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。