移动无线网络重点.docx

无线通信l 不借助于有线传输媒介，而是通过电磁波在空间传播来传递信息的通信方式 特点l 广播性 一发多收l 信道随空间变化 空间环境不同，信道特性不同l 传播距离有限l 相互干扰l 多径效应 信号沿不同路径到达接收机，造成衰落和时延扩展 无线网络的分类： 1、从覆盖范围分l 系统内部互连/无线个域网l 无线局域网l 无线城域网/广域网 无线局域网l 有固定基础设施 基本服务集BSS BSS包括一个基站和若干移动站 本BSS内的站可以直接通信 与外界通信时必须经过基站l 无固定基础设施 自组织网络 无AP 各站平等 具备分组转发功能 无线广域网l 蜂窝移动通信系统 低带宽无线系统 第一代l 模拟，只能传送话音 第二代l 数字，只能传送话音 第三代l 数字，传送话音及数据 无线网络的分类： 2、从应用角度划分l 无线传感器网络l 无线Mesh网络l 无线穿戴网络l 无线体域网4. 无线传输媒体 传输媒体指的是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径l 导向性媒体l 非导向性媒体 在这两种情况下，通信都以电磁波的形式进行 导向性媒体l 电磁波被引导沿某一固定媒体前进l 双绞线，同轴电缆，光纤 非导向性媒体l 提供传输电磁波的手段，但不引导传输方向l 大气，外层空间 数据传输的特性以及传输质量取决于传输媒体的性质和传输信号的特征 导向媒体l 传输受到的限制主要取决于媒体自身性质 非导向媒体l 在决定传输特性方面，发送天线生成的信号带宽比媒体更重要 无线传输媒体l 是指无需架设或铺设电缆或光缆，把数据信号转换成电磁波后直接通过自由空间进行传送无线信号的方向性： 天线发射的信号有一个重要属性l 方向性 通常来讲，低频信号是全向的l 信号从天线发射后会沿所有方向传播 当频率较高时，信号有可能被聚集为有向波束 非导向媒体： 发送和接收都通过天线实现 发送时l 天线将电磁能量发射到媒体中(通常是空气) 接收时l 天线从周围媒体中获取电磁波 无线传输的两种基本构造类型、l 定向 发送天线将电磁波聚集成波束后发射出去，发射和接收天线必须精确校准l 全向 发送信号沿所有方向传播，能够被多数天线接收 4.1 地面微波： 主要用于长途电信服务，可代替同轴电缆和光纤，通过地面接力站中继 要求视线距离传输l 没有障碍物l 通常安装在高出地面很多的地方 扩展天线之间的范围 越过障碍物 使用场合： 语音和电视信号传播 建筑物之间的点对点线路 旁路应用 某公司直接与本市长途电信设备建立微波链路，从而绕过本地电话公司 蜂窝系统 固定无线接入系统 地面微波常见的用于传输的频率范围l 2GHz40GHzl 频率越高，可能的带宽就越宽，可能的数据传输速率也就越高 数字微波频率越高衰减越大l 较高的微波频率对长途传输没有什么用处，但却非常适用于近距离传输广播无线电波： 广播无线电与微波之间的主要区别l 广播无线电是全向性的l 微波是方向性的红外线： 红外线传输不能超过视线范围，距离短 红外线传输无法穿透墙体l 微波系统中遇到的安全性和干扰问题在红外线传输中都不存在 红外线不需要频率分配许可光波： 主要指非导向光波，而非用于光纤的导向光波 典型应用l 将分布于两个建筑物内的LAN通过安装在屋顶的激光装置连接起来l 提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装激光的弱点： 激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准 激光束不能穿透雨或者浓雾 白天太阳的热量使气流上升也会使激光束产生偏差天线： 天线是实现无线传输最基本的设备 可看作一条电子导线或导线系统l 用于将电磁能辐射到太空l 用于将太空中的电磁能收集起来 发送信号l 通过天线将来自于转发器的无线电频率电能转换为电磁能辐射到周围环境中 接收信号l 撞击到天线上的电磁能被转化成无线电频率的电能并合成到接收器中传播方式： 由天线辐射出去的信号以三种方式传播l 地波(Ground Wave)l 天波(Sky Wave)l 直线(Light Of Sight)l 地波l 地波传播或多或少要沿着地球的轮廓前行，且可传播相当远的距离，较好地跨越可视的地平线l 大约2MHz的频率就可以达到这样的效果l 在这一频率范围内的电磁波被大气散射，不能穿透上层的大气l 举例 调幅无线电(AM) 天波l 天波信号可以通过多个跳跃，在电离层和地球表面之间前后反弹地穿行l 采用天波传播时，来自基于地球天线的信号从被电离的上层大气层(电离层)反射回地球l 