最新07-公用无线网络(共77张PPT课件).pptx

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1、 计算机网络课程计算机网络课程(kchng)IntranetIntranetEthernetInternetInternet1第一页，共七十七页。 第第7单元单元(dnyun) 公用无线网络公用无线网络7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)7.2 7.2 无线无线通道的容量限制通道的容量限制 7.3 7.3 数字蜂窝无线电的通道分配数字蜂窝无线电的通道分配7.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统 7.3.2 蜂窝数字分组数据系统蜂窝数字分组数据系统7.3.3 码分多路访问码分多路访问7.4 7.4 3G和和4G2第二页，共七十七页。第第7单元单元(dnyun) 公用无线

2、网络公用无线网络l就企业网络而言，上个世纪八十年代的早期无线就企业网络而言，上个世纪八十年代的早期无线网产品是作为有线网的替代物进入市场的。网产品是作为有线网的替代物进入市场的。无线无线网节约了布线的开销，使得重定位和网络结构的网节约了布线的开销，使得重定位和网络结构的改变改变(gibin)更易于实现更易于实现；然而这种优势因为下列原；然而这种优势因为下列原因得不到发挥：因得不到发挥：*第一、由于建筑商越来越明白市场对第一、由于建筑商越来越明白市场对LAN的需求，的需求，他们普遍地他们普遍地在建筑物中预先布好线缆在建筑物中预先布好线缆。*第二、随着数据传输技术日臻成熟，第二、随着数据传输技术日

3、臻成熟，越来越多的越来越多的LAN更依靠双绞线更依靠双绞线。大多数老建筑物已经有充足。大多数老建筑物已经有充足的的3类或类或5类电缆。类电缆。3第三页，共七十七页。第第7单元单元(dnyun) 公用无线网络公用无线网络l因此，现在在企业内部用无线网来代替有线网的要求就显得不那因此，现在在企业内部用无线网来代替有线网的要求就显得不那么迫切。但是么迫切。但是在某些环境中在某些环境中，无线网却能起到有线网起不了的作无线网却能起到有线网起不了的作用用。在具有空旷地的建筑物之间，例如制造业的厂房和仓库，或。在具有空旷地的建筑物之间，例如制造业的厂房和仓库，或者办公楼和股票交易中心；在缺少电缆而又不能打洞

4、布线的历史者办公楼和股票交易中心；在缺少电缆而又不能打洞布线的历史建筑物里；在建立和维护有线网投资不合算的小型办公室中；在建筑物里；在建立和维护有线网投资不合算的小型办公室中；在所有上述情况下无线网都提供了一个所有上述情况下无线网都提供了一个(y )更有效和更吸引人的组更有效和更吸引人的组网途径。大多数情况下，会由有线网来支持服务器和一些固定的网途径。大多数情况下，会由有线网来支持服务器和一些固定的工作站。例如，一个工作站。例如，一个(y )制造业的办公区和厂房是分开的，但它制造业的办公区和厂房是分开的，但它们的网络是互相连接的。因此，们的网络是互相连接的。因此，典型的无线网是连接到有线网典型

5、的无线网是连接到有线网上的。无线网成了有线网的补充配置。上的。无线网成了有线网的补充配置。4第四页，共七十七页。第第7单元单元(dnyun) 公用无线网络公用无线网络l早期的无线电系统发射模拟信号早期的无线电系统发射模拟信号。今天，大多数无线电系今天，大多数无线电系统发射由二进制位组成的数字信号统发射由二进制位组成的数字信号，这些位从数据信号直接，这些位从数据信号直接得到，或者通过把模拟语音或音乐信号数字化后得到。数字得到，或者通过把模拟语音或音乐信号数字化后得到。数字无线电可以发送无线电可以发送连续连续(linx)的位流的位流，或者把这些位组合成分组。，或者把这些位组合成分组。后一种类型的无

6、线电被称作后一种类型的无线电被称作分组无线电分组无线电，具有迸发性的特征，即，具有迸发性的特征，即除了正在发送分组，其余的时间都处在空闲状态。除了正在发送分组，其余的时间都处在空闲状态。l今天的今天的分组无线电网络大多数由广域无线数据服务提供商运分组无线电网络大多数由广域无线数据服务提供商运营营。这些开始是在。这些开始是在20世纪世纪90年代初引入的服务使得以年代初引入的服务使得以20Kbps数量级的比较低的速度数量级的比较低的速度进行的无线数据访问（包括电子进行的无线数据访问（包括电子邮件、文件传送和万维网浏览）成为可能。邮件、文件传送和万维网浏览）成为可能。5第五页，共七十七页。第第7单元

