòng)用戶(hù)被告知它應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一個(gè)切換。n6）移動(dòng)用戶(hù)和新BS交換一個(gè)或多個(gè)報(bào)文，以完全激活新BS中新的信道。n7）移動(dòng)用戶(hù)向新BS發(fā)送一個(gè)切換完成報(bào)文，該報(bào)文隨后向上轉(zhuǎn)發(fā)給被訪(fǎng)MSC。被訪(fǎng)MSC重選路正在進(jìn)行的到移動(dòng)用戶(hù)的呼叫，使其經(jīng)過(guò)新BS。n8）沿著到舊BS的路徑分配的資源隨后被釋放。5.4 3G通信技術(shù)n3G系統(tǒng)與現(xiàn)有的2G系統(tǒng)有著根本的不同:n本質(zhì)上，3G系統(tǒng)采用CDMA和分組交換技術(shù)，而2G系統(tǒng)則通常采用的TDMA和電路交換技術(shù)。n 在電

19、路交換的傳輸模式下，無(wú)論通話(huà)雙方是否說(shuō)話(huà)，線(xiàn)路在接通期間保持開(kāi)通，并占用帶寬，因此與現(xiàn)在的2G系統(tǒng)相比，3G系統(tǒng)將支持更多的用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率。n中國(guó)的中國(guó)的3G標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n中移動(dòng)：中移動(dòng)：TD-SCDMA,2008年年4月月1日日n中電信：中電信：CDMA2000，2008年年10月月1日，日，天翼天翼n中聯(lián)通：中聯(lián)通：WCDMA，目前世界上應(yīng)用范圍最，目前世界上應(yīng)用范圍最廣、終端最豐富、專(zhuān)利費(fèi)用最低的一種制式廣、終端最豐富、專(zhuān)利費(fèi)用最低的一種制式3G 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)n(1) 與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)及其他各種通信系統(tǒng)相兼容。n(2) 全球無(wú)縫覆蓋和漫游。n(3) 支持高速率(高速移動(dòng)環(huán)境14

20、4 kb/s; 室外步行環(huán)境384 kb/s; 室內(nèi)環(huán)境2 Mb/s)的多媒體(話(huà)音、 數(shù)據(jù)、 圖像、 音頻、 視頻等)業(yè)務(wù)。 n4G網(wǎng)絡(luò)：n無(wú)處不在的無(wú)線(xiàn)internet接入；n以最高可能的速率接入internet;n穿越異構(gòu)環(huán)境漫游時(shí)，能夠自動(dòng)透明的從一種接入技術(shù)切換到另一種接入技術(shù)（如從802.11到3G）； 例如，例如，目前通過(guò)3G手機(jī)傳輸一部DVD可能需要十幾二十分鐘，但提速后的4G網(wǎng)絡(luò)，傳輸一部DVD僅需要四五秒的時(shí)間，其速度是3G手機(jī)的200倍 n4G網(wǎng)絡(luò)要采用許多新的技術(shù)和新的方法來(lái)支撐，包括：自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)（AMC）、自適應(yīng)混合（ARO）技術(shù)、MIMO（多輸入多輸出）和

21、正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)、智能天線(xiàn)技術(shù)、軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)等。5.5 短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)n5.5.1 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)n5.5.2 藍(lán)牙系統(tǒng)n5.5.3 無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)5.5.1 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)n由基本服務(wù)集（Basic Service Set，BSS）和基站（Base Station，BS）構(gòu)成 n一個(gè)BSS通常包含一個(gè)或多個(gè)無(wú)線(xiàn)主機(jī)。而在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中，基站通常稱(chēng)之為接入點(diǎn)（Access Point，AP） nAP通常通過(guò)有線(xiàn)方式與網(wǎng)關(guān)路由器相連，并接入互聯(lián)網(wǎng)。無(wú)線(xiàn)主機(jī)與AP通信，AP負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)無(wú)線(xiàn)主機(jī)的數(shù)據(jù)。 與AP建立關(guān)聯(lián)n一個(gè)無(wú)線(xiàn)主機(jī)若要加入到一個(gè)基本服務(wù)集 BSS，就必須先選擇一個(gè)接入點(diǎn) AP，

22、并與此接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)。n建立關(guān)聯(lián)就表示這個(gè)無(wú)線(xiàn)主機(jī)加入了選定的 AP 所屬的子網(wǎng)，并和這個(gè) AP 之間創(chuàng)建了一個(gè)虛擬線(xiàn)路。只有關(guān)聯(lián)的 AP 才向這個(gè)無(wú)線(xiàn)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個(gè)無(wú)線(xiàn)主機(jī)也只有通過(guò)關(guān)聯(lián)的 AP 才能向其他站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。n管理員安裝AP時(shí)：分配服務(wù)集標(biāo)識(shí)符SSID和信道號(hào)(1,6,11)。無(wú)線(xiàn)主機(jī)與 AP 建立關(guān)聯(lián)的方法n被動(dòng)掃描n即無(wú)線(xiàn)主機(jī)等待接收接入站周期性發(fā)出的信標(biāo)幀(beacon frame)。信標(biāo)幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識(shí)符 SSID 以及支持的速率等）；n主動(dòng)掃描n無(wú)線(xiàn)主機(jī)主動(dòng)發(fā)出探測(cè)請(qǐng)求幀(probe request frame)，然后等待從 AP 發(fā)回的探