尽管表现出的是波被电离层反射，就好像电离层是一个坚硬的反射面，但实际引起这种效果的是折射l 无线电业余爱好者、民用波段无线电和国际广播采用天波传播 直线传播l 当要传播的信号频率在30MHz以上时，天波与地波的传播方式均无法工作，通信必须用直线方式 对无线网络而言，人们更关心的是直线的无线传输 在这种情况下，最主要的损伤来源于l 衰减和衰减失真(attenuation and attenuation distortion)l 自由空间损耗(free space loss)l 噪声(noise)l 大气吸收(atmospheric absorption)l 多径(multi path)l 折射(refraction) 衰减l 一个信号的强度会随着所跨越的任一传输媒介的距离而降低l 对无线直线传输来讲，应考虑衰减带来的以下三个影响 接收的信号必须有足够的强度，以使接收端的电子线路能够检测并解释信号 与噪声相比，信号必须维持一种足够高的水平以便被无误差地接收 高频下的衰减更为严重，会引起失真 噪声l 对于任一数据发射事件的接收信号都是由传输信号构成l 传输信号可能会被传输系统所产生的各种失真修改，还包括了在传输端和接收端之间的某些地方插入的人们不希望有的额外信号，这些不希望有的信号就是噪声l 噪声是对通信系统性能带来影响的主要限制因素 噪声的分类l 热噪声(thermal noise)l 互调噪声(intermodulation noise)l 串扰(crosstalk)l 脉冲噪声(impulse noise) 热噪声l 是由于电子的热搅动而产生的l 在所有的电子设备和传输媒介中都存在 是温度的函数l 热噪声在所跨过的整个频谱上是均匀分布的，因此常被称为白噪声(white noise)l 热噪声无法消除 因此在通信系统中常会有一个上界l 热噪声对卫星通信的影响特别显著 由于卫星地面战的接收信号较弱 多径l 从发送端到接收端有一条直接的直线通信路径 卫星设施以及点对点的微波通信l 发射的信号可能会被障碍物反射，以至于可以接收到具有不同延迟的信号的多个副本。极端情况下，甚至可能没有直接接收到信号 移动电话l 依赖于直线或反射波在路径长度上的不同，合成的信号可能比直接信号大，也可能小 折射l 当通过大气传播时，无线电波会被折射(或弯曲)l 由于信号高度的变化而引起的信号速度的改变或大气条件下其他空间的改变都会引起折射移动环境中的衰退： 衰退l 是通信系统所面临的最具挑战性的技术问题l 是指因传输媒介或传输路径的改变而引起的接收到的信号功率随时间变化l 在固定环境中，大气条件的改变(如下雨)会引起衰退l 在移动环境中，一根天线相对于另一根在移动，各种障碍物的相对位置会随时间而改变，由此会产生比较复杂的传输结果多普勒效应： 波在波源移向观察者时频率变高，而在波源远离观察者时频率变低 当观察者移动时也能得到同样的结论l 假设原有波源的波长为，波速为c，观察者移动速度为vl 当观察者走近波源时观察到的波源频率为(v+c)/l 如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为(v-c)/ 多普勒效应的实例l 当火车接近观察者时，汽鸣声会比平时更刺耳信号编码： 数据(data)l 定义为传达某种意义或信息的实体 信号(signal)l 是数据的电气或电磁表示 模拟数据的数据编码： 模拟信号通过PCM脉码调制量化为数字信号l 让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值 PCM的过程l 抽样：不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值l 量化：把一个连续函数的无限个数值的集合映射为一个离散函数的有限个数值的集合l 编码：用二进制码组去表示量化后的十进制量化值 抽样l 如何保证模拟数据的信息不丢失，接收方能够完整恢复出原始信号呢？