第八讲(移动通信技术)

第八讲移动通信技术 了解蓝牙技术的概念和技术特点 了解蓝牙技术的工作机制和标准 了解移动通信技术的概念和特点 了解常见的移动通信系统的组成 蓝牙技术的概念 蓝牙技术是一种用于替代便携或固定电子设备上使用的电缆或连线的短距离无线连接技术 在办公室 家庭和旅途中 无须在任何电子设备间布设专用线缆和连接器 通过蓝牙遥控装置可以形成一点到多点的连接 即在该装置周围组成一个 微网 网内任何蓝牙收发器都可与该装置互通信号 蓝牙技术的特点 使用2 4GHz频段无方向性 支持点到点 点到多点的传输低功耗采用跳频技术 安全性好即连即用 plonkandplay 传输带宽1Mbps通信距离100m以内 蓝牙技术标准 蓝牙技术在标准上先后推出了Bluetooth1 0 1 1 1 2等三个版本 其规范的技术和功能也逐渐完善 随着Bluetooth1 2的推出 在传输速度 抗干扰 安全性等方面有提高 依据发射功率有3种距离等级 Class1约为100m左右 Class2约为10m Class3约为2 3m 一般正常的工作范围是10m半径之内 SIG日前宣布正式采用蓝牙核心规范V2 0 2 0版本的蓝牙标准提供的带宽将是目前蓝牙带宽的三倍 不过并没有增大无线传输的距离 蓝牙2 0在传输大量文件数据时耗电量只有旧版本蓝牙标准的一半 另外 新版本还具有向后兼容能力和更小的误码率 在蓝牙1 1标准的时代 CSR CambridgeSiliconRadio 公司的CSRCore2芯片占据市场上的绝大部份份额 但到了蓝牙1 2标准盛行的05年开始 Broadcom公司的BCM系列芯片组开始领跑市场IEEE推出蓝牙技术标准IEEE802 15 蓝牙关键技术 跳频技术 蓝牙的载频选用全球通用的2 45GHzISM频段 由于2 45GHz的频段是对所有无线电系统都开放的频段 因此使用其中的任何一个频段都有可能遇到不可预测的干扰源 采用跳频扩谱技术是避免干扰的一项有效措施 微微网和分散网 当两个蓝牙设备成功建立链路后 一个微微网便形成了 两者之间的通信通过无线电波在信道中随机跳转而完成 蓝牙给每个微微网提供特定的跳转模式 因此它允许大量的微微网同时存在 同一区域内多个微微网的互联形成了分散网 不同的微微网信道有不同的主单元 因而存在不同的跳转模式 蓝牙关键技术 安全性 蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击 因此安全机制在蓝牙技术中显得尤为重要 虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已经提供了一定的安全保障 但是蓝牙系统仍然需要链路层和应用层的安全管理 纠错技术 蓝牙系统的纠错机制分为FEC和包重发 为了减少复杂性 使开销和无效重发为最小 蓝牙执行快ARQ结构 ARQ结构分为 停止等待ARQ 向后N个ARQ 重复选择ARQ和混合结构 蓝牙系统组成 天线单元蓝牙的天线部分体积十分小巧 重量轻 属于微带天线 链路控制 硬件 单元目前蓝牙产品的链路控制硬件单元包括3个集成芯片 连接控制器 基带处理器以及射频传输 接收器 此外还使用了3 5个单独调谐元件 基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议 链路管理 软件 单元链路管理 LM 软件模块携带了链路的数据设置 鉴权 链路硬件配置和其它一些协议 LM能够发现其他远端LM并通过LMP 链路管理协议 与之通信 软件 协议栈 单元蓝牙的软件 协议栈 是一个独立的操作系统 不与任何操作系统捆绑 它符合已经制定好的蓝牙规范 蓝牙系统的通信协议大部分可用软件来实现 加载到FlashRAM中即可进行工作 蓝牙技术应用 蓝牙耳机 蓝牙鼠标 蓝牙对讲机 蓝牙技术应用 蓝牙眼镜 蓝牙PDA 蓝牙手表 蓝牙技术应用 所谓熟悉的陌生人是由一位名叫StanleyMilgram的心理学专家在1972年的论文中首次提出的 这是一种现代社会的社会现象 熟悉的陌生人是那些我们经常观察但从没有交流过的人 而这种关系就变成我们虽彼此相识 都已经默认将对方忽略掉了却不是因为有敌意的关系 这样的一个最好例子是 你每天早上上班时都会在地铁里遇见某个人 