【精品】07-公用无线网络精品ppt课件.ppt

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1、07-公用无线网络 第第7单元单元 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第第7单元单元 公用无线网络公用无线网络l就就企企业业网网络络而而言言，上上个个世世纪纪八八十十年年代代的的早早期期无无线线网网产产品品是是作作为为有有线线网网的的替替代代物物进进入入市市场场的的。无无线线网网节节

2、约约了了布布线线的的开开销销，使使得得重重定定位位和和网网络络结结构构的的改改变变更更易易于于实实现现；然然而而这这种种优优势势因因为为下下列列原原因因得得不到发挥：不到发挥：*第第一一、由由于于建建筑筑商商越越来来越越明明白白市市场场对对LAN的的需需求求，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。*第第二二、随随着着数数据据传传输输技技术术日日臻臻成成熟熟，越越来来越越多多的的LAN更更依依靠靠双双绞绞线线。大大多多数数老老建建筑筑物物已已经经有有充充足足的的3类或类或5类电缆。类电缆。3第第7单元单元 公用无线网络公用无线网络l因因此此，现现在在在在企企业业内内部

3、部用用无无线线网网来来代代替替有有线线网网的的要要求求就就显显得得不不那那么么迫迫切切。但但是是在在某某些些环环境境中中，无无线线网网却却能能起起到到有有线线网网起起不不了了的的作作用用。在在具具有有空空旷旷地地的的建建筑筑物物之之间间，例例如如制制造造业业的的厂厂房房和和仓仓库库，或或者者办办公公楼楼和和股股票票交交易易中中心心；在在缺缺少少电电缆缆而而又又不不能能打打洞洞布布线线的的历历史史建建筑筑物物里里；在在建建立立和和维维护护有有线线网网投投资资不不合合算算的的小小型型办办公公室室中中；在在所所有有上上述述情情况况下下无无线线网网都都提提供供了了一一个个更更有有效效和和更更吸吸引引人

4、人的的组组网网途途径径。大大多多数数情情况况下下，会会由由有有线线网网来来支支持持服服务务器器和和一一些些固固定定的的工工作作站站。例例如如，一一个个制制造造业业的的办办公公区区和和厂厂房房是是分分开开的的，但但它它们们的的网网络络是是互互相相连连接接的的。因因此此，典典型型的的无无线线网网是是连连接到有线网上的。无线网成了有线网的补充配置。接到有线网上的。无线网成了有线网的补充配置。4第第7单元单元 公用无线网络公用无线网络l早早期期的的无无线线电电系系统统发发射射模模拟拟信信号号。今今天天，大大多多数数无无线线电电系系统统发发射射由由二二进进制制位位组组成成的的数数字字信信号号，这这些些位

5、位从从数数据据信信号号直直接接得得到到，或或者者通通过过把把模模拟拟语语音音或或音音乐乐信信号号数数字字化化后后得得到到。数数字字无无线线电电可可以以发发送送连连续续的的位位流流，或或者者把把这这些些位位组组合合成成分分组组。后后一一种种类类型型的的无无线线电电被被称称作作分分组组无无线线电电，具具有有迸迸发发性性的的特特征征，即即除除了了正正在在发发送送分分组组，其其余余的的时时间间都处在空闲状态。都处在空闲状态。l今今天天的的分分组组无无线线电电网网络络大大多多数数由由广广域域无无线线数数据据服服务务提提供供商商运运营营。这这些些开开始始是是在在20世世纪纪90年年代代初初引引入入的的服服

6、务务使使得得以以20Kbps数数量量级级的的比比较较低低的的速速度度进进行行的的无无线线数数据据访访问问（包括电子邮件、文件传送和万维网浏览）成为可能。（包括电子邮件、文件传送和万维网浏览）成为可能。5第第7单元单元 公用无线网络公用无线网络l无无线线电电寻寻呼呼系系统统代代表表无无线线数数据据网网络络成成功功的的另另一一案案例例。现现在在它它们们的的发发展展由由于于受受到到蜂蜂窝窝电电话话系系统统广广泛泛的的渗渗透透性性和和竞竞争争价价格格的的影影响响而而减减退退了了。寻寻呼呼系系统统通通过过从从多多个个基基站站或或卫卫星星以以高高功功率率同同时时广广播播寻寻呼呼信信息息允允许许覆覆盖盖非非

