短距离无线通信技术课程讲义(第十讲).ppt

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短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室1短距离无线通信技术短距离无线通信技术主讲教师：夏玮玮邮箱：手机：13851584809结束放映开始放映短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室2目录q 短距离无线通信技术的基本理论短距离无线通信技术的基本理论q 短距离无线通信技术的研究方向短距离无线通信技术的研究方向q 短距离无线通信技术的典型应用短距离无线通信技术的典型应用q 蓝牙（蓝牙（Bluetooth）蓝牙基本原理与蓝牙相关的九个实验：数字基带仿真、服务发现、语音传输、数据传输、电话网接入、局域网接入、通信传输的有效性和可靠性分析、数字图像的采集传输和处理、无线多点组网q 无线传感器网络（无线传感器网络（WSN）无线传感器网络基本原理无线传感器网络实验qGSM/GPRSGSM/GPRS接入基本原理GSM/GPRS接入实验qCDMACDMA接入基本原理CDMA接入实验短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室3开始放映结束放映GSM/GPRS接入接入实验实验短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室4实验简介GSM系统是目前世界上应用最广泛的移动通信系统。GPRS覆盖在GSM的物理层和网络实体之上，增强了GSM数据传输能力。而WAP协议可以实现人们使用手机上网，实现无线互联的梦想。本实验为学生提供了GSM/GPRS模块和相应软件，可以使学生从中了解GSM/GPRS接入过程和话音、短消息、WAP等各类网络服务的实现。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室5基本原理（1）GSM系统系统（2）GPRS技术技术（3）基于基于GPRS的的WAP应用应用（4）GSM AT命令集命令集（5）Cellular/WLAN融合技术融合技术短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室6基本原理-1 GSM系统系统全球数字移动电话系统（GlobalSystemforMobileCommunication）是欧洲电信标准协会(ETSI)为第二代移动通信制定的可国际漫游的泛欧数字蜂窝系统标准。1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。GSM系列主要有GSM900、DCS1800和PCS1900三种，三者之间的主要区别是工作频段的差异。回原理目录下一页短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室7基本原理-1 GSM系统系统 nGSM体系结构体系结构从结构上来看主要包含3个主体：移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络和交换子系统（NSS）上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室8基本原理-1GSM系统系统n移动台（移动台（MS）MS包括两部分，一部分为移动设备（ME）。ME属于硬件部分，硬件部分包括处理人机接口和与BSS空中接口的部件，主要有扬声器、麦克风、键盘和无线调制解调器。MS的另一部分为用户识别模块（SIM）。SIM为智能卡，用户在申请服务时获得，能唯一识别用户，包括用户地址和用户申请的服务类型。GSM的呼叫是与SIM相关联的，与终端并非有直接的联系。由于SIM卡携带了用户的私有信息，在GSM中采用了安全机制，用户使用卡时，需输入4位PIN码。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室9基本原理-1GSM系统系统n基站子系统（基站子系统（BSS）BSS通过无线空中接口与用户进行通信，借助于有线协议和有线基础结构进行通信。即：BSS通过空中接口和固定的有线基础结构及协议来传输信息。BSS可分为两部分：通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）和另一侧与交换机相连的基站控制器（BSC）。基站收发信台（BTS）受控于基站控制器，是服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BSC是基站子系统（BSS）的控制和管理部分，负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台与BTS无线连接的建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换及寻呼。