7、单元(dnyun) 公用无线网络公用无线网络l差的性能差的性能(xngnng)（就数据速率和覆盖范围而言）、对其安（就数据速率和覆盖范围而言）、对其安全性的担心、标准的缺乏和高的成本使得早期的无线局域全性的担心、标准的缺乏和高的成本使得早期的无线局域网系统的销售状况不佳。现在的基于网系统的销售状况不佳。现在的基于IEEE 802.11标准的新标准的新一代无线一代无线LAN已经有了较好的性能。不过，数据速率仍然比已经有了较好的性能。不过，数据速率仍然比较低（较低（2Mbps、11Mbps或或54Mbps），覆盖区域也还比较小），覆盖区域也还比较小（大约（大约500英尺）。而有线以太网今天已能够提

8、供英尺）。而有线以太网今天已能够提供100Mbps和和1000Mbps的数据速率。看来随着时间的推移在有线和无线的数据速率。看来随着时间的推移在有线和无线LAN之之间的性能差距有可能继续加大。然而，在那些用户愿意以间的性能差距有可能继续加大。然而，在那些用户愿意以牺牲性能来换取移动性牺牲性能来换取移动性或者或者有线设施不可能提供的环境中有线设施不可能提供的环境中，无线无线LAN仍然是一个可取的连网方案。仍然是一个可取的连网方案。6第六页，共七十七页。第第7单元单元(dnyun) 公用无线网络公用无线网络l无线网络最成功的应用是无线网络最成功的应用是蜂窝电话系统蜂窝电话系统。蜂窝系统利用发射出去

9、的信号。蜂窝系统利用发射出去的信号功率随着传播距离增大而逐步衰减的事实，因此功率随着传播距离增大而逐步衰减的事实，因此同一频道在空间上隔同一频道在空间上隔开一定距离的两个地段内重复使用开一定距离的两个地段内重复使用时相互间的干扰很小。实际上，蜂时相互间的干扰很小。实际上，蜂窝系统把地理区域划分为邻接的不重叠的窝系统把地理区域划分为邻接的不重叠的单元单元，让被分配给相同频道，让被分配给相同频道集的单元之间相隔较大的距离。每个单元有一个中心发送和接收装置，集的单元之间相隔较大的距离。每个单元有一个中心发送和接收装置，称作称作基站基站，跟单元中的移动设备通信。该基站既用于控制的目的，也，跟单元中的移

10、动设备通信。该基站既用于控制的目的，也起一个单元中继的作用。所有的基站都跟一个起一个单元中继的作用。所有的基站都跟一个移动电话交换局（移动电话交换局（MTSO）有高带宽的连接，后者又有高带宽的连接，后者又连接到公用交换电话网（连接到公用交换电话网（PSTN）。对跨越单对跨越单元边界的移动设备的移交工作通常都由元边界的移动设备的移交工作通常都由MTSO处理。处理。现代的蜂窝系统全部现代的蜂窝系统全部是数字式的是数字式的，除了话音，除了话音(huyn)服务，这些系统还提供服务，这些系统还提供e-mail、语音邮件和语音邮件和传呼服务等。传呼服务等。7第七页，共七十七页。第第7单元单元(dnyun)

11、 公用无线网络公用无线网络l无线电寻呼系统无线电寻呼系统代表无线数据网络成功的另一案例。现在它们代表无线数据网络成功的另一案例。现在它们的发展由于受到蜂窝电话系统广泛的渗透性和竞争价格的影响而的发展由于受到蜂窝电话系统广泛的渗透性和竞争价格的影响而减退了。减退了。寻呼系统通过从多个基站或卫星以高功率同时广播寻呼系统通过从多个基站或卫星以高功率同时广播(gungb)寻呼信息允许覆盖非常广大的区域寻呼信息允许覆盖非常广大的区域。寻呼系统。寻呼系统允许传允许传送短的数字消息，包括电话号码和短文送短的数字消息，包括电话号码和短文。在寻呼系统中，大。在寻呼系统中，大部分的部分的复杂性都建在发送系统内复杂

12、性都建在发送系统内，因此寻呼接收设备是小的、，因此寻呼接收设备是小的、轻型的，具有较长的电池寿命。网络协议也很简单，因为在所轻型的，具有较长的电池寿命。网络协议也很简单，因为在所有基站上广播一条消息有基站上广播一条消息不需要路由选择，也没有移交过程不需要路由选择，也没有移交过程。8第八页，共七十七页。第第7单元单元(dnyun) 公用无线网络公用无线网络l商业卫星通信系统商业卫星通信系统是无线通信基本设施的另一个主要成分是无线通信基本设施的另一个主要成分(chng fn)。它们在非常广大的区域提供广播服务，帮助填补。它们在非常广大的区域提供广播服务，帮助填补在若干个高人口密度的用户区之间的覆盖