7、常常广广大大的的区区域域。寻寻呼呼系系统统允允许许传传送送短短的的数数字字消消息息，包包括括电电话话号号码码和和短短文文。在在寻寻呼呼系系统统中中，大大部部分分的的复复杂杂性性都都建建在在发发送送系系统统内内，因因此此寻寻呼呼接接收收设设备备是是小小的的、轻轻型型的的，具具有有较较长长的的电电池池寿寿命命。网网络络协协议议也也很很简简单单，因因为为在在所所有有基基站站上上广广播播一一条条消消息息不不需要路由选择，也没有移交过程需要路由选择，也没有移交过程。8第第7单元单元 公用无线网络公用无线网络l商商业业卫卫星星通通信信系系统统是是无无线线通通信信基基本本设设施施的的另另一一个个主主要要成成

8、分分。它它们们在在非非常常广广大大的的区区域域提提供供广广播播服服务务，帮帮助助填填补补在在若若干干个个高高人人口口密密度度的的用用户户区区之之间间的的覆覆盖盖间间隙隙。卫卫星星移移动动通通信信系系统统遵遵从从跟跟蜂蜂窝窝系系统统类类似似的的基基本本原原则则，但但把把单单元元基基站站替替换换为为围围绕绕地地球球旋旋转转的的卫卫星星。卫卫星星系系统统典典型型地地用用卫卫星星轨轨道道高高度度-低低地地球球轨轨道道LEO、中中地地球球轨轨道道MEO或或对对地地静静止止轨轨道道GEO(Geostationary Orbit)来来表表征征。当当前前的的趋趋势势是是使使用用较较低低轨轨道道以以便便轻轻型型

9、的的手手持持设设备备可可以以使使用用卫卫星星通通信信。由由卫卫星星系系统统提提供供的的服服务务包包括括以以比比较较低低的的数数据据速速率率提提供的话音、寻呼信息和消息的传送。供的话音、寻呼信息和消息的传送。97.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l作作为为一一种种通通信信媒媒体体，无无线线通通道道易易受受噪噪声声、干干扰扰、障障碍碍和和多多径径的的影影响响，而而且且这这些些通通道道障障碍碍会会因因为为用用户户的的移移动动随随时时间间变变化化。无无线线媒媒体体的的这这些些特特点点就就从从根根本本上上限限制制了了可可以以在在无无线线链链路路上上通通信信的的范范围围、数数据据率率和和可可靠靠性

10、性。具具体体的的限限制制条条件件往往往往由由多多种种因因素素确确定定，其其中中最最显显著著的的是是传传播播环环境境和和用用户户移移动动性性。例例如如，与与被被高高楼楼围围绕绕且且以以车车辆辆速速度度移移动动的的室室外外用用户户的的通通道道相相比比，以以步步行行速速度度移移动动的的室室内内用用户户的的无无线线通通道道典典型型地地支支持持更更高高的的数数据据速速率率，且且具具有有更更好好的的可可靠靠性。性。107.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l无无线线系系统统使使用用大大气气作作为为它它们们的的传传输输媒媒体体。人人们们通通过过在在一一个个天天线线中中感感应应足足够够幅幅度度的的电电流

11、流让让天天线线信信号号通通过过这这种种媒媒体体发发送送，该该天天线线的的尺尺寸寸近近似似地地等等于于所所产产生生的的信信号号的的波波长长。一一般般说说来来，信信号号波波长长=c/f，这这里里的的f是是信信号号的的载载波波频频率率，而而c则则是是光光的的速速度度。人人们们关关注注的的焦焦点点是是在在UHF(超超高高频频-ultra high）和和SHF（特特高高频频-super high）频频段段的的无无线线电电波波，它它们们分分别别占占据据0.33GHZ和和330GHZ的的频频谱谱。大大部部分分地地面面移移动动系系统统都都使使用用UHF频频段段;而而卫卫星星系系统统典典型型地地运运行行在在SH

12、F波波段段,使使用用这这些些频频率率工工作作，地地球球的的曲曲度度和和电电离离层层都不会影响信号的传播。都不会影响信号的传播。117.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l在在典典型型的的情情况况下下，发发射射出出去去的的信信号号在在发发送送设设备备和和接接收收设设备备之之间间有有一一个个直直接接通通路路成成分分。信信号号可可能能被被衰衰减减，也也可可能能遇遇到到障障碍碍。信信号号的的一一些些成成分分（称称做做多多径径成成分分）被被周周围围的的物物体体反反射射、散散射射或或衍衍射射，到到达达接接收收方方时时在在幅幅度度、相相位位和和时时间间方方面面相相对对于于直直接接通通路路信信号号都都有

