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通信原理 第十四讲 通信网与通信协议


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第三代蜂窝系统: TD-SCDMA
时分复用、时分双工,软件化、智能天线、同步CDMA 技术
8个时隙,正、反向信道各4个时隙 每个时隙16个地址码 可变的双工信道速率 采用16QAM和非对称传输支持2Mb/s速率 语音传输:8kb/s 扩频切普率:1.1136Mc/s 信道编码:语音为3/4卷积码
第三代蜂窝系统:IMT-2000 过渡情况
北美
IS-95A
IS-95B
IS-95C
CDMA2000
欧洲
GSM TDMA
GSM+ GPRS,HSCSD
GSM++ EDGE
WCDMA
普通分组数据业务
高速电路交换数据
GSM增强数据率
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第三代蜂窝系统: WCDMA
特点 强调宽带技术,最小带宽5MHz
BTS间不需要同步和GPS 正反向信道相干解调 基本参数 码片速率:4.096/8.192/16.3843Mc/s, 波道间隔:5/10/20 MHz 功率控制速率:1600b/s 编码方式:卷积码 R=1/3, 1/2, k=9和Turbo Code
D
f1 f2 f3 f1
R
蜂窝系统的容量
小区容量:每个小区在给定工作频段上所能支持的最大用户数。 系统容量:整个系统在给定频段上单位面积所能支持的用户数。 影响容量的因素: 可用带宽;要求的载波-干扰比;频率再用因子;小区大小;提 高容量的其它措施,如:话音激活、扇区化等。 TDMA(GSM)比FDMA(AMPS)的系统容量可提高3-6倍。 CDMA(IS-95)比TDMA(GSM)的系统容量可提高3-4倍。
蜂窝系统概念
引入蜂窝概念是无线移动通信的重大突破,其主要目的是为了 在有限的频谱资源上提供更多的移动电话用户服务。 蜂窝的主要特点: -通过控制发射功率使得频谱资源在一个大区的不同小区间重 复利用, -通过将小区划分成更小的小区的方法(小区分裂)来增大系 统的容量。
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蜂窝系统的频率再用
蜂窝系统在几何上可以看出 由六边形组成。形同蜂窝。 频率再用距离:D 小区半径:R 频率再用因子: Q=D/R 不同多址体制的Q值: FDMA,Q=7 TDMA,Q=3或4 CDMA,Q=1
第三代蜂窝系统: CDMA-2000
以IS-95为基础
相同的码片速率、软切换技术、功率控制技术 技术改进 反向信道连续导频和相干解调 多载波方式提高传输速率 基本参数 码片速率:1.2288/3.686Mc/s, 波道间隔:N×1.25/5 MHz 功率控制速率:800b/s 编码方式:卷积码 R=1/4, 1/3, 1/2, k=9和Turbo Code
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第三代蜂窝系统:IMT-2000 概况
IMT2000是第三代移动通信系统标准,以支持移动多媒体通信为目 标,多个标准并存(出现所谓IMT2000家族的概念),频段为 2000MHz,使用日期为2000年。 使用频率:1890~2030MHz,2110~2250MHz。 最高传输速率:144kb/s(高速运动),384kb/s(步行速度), 2Mb/s(室内环境)。 三种代表性的技术方案:欧洲和日本的WCDMA方案,北美的 CDMA2000方案,中国CATT提出的TD-SCDMA方案。
第二代蜂窝系统上的数据业务: EDGE
EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution) 在GPRS基础上提高速率的一种标准。 主要技术措施:将GSM的四相调制改为八相调制,使每个信道 的传输速率由14.4kbps提高到48kbps;再通过多时隙捆绑,最 高传输速率可以达到384kbps。 优点:只要在GSM原有系统的基础上,对基站进行简单的升 级,就可以在兼容原有业务的情况下开通EDGE业务。
无线通信技术
通信网与通信协议
内容提要
概述 无线固定接入 无线移动接入 无线数据接入 无线分组网原理
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概述
无线系统的分类
按照频段范围分:短波、超短波、微波、毫米波等。 按照传播方式分:地面视距、地面超视距、对流层散射、 电离层反射、卫星等。 按照多址方式分:点对点、点对多点等。 按照应用背景分:固定接入、移动接入、数据接入等。 按照连接方式分:电路连接、分组连接等。
