移動(dòng)通信課件：第1章 概述

1、第1章 概 述移動(dòng)通信的概念及特點(diǎn)1.1移動(dòng)通信的發(fā)展歷史1.2常用的無(wú)線通信系統(tǒng)1.3教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)等1、教學(xué)內(nèi)容 移動(dòng)通信的概念、特點(diǎn)和分類；移動(dòng)通信的發(fā)展歷史；第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，不同的2G標(biāo)準(zhǔn)；第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，不同標(biāo)準(zhǔn)的3G移動(dòng)通信系統(tǒng)；無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的概念，重點(diǎn)介紹802.11系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)。2、教學(xué)基本要求 熟悉移動(dòng)通信的概念、特點(diǎn)和分類；了解移動(dòng)通信的發(fā)展歷史；掌握第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，不同的2G標(biāo)準(zhǔn)；掌握第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，不同標(biāo)準(zhǔn)的3G移動(dòng)通信系統(tǒng)；掌握無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的概念，重點(diǎn)介紹802.11系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；了解移動(dòng)通信的發(fā)展

2、趨勢(shì)。3、重點(diǎn)、難點(diǎn) 熟悉移動(dòng)通信的概念、特點(diǎn)和分類；掌握第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，不同的2G標(biāo)準(zhǔn)；掌握第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，不同標(biāo)準(zhǔn)的3G移動(dòng)通信系統(tǒng)；掌握無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的概念，重點(diǎn)介紹802.11系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；1.1 移動(dòng)通信的概念及特點(diǎn)1.1.1 移動(dòng)通信概念 移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)中（或者臨時(shí)停留在某一非預(yù)定的位置上）進(jìn)行信息傳輸和交換，這包括移動(dòng)體（車輛、船舶、飛機(jī)或行人）和移動(dòng)體之間的通信，移動(dòng)體和固定點(diǎn)（固定無(wú)線電臺(tái)或有線用戶）之間的通信。 采用移動(dòng)通信技術(shù)和設(shè)備組成的通信系統(tǒng)即為移動(dòng)通信系統(tǒng)。 嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，移動(dòng)通信屬于無(wú)線通信的范疇，無(wú)線通信與移動(dòng)通信雖然都

3、是靠無(wú)線電波進(jìn)行通信的，但卻是兩個(gè)概念。 無(wú)線通信包含移動(dòng)通信，但無(wú)線通信側(cè)重于無(wú)線，移動(dòng)通信更注重于其移動(dòng)性。1.1.2 移動(dòng)通信的主要特點(diǎn)1移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別 （1）數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 一個(gè)典型的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)由發(fā)送端、接收端和傳輸介質(zhì)三部分組成。發(fā)送端和接收端分別對(duì)應(yīng) 4個(gè)單元 ： (1) 信源和信宿 (2) 信源編碼和譯碼 (3) 信道編碼和譯碼 (4) 調(diào)制和解調(diào)圖1-1 典型的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)框圖 信源和信宿。信源是指發(fā)送信息的單元，信宿是指接收信息的單元，通信就是在信源與信宿之間傳輸信息的過(guò)程。 信源編碼和譯碼。信源編碼的目的是壓縮數(shù)據(jù)率，去除信號(hào)中的冗余，提高傳

4、輸?shù)挠行裕恍旁醋g碼是信源編碼的逆過(guò)程。 信道編碼和譯碼。信道編碼的目的是增加信息的冗余，使其具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的能力，試圖以最少的監(jiān)督碼元為代價(jià)，換取可靠性的最大程度的提高；信道譯碼是信道編碼的逆過(guò)程，也是實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的過(guò)程。 調(diào)制和解調(diào)。調(diào)制是指載波調(diào)制，目的是實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，使調(diào)制后的信號(hào)適應(yīng)無(wú)線信道的特點(diǎn)，適合在無(wú)線信道傳輸；解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。 傳輸介質(zhì)。傳輸介質(zhì)為發(fā)射端和接收端提供了連接的物理信道。 （2）移動(dòng)通信和有線通信的區(qū)別 有線通信，其終端固定在某一地點(diǎn)，傳輸通過(guò)陸地中繼線路進(jìn)行，中繼線路包括光纖、銅纜、微波中繼及衛(wèi)星中繼等。 公用交換電話網(wǎng)PSTN的網(wǎng)絡(luò)配置是靜態(tài)的，信道是封