13、有所所改改变变。所所收收到到的的信信号号也也可可能能经经历历来来自自相相同同频频段段中中其其他他用用户户的的干干扰扰。基基于于这这一一模模型型，无无线线通通道道有有4个个主主要要特特征征：通通路路损损失失、阴阴影影、多多径径和和干扰干扰。127.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l通通路路损损失失特特征征决决定定平平均均接接收收信信号号是是如如何何随随发发送送和和接接收收设设备备之间之间距离的增加而减少距离的增加而减少的。的。l阴阴影影衰衰减减特特征征指指来来自自建建筑筑物物或或其其它它物物体体的的障障碍碍所所引引起起的的信信号衰减号衰减。l多多径径衰衰落落特特征征由由多多径径信信号号成

14、成分分增增强强性性的的和和破破坏坏性性的的结结合合引引起起，它它产产生生接接收收信信号号幅幅度度的的随随机机波波动动（平平坦坦衰衰落落），也也产产生生自我干扰自我干扰（符号间干扰或选频衰落）。（符号间干扰或选频衰落）。l干干扰扰特特征征是是由由于于同同一一或或另另一一系系统统中中工工作作在在同同一一频频段段的的其其他他用户的效应用户的效应。137.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l对对于于一一个个给给定定的的传传播播通通路路，通通路路损损失失影影响响接接收收功功率率跟跟发发送送功功率率的的比比率率。它它是是传传播播距距离离的的一一个个函函数数。如如果果通通路路是是在在自自由由空空间间中

15、中，那那么么在在发发送送设设备备和和接接收收设设备备之之间间有有一一个个直直接接通通路路信信号号成成分分，没没有有引引起起衰衰减减的的物物体体或或多多径径反反射射。如如果果 PR 表表示示接接收收信信号号功功率率，PT 表表示示发发射射信信号号功率功率，那么在自由空间的传播中，那么在自由空间的传播中，PR(接收信号功率接收信号功率)正比于正比于 这这里里的的 f 是是载载波波频频率率，d 是是传传播播距距离离，G 是是发发送送和和接接收收天天线线的的功功率率增益，增益，=2。在在大大多多数数无无线线系系统统中中的的无无线线电电波波的的传传输输都都要要通通过过比比自自由由空空间间复复杂杂的的环环

16、境境，受受到到墙墙壁壁、地地势势、建建筑筑物物和和其其它它物物体体的的反反射射、散散射射和和衍衍射射。人人们们通通常常借借助助近近似似处处理理来来特特征征化化通通路路损损失失，并并且且也也使使用用上上列列简简单单的的指指数数模模型型。在在自自由由空空间间的的传传播播中中，=2，而而在在典典型型的的实实际际传传输输环环境境中中取值范围在取值范围在2和和4之间之间。147.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l对对于于任任何何通通路路损损失失模模型型，接接收收信信噪噪比比（SNR）都都等等于于PR/N，这这里里的的N是是噪噪声声功功率率。无无线线信信道道的的BER（位位错错率率）是是SNR的的

17、函函数数。满满足足给给定定BER目目标标所所需需要要的的SNR取取决决于于通通道道的的数数据据速速率率、所所使使用用的的通通信信技技术术和和通通道道特特征征。由由于于通通路路损损失失减减少少SNR，它它限限制制给给定定通通信信系系统统的的数数据据速速率率。而而且且，因因为为通通路路损损失失指指数数决决定定相相对对于于距距离离信信号号功功率率衰衰减减的的速速度度，所所以以具具有有小小的的通通路路损损失失指指数数的的无无线线通通道道将将具具有有比比大大的的通通路路损损失失指指数数更更大大的的覆覆盖盖区区域域。值值得得注注意意的的是是，接接收收信信号号功功率率跟跟信信号号频频率率的的平平方方成成反反

18、比比，例例如如，增增加加信信号号频频率率的的因因子子为为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。157.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l在在发发送送和和接接收收设设备备之之间间的的传传输输通通路路常常常常受受到到山山脉脉或或户户外外建建筑筑物物的的阻阻碍碍，也也受受到到家家具具或或户户内内墙墙壁壁的的影影响响。由由这这些些阻阻碍碍物物体体所所引引起起的的随随机机信信号号的的变变化化称称作作阴阴影影衰衰落落。在在许许多多环环境境中中的的测测量量表表明明，受受到到阴阴影影衰衰落落影影响响的的接接收收信信号号以以分分贝贝计计的的功功率率遵遵从从

