二章节无线通信与移动网络技术.ppt
《二章节无线通信与移动网络技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二章节无线通信与移动网络技术.ppt(82页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第 二章 无线通信与移动网络技术,2.1 无线通信技术基础 2.2 无线个域网 2.3 无线局域网 2.4 无线城域网 2.5 无线广域网,内容,2.1 无线通信技术基础,2.1.1 无线通信 2.1.2 调制解调技术 2.1.3 无线信道接入技术 2.1.4 多址接入 2.1.5 无线通信网络系统分类,2.1.1 无线通信,中国古代 烽火台 1865年, 麦克斯韦(J. C. Maxwell)建立了著名的电、磁、光现象相统一的麦克斯韦方程 1887年, 赫兹(H. R. Hertz)首次证明了在数米远两点之间可以发射和检测电磁波 1895年, 波波夫在俄国彼得堡的物理化学分会上, 宣读关于“
2、金属屑与电振荡关系”的论文, 并当众展示了他发明的无线电接收机,马可尼的贡献贯穿在无线电、电视、移动电话、卫星通信等领域 1895年, 马可尼(G. M. Marconi) 成功进行了约3公里的无线电通信 1897年, 马可尼赴英国发展, 获得科学界和实业界的重视与支持, 并取得专利 1897年, 马可尼建立了世界上第一家无线电器材公司-马可尼公司 1901年, 马可尼在英格兰与纽芬兰之间进行了横跨大西洋的莫尔斯电报码发射与接收试验, 通信距离超过3000公里 1909年, 马可尼获得诺贝尔物理学奖,无线通信,电磁波,Frequency (f) is the number of oscilla
3、tions (cycles) per second. Unit is Hertz or Hz Wavelength() is the distance covered by one oscillation (cycle) as the wave travels through space,无线电频谱,电磁波频谱相当宽, 包括红外线, 可见光, X射线 国际电信联盟(ITU)定义3000GHz以下的电磁频谱为无线电通信专用资源 无线接入容量, 有限的自然资源 无线电频谱为人类共享 频率划分受政策、技术、可使用的无线电设备等限制 ITU当前只划分了9KHz400GHz范围 由于传播特性所限, 无线
4、通信业务一般工作在300GHz以下 各频段所对应的业务与应用参见下图 频率资源紧张已成为 世界各国面临的难题,极低频(ELF) 军事潜艇通信,甚低频(VLF) 导航、声纳、航空,低频(LF) 航海与航空导航信标、航空导航,中频(MF) 中波广播、航海与航空导航信标,高频(HF) 短波广播、业余无线电,甚高频(VHF) 电视与调频广播、无线寻呼、地面移动通信,超高频(UHF) 电视与调频广播、无绳电话、个人无线电,特高频(SHF) 微波链路、卫星通信,极高频(EHF) 雷达、射电天文学,微米波 远程探测、激光通信、光空间通信,红外光,300kHz,30MHz,3000MHz,300GHz,3kH
5、z,频率,多径效应,电磁波多径传播, 造成多径信号幅度、相位及到达时间不同, 多径信号叠加将产生电平衰退(fading)和时延扩展, 产生附加调频噪声, 接收信号失真,阴影衰退,快衰落:大尺度衰落, 常由地形、阴影引起. 快衰落速率达每秒3040次, 衰落深度(信号变动范围)达30dB. 又称瞬时性衰落 慢衰落:小尺度衰落, 常由多径, 信号干扰引起, 产生多普勒效应,多普勒(Doppler)效应,移动台与基站的相对运动引起接收信号的附加频率变化, 距离越近, 附加频率越高 附加频率: 落入信道内的干扰信号 的频率, 接收机在接收有用信号的同时, 也接收干扰信号, 干扰信号的频率随移动台的移动
6、变化,天线,All wireless devices have at least one antenna; most use the same antenna to transmit and receive The antenna must be at least one quarter wavelength in size to work well. So, no matter how small you make a cellular phone, the antenna is going to have to be about this size!,波束转换智能天线 (b),自适应阵列智
7、能天线(a),智能天线,2.1.2 调制解调技术,载波: 无线通信都采用某种调制方式将信号加载在连续的无线电波上进行传输 调制解调技术:数字信号与模拟信号之间进行转换, 以便计算机进行远距离数据通信 无线通信中不可或缺的环节, 决定无线通信能力的关键技术之一 在带宽有限的信道中提高数字信号的传输效率 调制解调技术很多, 差异性表现在效率,能耗,复杂度等 基带传输:不调制, 计算机或终端等设备直接发出的二进制数字信号(即“1”或“0”, 方波固有的频带称为基带信号) 频带传输: 先将基带信号变换(调制)成较高频率范围的模拟信号(频带信号), 再在模拟信道中传输 基带传输要求信道有较宽通频带,设备