如果那个人某天没出现在地铁里 你就会有所注意 蓝牙技术面临的问题 不能与其他无线协议互操作 需要 移植 到操作系统上 无法保障系统稳定性 安全性不高 无法进行全面测试 数据传输速率需要进一步提高 移动通信 移动通信的含义 通信双方至少有一方在移动中 或可移动 的通信 例 GSM及N CDMA IS 95 蜂窝移动通信系统 其移动台称为手机 移动通信的重要地位 通信的理想目标是5个W 任何人 Whoever 在任何时间 Whenever 任何地点 Wherever 与任何他人 Whomever 进行任何类型的 Whatever 的信息交换 则至少通信网的最后一段必须是移动通信系统 移动通信的特点和技术难点 移动通信必须是无线电通信 移动通信信道条件恶劣 无线电频谱资源有限 移动性管理 安全和保密管理 移动台必须小 轻 省电 可靠 适合在移动环境中使用 移动通信系统的分类 按工作方式分 单向传输 无线寻呼 双向传输 蜂窝电话 无绳电话 对讲机等 按传输的信号分 模拟移动通信系统 数字移动通信系统 无线寻呼系统 主呼 回复 无绳电话 专用调度网 专用调度移动通信网 单位内部用于调度指挥 集群移动通信系统 集群的含义集合各部门专用调度网的频道 信道 实行多信道共用及系统共用 信道动态分配给用户使用 集群的优点a 系统共用 提高设备利用率b 多信道共用 提高频谱利用率和用户容量 集群占用频道方式有三种 消息集群 传输集群和准传输集群 消息集群 含义 一次通话固定占用一个空闲信道 直至通话完毕挂机 例 蜂窝网 无绳电话特点 信道利用率低例如采用异频单 双工方式 即一个信道占二个频率点 信道利用率 50 a 听话时不讲 接收频道占用 发射频道空闲 反之 接收频道空闲 信道利用率 50 b 讲话有停顿 信道利用率 50 传输集群 含义 通话双方每按一次PTT就重新分配一个空闲信道 释放PTT立刻释放信道 双方都未按PTT讲话时不占用信道 特点 若有12个信道 可供12对以上用户同时通话 可能发生按下PTT时无信道可用 或通话断断续续的情况 为克服这个缺点 提出准传输集群 准传输集群 含义 释放PPT后延时一段时间 0 5 1秒 才释放信道 延时期间有一方按下PTT则仍使用该信道 特点 信道利用率比传输集群稍低 但不易发生无信道可用通话断续的情况 多信道共用容量及服务质量性能分析 设5个信道A B C D E由10个用户按下面三种不同方式使用 分析系统性能 专用 只能容纳5个用户 另5个用户无信道使用 单信道共用 每2个用户共用1个信道 可容纳10个用户 设每个用户占用信道时间及占用概率为50 则信道被对方占用而无信道可用 阻塞 的概率P i 50 3 多信道共用 10个用户共用5个信道 对1个用户只有各信道都被占用才发生阻塞 故阻塞概率 P A P B P C P D P E 50 5 3 1 大区制蜂窝移动通信系统 大区制系统的特点 系统及控制简单 容量小 例 设大区制系统共有12个频道 信道ch channel 每信道可容纳10个移动用户 求系统用户容量 解 系统容量 12 ch 10 用户 ch 120个用户 小区制 蜂窝网 大区 频率再用 系统容量大 小区制的特点 按区群频率再用 频谱利用率及用户容量极大提高 小区分裂可进一步提高系统容量 网络结构及移动性管理复杂 移动性管理的关键问题 MS位置登记及更新MS进入不同位置区时要向网络进行位置登记 更新 以便于呼叫该MS MS过区切换MS在通话过程中从一个小区跨越到另一个小区时 工作频道自动切换到另一个小区 而保持通话不中断 小区制和大区制比较举例 例 设信道总数为12个 同大区制 3个小区为1区群 共100个区群 求系统用户容量 解 每组信道数 12ch 3 4ch小区容量 4ch 8用户 ch 32用户每区群容量 3 32 96用户 原大区制容量120用户 总容量 100 96 9600用户 集群系统与蜂窝系统的比较 我国蜂窝移动通信的频率分配 我国模拟蜂窝移动通信曾使用890 905MHz 移动台发 基站收 和935 950MHz 基站发 移动台收 工作频段 现已逐步将部分频率让给GSM GlobalSystemforMobile 我国数字蜂窝移动通信使用905 915MHz 移动台发