19、高高斯斯（正正态态）分分布布，由由通通路路损损失失确确定定的的平平均均值值和和从从4到到12dB(dB数数=10logp2/p1)的的标标准准偏偏移移取取决决于于具具体体的的环环境境。阴阴影影衰衰落落的的随随机机值值随随着着移移动动情情况况或或障障碍碍物的条件而变化。物的条件而变化。167.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l仅仅仅仅基基于于通通路路损损失失，离离开开发发送送设设备备固固定定距距离离的的接接收收信信号号功功率率应应该该是是常常量量。然然而而，阴阴影影衰衰落落使使得得与与发发送送设设备备具具有有相相同同距距离离的的接接收收信信号号功功率率会会有有差差异异，因因为为某某些些位

20、位置置可可能能具具有有比比其其它它位位置置更更严严重重的的阴阴影影衰衰落落。为为保保证证满满足足在在给给定定距距离离的的SNR条条件件，必必须须增增加加发发射射功功率率以以补补偿偿在在某某些些位位置置严严重重的的阴阴影影衰衰落落。这这类类功功率率增增加加会会带带来来发发送送器器电电池池的的额额外外负负担担，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干扰附加干扰。177.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l多多径径产产生生两两种种显显著著的的通通道道损损伤伤：平平坦坦衰衰落落和和符符号号间间干干扰扰。平平坦坦衰衰落落描描写写在在短短时时间间内内或或短短距距

21、离离上上接接收收信信号号的的快快速速波波动动。这这类类衰衰落落由由在在不不同同时时间间到到达达接接收收方方的的不不同同多多径径信信号号成成分分之之间间的的干干扰扰引引起起，容容易易发发生生增增强强性性的的和和破破坏坏性性的的效效应应。由由于于通通信信链链路路的的设设计计都都留留有有10到到20分分贝贝的的功功率率余余量量，以以补补偿偿衰衰落落和和其其它它的的通通道道损损伤伤，所所以以当当接接收收功功率率比比平平均均值值低低10至至20分分贝贝时时，通通道道就就被被说说成是深衰落。平坦衰落通道通常都经历成是深衰落。平坦衰落通道通常都经历深衰落深衰落。187.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特

22、征l平坦衰落平坦衰落对于链路设计有两个主要含义。首先，对于链路设计有两个主要含义。首先，在平坦衰落中接收信号功率相对于平均值向下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。这会引起偏移相当大。这会引起BER(位错率位错率）有很大）有很大的增加，可以通过增加发射信号功率来减少。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的功率然而，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，并且时间也短。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，这些衰减都对于典型的用户速率和数据速率，这些衰减都影响许多位影响许多位，引起长串的位错

23、，称作，引起长串的位错，称作错误迸发。错误迸发。197.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l由由多多径径引引入入的的另另一一个个主主要要损损害害是是符符号号间间干干扰扰（ISIISI）。当当不不同同多多径径成成分分的的通通路路延延迟迟（称称作作多多径径延延迟迟散散布布）的的最最大大差差别别超超过过1 1位位时时间间的的显显著著部部分分时时，ISIISI的的问问题题就就变变得得很很突突出出。其其结结果果是是自自相相干干扰扰，因因为为一一个个运运载载给给定定发发送送位位的的多多径径反反射射将将跟跟运运载载前前一一发发送送位位的的一一个个不不同同的的（延延迟迟了了的的）多多径径反反射射同同时时

24、到到达达接接收收方方。在在频频域域中中，这这种种自自我我干干扰扰对对应应于于非非平平坦坦频频谱谱，因因此此，不不同同频频率率的的信信号号成成分分以以不不同同的的复复杂杂比比例例因因子子放放大大，从从而而引引起起被被传传输输信信号号的的失失真真。出出于于这个缘故，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）。207.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l如果一个通道的如果一个通道的相干频带相干频带（定义为多径延迟散布定义为多径延迟散布的的倒数倒数）小于小于被发射信号的频带，那么该通道将被发射信号的频带，那么该通道将呈现呈现选频衰落选频衰落。I

25、SI产生的高位错率不能通过增加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加自信号功率来减少，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，只有我干扰的功率。因此，如果没有补偿，只有减少减少数据速率数据速率才能使得跟多径成分相关的延迟散布少才能使得跟多径成分相关的延迟散布少于于1位的时间。这样就对数据速率提出了严格的位的时间。这样就对数据速率提出了严格的限制，限制，在户外环境是在户外环境是100kbps的数量级，在户内的数量级，在户内环境则是环境则是1Mbps的数量级的数量级。217.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l在发送设备和接收设备之间的相对移动