13、间隙。卫星移动通在若干个高人口密度的用户区之间的覆盖间隙。卫星移动通信系统遵从跟蜂窝系统类似的基本原则，但信系统遵从跟蜂窝系统类似的基本原则，但把单元基站替换把单元基站替换为围绕地球旋转的卫星为围绕地球旋转的卫星。卫星系统典型地用卫星轨道高度。卫星系统典型地用卫星轨道高度-低地球轨道低地球轨道LEO、中地球轨道中地球轨道MEO或对地静止轨道或对地静止轨道GEO(Geostationary Orbit)来表征。来表征。当前的趋势是使用较当前的趋势是使用较低轨道以便轻型的手持设备可以使用卫星通信低轨道以便轻型的手持设备可以使用卫星通信。由卫星系。由卫星系统提供的服务包括以比较低的数据速率提供的话音

14、、寻呼信统提供的服务包括以比较低的数据速率提供的话音、寻呼信息和消息的传送。息和消息的传送。9第九页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l作为一种通信媒体，作为一种通信媒体，无线通道易受噪声、干扰、障碍和多径无线通道易受噪声、干扰、障碍和多径的影响的影响，而且这些通道障碍会因为用户的移动随时间变化。无线，而且这些通道障碍会因为用户的移动随时间变化。无线媒体的这些特点就从根本上限制了可以在无线链路上通信的范围、媒体的这些特点就从根本上限制了可以在无线链路上通信的范围、数据率和可靠性。具体的数据率和可靠性。具体的限制条件限制条件往往由多种因素往往由多种因素(yn

15、 s)确定，确定，其中最显著的是其中最显著的是传播环境和用户移动性传播环境和用户移动性。例如，与被高楼围。例如，与被高楼围绕且以绕且以车辆车辆速度移动的室外用户的通道相比，以速度移动的室外用户的通道相比，以步行步行速度移动速度移动的室内用户的无线通道典型地支持更高的数据速率，且具的室内用户的无线通道典型地支持更高的数据速率，且具有更好的可靠性。有更好的可靠性。10第十页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l无线系统无线系统使用大气作为它们的传输媒体使用大气作为它们的传输媒体。人们通过在一个天。人们通过在一个天线中感应足够幅度的电流让天线信号通过这种媒体发送，

16、线中感应足够幅度的电流让天线信号通过这种媒体发送，该该天线的尺寸近似地等于所产生的信号的波长天线的尺寸近似地等于所产生的信号的波长。一般说来，信号。一般说来，信号波长波长=c/f，这里的这里的f是信号的载波频率，而是信号的载波频率，而c则是光的速度。人们则是光的速度。人们关注的焦点是在关注的焦点是在UHF(超高频超高频-ultra high ）和）和SHF（特高频特高频-super high ）频段的无线电波，它们分别占据）频段的无线电波，它们分别占据0.33GHZ和和330GHZ的频谱的频谱。大部分地面移动。大部分地面移动(ydng)系统都使用系统都使用UHF频段频段;而卫星系统典型地运行在

17、而卫星系统典型地运行在SHF波段波段, 使用这些频率工作，地使用这些频率工作，地球的曲度和电离层都不会影响信号的传播。球的曲度和电离层都不会影响信号的传播。11第十一页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l在典型的情况下，发射出去的信号在发送设备和在典型的情况下，发射出去的信号在发送设备和接收设备之间有一个直接通路成分。信号可能被接收设备之间有一个直接通路成分。信号可能被衰减衰减，也可能遇到，也可能遇到障碍障碍。信号的一些成分（称做。信号的一些成分（称做多径成分）被周围的物体多径成分）被周围的物体反射、散射或衍射反射、散射或衍射，到，到达接收方时在幅度、相位

18、和时间方面相对于直接达接收方时在幅度、相位和时间方面相对于直接通路信号都有所改变。所收到的信号也可能经历通路信号都有所改变。所收到的信号也可能经历来自相同频段来自相同频段(pn dun)中其他用户的中其他用户的干扰干扰。基于这。基于这一模型，一模型，无线通道有无线通道有4个主要特征个主要特征：通路损失通路损失、阴影阴影、多径多径和和干扰干扰。12第十二页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l通路损失通路损失特征决定平均接收信号是如何随发送和接收设备之间特征决定平均接收信号是如何随发送和接收设备之间距离距离的增加而减少的增加而减少的。的。l阴影衰减阴影衰减特征

19、指来自建筑物或其它物体的特征指来自建筑物或其它物体的障碍所引起的信号衰障碍所引起的信号衰减减。l多径衰落多径衰落特征由多径信号成分特征由多径信号成分增强性的和破坏性的结合增强性的和破坏性的结合引起，引起，它产生它产生(chnshng)接收信号幅度的随机波动（平坦衰落），也产接收信号幅度的随机波动（平坦衰落），也产生生(chnshng)自我干扰自我干扰（符号间干扰或选频衰落）。（符号间干扰或选频衰落）。l干扰干扰特征是由于特征是由于同一或另一系统中工作在同一频段的其他用户的效同一或另一系统中工作在同一频段的其他用户的效应应。13第十三页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(