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室10 基本原理-1GSM系统系统n 网络和交换子系统（网络和交换子系统（NSS）网络子系统（NSS）主要包含GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需要的数据库功能，它对GSM移动用户之间的通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。网络子系统分为五个功能单元：（1）移动业务交换中心（）移动业务交换中心（MSC）移动交换中心（MSC）是网络的核心，它提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提供面向系统其它功能实体和面向固定网（PSTN、ISDN等）的接口功能。（2）归属位置寄存器（）归属位置寄存器（HLR）HLR是GSM系统的中央数据库，存贮着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室11 （3）拜访位置寄存器（）拜访位置寄存器（VLR）VLR（VisitorLocationRegister）存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，这使得MSC能够建立呼入/呼出呼叫。移动用户一旦离开该VLR的控制区域，进入另一个VLR控制区域，移动用户则重新在新的VLR上登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。（4）鉴权中心（）鉴权中心（AUC）鉴权中心属于HLR的一个功能单元部分，是为了防止非法用户接入GSM系统而设置的安全措施。（5）移动设备识别寄存器（）移动设备识别寄存器（EIR）EIR（EquipmentIdentityRegister）为存储移动台设备识别码的数据库，功能是拒绝非法的移动台入网。基本原理-1GSM系统短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室12基本原理-1GSM系统系统nGSM协议结构协议结构 MS和BTS通信的空中接口Um，是指与无线相关的接口BTS和BSC间的接口为A-bisBSC和MSC间的接口为A短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室13基本原理-1GSM系统系统nGSM协议结构协议结构协议栈分为三层：物理层、数据链路层（DLL）、网络或消息层1.物理层物理层GSM标准所定义的新的物理层为Um空中接口，该层指定不同的语音和数据业务消息如何格式成分组并如何通过无线信道进行传输。该层定义了建立和维护信道所需的调制方法和编码技术、功率控制方法和时间同步方法。2.数据链路层数据链路层（DLL）DLL总的功能包括校验网络层的分组流，并提供在同一物理层上的多个服务接入点（SAP）。信令过程、机制或协议由系统硬件部分之间一系列的通信事件或消息构成，这些事件或消息在逻辑信道中采用DLL帧封装。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室14基本原理-1GSM系统系统nGSM协议结构协议结构逻辑信道逻辑信道终端与基站间通信的信息包括业务信息、信令信息和控制信息。逻辑信道分为基本的两类：业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。业务信道分为两类：全速率业务信道（TCH/F）以及半速率业务信道（TCH/H）。控制信道分为三类：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）和专用控制信道（DCCH）。3.网络层网络层GSM协议定义了一些机制来建立、维持和终止移动通信会话，在网络层或消息层中使用协议和消息来支持这些机制。GSM标准将消息分为三个子类或三个子层：无线资源管理（RRM）消息、移动管理（MM）和连接管理（CM）消息。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室15基本原理-1GSM系统系统n GSM接续流程接续流程移动台初始化移动台初始化移动台主呼移动台主呼移动台被呼移动台被呼呼叫清除呼叫清除上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室16 上一页下一页回原理目录基本原理-1GSM系统系统移动台初始化入网接续流程及逻辑信道移动台初始化入网接续流程及逻辑信道:短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室17基本原理-1GSM系统系统移动台在RACH（随机接入信道）上发送一条“信道请求”消息，BTS收到此消息后通知BSC，并附上BTS对该移动台到BTS传输时延的估算及本次接入原因。BSC在AGCH（允许接入）上发送“立即分配”消息或称为初始化分配消息，其中包含BSC分配给MS的SDCCH信道描述，初始化时间提前量、初始化最大传输功率以及有关参考值。当MS正确地收到自己的初始分配后，发送第一个专用信道上的初始消息SABM，其中含有客户的识别码(来自SIM卡上的信息)、本次接入的原因、登记和鉴权等内容。