8、简单,但传输距离较短;频带传输则相反,扩展频谱,扩频/展频: 传输信号的频谱经扩频函数扩展成宽频信号再传输 接收端采用相同的编码进行解调及处理, 恢复原始数据 扩频通信频带带宽提高通信的抗干扰能力和安全性 单位频带内功率降低, 对其它电子设备的干扰减小 衰落具有频率选择性, 仅对一小部分信号造成影响 直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(HFSS), 后者应用较多, 扩频原则: 扩频射频带宽大于被传输的信号带宽, 数十至数十万倍 射频带宽由扩频函数确定,2.1.3 无线信道接入技术,在无线通信中, 信道共享 控制共享信道的接入是MAC子层的主要任务 协议设计原则: 公平性(多节点公平使用信道);
9、 高利用率 无线信道接入技术 动态多点随机接入技术 ALOHA协议; 带冲突避免的载波侦听多址接入协议(CSMA/CA) 多址接入技术 避免用户间相互干扰或提高信道利用率 TDMA、FDMA、CDMA 无线接入技术区别于有线接入技术 存在多个标准, 不同标准可能对应不同的应用,无线接入技术RIT(radio interface technologies) 无线接入技术(空中接口)是无线通信的关键,指通过无线介质将用户终端与网络节点连接起来,实现用户与网络间的信息传递 无线信道传输的信号应遵循一定的协议 这些协议即构成无线接入技术的主要内容 无线接入技术与有线接入技术的一个重要区别在于可以向用户
10、提供移动接入业务 无线接入网指部分或全部采用无线电波这一传输媒质连接用户与交换中心的一种接入技术 在通信网中,无线接入系统是本地通信网的一部分,是本地有线通信网的延伸、补充和临时应急系统,1. Infrastructure-based vs. ad hoc,Fixed, wired backbone; Mobiles directly communicate With Access Points,No wired backbone; Peer-to-peer; Multi-hop routes,2.1.5 无线通信网络的分类,2.1.5 无线通信网络系统的分类,以覆盖区域半径为依据, 由小至大
11、分为 无线个域网(WPAN) 无线局域网(WLAN) 无线城域网(WMAN) 无线广域网(WWAN) 不仅在覆盖范围, 而且在能耗, 数据速率, 应用领域等方面都表现出不同特征,无线通信网络分类图,HiperLAN 是一种在欧洲应用的无线局域网通讯标准的一个子集. 由两种规格:HiperLAN/1和HiperLAN/2,无线局域网(WLAN) :IrDA, Home RF, UWB,无线广域网(WWAN) :CDPD, GPRS, EDGE, IMT 2000,网络接口层,应用层: WAP、i-mode,移动无线网络技术划分,无线个域网(WPAN):bluetooth, IrDA, Home
12、RF,无线城域网(WMAN),WPAN的概念 无线个域网(WPAN)与无线局域网 无线个域网空中接口技术 红外线无线网络 超宽带(UWB)技术 蓝牙(Bluetooth)技术 Zegbee技术 IEEE 802.15,2.2 无线个域网(WPAN, wireless personal area network ),无线电(RF)或红外线代替电缆, 实现终端的智能化互联, 组建个人化信息网络 从计算机网络的角度来看, WPAN是一个局域网; 从电信网络的角度来看, WPAN是一个接入网 WPAN称为电信网络“最后一米”的解决方案 适合家庭, 小型办公室的能耗、成本、用途等要求 主要接口技术: 红
13、外、蓝牙、超宽带、ZigBee,WPAN概念,Wired / Wireless,Wired / Wireless,Wired /Wireless,Wired / Wireless,Wired / Wireless,Broadband,Local high throughput delivery,Long range delivery wired & wireless (Backbone),数字化家居,无线个域网与无线局域网,1、无线个域网(WPAN)与无线局域网,IEEE 802.15高速率WPAN标准提供符合要求的PHY无线数据速率并满足MAC的QoS要求, 支持低功率、低成本、近距离数字图
14、像与多媒体客户应用.,2.2.1 红外技术,(红外线辐射波长范围:7001300nm) 红外无线网络的组成: 红外发射器(红外LED器件) 传输信道 红外接收器,收发设备体积小,重量轻,成本低 支持各种速率的点到点话音和数据业务 主要应用于嵌入式系统及设备 红外频带宽,干扰低,不干扰现有射频系统 红外LOS (Light of Sight 直视)不能穿透墙,保密性强 红外数据传输率高 1Mb/s(0.964Mbps) IrDA主要应用:设备互联、信息网关 设备互联后完成不同设备间文件与信息的交换 信息网关负责连接信息终端与互联网,红外线通信特点,IrDA协议栈分成两部分:核心协议和可选协议 I