5、閉的。 移動(dòng)通信中，終端是移動(dòng)的，網(wǎng)絡(luò)配置是動(dòng)態(tài)的，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須每隔很短的時(shí)間就為用戶重新配置一次，保證用戶在移動(dòng)時(shí)能實(shí)現(xiàn)漫游和無(wú)縫切換。 無(wú)線信道是開(kāi)放的，存在各種干擾和噪聲，引起信號(hào)的多徑效應(yīng)和衰落現(xiàn)象。2移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) （1）移動(dòng)通信必須利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸。 （2）移動(dòng)通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行。 （3）移動(dòng)通信可以利用的頻譜資源有限。 （4）由于通信用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效。 （5）移動(dòng)終端必須適于在移動(dòng)環(huán)境中使用。1.1.3 移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類 依據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，移動(dòng)通信系統(tǒng)有多種分類方法。 （1）按使用對(duì)象不同，可分為： 民用移動(dòng)通信系統(tǒng) 軍用移動(dòng)通信

6、系統(tǒng) （2）按使用環(huán)境不同，可分為： 陸地移動(dòng)通信系統(tǒng) 海上移動(dòng)通信系統(tǒng) 空中移動(dòng)通信系統(tǒng) （3）按多址方式不同，可分為： 頻分多址（FDMA）移動(dòng)通信系統(tǒng) 時(shí)分多址（TDMA）移動(dòng)通信系統(tǒng) 碼分多址（CDMA）移動(dòng)通信系統(tǒng) （4）按覆蓋范圍不同，可分為： 廣域移動(dòng)通信系統(tǒng) 局域移動(dòng)通信系統(tǒng) （5）按業(yè)務(wù)類型不同，可分為： 電話移動(dòng)通信系統(tǒng) 數(shù)據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng) 多媒體移動(dòng)通信系統(tǒng) （6）按工作方式不同，可分為： 單工移動(dòng)通信系統(tǒng) 雙工移動(dòng)通信系統(tǒng) 半雙工移動(dòng)通信系統(tǒng) （7）按服務(wù)范圍不同，可分為： 專用移動(dòng)通信系統(tǒng) 公用移動(dòng)通信系統(tǒng)。 （8）按信號(hào)形式不同，可分為： 模擬移動(dòng)通信系統(tǒng) 數(shù)字移動(dòng)通

7、信系統(tǒng)。1.2 移動(dòng)通信的發(fā)展歷史 1897年被認(rèn)為是人類移動(dòng)通信元年。 現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)20年代，大致經(jīng)歷了6個(gè)發(fā)展階段。第1階段從20世紀(jì)20年代至20世紀(jì)40年代。第2階段從20世紀(jì)40年代中期至20世紀(jì)60年代初期。第3階段從20世紀(jì)60年代中期至20世紀(jì)70年代中期。第4階段從20世紀(jì)70年代中期至20世紀(jì)80年代中期。第5階段從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始至20世紀(jì)90年代后期。第6階段從20世紀(jì)90年代后期至今。1.3 常用的無(wú)線通信系統(tǒng) 主要包括無(wú)繩電話系統(tǒng)、第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)、第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)、數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)和無(wú)線局域網(wǎng)。1.3.1 無(wú)

8、繩電話系統(tǒng) 最早的商用無(wú)繩電話CT0，簡(jiǎn)稱子母電話機(jī)。 小靈通？圖1-2 無(wú)繩電話系統(tǒng)示意圖 普通的電話機(jī)被分為座機(jī)和手機(jī)兩部分，座機(jī)與有線網(wǎng)絡(luò)相連，手機(jī)與座機(jī)之間利用無(wú)線方式進(jìn)行連接。 這樣的座機(jī)和手機(jī)合在一起，稱為無(wú)繩電話。 20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的無(wú)繩電話系統(tǒng)稱為第一代。 模擬無(wú)繩電話系統(tǒng)（CT-1），亦稱子母機(jī)系統(tǒng)，僅供室內(nèi)使用，用無(wú)線信道代替有線電纜，用戶可在座機(jī)周圍100200m范圍內(nèi)方便地使用手機(jī)通話。 由于采用模擬技術(shù)，通話質(zhì)量不很理想，保密性也差。 20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的第二代的數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)，具有容量大、覆蓋面寬、支持?jǐn)?shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)、具有雙向呼叫和越區(qū)切換功能、應(yīng)用靈活、