随后移动台要求接入网络，向MSC发送“位置更新请求”消息，通知GSM系统这是一个此位置区内的新客户，MSC向该客户的归属位置寄存器(HLR)发送“位置更新请求”，在拜访位置寄存器(VLR)中对该客户对应的IMSI上作“附着”标记，再向移动台发送“位置更新证实”消息，移动台的SIM卡记录此位置区识别码。此时移动台入网成功，返回“更新确认”的消息，BSC接收后，向移动台发送“识别请求”消息，要求获取移动台的IMEI，移动台接收后向BSC发送本地的IMEI码。BSC发送“信道释放”消息，移动台对此做出响应，并回送消息“断链”，BSC收到后，发送确认信令，释放SCCCH信道。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室18基本原理-1GSM系统系统移动台主呼接续流程及逻辑信道移动台主呼接续流程及逻辑信道上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室19基本原理-1GSM系统系统移动台被呼接续流程及逻辑信道移动台被呼接续流程及逻辑信道上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室20基本原理-1GSM系统系统步骤MSBTSBSCMSC1.断开连接(FACCH)3.呼叫释放完成（FACCH）4.信道释放（FACCH）5.断开连接（FACCH）(a)移动台发起呼叫清除6.确认（FACCH）2.呼叫释放(FACCH)步骤MSBTSBSCMSC1.断开连接(FACCH)3.呼叫释放完成（FACCH）4.信道释放（FACCH）5.断开连接（FACCH）6.确认（FACCH）2.呼叫释放(FACCH)(b)基站发起呼叫清除呼叫清除接续流程及使用的逻辑信道呼叫清除接续流程及使用的逻辑信道短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室21基本原理-2GPRS技术技术 nGPRS覆盖在GSM的物理层和网络实体之上，增强了GSM数据传输能力，对独立短分组（5001000byte）借助GSM的基础结构提供快速接入网络从而与外部的分组数据网络建立连接。nGPRS使用的物理无线信道与GSM完全相同，只是定义了新的逻辑GPRS无线信道。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室22基本原理-2GPRS技术技术 nGPRS网络网络体系结构体系结构GPRS网络是在现有GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。GPRS蜂窝电话与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN)，而不是通过移动交换中心(MSC)连接到语音网络上。SGSN与GPRS网关支持节点(GGSN)进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络。来自因特网标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室23基本原理-2GPRS技术技术 n GPRS逻辑体系结构逻辑体系结构从逻辑上来说，GPRS通过在GSM网络结构中增添SGSN和GGSN两个新的网络节点来实现。由于增加了这两个网络节点，从而命名了新的接口。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室24基本原理-2GPRS技术技术 n GPRS网络主要实体网络主要实体GPRS网络主要实体包括GPRS支持节点、GPRS骨干网、本地位置寄存器HLR、短消息业务网关移动交换中心（SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（SMS-IWMSC）、移动台、移动交换中心（MSC）/拜访位置寄存器（VLR）、分组数据网络（PDN）等。nGPRS协议结构协议结构GPRS协议栈定义的是传输平面（用户数据通过GPRS/GSM网络的传输平面传输）。传输平台由一个分层协议结构组成，在不同的部件上有不同的分层，用于用户信息传输以及与此相关的信息传输中的过程控制。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室25nGPRS信令流程信令流程GPRS终端连接到网络需要两个阶段：连接到GPRS网络（GPRS附着）：GPRS终端上电后，向网络发送附着消息。SGSN从HLR手机用户数据，对用户进行鉴权，然后与终端附着。连接到IP网络（PDP场景激活）：GPRS终端附着后，向网络请求IP地址。IP地址用来向终端路由数据。基本原理-2GPRS技术技术 GPRS“附着附着”过程过程上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室26基本原理-2GPRS技术技术n PDP上下文激活上下文激活PDP上下文有两种状态ACTIVE和INACTIVE，之间的相互关系如图所示。PDP上下文激活流程可分为四步。上一页下一页回原理目录MS1.PDP上下文激活请求2.安全性检查3.建立PDP上下文请求3.