26、所引起的发送信号频率的移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动称作多普勒偏移多普勒偏移。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是发送设备和接收设备之间的相对速度，备之间的相对速度，是发送信号的波长是发送信号的波长。由于移动速度随时间变化，。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所以多普勒偏移也随时间变化。这种多普勒偏移的变化引起对信号引起对信号的的FM调制调制，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的发送频率和的发送频率和每小时每小时60英里的用户速度，英里的用户速度，多普勒偏移

27、大约多普勒偏移大约80Hz。由于典型的信号由于典型的信号带宽是几十带宽是几十kHz的数量级，在大多数应用中，频带散布不是一个显著的数量级，在大多数应用中，频带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长度的时间内长度的时间内不相干（接收频率偏移）。对于不相干（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（位错率位错率）施加了一个低端限制）施加了一个低端限制。227.1 7.1 无线媒体的特征无线媒体的特征l无无线线通通信信通通道道可可能能经经历历多多种种来来源源的的干干扰扰。蜂蜂窝窝

28、系系统统中中的的主主要要干干扰扰源源是是频频率率重重用用。减减少少这这种种干干扰扰的的途途径径有有多多用用户户检检测测、定定向向天天线线和和动动态态通通道道分分配配，但所有这些措施都增加了系统的复杂性。但所有这些措施都增加了系统的复杂性。l无无线线系系统统中中的的其其它它干干扰扰源源包包括括 相相邻邻通通道道干干扰扰 和和 窄窄带带干干扰扰。前前者者由由在在所所分分配配的的频频率率范范围围之之外外的的信信号号成成分分产产生生，后后者者则则由由工工作作在在同同一一频频率率的的其其它它系系统统的的用用户户引引起起（例例如如其其他他无无线线电电设设备备、微微波波炉炉）。相相邻邻通通道道干干扰扰大大部

29、部分分都都可可以以通通过过在在通通道道之之间间引引入入警警戒戒带带得得以以消消除除，但但这这会会浪浪费费带带宽宽。窄窄带带干干扰扰可可以以采采用用槽槽口口滤滤波波器器或或扩扩频频技技术术解解决决。槽槽口口滤滤波波器器是是一一种种简简单单的的设设备备，但但它它们们需需要要知知道道窄窄带带干干扰扰的的准准确确位位置置（方方向向滤滤波波）。扩扩频频是是很很有有效效的的，但但它它需需要要信信号号带带宽宽的的显显著著分分散散，也也就就增增加加了了系系统统的的复复杂杂性性。出出于于这这些些考考虑虑，不不会会仅仅仅仅为为了了消消除除窄窄带带干干扰扰就就使使用用扩扩频频技技术术。因因为为扩扩频频允允许许多多用

30、户共享相同带宽，所以常常结合多路访问的目标使用用户共享相同带宽，所以常常结合多路访问的目标使用。237.2 7.2 无线无线通道的容量限制通道的容量限制l1949年年，Claude Shannon（先先农农）确确定定了了白白色色高高斯斯噪噪声声的的通通信信通通道道的的容容量量限限制制。对对于于一一个个没没有有阴阴影影衰衰落落或或符符号号间间干干扰扰的的通通道道，先先农农证证明明了了，对对任任何何带带宽宽为为H 赫赫兹兹、信信噪比为噪比为S/N的信道：的信道：最大数据传输率最大数据传输率(bit/s)=。先先农农容容量量是是在在实实践践中中不不可可能能达达到到的的理理论论限限制制，但但是是随随着

31、着链链路路级级设设计计技技术术的的改改善善，带带有有白白色色噪噪声声通通道道的的数数据据速速率率正在逼近这个理论限值。正在逼近这个理论限值。247.2 7.2 无线无线通道的容量限制通道的容量限制l许许多多无无线线通通道道的的先先农农容容量量是是未未知知的的，而而且且不不仅仅取取决决于于通通道道，也也取取决决于于发发送送或或接接收收设设备备是是否否能能够够跟跟踪踪通通道道的的变变化化。在在容容量量未未知知的的情情况况下下，典典型型地地在在实实际际性性能能和和容容量量之之间间要要有有一一个个间间隙隙。例例如如，在在遭遭到到阴阴影影衰衰落落之之后后，一一个个数数字字蜂蜂窝窝标标准准有有30kHz的