9、成本低廉等特點(diǎn)。 表1-1給出了幾種數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù)。CT-2/CT-2+DECTPHSPACS地區(qū)歐洲/加拿大歐洲日本美國(guó)雙工方式TDD/TDDTDDTDDFDD頻段/MHz864868 94494818801900189519181850191019301990載波數(shù)/對(duì)/MHz40107716每載波承載信道數(shù)11248/對(duì)信道速率/（kbit/s）721152384384調(diào)制方式GFSKGFSK/4-DQPSK/4-DQPSK語(yǔ)音編碼速率/（kbit/s）32323232平均手機(jī)發(fā)射功率/ mW5101025峰值手機(jī)發(fā)射功率/ mW1025080200幀長(zhǎng)度/ms21052.5

10、表1-1數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)的主要參數(shù) PHS和PACS在我國(guó)獲得了廣泛的應(yīng)用，也就是我們通稱的小靈通。 2009年02月，中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通接到工信部相關(guān)文件，2011年前將妥善完成小靈通退市的相關(guān)工作。1.3.2 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng) 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)稱為第二代（2G）移動(dòng)通信系統(tǒng)。相比于第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，2G移動(dòng)通信系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。 （1）業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)大，除提供話音業(yè)務(wù)外還提供數(shù)據(jù)、圖像等多種非話業(yè)務(wù)。 （2）抗干擾性強(qiáng)，通信的安全保密性好。 （3）提高了網(wǎng)絡(luò)管理和控制的有效性和靈活性，易于實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游。 （4）設(shè)備成本降低，用戶終端的體積和重量變小。 （5）頻譜利用率高，可以提高系統(tǒng)容

11、量。各 項(xiàng) 指 標(biāo)GSMIS-95D-AMPSPDC上行頻段/MHz890915824849824849810830或14291453下行頻段/MHz935960869894869894940960或14771501調(diào)制方式GMSKOQPSK（上行）QPSK（下行）/4-QPSK/4-QPSK載波帶寬/kHz20012502530語(yǔ)音編碼方式RELP-LTPQCELPVSELPVSELP信道編碼方式CRC+卷積碼CRC+卷積碼CRC+卷積碼CRC+卷積碼信道數(shù)據(jù)速率/（kbit/s）270.8331228.848.642語(yǔ)音編碼速率/（kbit/s）13886.7多址方式TDMA/FDMACD

12、MA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMA表1-2第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要參數(shù) IS-95由于采用碼分多址方式（CDMA），除了具有前面介紹的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)外，還具有如下特點(diǎn)。 （1）頻譜利用率比FDMA、TDMA高得多。 （2）支持軟切換技術(shù)。 GSM和IS-95的演進(jìn)技術(shù) 1997年歐洲提出GSM系統(tǒng)的演進(jìn)版2.5G的通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）技術(shù)，1999年提出2.75G的GSM演進(jìn)的增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率（Enhanced Data rate for GSM Evolution，EDGE）技術(shù)。 讓使用900MHz、1

13、800MHz、1900MHz頻段的網(wǎng)絡(luò)提供第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的部分功能，并且能大大改進(jìn)目前在GSM系統(tǒng)上提供的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)。 美國(guó)電信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）于1999年7月公布的CDMA2000 Release 0版本為CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)版本。 它沿用IS-95B的開(kāi)銷信道，并增加了新的業(yè)務(wù)信道和補(bǔ)充信道。 2000年3月，3GPP2完成了Release A版本，增加了新的開(kāi)銷信道及相應(yīng)的信令。 2002年4月，3GPP2公布的Release B版本與Release A版本基本相同，只做了很少的改動(dòng)。1.3.3 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)1第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的提出 第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)通常指無(wú)線接口