建立PDP上下文请求4.PDP上下文激活完成SGSN短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室27n 上、上、下行下行链路链路数据数据传输传输短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室28基本原理-3基于基于GPRS的的WAP应用应用 nWAP是WirelessApplicationProtocol（无线应用协议）的简称，它是开发移动网络上类似互联网应用的一系列规范的组合。通过WAP，用户可以通过移动电话、寻呼机、PDA或其他无线设备实现对相关Internet信息的访问。上一页下一页回原理目录n WAP应用模型应用模型内容服务器就是我们目前常用的Web服务器。WAP网关是WAP应用实现的核心，起着协议的“翻译”和传输内容编解码的作用。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室29基本原理-4GSM AT命令集命令集nGSM模块与计算机之间的通信协议是一些AT指令集（详见GSM07.07）。每个指令以AT+开头，以回车结尾。每个命令执行成功与否都有相应的返回。其他一些非预期的信息（如有人拨号进来、线路无信号等），模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。n控制符控制符结束符（）十六进制的0 x0D发送符（）十六进制的0 x1A 上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室30基本原理-4 GSM AT命令集命令集n一般常用一般常用AT命令命令上一页下一页回原理目录命令格式命令格式功能功能ATCSQ该命令返回接收信号强度以及误码率ATD;拨号命令ATCPIN“nnnn”输入SIM卡的PIN码ATH挂断电话ATA摘机AT+CLCC显示最近来电ATCGMI查询手机厂家短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室31基本原理-5Cellular/WLAN融合技术融合技术 n 蜂窝网络覆盖范围广，可以保证移动用户与网络之间的不间断连接，且在高速移动的情况下，也能保证稳定的QoS。但是，数据传输速率相对比较低，在某些服务量比较大的热点区域（HotSpot），可能由于蜂窝网络容量有限，无法为移动用户提供较好的QoS。nWLAN覆盖范围小，但是数据传输速率高，可以实现宽带上网。同时，WLAN还具有组网方式灵活、使用开放频段以及网络设备价格低廉等优点，WLAN网络的服务费用相对蜂窝网络来说比较便宜。n将Cellular和WLAN两个网络融合，可以实现两个网络的优势互补。根据网络互相依赖的程度，融合可分紧耦合(TightlyCoupling)和松耦合(LooselyCoupling)两种方式。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室32n以以UMTS/WLAN融合为例：融合为例：在紧耦合体系中，WLAN网络以类似于UMTS的RAN的方式接入到UMTS核心网中，其中WLAN网关实现了所有UMTS无线接入网的协议，如认证、移动性管理、计费等。其优点是UMTS核心网中的移动性管理、服务质量QoS、安全性的机制可以直接被WLAN利用。缺点是要扩展WLAN协议，此外，必须修改UMTS核心网中SGSN节点的配置来支持WLAN的高传输带宽。基本原理-5Cellular/WLAN融合技术融合技术松耦合是指WLAN网络独立于UMTS网络，直接连接到因特网中。在这种方式中，UMTS网络与WLAN网络采用不同的机制和协议来处理认证、移动性管理及计费等。因为WLAN网关是直接连接到因特网中的，所以无需修改任何协议，可以独立地部署两种网络。但是此方案的不足在于：它是基于移动IP，需要进行代理发现、位置登记等过程，切换时延大，丢包率高，不利于实时业务的切换等。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室33nCellular/WLAN融合网融合网络的无线资源管理络的无线资源管理传统无线资源管理（RRM，RadioResourceManagement）的目标是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供高质量业务保障，它包括接入控制、切换控制、负载均衡、分组调度、功率控制、拥塞控制等。异构网络的资源管理需要综合考虑不同的接入网络、终端、服务以及用户等信息，进行集中控制和统一管理，从而实现多系统联合无线资源管理。