32、的带带宽宽和和大大约约20dB的的信信噪噪比比。假假定定通通道道可可以以跟跟踪踪，那那么么带带有有平平坦坦衰衰落落和和障障碍碍的的通通道道的的先先农农容容量量是是在在200k位位/秒秒的的数数量量级级。然然而而，蜂蜂窝窝系系统统仅仅取取得得20k位位/秒秒的的通通道道数数据据速速率率。虽虽然然这这种种性性能能差差距距的的一一些些原原因因是是由由于于理理论论模模型型中中未未考考虑虑到到的的通通道道损损伤伤，但但大大多多数数的的差差距距还还是是由由在在今今天天的的无无线线通通道道中中使使用用的的比比较较低低效效的的信信令令方方式式所所引引起起。257.2 7.2 无线无线通道的容量限制通道的容量限

33、制l对对比比之之下下，在在有有线线通通道道中中，技技术术已已相相当当成成熟熟，通通道道特特征征比比较较有有利利，在在实实践践中中所所取取得得的的数数据据速速率率相相当当接接近近于于先先农农极极限限。例例如如，依依赖赖于于线线路路质质量量，电电话话回回路路的的容容量量限限制制在在30到到60kbps之之间间，今今天天的的MODEM速速率率已已接接近近这这个个限限制制值。值。l上上面面给给出出的的关关于于先先农农容容量量的的简简单单公公式式适适用用于于带带有有高高斯斯白白噪噪声声的的静静态态通通道道。先先农农容容量量也也可可用用于于带带有有非非白白噪噪声声和和符符号号间间干干扰扰的的静静态态通通道

34、道。然然而而，要要决决定定带带有有阴阴影影、多多路路径径衰衰落落和和符符号号间间干干扰扰的的随随时时间间变变化化的的无无线线通通道道的的容容量量限限制制，还还是是一一个个挑挑战战。它它依依赖赖于于通通道道特特征征、通通道道变变化化速速率率和和跟跟踪通道变化的能力踪通道变化的能力。267.2 7.2 无线无线通道的容量限制通道的容量限制l任任何何通通道道的的相相对对简简单单的的低低端端限限值值都都是是在在最最坏坏传传播播条条件件下下的的先先农农容容量量。这这在在实实践践中中可可以以是是一一个个很很好好的的限限制制值值，因因为为即即使使在在最最坏坏的的条条件件下下，许许多多通通道道链链路路也也被被

35、设设计计成成具具有有可可接接受受的的性性能能。不不过过最最坏坏情情况况的的系系统统设设计计和和容容量量评评估估有有时时候候可可能能是是过过于于悲悲观观。对对于于具具有有严严重重的的多多路路径径的的通通道道，在在最最坏坏条条件件下下的的通通道道容容量量可可以以等等于于或或接接近近零零。在在实实践践中中，可可以以对对这这些些通通道道使使用用衰衰落落补补偿偿技技术术来来增增加加先先农农容容量量和和实实际上可取得的数据速率。际上可取得的数据速率。277.3 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l数数字字蜂蜂窝窝式式无无线线电电网网的的环环境境与与无无线线LAN有有点点不不同同，并并

36、且且采采用用了了与与无无线线LAN不不同同的的协协议议。它它主主要要是是面面向向电电话话的的通通信信，连连接接通通常常需需要要维维持持数数分分钟钟，而而不不是是几几个个微微秒秒，因因此此对对每每次次通通话话进进行行信信道道分分配配比比对对每每帧帧进进行行分分配配更更为为有有效效。尽尽管管如如此此，该该种种媒媒体体和和技技术术对对数数据据传传输输仍仍然然有有很很大大的的实实用用价价值值。在在这这一一节节里里，我我们们将将讨讨论论三三种种不不同同的的数数字字蜂蜂窝窝无线电系统通道分配方案：无线电系统通道分配方案：GSM（全全球球移移动动通通信信系系统统）、CDPD（蜂蜂窝窝数数字字分分组组数数据）

37、和据）和CDMA（码分多路访问）。码分多路访问）。287.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统l跟跟早早期期的的模模拟拟式式蜂蜂窝窝电电话话不不同同，现现在在的的蜂蜂窝窝电电话话已已发发展展为为数数字字式式,采采用用了了无无线线电电分分组组(packet radio)技技术术。对对移移动动通通信信来来说说，数数字字传传输输比比模模拟拟传传输输有有几几个个优优点点。首首先先，声声音音、数数据据和和传传真真可可集集成成在在一一个个系系统统中中；其其次次，随随着着更更好好的的声声音音信信号号压压缩缩算算法法的的不不断断推推出出，每每个个通通道道所所需需的的带带宽宽会会越越来来越越窄窄；第第三三，