14、的無(wú)線傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 截止1998年6月30日，提交到ITU的陸地第三代移動(dòng)通信無(wú)線傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共有10種。 ITU延續(xù)了在多址接入方面以碼分多址（CDMA）為主，輔以時(shí)分多址或者兩者相結(jié)合的策略。 1999年11月5日在芬蘭赫爾辛基召開(kāi)的ITU TG8/1第18次會(huì)議上最終確定了5種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為第三代移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，如表1-3所示。多址接入技術(shù)正 式 名 稱習(xí) 慣 稱 呼CDMAIMT-2000 CDMA-DSWCDMAIMT-2000 CDMA-MCCDMA2000IMT-2000 CDMA-TDDTD-SCDMA/UTRA-TDDTDMAIMT-2000 TDMA-SCUWC-136IM

15、T-2000 TDMA-MCEP-DECT表1-3IMT-2000無(wú)線接口的5種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 采用碼分多址接入（CDMA）技術(shù)的3種候選方案成為第三代移動(dòng)通信的主流標(biāo)準(zhǔn)。 3種主流標(biāo)準(zhǔn)的工作方式分別為頻分雙工直擴(kuò)（FDD-DS）、頻分雙工多載波（FDD-MC）和時(shí)分雙工（TDD），對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分別為WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA/UTRA-TDD。23大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)性能對(duì)比 3G的3大主流技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、核心網(wǎng)、空中接口、碼片速率、載頻間隔、擴(kuò)頻方式、同步和功控速度等主要技術(shù)特點(diǎn)如表1-4所示。標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)WCDMACDMA2000TD-SCDMA核心網(wǎng)GSM MAPANSI-41G

16、SM MAP帶寬5MHz1.25MHz1.6MHz多址方式CDMACDMACDMA/TDMA碼片速率3.84Mchip/s1.2288Mchip/s1.28Mchip/s雙工方式FDD/TDDFDDTDD幀長(zhǎng)10ms/15時(shí)隙/幀5、10、20、40、80ms/16時(shí)隙/幀52ms/72時(shí)隙/2子幀/幀語(yǔ)音編碼自適應(yīng)多速率語(yǔ)音編碼器（AMR）可變速率聲碼器IS-773、IS-127自適應(yīng)多速率語(yǔ)音編碼器（AMR）信道編碼卷積碼和Turbo碼卷積碼和Turbo碼卷積碼和Turbo碼信道化碼前向OVSF，擴(kuò)頻因子5124；反向OVSF，擴(kuò)頻因子2564前向：Walsh和長(zhǎng)碼；反向：Walsh和準(zhǔn)正

17、交碼OVSF，擴(kuò)頻因子161擾碼前向：18位GOLD碼；反向：24位GOLD碼長(zhǎng)碼和短PN碼擾碼（v1-v16），長(zhǎng)度固定為16功率控制開(kāi)環(huán)+閉環(huán)開(kāi)環(huán)+閉環(huán)開(kāi)環(huán)+閉環(huán)切換軟切換軟切換接力切換導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)上行專用導(dǎo)頻；下行公共或?qū)Ｓ脤?dǎo)頻上行專用導(dǎo)頻；下行公共或?qū)Ｓ脤?dǎo)頻下行公共導(dǎo)頻DwPTS；上行同步UpPTS 基站同步同步/異步GPS同步同步表1-43G的主流標(biāo)準(zhǔn)性能對(duì)比1.3.4 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括信道傳輸；抗干擾性強(qiáng)的高速接入技術(shù)、調(diào)制和信息傳輸技術(shù)；高性能、小型化和低成本的自適應(yīng)陣列智能天線；大容量、低成本的無(wú)線接口和光接口；系統(tǒng)管理資源；軟件無(wú)線電（課后作業(yè)）

18、、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議等。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為技術(shù)核心。 全球81個(gè)國(guó)家已有213張LTE商用網(wǎng)絡(luò)，其中FDD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)192張、TDD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)11張。? 在國(guó)內(nèi)即將上馬的4G中，中國(guó)移動(dòng)采用的是TD-LTE，中國(guó)聯(lián)通將采用的是FDD-LTE，電信同樣贊成FDD-LTE模式，稱要走技術(shù)道路。 FDD-LTE是最早提出來(lái)的LTE系統(tǒng)模式，發(fā)展至今最為成熟，在世界各國(guó)推廣的LTE系統(tǒng)模式中也最為普遍，備受廣大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備廠商和終端生產(chǎn)商的支持，高通就是FDD-LTE主要支持者和芯片供應(yīng)商之一。 值得一提的是，幾乎現(xiàn)在所有存在商業(yè)化LTE網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家，都在使用F