23、測(cè)響應(yīng)幀(probe response frame)。主機(jī)與AP關(guān)聯(lián)后,一般運(yùn)行 DHCP(動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議） 得到一個(gè)AP子網(wǎng)的 IP 地址.無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)n采用802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)n目前接入點(diǎn)和LAN卡廠(chǎng)商提供了大量802.11設(shè)備，一些雙模式(802.11a/g)和三模式設(shè)備也可供使用。標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍頻率范圍數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率802.11b2.42.485GHz最高位11Mbps802.11a5.15.8GHz最高為54Mbps802.11g2.42.485GHz最高為54Mbps802.11MAC協(xié)議n回顧一下有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，采用CSMA/CD協(xié)議，該協(xié)議能夠檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)中沖突和碰撞的發(fā)生：n發(fā)

24、送前監(jiān)聽(tīng)信道，若忙則不發(fā)送；n若信道空閑則發(fā)送，且發(fā)送后還要監(jiān)聽(tīng)信道一段時(shí)間，以檢測(cè)沖突。 n若檢測(cè)到?jīng)_突則采用指數(shù)回退法進(jìn)行處理。n無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)樵S多站點(diǎn)可能希望同時(shí)經(jīng)同樣的信道傳輸數(shù)據(jù)楨，因此也需要一個(gè)多路訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議以協(xié)調(diào)傳輸。 n能采用CSMA/CD協(xié)議嗎？n不能，因?yàn)?02.11MAC協(xié)議并未實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)。 n檢測(cè)碰撞的能力要求站點(diǎn)具有同時(shí)發(fā)送和接收的能力，而站點(diǎn)接收信號(hào)的強(qiáng)度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)送信號(hào)的強(qiáng)度。n信號(hào)衰減和隱藏終端問(wèn)題。n802.11MAC層采用的協(xié)議：CSMA/CA協(xié)議。假定一個(gè)站點(diǎn)有一個(gè)幀要發(fā)送：n1）初始時(shí)某站點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到信道空閑，將在一個(gè)分布式幀間間隔DIFS的短時(shí)間段后

25、發(fā)送該幀。n2）否則該站點(diǎn)選取一個(gè)隨機(jī)回退值并且在偵聽(tīng)信道空閑時(shí)遞減該值。當(dāng)偵聽(tīng)到信道忙時(shí)計(jì)數(shù)值保持不變。n3）當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)該站點(diǎn)發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀并等待確認(rèn)。n4）如果收到確認(rèn)，發(fā)送下一幀并將從第二步開(kāi)始。如果未收到確認(rèn)，發(fā)送站選擇更大的DIFS重新進(jìn)入第二步。源目的地DIFS數(shù)據(jù)確認(rèn)nCSAM/CA的目標(biāo)：盡可能地避免碰撞。n采用CSMA/CA后還會(huì)出現(xiàn)碰撞嗎？n兩個(gè)站點(diǎn)互相隱藏；n兩個(gè)站點(diǎn)選擇了非常靠近的隨機(jī)回退值。n處理隱藏終端造成的沖突：n送出數(shù)據(jù)前，先送一段請(qǐng)求傳送報(bào)文RTS給目的端，等待目的端回應(yīng) CTS報(bào)文后，才開(kāi)始傳送。 利用RTS-CTS握手程序，確保接下來(lái)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，不會(huì)

26、被碰撞。同時(shí)由於RTS-CTS封包都很小，讓傳送的無(wú)效開(kāi)銷(xiāo)變小.n具體實(shí)例：如果站如果站A要向站要向站B發(fā)送數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)據(jù), A首先向首先向B發(fā)送一個(gè)發(fā)送一個(gè)RTS, 說(shuō)明要發(fā)送的數(shù)據(jù)說(shuō)明要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度幀長(zhǎng)度 ;B收到后向收到后向A回送回送CTS,附上附上A欲發(fā)送的數(shù)據(jù)欲發(fā)送的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度幀長(zhǎng)度.站站A收到收到CTS之后之后就能發(fā)送數(shù)據(jù)了就能發(fā)送數(shù)據(jù)了.nRTS和CTS幀的使用在兩個(gè)方面提高性能：n隱藏終端問(wèn)題被緩解了。n因?yàn)镽TS和CTS幀很短，涉及RTS和CTS幀的碰撞將僅持續(xù)很短的時(shí)間，一旦這兩個(gè)幀被正確傳輸，后續(xù)的DATA幀和ACK幀能無(wú)碰撞的發(fā)送。n此外，盡管RTS和CTS幀幫助降低

27、碰撞，但他同樣引入了時(shí)延和信道資源消耗，所以RTS/CTS交換僅僅用于為長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀預(yù)約信道。nCSMA/CA和和CSMA/CD的主要差別：的主要差別：n兩者的傳輸介質(zhì)不同,CSMA/CD用于總線(xiàn)式以太網(wǎng),而CSMA/CA則用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)802.11a/b/g/n等。n檢測(cè)方式不同,CSMA/CD通過(guò)電纜中電壓的變化來(lái)檢測(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞時(shí)，電纜中的電壓就會(huì)隨著發(fā)生變化；而CSMA/CA采用能量檢測(cè)(ED)、載波檢測(cè)(CS)和能量載波混合檢測(cè)三種檢測(cè)信道空閑的方式。nC S M A / C D 能 檢 測(cè) 沖 突 ， 但 無(wú) 法 避 免 沖 突 ； CSMA/CA發(fā)送包的同時(shí)不能檢測(cè)到信道上有無(wú)沖突，只能盡量“避免”。5.5.2 藍(lán)牙系統(tǒng)n最早使用的 WPAN 是 1994 年愛(ài)立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)