38、可可采采用用纠纠错错编编码码技技术术提提高高通通信信质质量量；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。297.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统l如如果果全全世世界界都都采采用用了了统统一一的的数数字字通通信信标标准准就就好好了了。但但实实际际的的情情况况并并非非如如此此。美美国国的的IS-54系系统统和和日日本本的的JDC系系统统都都采采用用了了与与本本国国现现存存系系统统兼兼容容的的设设计计方方案案，因因此此它它们们的蜂窝系统信道既能进行数字通信，也能进行模拟通信。的蜂窝系统信道既能进行数字通信，也能进行模拟通信。l与与之之相相反反，欧欧洲洲的的数数字

39、字系系统统，称称为为全全球球移移动动通通信信系系统统（GSM-Global System for Mobile Communication)从从一一开开始始就就设设计计成成一一个个完完全全的的数数字字系系统统，不不考考虑虑对对以以前前落落后后技技术术的的兼兼容容性性（即即不不采采用用业业已已存存在在的的频频率率时时隙隙）。由由于于GSM比比美美国国的的IS-54系系统统先先进进，并并且且被被欧欧洲洲以以及及其其它它地地区区的的总总共共50多多个个国国家家采采用用，所所以以本本课课程程把把它它作作为为数数字字蜂窝无线网的一个重要的实例方案来介绍。蜂窝无线网的一个重要的实例方案来介绍。307.3.

40、1 全球移动通信系统全球移动通信系统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，该单元里的所有其它站点都向其发送。不管有多远，里的所有其它站点都向其发送。不管有多远，每每部移动电话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，并一个特定的单元里，并且在该单元的且在该单元的基站控制基站控制之下。之下。317.

41、3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统l当当某某个个移移动动电电话话离离开开一一个个单单元元时时，它它的的基基站站注注意意到到电电话话的的信信号号逐逐渐渐消消失失，就就会会询询问问所所有有邻邻近近的的基基站站收收到到该该电电话话的的信信号号的的强强弱弱。该该基基站站随随后后将将所所有有权权转转交交给给获获得得最最强强信信号号的的单单元元，即即该该电电话话所所处处的的单单元元。该该电电话话随随即即被被告告之之它它有有新新的的管管理理者者，并并且且如如果果正正在在进进行行通通话话，它它会会被被要要求求切切换换到到新新的的信信道道（早早先先的的信信道道不不会会在在邻邻近近单单元元里里重重用用）。此

42、此过过程程被被称称作作转转交交（handoff）。基基站站由由计计算算机机和和收收发发装装置置构构成成，后后者者连连接接到到天天线线上上。所所有有基基站站都都连连接接一一个个称称作作移移动动电电话话交交换换局局（MTSO-Mobile Telephone Switching Office）的的设设备备上上。MTSO和和电电话话系系统统中中的的端端局局类类似似，并并且且实实际际上上至至少少连连接接到到一一个个电电话话端端局局。上上述述转转交交过过程程中中的的信信道道分分配配就就是是由由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。3

43、27.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统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(=2588)个全双工信道。个全双工信道。l如如图图8-1所所示示，每每个个信信道道包包括括下下行行链链路路频频率率（从从基基站站到到可可移移动动站站）和和上上行行链路频率（从可移动站到基站），链路频率（从可移动站到基站），每个频率段宽每个频率段宽200KHZ。l在在示示出出的的124个个频频率率信信道道中中，每每一一个个均均可可采采用用时时分分复复用用技技术术，支支持持8个个独独立立的的连连接接。每每个个当当前前活活动动的的站站点点在在某某一一信信道道中中分分配配一

44、一个个时时隙隙。虽虽然然理理论论上上每每个个单单元元可可支支持持992个个通通道道，但但为为了了避避免免与与相相邻邻单单元元的的频频率率冲冲突突，其其中中许许多多都都不不能能使使用用。在在图图8-1中中8个个阴阴影影的的时时隙隙属属于于同同一一个个通通道道，每每个个方方向向上上有有4个个。如如果果可可移移动动站站分分配配890.4/935.4MHZ和和时时隙隙2，当当它它想想向向基基站站发发送送数数据据时时，它它使使用用下下方方的的4个个阴阴影影时时隙隙（以以及及其其后后相相应应的的时时隙隙），把把数据放入这些时隙中，直至所有的数据发送完毕。数据放入这些时隙中，直至所有的数据发送完毕。337.