19、DD-LTE系統(tǒng)。 ！4G并 LTE！ 在ITU(國(guó)際電聯(lián))的定義里，任何達(dá)到或超過(guò)100Mbps的無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以稱為4G。 所以實(shí)際上，4G現(xiàn)在至少包含了LTE和WiMAX兩大不同類型的無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng)前的LTE還能都往前走嗎？ 答案是肯定的，業(yè)界正在向前邁的一步是LTE-Advanced。LTE和LTE-A系統(tǒng)成為未來(lái)幾年內(nèi)無(wú)線通信發(fā)展的主流 除此之外LTE還有發(fā)展前景，比如即將到來(lái)的LTE Broadcast(LTE廣播)和更為先進(jìn)的LTE Direct。1.3.5 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是指利用人造地球通信衛(wèi)星作為空間鏈路的一部分進(jìn)行移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)，如圖1

20、-3所示。圖1-3 衛(wèi)星通信示意圖 下面以靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)為例，如圖1-4所示，簡(jiǎn)單介紹衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作原理。 靜止衛(wèi)星是指衛(wèi)星的運(yùn)行軌道在赤道平面內(nèi)，軌道離地面高度約為35800km（經(jīng)常稱36 000km）。 衛(wèi)星運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，繞地球一周的公轉(zhuǎn)時(shí)間為24小時(shí)，與地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間相同。 地球上的地球站與衛(wèi)星的相對(duì)位置如同靜止一樣，故稱靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)，也稱同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 如圖1-4所示，若以120的等間隔在同步軌道上配置三顆衛(wèi)星，則在地球表面上除兩極地區(qū)外，其他區(qū)域都在覆蓋范圍之內(nèi)，部分區(qū)域?yàn)閮深w衛(wèi)星波束覆蓋的重疊地區(qū)。 因此，可借助于在重疊區(qū)內(nèi)的地球站作為中繼站，

21、實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星覆蓋的地球站之間的通信。 按圖1-4所示等間隔配置三顆同步衛(wèi)星，就可以實(shí)現(xiàn)全球通信，這一特點(diǎn)是任何其他通信方式所不具備的。圖1-4 靜止衛(wèi)星的配置 表1-5給出了部分低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的部分參數(shù)。系統(tǒng)名稱ARIESTELEDESICELLIPSOBOREALISELLPSOCONCORDLAGLOBALSTARIRIDIUM軌道高度/km圓1018圓700橢圓520/7800圓7800圓1389圓780傾角9098.2116.50475286.4周期105.598.77180280113.5310013軌道平面數(shù)421318 86每平面衛(wèi)星數(shù)1240593 611總衛(wèi)星數(shù)488

22、4015924 4866頻率用戶鏈路L/S頻段Ka頻段L/S/C頻段上行L頻段下行S頻段L頻段系統(tǒng)控制鏈路C頻段Ka頻段L/S/C頻段C頻段Ka頻段業(yè)務(wù)語(yǔ)音有有有（4.8）有（2.4/4.8/9.6）有（2.4/4.8）數(shù)據(jù)/（kbit/s）2.41620480.39.69.62.4估計(jì)成本/美元5億90億6億17億（48顆星）33.7億多址方式CDMA上行FDMA;下行ATDMCDMACDMATDMA表1-5低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部分參數(shù)1.3.6 數(shù)字集群移動(dòng)通信系統(tǒng)1集群移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn) 集群移動(dòng)通信系統(tǒng)又稱集群調(diào)度系統(tǒng)，屬于專用移動(dòng)通信系統(tǒng)。 按照信道占用頻道方式的不同，集群系統(tǒng)可

23、分為 3種： 消息集群 傳輸集群 準(zhǔn)傳輸集群 與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，集群移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有如下特點(diǎn)。（1）集群通信系統(tǒng)屬于專用移動(dòng)通信網(wǎng)，適用于在各個(gè)行業(yè)（或幾個(gè)行業(yè)合用）中間進(jìn)行調(diào)度和指揮，對(duì)網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級(jí)和特殊功能。 蜂窩通信系統(tǒng)屬于公眾移動(dòng)通信網(wǎng)，適用于各階層和各行業(yè)中個(gè)人之間通信，一般不分優(yōu)先等級(jí)。（2）集群通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)是無(wú)線用戶和無(wú)線用戶之間的通信。 集群通信系統(tǒng)通常具有一定的限時(shí)功能。 蜂窩通信系統(tǒng)卻有大量的無(wú)線用戶與有線用戶之間的通話業(yè)務(wù)。 蜂窩通信系統(tǒng)對(duì)通信時(shí)間一般不進(jìn)行限制。 （3）集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工（現(xiàn)在已有全雙工產(chǎn)品）工作方式，因而一