20、tzhng)l对于一个给定的传播通路，对于一个给定的传播通路，通路损失影响接收功率跟发送功率的比率通路损失影响接收功率跟发送功率的比率。它是传播。它是传播距离的一个函数。如果通路是在自由空间中，那么在发送设备和接收设备之距离的一个函数。如果通路是在自由空间中，那么在发送设备和接收设备之间有一个直接通路信号成分，没有引起衰减的物体或多径反射。如果间有一个直接通路信号成分，没有引起衰减的物体或多径反射。如果 PR 表示表示接收信号功率接收信号功率，PT 表示发射信号功率表示发射信号功率，那么在自由空间的传播中，那么在自由空间的传播中，PR (接接收信号功率收信号功率)正比于正比于 这里的这里的 f

21、 是载波频率，是载波频率，d 是传播距离，是传播距离，G 是发送和接收天线的功率增益，是发送和接收天线的功率增益，=2。 在大多数无线系统中的无线电波的传输都要通过比自由空间复杂的环境，受到墙壁在大多数无线系统中的无线电波的传输都要通过比自由空间复杂的环境，受到墙壁(qingb)、地势、建筑物和其它物体的反射、散射和衍射。人们通常借助近似处理、地势、建筑物和其它物体的反射、散射和衍射。人们通常借助近似处理来特征化通路损失，并且也使用上列简单的指数模型。来特征化通路损失，并且也使用上列简单的指数模型。在自由空间的传播中，在自由空间的传播中，=2，而在典型的实际传输环境中而在典型的实际传输环境中取

22、值范围在取值范围在2和和4之间之间。 14第十四页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l对于任何通路损失模型，对于任何通路损失模型，接收信噪比（接收信噪比（SNR）都等于都等于PR/N，这这里的里的N是噪声功率是噪声功率。无线信道的无线信道的BER（位错率）是位错率）是SNR的函数的函数。满足给定满足给定BER目标所需要的目标所需要的SNR取决于通道的数据速率、所取决于通道的数据速率、所使用的通信技术和通道特征。由于通路损失减少使用的通信技术和通道特征。由于通路损失减少(jinsho)SNR，它限制给定通信系统的数据速率。而且，因为通路损失指数决定相它限制给

23、定通信系统的数据速率。而且，因为通路损失指数决定相对于距离信号功率衰减的速度，所以具有小的通路损失指数的无线对于距离信号功率衰减的速度，所以具有小的通路损失指数的无线通道将具有比大的通路损失指数更大的覆盖区域。值得注意的是，通道将具有比大的通路损失指数更大的覆盖区域。值得注意的是，接收信号功率跟信号频率的平方成反比接收信号功率跟信号频率的平方成反比，例如，例如，增加信号频率的增加信号频率的因子为因子为10，则减少接收功率和对应的，则减少接收功率和对应的SNR的因子将为的因子将为100。15第十五页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l在发送和接收设备之间的传

24、输通路常常受到山脉在发送和接收设备之间的传输通路常常受到山脉或户外建筑物的阻碍，也受到家具或户内墙壁的或户外建筑物的阻碍，也受到家具或户内墙壁的影响。由这些影响。由这些阻碍物体阻碍物体所引起的随机信号的变化所引起的随机信号的变化称作称作阴影衰落阴影衰落。在许多环境中的测量表明，。在许多环境中的测量表明，受到受到阴影衰落影响的接收信号以分贝计的功率阴影衰落影响的接收信号以分贝计的功率(gngl)遵遵从高斯（正态）分布从高斯（正态）分布，由通路损失确定的平均值，由通路损失确定的平均值和从和从4到到12dB(dB数数=10logp2/p1)的标准偏移取决于的标准偏移取决于具体的环境。阴影衰落的具体的

25、环境。阴影衰落的随机值随机值随着移动情况或随着移动情况或障碍物的条件而变化。障碍物的条件而变化。16第十六页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l仅仅基于通路损失，离开发送设备固定距离的接仅仅基于通路损失，离开发送设备固定距离的接收信号功率应该是常量。然而，收信号功率应该是常量。然而，阴影衰落使得与阴影衰落使得与发送设备具有相同距离的接收信号功率会有差异发送设备具有相同距离的接收信号功率会有差异，因为某些位置可能具有比其它位置更严重的阴影因为某些位置可能具有比其它位置更严重的阴影衰落。为保证满足在给定距离的衰落。为保证满足在给定距离的SNR条件，必须条件，必