基本原理-5Cellular/WLAN融合技术融合技术 UMTS/WLAN切换场景短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室34实验环境实验环境上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室35实验内容实验内容硬件连接硬件连接配置无线模块配置无线模块配置主机配置主机网络服务网络服务 ATAT命令命令 GSM/GPRSGSM/GPRS信令仿真信令仿真上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室36 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室37 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室38 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室39 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室40思考题回目录(1)GSM作为第二代移动通信系统具有哪些优点？作为第二代移动通信系统具有哪些优点？(2)GPRS有哪些局限性？有哪些局限性？(3)WAP中的中的WDP协议与协议与UDP协议相比有哪些不同协议相比有哪些不同？短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室41目录q 短距离无线通信技术的基本理论短距离无线通信技术的基本理论q 短距离无线通信技术的研究方向短距离无线通信技术的研究方向q 短距离无线通信技术的典型应用短距离无线通信技术的典型应用q 蓝牙（蓝牙（Bluetooth）蓝牙基本原理与蓝牙相关的九个实验：数字基带仿真、服务发现、语音传输、数据传输、电话网接入、局域网接入、通信传输的有效性和可靠性分析、数字图像的采集传输和处理、无线多点组网q 无线传感器网络（无线传感器网络（WSN）无线传感器网络基本原理无线传感器网络实验qGSM/GPRSGSM/GPRS接入基本原理GSM/GPRS接入实验qCDMACDMA接入基本原理CDMA接入实验短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室42 CDMA接入实验接入实验开始放映结束放映短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室43实验简介本实验主要介绍码分多址技术的基本原理，以及CDMA2000（1x）系统的体系结构，协议层次以及移动台与基站间的基本信令流程；然后介绍相关的AT命令集。学生通过实验能理解CDMA无线模块相关的AT命令集；了解主机通过CDMA模块访问有线网的配置流程；了解如何通过CDMA模块让设备终端之间建立TCP连接以传输用户数据；了解CDMA2000(1x)系统的体系结构；理解移动台与基站之间的基本信令流程。上一页下一页回首页短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室44基本原理（1）码分多址技术码分多址技术（2）CDMA系统系统（3）FD5105模块模块AT命令集命令集回目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室45基本原理-1 码分多址技术码分多址技术n码分多址技术包含两个基本技术：一个是码分技术，其基础是扩频技术；另一个是多址技术。将这两个基本技术结合在一起，并吸收其他一些关键技术，形成了今天的码分多址移动通信系统的技术支撑。n扩频技术扩频技术扩频的第一步称为一次调制，主要任务是形成窄带信号。第二步是二次调制，目的是将原有窄带信号的频谱扩展到一个非常宽的频带范围。最常用的扩频形式可以使用一个伪随机噪声序列或伪随机码（PN）序列与窄带PSK信号相乘。下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室46基本原理-1 码分多址技术码分多址技术n多址技术多址技术一般而言，不同的系统可以使用不同的通信资源（可以看成抽象的信道）来区分通信对象，许多同时通信的用户，互相以不同的抽象信道的形式来区分，这就是多址的概念。在利用无线通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式要解决的问题。解决多址接入问题的方法叫多址接入技术。多址接入方式的数学基础是信号的正交分割原理。无线电信号可以表达为空间、时间、频率和码型的函数。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室47当以传输信号的码型不同来区分信道建立多址接入时，称为码分多址（CDMA）方式。当以传输信号存在的空间不同来区分信道建立多址接入时，称为空分多址（SDMA）方式当以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入时，称为频分多址（FDMA）方式当以传输信号存在的时间不用来区分信道建立多址接入时，称为时分多址（TDMA）方式基本原理-1 码分多址技术码分多址技术短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室48nCDMA系统原理系统原理码分多址是使用一组正交（或准正交）的码组通过相关处理来实现多个用户共享空间传播的频率资源和同时入网接续的功能。码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。nCDMA系统的特点系统的特点通信容量大。CDMA是干扰限制性系统，任何干扰的减少都直接转化为系统容量的提高。