15、rDA的核心协议包括: 物理层协议、链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议 对物理传输媒介的监测与控制, 发现设备, 数据链路的建立与维持, 高层数据包的适配, 不同协议数据的复用与流量控制,红外无线网络协议栈,2.2.2 蓝牙(Bluetooth)技术,爱立信发明蓝牙技术, 1998年5月, 爱立信、诺基亚、东芝、IBM和Intel联合成立蓝牙专门兴趣组(Bluetooth SIG) 1999年7月发布Bluetooth 1.0标准; 至今蓝牙SIG加盟公司已超过2000个, 蓝牙具有广阔的应用前景和潜在市场 蓝牙(Bluetooth) 是一种短距离无线电技术 便携移动通信设备和电脑不必借
16、助电缆就能联网, 访问Internet; 其应用范围拓展到各种家电, 消费电子产品和汽车电子产品,蓝牙系统由无线电单元, 链路控制单元, 链路管理单元以及主机终端接口组成 蓝牙载频在2.4GHz ISM, 共有79(或23)个频段, 每个频道带宽1MHz, 采用时分双工传输, 高斯频移键控及跳频扩频技术 根据天线的能力, 可以实现10 100m无线通信, 主要面向10m内的个人网络,蓝牙技术既能实现点对点连接, 也能实现点对多点连接 点对多点时, 几个蓝牙单元分享信道, 被划分为时隙预留给同步数据包 两个或以上分享同一信道的设备构成微微网(picnet) 基于桥接器(主、从设备均可充当), 多
17、个相互覆盖的微微网形成分布式散射网(scatternet) , 方便快速地实现各信息设备之间的通信与交互 蓝牙技术规范包括核心(Core)协议和简档(Profile) 核心协议定义了技术细节 简档表示实现特定的应用模型, 各协议层之间的协同机制,蓝牙协议栈,蓝牙协议栈,RFCOMM协议,EIA-232 (RS-232) 是一类广泛应用的串口标准 RFCOMM是蓝牙规范定义的线缆替代协议 定义虚拟串口支持尽量透明化的线缆替代 在baseband层模拟 EIA-232 控制信号 支持二进制的数据传输,蓝牙技术的特点,蓝牙是公开的无线数据和话音通信标准 独立于不同操作系统和通信协议, 可以移植到许多
18、应用领域, 适用于任何数据、图像、声音等通信 蓝牙技术是一种随身可携带的技术, 但不支持漫游 可以在微微网和局域网之间切换, 但每次切换前都必须断开当前连接, 解决这一问题, 得将移动IP技术与蓝牙技术结合 蓝牙技术存在抗干扰能力不强, 成本过高, 功耗较大, 传输距离有限, 以及兼容性等问题,蓝牙应用: 话音/数据的接入,将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备,完成与广域通信网络互联 外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机 个域网络的信息共享与交换,相比红外, 蓝牙没有方向性, 有效距离延长到10米左右, 红外仅12米. 蓝牙达不到802.11无线网卡的速度, 但比网卡
19、省电, 模块体积小很多 蓝牙可直接在手机上发送、接收短信息, 更换铃声与画面, 通过手机GPRS或者CDMA上网, 或者从支持蓝牙的相机中下载照片, 接驳蓝牙耳麦网络聊天,UWB技术又被称为脉冲无线电发射技术.,2.2.3 超宽带(UWB),2002年, 美国联邦通信委员会(FCC)通过了将超宽带无线通信用于民用的最终规定, 加速了UWB技术的民用化进程 国际上的许多权威机构和著名IT企业都投以大量的人力、物力从事相关的理论研究和产品开发, 如:Intel、Philips、IBM、Motorola、Sony、Time Domain等公司都率先涉足该领域 该技术具有商用潜力和竞争压力,超宽带指标
20、:信号带宽/中心频率 窄带 1% 宽带 %125% 超宽带(UWB)25%或带宽500Mbps UWB技术为无线局域网LAN和个域网PAN接入技术 低功耗、高带宽并且相对简单 UWB解决了困扰传统无线技术传播方面的重大难题 对信道衰落不敏感 发射信号功率谱密度低 系统复杂度低, 定位精度达数厘米 UWB适用于室内密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用,高速无线个域网 无线局域网 户外对等网络 传感、定位和识别网络 UWB在多媒体设备, 家庭和个域网络方面的应用前景受业界普遍认可 UWB将促进智能网络和设备的发展, 形成以用户为中心的无线世界,UWB技术的应用,ZigBee是一种新兴的低复杂度
21、、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络通信技术, 适于近距离无线连接 适于承载数据流量较小的业务, 如遥控、传感器等, 满足工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业和医用设备控制等的特定需求 ZigBee标准定义了两种物理层: 2.4 GHz频段跳频技术; 868/ 915 MHz直接序列扩频技术,2.2.4 ZigBee技术,功耗低: 待机模式下, 两节5号电池可用12年 速率低: 基本速率是250 kb/s; 当降低到28kb/s时, 传输距离可扩大到134 m, 并获得更高可靠性 成本低: 数据传输速率低, 协议简单, 无专利费 网络容量大: 每个Zigbee网络可支持255个设备 时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 章节 无线通信 移动 网络技术
链接地址:https://www.31doc.com/p-2525511.html