26、须增加发射功率增加发射功率以以补偿补偿在某些位置严重的阴影衰落。在某些位置严重的阴影衰落。这类功率增加会带来发送器这类功率增加会带来发送器电池的额外负担电池的额外负担，并，并引起对在同一频道中工作的其他用户的引起对在同一频道中工作的其他用户的附加附加(fji)干干扰扰。17第十七页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l多径多径产生两种显著的通道损伤：产生两种显著的通道损伤：平坦衰落平坦衰落和和符符号间干扰号间干扰。平坦衰落平坦衰落描写在短时间内或短距离描写在短时间内或短距离上接收信号的快速波动。这类衰落由在上接收信号的快速波动。这类衰落由在不同时不同时间到达

27、接收方的不同多径信号成分之间的干扰间到达接收方的不同多径信号成分之间的干扰引起，容易发生引起，容易发生增强性的和破坏性增强性的和破坏性的效应。由的效应。由于通信链路的设计都留有于通信链路的设计都留有10到到20分贝分贝(fnbi)的功的功率余量，以补偿衰落和其它的通道损伤，所以率余量，以补偿衰落和其它的通道损伤，所以当接收功率比平均值低当接收功率比平均值低10至至20分贝分贝(fnbi)时，通时，通道就被说成是深衰落。平坦衰落通道通常都经道就被说成是深衰落。平坦衰落通道通常都经历历深衰落深衰落。18第十八页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l平坦衰落平坦衰

28、落对于链路设计对于链路设计(shj)有两个主要含义。有两个主要含义。首先，在平坦衰落中接收信号功率相对于平均首先，在平坦衰落中接收信号功率相对于平均值向下偏移相当大。这会引起值向下偏移相当大。这会引起BER(位错率位错率）有很大的增加，可以通过增加发射信号功率来有很大的增加，可以通过增加发射信号功率来减少。然而，以这种方式补偿平坦衰落是很大减少。然而，以这种方式补偿平坦衰落是很大的功率浪费，因为深衰落很少发生，并且时间的功率浪费，因为深衰落很少发生，并且时间也短。对于典型的用户速率和数据速率，这些也短。对于典型的用户速率和数据速率，这些衰减都衰减都影响许多位影响许多位，引起长串的位错，称作，引

29、起长串的位错，称作错错误迸发。误迸发。19第十九页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l由由多径多径引入的另一个主要损害是引入的另一个主要损害是符号间干扰符号间干扰（ISIISI）。）。当当不同不同多径成分的通路延迟（称作多径延迟散布）的最大差别超过多径成分的通路延迟（称作多径延迟散布）的最大差别超过1 1位时间位时间的显著部分的显著部分时，时，ISIISI的问题就变得很突出。其结果是的问题就变得很突出。其结果是自相干扰自相干扰，因为一个运载给定发送位的多径反射将跟运载前一发送位的一因为一个运载给定发送位的多径反射将跟运载前一发送位的一个不同的（延迟了的）多

30、径反射同时到达接收方。在频域中，个不同的（延迟了的）多径反射同时到达接收方。在频域中，这种自我干扰对应于这种自我干扰对应于非平坦频谱非平坦频谱，因此，因此，不同频率的信号成分不同频率的信号成分以不同的复杂以不同的复杂(fz)(fz)比例因子放大，从而引起被传输信号的失真。比例因子放大，从而引起被传输信号的失真。出于这个缘故，出于这个缘故，ISIISI也被称作也被称作选频衰落（跟具体的载频有关）选频衰落（跟具体的载频有关）。20第二十页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l如果一个通道的如果一个通道的相干频带相干频带（定义定义(dngy)为多径延迟为多径延迟散

31、布的散布的倒数倒数）小于小于被发射信号的频带，那么该通被发射信号的频带，那么该通道将呈现道将呈现选频衰落选频衰落。ISI产生的高位错率不能通过产生的高位错率不能通过增加信号功率来减少，因为增加信号功率也会增增加信号功率来减少，因为增加信号功率也会增加自我干扰的功率。因此，如果没有补偿，只有加自我干扰的功率。因此，如果没有补偿，只有减少数据速率减少数据速率才能使得跟多径成分相关的延迟散才能使得跟多径成分相关的延迟散布少于布少于1位的时间。这样就对数据速率提出了严位的时间。这样就对数据速率提出了严格的限制，格的限制，在户外环境是在户外环境是100kbps的数量级，在的数量级，在户内环境则是户内环境

32、则是1Mbps的数量级的数量级。 21第二十一页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l在发送设备和接收设备之间的相对移动所引起的发送信号频率的移动称作在发送设备和接收设备之间的相对移动所引起的发送信号频率的移动称作多普勒偏多普勒偏移移。多普勒偏移。多普勒偏移fD=v/，这里这里v是发送设备和接收设备之间的相对速度，是发送设备和接收设备之间的相对速度，是发是发送信号的波长送信号的波长。由于移动速度随时间变化，所以多普勒偏移也随时间变化。这种多。由于移动速度随时间变化，所以多普勒偏移也随时间变化。这种多普勒偏移的变化普勒偏移的变化引起对信号的引起对信号的FM调制