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第二代蜂窝系统:数字
基本上是两大标准:欧洲的GSM和北美的IS-95。 使用频率:8-900MHz。 多址方式:TDMA/FDMA/FDD(GSM),CDMA/FDMA/FDD(IS-95)。 传输速率:270.833kbps(GSM),1.2288Mbps(IS-95)。 调制方式:GMSK(GSM),QPSK/OQPSK(IS-95)。 语音编码:13kbps RPE-LTP(GSM), 1200/2400/4800/9600bps变速率CELP(IS-95)。 信道编码:1/2卷积码(GSM), 1/2卷积码/维特比译码(IS-95)。
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标准:Bluetooth
目标:通过将一种微小的短距的无线通信技术集成到各种不同的 电子设备中来为移动和商业用户提供方便服务。 技术性能: -使用频率 2.4GHz ISM频段 -传输速率 1Mbps -调制方式 GFSK -双工方式 TDD -通信距离 10m(10mW),100m(100mW) -抗干扰方式 快速跳频(1600跳/秒)、自适应发送功率 -灵活而短的数据包,支持多种应用
无线集群系统
专用网:主要用于公安和部队。 数字集群的性能: -信道带宽 25KHz -多址方式 6信道TDMA -信道速率 64kbps -调制方式 16QAM -语音编码 4.2kbps,VSELP -信道编码 TCM
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无线数据接入
各种应用系统
WLAN:无线局域网 WWAN:无线广域网 WMAN:无线城域网(Mesh) WHAN;无线家域网 WPAN:无线个域网 WVAN:无线车域网
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宽带LMDS系统
LMDS-Local Multipoint Distribution Service,本地多点分配业 务。这是一种微波宽带业务,在厘米波及毫米波频段,在较近的距离 上以点对多点方式实现话音 、视频和图像信号双向传输。 通信距离:2-10公里。 使用频率:24/26,38GHz。 调制方式:多状态正交调幅(16QAM、64QAM等)。 无线频谱资源大于1GHz,每基站总容量达4.8G,每扇区容量达 200M,每远端站容量达Nx2M(2-155Mbps)。 可以支持现存的任何业务,包括:话音,数据和图像。
无线系统及网络的主要性能
频率规划 传输范围 传输质量 业务种类 用户容量 标准及协议
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无线固定接入
频率规划
450.5~452.5MHz/460.5~462.5MHz,FDD模式,窄 带无线接入。 1800~1805MHz,S-CDMA TDD模式,公众网或专用网 无线接入。 1900~1920MHz,TDD模式,用于PHS、DECT、 TDMA/CDMA TDD、Cordless DECT。 2400~2483.5MHz及5725~5850MHz,ISM频段扩频SS 系统接入及Bluetooth/Pico-cell无线接入 3400~3430MHz/3500~3530MHz,FDD模式,中高速 无线接入。 24/26GHz及38GHz,FDD模式,LMDS宽带无线接入
标准:HIPERLAN
高性能无线局域网的简称。这是欧洲各国制定的标准系列。 使用频率:5.15-5.3GHz和17.1-17.3GHz。 传输范围:50m。 支持异步和同步通信。 支持32kbps音频、2Mbps视频、10Mbps数据。 标准规定网络结构中的网络层和数据链路层。 和IEEE802.11不兼容。
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第一代蜂窝系统:模拟
模拟蜂窝系统:欧洲的TACS和北美的AMPS 多址方式:FDMA/FDD 信道带宽:30KHz(AMPS)、25KHz(TACS) 使用频率:8-900MHz 语音调制:FM 信道数:832(AMPS)、1000(TACS)
第一代蜂窝系统上的数据业务: CDPD
CDPD(CELLULAR DIGITAL PACKET DATA):蜂窝数字分组数 据,美国一些公司联合开发的一种标准。 承载在美国模拟蜂窝AMPS上,采用TCP/IP。 调制方式为GMSK,数据率为19.2 kbps。 利用跳频技术在蜂窝频道的空闲时隙传送突发数据。 是一种无连接协议。 采用RS码纠错,可以采用加密。 收费合理,是一种过渡方案。