因此一些能降低干扰功率的技术，如话音激活（VoiceActivity）技术等，可以自然的用于提高系统容量。容量的软特性。TDMA系统中同时可接入的用户数是固定的，无法再多接入任何一个用户，而DS-CDMA系统中，多增加一个用户只会使通信质量略有下降，不会出现硬阻塞现象。由于信号被扩展在一个较宽的频谱上而可以减小多径衰落。基本原理基本原理-1-1 码分多址技术码分多址技术短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室49平滑的软切换和有效的宏分集。每当移动台处于小区边缘时，同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的分集接收机能同时接收合并这些信号，此时处于宏分集状态。当某一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的控制上去。这种切换可以在通信的过程中平滑的完成，称为软切换。低信号功率谱密度。在DS-CDMA系统中，信号功率被扩展到比自身频带宽度宽百倍以上的频带范围内，因而其功率谱密度大大降低。由此可得到两方面的好处：其一，具有较强的抗窄带干扰能力；其二，对窄带系统的干扰很小，有可能与其他系统共用频段，使有限的频谱资源得到更充分的使用。基本原理基本原理-1-1 码分多址技术码分多址技术短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室50基本原理-2CDMA系统系统上一页下一页回原理目录简化的简化的CDMA和和CDMA2000系统系统参考模参考模型型短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室51基本原理基本原理-2 CDMA系统系统此处的此处的CDMA系统特指使用系统特指使用IS-95技术的码分多址移动通信系统技术的码分多址移动通信系统 n无线部分无线部分包括基站控制器（BSC）、基站收发信系统（BTS）。其中BTS主要负责收发空中接口的无线帧；BSC主要负责对其所管辖的多个BTS进行管理，将话音和数据分别转发给移动交换中心（MSC）和分组控制功能（PCF），也接收分别来自MSC和PCF的话音和数据。n核心网电路域核心网电路域核心网电路域包括MSC、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AC）等，在这部分，CDMA2000的要求与CDMA的要求基本相同。n核心网分组域核心网分组域核心网分组域包括PCF、分组数据服务节点（PDSN）、认证、授权和计费（AAA）和归属代理（HA）。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室52基本原理基本原理-2 CDMA系统系统n智能网部分智能网部分包括MSC/业务交换点（SSP）、IP、业务控制节点（SCP）等。n短消息中心短消息中心在这部分，CDMA2000的要求与CDMA的要求基本相同。但是对短消息业务来说，由于CDMA2000无线技术的性能改善，短消息系统的容量可以变大，短消息传输的时延可以降低。n无线应用协议（无线应用协议（WAP）网关）网关n定位定位nIS-2000标准概况标准概况IS-2000指的是采用CDMA2000技术的接口标准或规范，它定义了一个移动台和基站子系统之间的接口。IS-2000和IS-95一样，属于IS（InterimStandard）系列标准，是由美国的电信/电子工业协会制定的，后来被3GPP2接受。通常习惯上以IS-2000来表示CDMA2000的空中接口标准。上一页下一页回原理目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室53基本原基本原理理-3 FD5105模块模块AT命令集命令集n本实验中使用的FD5105模块为Fidelix公司生产的CDMA无线模块，模块提供30芯的对外接口以和相关硬件连接。计算机对模块的控制通过一系列的AT命令集实现。n以下为这些AT命令的大致特征：所有的AT命令以AT$FX（或AT+）开始，以回车符结尾；所有的AT命令可以大致分为：设置（Set），读取/查询（Read）和执行（Execute）三大类；命令中若需携带多个参数，则各参数间以逗号(,)隔开；所有的命令由9个以内的字符组成（包括开头的AT$FX）；所有命令中不得包含空格；所有的AT命令，包括模块返回的结果代码，以ASCII码形式传输；当模块接收到正确的AT命令后，返回“OK”；若模块接收到的命令无法执行，则返回“ERROR”。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室54实验环境实验环境上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室55实验内容1）手机业务：包括短信收发、电话拨打/接听；2）话机功能：包括电话本操作、通话记录/历史短信查询、音量控制；3）网络服务部分：通过建立TCP端口间的连接实现聊天功能，WAP服务；4）通过AT命令集操作CDMA模块；5）CDMA信令流程仿真。