33、调制，使得信号带宽大约增加，使得信号带宽大约增加fD。对于对于900MHz的发送频率和每小时的发送频率和每小时60英里的用户速度，英里的用户速度，多普勒偏移大约多普勒偏移大约80Hz。由由于典型的信号带宽是几十于典型的信号带宽是几十kHz的数量级，在大多数应用中，频带的数量级，在大多数应用中，频带(pndi)散布散布不是一个显著的问题。然而，多普勒偏移确实会引起信号在大约不是一个显著的问题。然而，多普勒偏移确实会引起信号在大约1/fD长度的时间长度的时间内不相干（接收频率偏移）。对于内不相干（接收频率偏移）。对于差分差分信号检测，多普勒偏移信号检测，多普勒偏移对通道对通道BER（位错位错率率）

34、施加了一个低端限制）施加了一个低端限制。 22第二十二页，共七十七页。7.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征(tzhng)l无线通信通道可能经历无线通信通道可能经历多种来源的干扰多种来源的干扰。蜂窝系统中的主要干扰源是。蜂窝系统中的主要干扰源是频率重用频率重用。减少这种干扰的途径有减少这种干扰的途径有多用户检测、定向天线和动态通道分配多用户检测、定向天线和动态通道分配，但所有这些措，但所有这些措施都增加了系统的复杂性。施都增加了系统的复杂性。l无线系统中的无线系统中的其它干扰源包括其它干扰源包括 相邻通道干扰相邻通道干扰 和和 窄带干扰窄带干扰。前者由在。前者由在所分配的频所分配的频率范

35、围之外的信号成分产生率范围之外的信号成分产生，后者则由工作，后者则由工作在同一频率的其它系统的用户引起在同一频率的其它系统的用户引起（例如其他无线电设备、微波炉）（例如其他无线电设备、微波炉）。相邻通道干扰大部分都可以通过在通道之。相邻通道干扰大部分都可以通过在通道之间引入间引入警戒带警戒带得以消除，但这会浪费带宽。窄带干扰可以采用得以消除，但这会浪费带宽。窄带干扰可以采用槽口滤波器或扩槽口滤波器或扩频技术频技术解决。解决。槽口滤波器槽口滤波器是一种简单的设备，但它们需要知道窄带干扰的准确是一种简单的设备，但它们需要知道窄带干扰的准确位置（方向位置（方向(fngxing)滤波）。滤波）。扩频扩

36、频是很有效的，但它需要信号带宽的显著分是很有效的，但它需要信号带宽的显著分散，也就增加了系统的复杂性。出于这些考虑，不会仅仅为了消除窄带干散，也就增加了系统的复杂性。出于这些考虑，不会仅仅为了消除窄带干扰就使用扩频技术。扰就使用扩频技术。因为扩频允许多用户共享相同带宽，所以常常结合多路访问因为扩频允许多用户共享相同带宽，所以常常结合多路访问的目标使用的目标使用。23第二十三页，共七十七页。7.2 7.2 无线无线通道的容量通道的容量(rngling)限限制制l1949年，年，Claude Shannon（先农先农）确定了）确定了白色高斯噪声白色高斯噪声的通信通道的容量限制的通信通道的容量限制。

37、对于一个没有阴影衰落或符号。对于一个没有阴影衰落或符号间干扰的通道，先农证明了，对任何带宽为间干扰的通道，先农证明了，对任何带宽为H 赫兹、信赫兹、信噪比为噪比为S/N的信道：的信道： 最大数据传输率最大数据传输率(bit/s) = 。 先农容量是在实践中不可能达到的理论限制先农容量是在实践中不可能达到的理论限制，但是随着，但是随着链路级设计技术的改善，带有白色噪声通道的数据速率链路级设计技术的改善，带有白色噪声通道的数据速率正在正在(zhngzi)逼近这个理论限值。逼近这个理论限值。24第二十四页，共七十七页。7.2 7.2 无线无线通道通道(tngdo)的容量限制的容量限制l许多无线通道的

38、先农容量是未知的许多无线通道的先农容量是未知的，而且不仅取决于通道，也，而且不仅取决于通道，也取决于发送或接收设备是否能够跟踪通道的变化。在容量取决于发送或接收设备是否能够跟踪通道的变化。在容量未知的情况下，典型地在实际性能和容量之间要有一个间未知的情况下，典型地在实际性能和容量之间要有一个间隙。例如，在遭到阴影衰落之后，一个数字蜂窝隙。例如，在遭到阴影衰落之后，一个数字蜂窝(fngw)标准标准有有30kHz的带宽和大约的带宽和大约20dB的信噪比。假定通道可以跟踪，的信噪比。假定通道可以跟踪，那么那么带有平坦衰落和障碍的通道的先农容量是在带有平坦衰落和障碍的通道的先农容量是在200k位位/秒