24、對(duì)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信只需占用1個(gè)頻道。 集群通信系統(tǒng)的頻率利用率高。 蜂窩通信系統(tǒng)都采用全雙工工作方式，因而一對(duì)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信必須占用1對(duì)頻道。 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)相對(duì)要方便一些。 （4）在集群系統(tǒng)中，主要通過(guò)改進(jìn)頻道共用技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的頻率利用率。 在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的頻率利用率。 （5）早期的集群通信系統(tǒng)為大區(qū)制覆蓋方式，不需要切換和漫游功能，相比蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，價(jià)格較便宜。 隨著集群移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域變大，集群通信系統(tǒng)也可以增加漫游和切換功能，網(wǎng)絡(luò)管理將變得復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)造價(jià)升高。2集群移動(dòng)通信系統(tǒng)的組網(wǎng) 集群通信系統(tǒng)的組網(wǎng)均以基本系統(tǒng)為模塊，并用這些

25、模塊擴(kuò)展為區(qū)域網(wǎng)。 根據(jù)覆蓋的范圍及地形條件，基本系統(tǒng)可由單基站或多基站組成。 集群通信的控制方式主要有兩種，即集中式控制方式和分散式控制式方式。 兩種方式的結(jié)構(gòu)基本上都由基地臺(tái)（轉(zhuǎn)發(fā)器或中繼器）、系統(tǒng)管理終端、系統(tǒng)集群邏輯控制部分、調(diào)度臺(tái)和用戶臺(tái)（車載臺(tái)和手持機(jī)）組成。 集中式控制方式的單區(qū)單基站系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，由移動(dòng)臺(tái)、調(diào)度臺(tái)、基站、系統(tǒng)控制中心和系統(tǒng)管理終端組成。圖1-5 集中式控制方式的單區(qū)單基站系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) （1）移動(dòng)臺(tái)包括車載臺(tái)、便攜臺(tái)和手持機(jī)，工作方式有單工和雙工。移動(dòng)臺(tái)主要由收發(fā)信機(jī)、控制單元、天線和電源等組成。 （2）調(diào)度臺(tái)分為無(wú)線和有線調(diào)度臺(tái)兩種。無(wú)線調(diào)度臺(tái)

26、由收發(fā)信機(jī)、控制單元、操作臺(tái)、天饋線及電源等組成； 有線調(diào)度臺(tái)可以是接到控制臺(tái)的電話機(jī)或帶顯示的操作臺(tái)。通常一個(gè)群用戶有一個(gè)調(diào)度臺(tái)。 （3）基站由轉(zhuǎn)發(fā)器（中繼器）、天線共用器、天饋線系統(tǒng)和電源等設(shè)備組成。 （4）系統(tǒng)控制中心由系統(tǒng)控制器、無(wú)線接口電路、交換矩陣、集群控制邏輯電路、有線接口電路、監(jiān)控系統(tǒng)、電源組成。 （5）系統(tǒng)管理終端主要由計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)管理軟件組成，并與系統(tǒng)控制器相連。3典型的集群移動(dòng)通信技術(shù) 目前在我國(guó)使用的數(shù)字集群技術(shù)主要有歐洲的Tetra系統(tǒng)、Motorola公司的iDEN系統(tǒng)、華為公司開(kāi)發(fā)的GT800系統(tǒng)和中興公司開(kāi)發(fā)的GoTa系統(tǒng)。1.3.7無(wú)線局域網(wǎng)1無(wú)線局域網(wǎng)的概念