45、3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统 347.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统l图图8-18-1所所示示的的TDMTDM时时隙隙只只是是复复杂杂的的分分帧帧层层次次结结构构的的一一部部分分。每每一一个个时时隙隙均均有有特特定定的的结结构构，多多组组TDMTDM时时隙隙就就构构成成了了多多帧帧，它它同同样样也也有有特特定定的的结结构构。图图8-28-2给给出出了了这这种种层层次次结结构构的的一一种种简简化化模模型型。从从图图上上可可以以看看到到，每每个个TDMTDM时时隙隙由由一一个个148148比比特特的的数数据据帧帧构构成成，该该数数据据帧帧的的起起始始段段和和结结束束段段均均为

46、为3 3个个0 0比比特特。该该帧帧中中还还包包含含了了两两块块5757比比特特的的信信息息段段，每每块块均均有有一一个个控控制制位位表表明明后后续续信信息息段段是是声声音音还还是是数数据据。在在两两个个信信息息段段之之间间，是是一一个个2626位位的的同同步步段段，它它被被用用来来使使接接收收方方与与发发送送方方的的帧帧边边界界同同步步。该该数数据据帧帧的的传传输输时时间间为为547547 s s，但但传传送送方方每每4.6154.615msms才才能能发发送送一一帧帧，因因为为还还有有7 7个个 站站 点点 与与 它它 共共 享享 同同 一一 个个 信信 道道。每每 个个 信信 道道 的的

47、 总总 速速 率率 为为32500325000.120=0.120=270 270 833bps833bps，在在8 8个个用用户户中中均均分分。但但是是扣扣除除开开销销后后，每每个连接只能发送一个压缩的声音信号或者个连接只能发送一个压缩的声音信号或者96009600bpsbps的数据。的数据。357.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统 367.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统l从从图图8-2中中还还可可以以看看出出，8个个数数据据帧帧构构成成一一个个TDM 帧帧，26个个TDM帧帧构构成成1个个120ms的的多多帧帧。在在多多帧帧的的26个个TDM帧帧中中，12号号被被用用作作

48、控控制制帧帧，25号号保保留留备备将将来来用用于于其其它它方方面面，因因此只有此只有24个帧可用作用户通信个帧可用作用户通信。l除除了了图图8-2中中示示出出的的26时时隙隙的的多多帧帧以以外外，GSM还还使使用用了了一一种种51时时隙隙的的多多帧帧（图图中中未未画画出出）。其其中中的的一一些些时时隙隙用用于于系统管理的控制通道系统管理的控制通道。l广广播播控控制制通通道道(1)是是从从基基站站来来的的连连续续输输出出流流；它它包包含含了了基基站站的的身身份份以以及及通通道道的的状状态态。所所有有的的可可移移动动站站点点都都监监视视该该通道的信号强度以确定何时进入了一个新的单元。通道的信号强度

49、以确定何时进入了一个新的单元。377.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统l专专用用控控制制通通道道(2)用用作作方方位位更更新新、注注册册以以及及呼呼叫叫建建立立。特特别别地地，每每个个基基站站都都维维持持一一个个当当前前在在它它管管辖辖之之下下的的可可移移动动站站点点的的数数据据库库。维维持持该该数数据据库库所所需要的信息在专用控制通道上传送。需要的信息在专用控制通道上传送。l最最后后，还还有有公公共共控控制制通通道道(3)，它它被被分分成成三三个个逻逻辑辑子子通通道道。第第一一个个子子通通道道是是寻寻呼呼通通道道（3-1-paging channel），基基站站用用它它来来宣宣布布到

50、到来来的的呼呼叫叫。每每个个可可移移动动站站持持续续地地监监视视该该通通道道，看看是是否否有有它它应应该该回回答答的的呼呼叫叫。第第二二个个子子通通道道是是随随机机访访问问通通道道(3-2)，它它运运行行一一个个分分槽槽ALOHA系系统统，允允许许一一个个可可移移动动站站在在专专用用控控制制通通道道上上请请求求一一个个时时隙隙。使使用用这这个个时时隙隙，该该站站可可以以建建立立一一个呼叫。所分配的时隙在第三个子通道个呼叫。所分配的时隙在第三个子通道访问授权通道访问授权通道(3-3)，中宣布。，中宣布。387.3.1 全球移动通信系统全球移动通信系统l总总之之，GSMGSM系系统统中中的的每每个