39、的数量秒的数量级级。然而，。然而，蜂窝系统仅取得蜂窝系统仅取得20k位位/秒的通道数据速率秒的通道数据速率。虽然。虽然这种性能差距的一些原因是由于理论模型中未考虑到的通这种性能差距的一些原因是由于理论模型中未考虑到的通道损伤，但大多数的差距还是由在今天的无线通道中使用道损伤，但大多数的差距还是由在今天的无线通道中使用的比较的比较低效的信令方式所引起低效的信令方式所引起。25第二十五页，共七十七页。7.2 7.2 无线无线通道的容量通道的容量(rngling)限限制制l对比之下，在有线通道中，技术已相当成熟，通道特征比对比之下，在有线通道中，技术已相当成熟，通道特征比较有利，在实践中所取得的数据

40、速率相当接近较有利，在实践中所取得的数据速率相当接近(jijn)于先农于先农极限。例如，极限。例如，依赖于线路质量，电话回路的容量限制在依赖于线路质量，电话回路的容量限制在30到到60kbps之间之间，今天的，今天的MODEM速率已接近这个限制值。速率已接近这个限制值。l上面给出的关于先农容量的简单公式适用于带有高斯白噪声的静态上面给出的关于先农容量的简单公式适用于带有高斯白噪声的静态通道。通道。先农容量也可用于带有非白噪声和符号间干扰的静态通道。先农容量也可用于带有非白噪声和符号间干扰的静态通道。然而，要决定带有阴影、多路径衰落和符号间干扰的随时间变化然而，要决定带有阴影、多路径衰落和符号间

41、干扰的随时间变化的无线通道的容量限制，还是一个挑战的无线通道的容量限制，还是一个挑战。它依赖于。它依赖于通道特征、通道特征、通道变化速率和跟踪通道变化的能力通道变化速率和跟踪通道变化的能力。26第二十六页，共七十七页。7.2 7.2 无线无线通道通道(tngdo)的容量限制的容量限制l任何通道的相对简单的低端限值都是在最坏传播任何通道的相对简单的低端限值都是在最坏传播条件下的先农容量。这在实践中可以是一个很好条件下的先农容量。这在实践中可以是一个很好的限制值，因为即使在最坏的条件下，许多通道的限制值，因为即使在最坏的条件下，许多通道链路也被设计成具有可接受链路也被设计成具有可接受(jishu)

42、的性能。不过的性能。不过最最坏情况的系统设计和容量评估坏情况的系统设计和容量评估有时候可能是有时候可能是过于过于悲观悲观。对于具有严重的多路径的通道，在最坏条。对于具有严重的多路径的通道，在最坏条件下的通道容量可以等于或接近零。在实践中，件下的通道容量可以等于或接近零。在实践中，可以对这些通道使用可以对这些通道使用衰落补偿技术衰落补偿技术来增加先农容来增加先农容量和实际上可取得的数据速率。量和实际上可取得的数据速率。27第二十七页，共七十七页。7.3 7.3 数字蜂窝无线电的通道数字蜂窝无线电的通道(tngdo)分配分配l数字蜂窝式无线电网的环境数字蜂窝式无线电网的环境与无线与无线LAN有点不

43、同，并且采用有点不同，并且采用了与无线了与无线LAN不同的协议。它主要不同的协议。它主要是面向电话的通信是面向电话的通信，连接通，连接通常需要维持常需要维持(wich)数分钟，而不是几个微秒，因此对每次通话进行数分钟，而不是几个微秒，因此对每次通话进行信道分配比对每帧进行分配更为有效。尽管如此，信道分配比对每帧进行分配更为有效。尽管如此，该种媒体和技术该种媒体和技术对数据传输仍然有很大的实用价值对数据传输仍然有很大的实用价值。在这一节里，我们将讨论三。在这一节里，我们将讨论三种不同的数字蜂窝无线电系统通道分配方案：种不同的数字蜂窝无线电系统通道分配方案： GSM（全球移动通信系统）、全球移动通

44、信系统）、CDPD （蜂窝数字分组数据）蜂窝数字分组数据）和和CDMA（码分多路访问）。码分多路访问）。28第二十八页，共七十七页。7.3.1 全球移动通信全球移动通信(tng xn)系统系统l跟早期的模拟式蜂窝电话不同，跟早期的模拟式蜂窝电话不同，现在的蜂窝电话现在的蜂窝电话已发展为数字式已发展为数字式,采用了无线电分组采用了无线电分组(packet radio)技术技术。对移动通信来说，。对移动通信来说，数字传输数字传输比模拟传输有比模拟传输有几个几个优点优点。首先首先，声音，声音(shngyn)、数据和传真可、数据和传真可集集成成在一个系统中；在一个系统中；其次其次，随着更好的声音信号，