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无线用户环(WLL)
用户环是在电话网中解决交换机到用户终端传输问题的一种手段。 可以有有线及无线等方式。 无线用户环的特点: -依托有线网,主要解决用户接入问题,简单说就是将用户线用 无线代替有线。 -无线用户环有近距离(1公里以内)和远距离(几公里到十几公 里以上)二类 -无线用户环以固定为主,但也能支持慢速行走的用户。 无线用户环产品类别: -近距离,如:CT-2,DECT,PHS等无绳电话。 -远距离,如:TD-SCDMA,3.5GHz等
第二代蜂窝系统上的数据业务: WAP
WAP(Wireless Application Protocol)无线应用协议。 采用全球统一标准,支持GSM、GPRS和WCDMA等移动通信系统。 简化、优化和扩展了因特网Web技术,消除了移动终端在屏幕显 示、内存、处理能力和无线传输带宽等方面的限制。 主要特点: ( 1)WAP协议栈采用层次化的设计,每层均定义有接口,可 被上一层协议使用,也可被其它的服务或应用程序直接使用。 ( 2)WAP应用结构类似于因特网结构。
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标准:IEEE 802.11
IEEE802是美国制定的局域网标准系列,其中802.11是无线访 问方法和物理层规范,包括跳频、直扩等无线传输以及数据率 高达2Mbps的红外传输。 媒质访问控制(MAC)方法:载波检测多址访问及避免碰撞 技术(CSMA-CA)。首先,每个要发送的无线节点和数据必 需检测到网络静默才能发送,但如果网络静默时二个以上节点 同时发送,就会产生碰撞。为此,专门设计了避免碰撞的协议。 物理层采用:红外传输、跳频传输、直扩传输。最高传输速率 2Mbps。无线传输采用2.4GHz ISM频段。
无线移动接入
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频率规划
模拟蜂窝TACS: 890-915/935-960MHz 模拟蜂窝AMPS: 824-849/869-894MHz 数字蜂窝GSM:890-915/935-960MHz 数字蜂窝DCS-1800: 1710-1785/1805-1880MHz 数字蜂窝IS-95:824-849/869-894MHz 模拟集群 350MHz 数字集群: 806-821/851-866MHz
ISM频段SS系统
美国FCC划分了三个频段(800M,2.4G,5.7G)给工业、科学和医 学使用,无需许可证,简称ISM频段。 我们国家目前也参照美国的标准,开放了二个频段,即2.4G和 5.7G,但还要求执行许可证制度。 技术规范: -频率规划为2400-2483.5MHz, 5725~5850MHz。 -采用扩频技术(直接序列扩频或跳频),扩频比大于10,或跳速 大于2.5跳/秒。 -传输速率为2Mbps。 -发送功率小于100mW。 -EIRP小于-10dBW/100KHz(跳频),-20dBW/MHz(直扩)
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地面无线系统的应用分类
无线固定接入 WLL(Wireless Local Loop),ISM(Industry Science Medical),LMDS(Local Multipoint Distribution Services) 无线移动接入 第二代蜂窝及在第二代上增加的业务:i-mode、WAP、GPRS、EDGE等 第三代蜂窝 无线数据接入 WLAN、WWAN、WMAN、WHAN、WPAN、WVAN 802.11(wifi)、802.16(WiMax)HIPERLAN,Bluetooth
10Baidu Nhomakorabea
第二代蜂窝系统上的数据业务: GPRS
GPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线业务。 是由ETSI定义的一种分组数据无线传输技术,其目的是在GSM等 移动通信网络上实现移动互联网的中低速业务,使移动台和终端 设备可以通过GPRS访问全球任何一个网络。 以分组技术为基础的传输系统,能为用户提供高达160kbits/s的数 据速率。 基于现有GSM系统,可根据需要对一个载频的8个时隙进行捆绑。 在初始阶段,4个时隙作为一组进行捆绑,速率可以提高4倍。
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