27、及特點(diǎn) 無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）是利用無(wú)線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 它以無(wú)線多址信道作為傳輸介質(zhì)，利用電波完成數(shù)據(jù)交互，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)（LAN）的功能，構(gòu)成可以互相通信和實(shí)現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系，使用戶能夠真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。 WLAN提供無(wú)線對(duì)等（如PC對(duì)PC、PC對(duì)集線器或打印機(jī)對(duì)集線器）和點(diǎn)到點(diǎn)（如LAN到LAN）連接的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。 WLAN能執(zhí)行像文件傳輸、外設(shè)共享、Web瀏覽、電子郵件收發(fā)和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信功能。 WLAN通過(guò)電磁波傳送和接收數(shù)據(jù)，代替

28、了常規(guī)LAN中使用的雙絞線、同軸線路或光纖。 WLAN中常用的通信協(xié)議，均位于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型底部的第1層與第2層。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN具有以下特點(diǎn)：（1）移動(dòng)性好（2）安裝方便（3）運(yùn)營(yíng)成本低、回報(bào)高（4）安全性高（5）可靠性高 WLAN廣泛應(yīng)用在社區(qū)、游樂(lè)園、旅館、機(jī)場(chǎng)車站等區(qū)域?qū)崿F(xiàn)旅游休閑上網(wǎng)； 可以應(yīng)用在政府辦公大樓、校園、企事業(yè)等單位實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公及上課等； 還可以應(yīng)用在醫(yī)療、金融證券等方面，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生在路途中對(duì)病人的網(wǎng)上診斷，實(shí)現(xiàn)金融證券網(wǎng)上交易等。 WLAN也適合應(yīng)用在一些特殊的場(chǎng)景，比如礦山、水利、油田、港口、碼頭、江河湖區(qū)、野外勘探、軍事流動(dòng)網(wǎng)和公安流動(dòng)網(wǎng)等。2WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

29、 WLAN有兩種主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad Hoc）和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（Infrastructure Network）。（1）自組織型WLAN 自組織型WLAN屬于Ad hoc模式，是一種對(duì)等模型的網(wǎng)絡(luò)，也稱為無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)（或無(wú)AP網(wǎng)絡(luò)）。圖1-6 自組織型WLAN示意圖（2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型WLAN 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型WLAN利用了高速的有線或無(wú)線骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)。 在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在基站（BS）的協(xié)調(diào)下接入到無(wú)線信道，建立與終端的通信，如圖1-7所示。 圖1-7 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型WLAN示意圖 在目前的實(shí)際應(yīng)用中，大部分無(wú)線WLAN都是基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。（3）802.11協(xié)議的WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)參考

30、模型。 網(wǎng)絡(luò)單元功能。圖1-8 無(wú)線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參考模型 圖1-8所示無(wú)線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參考模型中，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元的功能如下所述。端站（STA）是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的終端，可以通過(guò)接口接入計(jì)算機(jī)終端，也可以是非計(jì)算機(jī)終端上的嵌入設(shè)備，終端通過(guò)空中接口接入AP。接入點(diǎn)（AP）通過(guò)空中接口與終端（STA）進(jìn)行通信，AP和STA均為可以尋址的實(shí)體，AP與AC通過(guò)WB接口采用有線方式連接。接入控制器（AC）在無(wú)線局域網(wǎng)和外部網(wǎng)之間充當(dāng)網(wǎng)關(guān)功能。Portal服務(wù)器負(fù)責(zé)完成WLAN用戶門戶網(wǎng)站的推送，Portal服務(wù)器為必選網(wǎng)絡(luò)單元。AAA是驗(yàn)證、授權(quán)和記賬（Authentication、Authorization、Ac

31、counting ）3個(gè)英文單詞的簡(jiǎn)稱，其主要目的是管理哪些用戶可以訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，具有訪問(wèn)權(quán)的用戶可以得到哪些服務(wù)，如何對(duì)正在使用網(wǎng)絡(luò)資源的用戶進(jìn)行記賬。各個(gè)接口定義。WA接口。STA和接入點(diǎn)之間的接口，即空中接口。WB接口。接入點(diǎn)和接入控制器之間的接口，為邏輯接口。WT接口。STA和用戶終端之間的接口，為邏輯接口。WU接口。公共無(wú)線局域網(wǎng)（PWLAN）與Internet之間的接口。WS接口。AC與AAA服務(wù)器之間的接口，為邏輯接口。WP接口。AC與Portal服務(wù)器之間的接口，為邏輯接口。WM接口。無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）網(wǎng)元與網(wǎng)元管理單元之間的接口，為邏輯接口。3WLAN標(biāo)準(zhǔn)（1）802.