45、随着更好的声音信号压压缩缩算法的不断推出，每个通道所需的带宽会越来算法的不断推出，每个通道所需的带宽会越来越窄；越窄；第三第三，可采用，可采用纠错纠错编码技术提高通信质量；编码技术提高通信质量；最后最后可对数字信号进行可对数字信号进行加密加密以保证安全。以保证安全。29第二十九页，共七十七页。7.3.1 全球移动全球移动(ydng)通信系统通信系统l如果全世界都采用了统一的数字通信标准就好了。但实如果全世界都采用了统一的数字通信标准就好了。但实际的情况并非如此。美国的际的情况并非如此。美国的IS-54系统和日本的系统和日本的JDC系统都系统都采用了与本国现存系统兼容的设计方案，因此它们的蜂采用

46、了与本国现存系统兼容的设计方案，因此它们的蜂窝系统信道既能进行数字通信，也能进行模拟通信。窝系统信道既能进行数字通信，也能进行模拟通信。l与之相反，与之相反，欧洲的数字系统，称为全球移动通信系统欧洲的数字系统，称为全球移动通信系统（GSM-Global System for Mobile Communication)从一开始从一开始就设计成一个完全的数字系统就设计成一个完全的数字系统，不考虑对以前落后技术的，不考虑对以前落后技术的兼容性（即不采用业已存在的频率时隙）。由于兼容性（即不采用业已存在的频率时隙）。由于GSM比比美国的美国的IS-54系统先进，并且被欧洲以及其它系统先进，并且被欧洲以

47、及其它(qt)地区的总地区的总共共50多个国家采用，所以本课程把它作为数字蜂窝无线网的多个国家采用，所以本课程把它作为数字蜂窝无线网的一个重要的实例方案来介绍。一个重要的实例方案来介绍。30第三十页，共七十七页。7.3.1 全球移动全球移动(ydng)通信系统通信系统l蜂窝系统蜂窝系统把地理上的区域分成把地理上的区域分成单元单元（cell），），每每个单元使用一套频率。其关键思想是个单元使用一套频率。其关键思想是利用相对较利用相对较小的单元，并且重用附近（不是邻接）单元的传小的单元，并且重用附近（不是邻接）单元的传送频率送频率。在每个单元的中央是一个。在每个单元的中央是一个基站基站，该单元，该

48、单元里的所有其它里的所有其它(qt)站点都向其发送。不管有多远，站点都向其发送。不管有多远，每部移动电话每部移动电话逻辑上逻辑上都处在都处在一个特定的单元里，一个特定的单元里，并且在该单元的并且在该单元的基站控制基站控制之下。之下。 31第三十一页，共七十七页。7.3.1 全球移动全球移动(ydng)通信系统通信系统l当某个当某个移动电话离开一个单元时移动电话离开一个单元时，它的基站注意到电话的信号逐渐消失，就会，它的基站注意到电话的信号逐渐消失，就会询问所有邻近的基站收到该电话的信号的强弱。该基站随后将所有权询问所有邻近的基站收到该电话的信号的强弱。该基站随后将所有权转交转交给获给获得最强信

49、号的单元，即该电话所处的单元。该电话随即被告之它有新的管理者，并得最强信号的单元，即该电话所处的单元。该电话随即被告之它有新的管理者，并且如果正在进行通话，它会被要求且如果正在进行通话，它会被要求切换到新的信道切换到新的信道（早先的信道不会在邻近单元（早先的信道不会在邻近单元里重用）。此过程被称作里重用）。此过程被称作转交转交（handoff）。）。基站由计算机和收发装置构成，后基站由计算机和收发装置构成，后者连接到天线上者连接到天线上。所有基站都连接一个称作。所有基站都连接一个称作移动电话交换局移动电话交换局（MTSO-Mobile Telephone Switching Office）的设

50、备上。的设备上。MTSO和电话系统中的端局类似，并和电话系统中的端局类似，并且实际上且实际上至少至少(zhsho)连接到一个电话端局连接到一个电话端局。上述转交过程中的信道分配就是。上述转交过程中的信道分配就是由由MTSO完成的，它是系统的神经中枢，完成的，它是系统的神经中枢，基站实际上仅是电波中转基站实际上仅是电波中转。32第三十二页，共七十七页。7.3.1 全球全球(qunqi)移动通信系统移动通信系统l在在GSM系统系统中，中，每个单元内每个单元内都拥有最多可达都拥有最多可达200(=25 8 8)个全双工信道。个全双工信道。l如图如图8-1所示，每个信道包括下行链路频率（从基站到可移动