上一页下一页回目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室56 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室57 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室58 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室59 上一页下一页回内容目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室60思考题1）CDMA相比于其他系统（FDMA、TDMA）具有哪些优势？2）为什么软切换技术对于CDMA系统十分重要？而这种平滑切换又是如何实现的？3）在使用AT命令操作短消息发送功能时，为什么短消息字段中不能包含回车符？回目录短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室61实验安排必做6个实验：数字基带仿真、语音传输、电话网接入、无线多点组网、传感器网络、GSM/GPRS接入选做2个实验：服务发现、数据传输、通信传输的有效性和可靠性分析、数字图像的采集传输和处理、CDMA接入实验前预习实验原理实验内容实验步骤实验注意事项实验时认真实验仔细观察详细记录实验后撰写实验报告在实验报告（姓名_学号_实验名称.doc形式）上写明实验名称、姓名、学号、班级、同组实验者在下次实验前提交至Email：实验地点：软件楼5楼短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室62数字基带仿真实验数字基带仿真实验本实验软件可以使学生理解通信系统特别是无线通信系统对基带信号的处理方法及目的，包括基带系统的差错控制，扩频跳频原理，保密通信等基本原理和实现方法。系统需求系统需求硬件需求：硬件需求：一台PC为一组。显示设备为至少支持1024*768分辨率的显示器；软件需求：软件需求：VisualC+操作系统需求：操作系统需求：Win2K安装步骤安装步骤1.运行Setup.exe，开始安装程序；2.根据安装向导逐步进行；3.完成向导各个界面的输入，安装完毕。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室631.在差错控制实验中，记录包头校验、有效载荷校验、1/3FEC以及2/3FEC在有误码及无误码情况下的输加以分析。2.在跳频实验中，记录查询状态、查询扫描状态以及连接状态下，不同查询设备时钟和接入码下产生的频点并加以分析。3.在加密解密实验中，记录密钥参数、密码流参数、明文和密文。4.回答思考题。数字基带仿真实验报告要求数字基带仿真实验报告要求短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室64语音传输实验语音传输实验本实验软件主要对蓝牙语音编码技术和通信网络中的语音传输传输过程进行了介绍，本实验软件涉及到的原理有脉冲编码调制、三种编码原理、蓝牙设备的语音和数据传输等等。系统需求系统需求硬件需求：硬件需求：内存：128MB以上；显示设备：至少支持1024*768分辨率的显示器；可用串口（9针）；TTP6603两套；串口电缆两根；电源两个。操作系统需求：操作系统需求：Win2K或WinXP。安装步骤安装步骤1.安装实验程序：打开安装光盘，运行Setup.exe，按照提示操作，实验软件的默认路径为.ProgramFilesSEMITTTP语音传输实验。2.实验包含编程部分，所以软件提供学生编程的VisualC+环境。在实验程序安装完成之后，打开光盘，将Student文件包复制到.ProgramFilesSEMITTTP语音传输实验目录下。在编程时，使用VisualC+6.0打开Student文件包下的Student.dsw工程,然后打开Student.cpp文件，在标有/*Addyourcodehere*/处添加代码。注意事项注意事项硬件设备TTP6603的使用。TTP6603的串口和USB接口中间有USB/串口转换开关，开关打向USB口一侧使用USB接口，打向串口一侧则使用串口。使用串口需要接插电源，USB接口不使用电源。由于本实验不需要USB接口，所以在插上电源后不要将开关打向USB接口一侧。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室65语音传输语音传输实验报告要求实验报告要求（1）记录线性PCM、A律PCM和CVSD在相同参数下的量化编码。（2）画出线性PCM、A律PCM和CVSD在相同随机错误与突发错误参数下的译码后波形并加以比较。（3）分别画出同一种语音编码方式在不同采样频率和相同随机错误与突发错误参数下的译码后波形并加以比较。（4）记录蓝牙建立与断开语音链路的过程。（5）软件编程PCM编解码（6）回答思考题。短距离无线通信技术短距离无线通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室66电话网接入实验电话网接

注意事项

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