l 奈奎斯特采样定理 如果媒体传输的最大频率为F，那么接收方只要以每秒2f次的频率进行采样，就能完整重现信号 即每周期采样两次l 若采样频率小于信号频率，将导致某些振荡完全丢失l 重建信号与原始信号可能相差很远扩频技术： 扩频技术最初是针对军事和情报部门的需求而开发的 基本思想：将携带信息的信号扩展到较宽的带宽中，以加大干扰和窃听的难度 第一种扩频技术称为跳频(frequency hopping)调频扩频： 信号用看似随机的无线电频率序列进行广播，并在固定间隔里从一个频率跳到另一个频率 接收器在接收消息时，也和发送器同步地从一个频率跳到另一个频率l 原本打算窃听的人听到的只是无法识别的哗哗声l 即使试图在某一频率上干扰，也只能抹去信号中很少的几个位蜂窝移动通信： 概念l 采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信 蜂窝l 无线移动通信系统由许多六角形的区(Cell)依次紧密排列，像蜂窝的形状l 每个Cell使用一个无线电频率，隔几个Cell容许使用同一频率，不会互相干扰l 每个Cell由一个BS提供服务 主要特征l 终端的移动性l 越区切换l 跨本地网自动漫游 蜂窝移动通信业务l 经过由基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务 大区和小区： 大区l 在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区l 单工或双工工作，单信道或多信道 小区l 将所要覆盖的地区划分为若干小区，在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务 小区制特点l 本小区内能服务的用户数由基站的信道数来决定l 频率再用（frequency reuse） 由于相隔较远，同信道干扰降至可以接受的程度，所以用有限的频率数就可以服务多个小区l 可以构成大区域大容量的移动通信系统 还可以形成全省，全国或更大的系统切换和漫游： 漫游l 移动台脱离了本管区的范围，移动到其他管区中去l 当其他用户呼叫这个漫游的移动台时，仍拨它原来的电话号码 切换l 当移动台在通话中经过两个基站覆盖区的相邻边界时所采用的信道切换过程蜂窝移动通信系统的发展： 第一代l 模拟通信l 只支持话音业务l 代表：AMPS (Advanced Mobile Phone Service) 第二代l 全数字通信l 支持话音业务和低速率电路型数据业务l 代表：GSM (Global System for Mobile Communications) 第三代l 频谱效率高l 支持高数据率的多媒体和数据业务l 代表：3G蜂窝移动通信的过程： 移动单元和基站BS间存在两类信道l 控制信道 交换控制信息 建立及维持呼叫l 业务信道 话音或数据传递单MTSO控制区域内终端典型通信过程： 移动设备初始化l 扫描控制信道，选择具有最强信号的信道建立控制连接l 通过选择的基站在MTSO上进行确认及注册 发起呼叫 l 选择空闲信道l 发送请求至基站l 基站将请求送至MTSO 寻呼 l MTSO试图完成至被叫设备的连接l 发送信息给某些基站l 每个基站在它自己所分配的信道上发送寻呼信息 接受呼叫 l 被叫设备在监控信道上识别出自己的号码l 向基站作出响应l 基站向MTSO发送该响应l MTSO在主叫和被叫基站间建立一条环路l MTSO在每个基站所在蜂窝区内选择一个可用业务信道并通知基站l 基站通知移动终端l 终端调至相应已分配信道上 数据传递 l 移动设备通过各自的基站同MTSO交换话音或数据业务 越区切换 l 在连接过程中，当终端从一个蜂窝区移至另一个蜂窝区时，必须进行切换l 业务信道必须改变，变成新蜂窝区中一条已分配给基站的信道l 切换在后台进行，无需中断呼叫或提醒用户 结束呼叫l 一方挂机时，MTSO收到信息并释放两基站间的业务信道 呼叫阻塞l 所有分配给最近基站的业务信道都被占用l 返回忙音 掉话l 在连接过程中，由于某些地区存在干扰或弱信号点，基站无法在某段时期内维持所需最小信号强度l 关闭业务信道l 通知MTSO 与来自固定或远程用户间建立连接l MTSO连接到公用交换电话网l MTSO能通过电话网，在本区域内的移动用户和固定用户间建立连接l MTSO还能通过电话网或专线连接至远程MTSO，在本区域的移动用户和远程移动用户间建立连接蓝牙技术参数： 工作频段l ISM 无需申请许可证即可使用 全世界通用 兼容性好 利于推广 工作方式l 时分双工/跳频方式 发射功率l 三类设备 100mW，100m 2.5mW 1mWl 三种功率模式 侦听模式 保持模式 休眠模式无线局域网标准（必考）： IEEE 802.11 HiperLAN IEEE 802.11标准： IEEE 802.11bl 物理层使用CCK(补码键控) 直接序列扩频技术l 2.4GHz ISM频段l 11Mbit/s IEEE 802.11al 物理层采用OFDM(正交频分复用)技术l 5GHz频段l 54Mbit/s IEEE 802.11gl 将IEEE 802.11b和I