32、11系列標(biāo)準(zhǔn) 無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系如表1-6所示。標(biāo) 準(zhǔn) 編 號(hào)負(fù)責(zé)的技術(shù)領(lǐng)域IEEE802.11（11/1997）無(wú)線局域網(wǎng)物理層和介質(zhì)接入控制層規(guī)范IEEE 802.11a無(wú)線局域網(wǎng)物理層和介質(zhì)接入控制層規(guī)范5 GHz頻段高速物理層規(guī)范IEEE 802.11b無(wú)線局域網(wǎng)物理層和介質(zhì)接入控制層規(guī)范2.4 GHz頻段高速物理層擴(kuò)展IEEE 802.11d物理層方面的特殊要求IEEE 802.11eIEEE 802.11 MAC層增強(qiáng)服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）IEEE 802.11f支持IEEE 8002.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議（IAPP）IEEE 802.11g2.4 GHz頻段高速物理層（20 M

33、bit/s以上）擴(kuò)展IEEE 802.11h額外定義了物理層方面的要求（諸如信道化和跳頻模式等）IEEE 802.11i無(wú)線局域網(wǎng)介質(zhì)接入控制層安全性增強(qiáng)規(guī)范表1-6無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系標(biāo) 準(zhǔn) 編 號(hào)負(fù)責(zé)的技術(shù)領(lǐng)域IEEE 802.11j日本所采用的等同于802.11h的協(xié)議IEEE 802.11k射頻資源管理IEEE 802.11m對(duì)IEEE 802.11規(guī)范體系進(jìn)行維護(hù)、修正和改進(jìn)IEEE 802.11n高速物理層和介質(zhì)接入控制層規(guī)范IEEE 802.11oVoWLANIEEE 802.11p車載環(huán)境下的無(wú)線通信IEEE 802.11qVLAN的支持機(jī)制IEEE 802.11r快速漫游IEE

34、E 802.11sMesh網(wǎng)狀網(wǎng)IEEE 802.11t無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能預(yù)測(cè)IEEE 802.11u與其他網(wǎng)絡(luò)的交互性IEEE 802.11v無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理 無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、ZigBee等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，均可工作在2.4GHz頻段上。 幾種典型的802.11系列標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)特點(diǎn)如表1-7所示。標(biāo) 準(zhǔn)802.11b802.11a802.11g802.11n發(fā)布時(shí)間1999年7月1999年7月2003年6月2006年1月工作頻段2.42.4835GHz5.155.35GHz5.4755.725GHz2.42.483 5GHz2.42.483 5GHz5.155.850GHz有效帶寬5.5M24.7M24.7

35、M100M以上無(wú)交疊信道31131編碼技術(shù)CCKOFDMCCK/OFDMMIMO/OFDM最高速率11Mbit/s54Mbit/s54Mbit/s300600Mbit/s兼容性通過(guò)Wi-Fi認(rèn)證的產(chǎn)品之間可以互通與802.11b/g不兼容向下兼容802.11b向下兼容802.11a、802.11g和802.11b表1-7典型的802.11系列標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)特點(diǎn) ISM頻段即工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)用頻段。 世界各國(guó)均保留了一些無(wú)線頻段，以用于工業(yè)，科學(xué)研究和微波醫(yī)療方面的應(yīng)用。 Wi-Fi（Wireless Fidelity）英文原意為無(wú)線保真，實(shí)際是 IEEE 802.11b的別稱，是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance）所持有。 根據(jù)用戶對(duì)象，無(wú)線局域網(wǎng)有以下兩類： （1） 供個(gè)人及公司內(nèi)部人員使用的私人無(wú)線局域網(wǎng)。 憑藉Wi-Fi技術(shù)，用戶再也不需先在家中或公司的墻壁上鉆孔，才能把纜線接入各個(gè)房間。相反，用戶只要安裝一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)（Wireless Access Point），并在每臺(tái)手提電腦上插入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)卡（或使用內(nèi)建無(wú)線模組的手提電腦），就可以在家中或辦公室內(nèi)輕輕松松的使用無(wú)線上網(wǎng)，有些企業(yè)也會(huì)藉著架設(shè)無(wú)線局域網(wǎng)以