短距离无线通信试卷

深圳大学期末考试试卷开/闭卷A/B 卷 课程编号 23130014课程名称短距离无线通信学分2命题人(签字) 审题人(签字) 年 月 日 从实现方法、频谱特性等方面阐述跳频和直接序列扩频技术的区别，码分多址属于其中的哪一种？如何实现？（15分） 天线有哪些特征？导致信号衰减衰落的原因有哪些？在移动通信中为何要使用蜂窝模式？如何控制蜂窝的大小？（15分） 请回答下列问题：（30分）1） 802.11中规定了哪些拓扑结构？分别适用于哪些应用场合？ 2） 无线介质访问为何不能采用CSMA/CD ？请以802.11种无线介质访问协议为例，论述无线介质访问的典型方法。

3） 请简述802.11中共享密钥认证的方法。

请回答下列问题：（20分）1） 谈谈你对篮牙微微网的认识？ 2） 请简要叙述两个篮牙设备连接得过程？ 请回答下列问题：（20分）1） IEEE802.15.4协议和Zigbee 协议有何联系和区别？请根据这两个协议，谈谈你对无线传感器网络的认识。

2） 请结合自己的专业特点，设计一个无线传感器网络的应用场景。

1.从实现方法、频谱特性等方面阐述跳频和直接序列扩频技术的区别，码分多址属于其中的哪一种？如何实现？（15分）答：跳频：跳频本质上就是按照收发双方约定的、对第三者保密的、规律不断变换地发射频率。

在跳频频段内分布着若干个信道，每个信道带宽都和窄带信号带宽相同。

传输时，在每个固定间隔信号在这些信道之间随机跳跃。

它具有躲避式抗瞄准干扰能力，尤其是抗窄带干扰信号能力强。

有良好的远近特性，不会引起同频阻塞干扰。

频率合成器产生的载频准确度和稳定度高，且由扩频码控制，同步容易实现。

存在的缺点是信号隐蔽性差，快跳频系统频率合成器不容易实现。

直接序列扩频技术：直接序列扩频技术是利用扩展码，每个输入信号在传输信号中被k个比特表示，扩频码展宽信号频谱的带宽和k成正比。

它具有良好的抗噪、抗多径效应、抗窃听能力。

此外，由于采用码分多址自相关技术进行扩频和解扩，众多用户可以共享同一带宽，频谱利用率高。

码分多址属于直接序列扩频技术。

实现：每个站点（移动台）被指定一个唯一的m位代码或称码片序列，并且都必须是两两正交，当发送比特1时，站点就发送其码片序列，发送比特0时，站点就发送其码片序列的反码。

2.天线有哪些特征？导致信号衰减衰落的原因有哪些？在移动通信中为何要使用蜂窝模式？如何控制蜂窝的大小？（15分）答：天线的特征：1.每一种天线都有其频率范围：频率 = 光速/波长（Hz）2.长度：波长越长天线尺寸越大3.形状：全向天线和定向天线形状不同。

理想的天线是在空间的一个点向四周均匀发射信号，但通常的天线都是有方向性的4.增益：天线在某方向的增益就是该方向发射的功率与理想天线在该方向的功率之比，单位是（dBi）。

导致信号衰减衰落的原因：1.射频信号在自由空间衰减。

2.反射和透射3.绕射4.与其他的射频信号源互相干扰造成衰减。

5.多径衰落。

使用蜂窝模式的原因：1.1956年，FCC分配的带宽总共只能支持44个信道,有许多用户都用不上。

而使用蜂窝模式，每一个蜂窝使用一组频道。

如果两个蜂窝相隔足够远，则可以使用同一组频道。

可以重复利用信道，提高信道的利用率。

2.信号随距离快速衰落：障碍物越密，衰落越快。

将一块大的区域划分为多个小的蜂窝，使用多个小功率发射器代替一个大功率发射机。

可以获得更好的信号，降低发射功率，节约成本。

控制蜂窝的大小的方法：蜂窝的大小取决于发射机的有效发射距离，六边形蜂窝在发射机的有效发射距离覆盖范围之内，而两个七小区群的中心的距离要超过有效发射距离的两倍。

3.请回答下列问题：（30分）802.11中规定了哪些拓扑结构？分别适用于哪些应用场合？无线介质访问为何不能采用CSMA/CD？请以802.11种无线介质访问协议为例，论述无线介质访问的典型方法。

请简述802.11中共享密钥认证的方法。

答：1、802.11中规定了四种拓扑结构，分别为：独立基本服务集（IBSS）网络、基本服务集（BSS）网络、扩展服务集（ESS）网络、ESS（无线）网络。

2、IBSS可以让用户自发地形成一个无线局域网.，我们可以轻易把手上网卡，以特设方式，在会议室迅速建立一个小型无线局域网。

在电信本地网中，可以应用于业务受理、工单管理、资源管理等场合。

BSS则可以运用在通信信号处理（多用户检测）、语音分离、生物信号分离、经济数据分析等场合。

ESS可以应用于工作站漫游的情况。

3、无线介质访问为何不能采用CSMA/CD的原因：1.CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道(全双工)，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。

即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。

4、无线介质访问的典型方法： 802.11在使用 CSMA/CA 的同时，还增加使用停止等待协议。

欲发送数据的站先检测信道。

在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。

通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。

当源站将要发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待IFS (InterFrame Space)时间后就可发送。

若信道忙，源站必须等待一个空闲IFS，而且要加上back-off time；若信道还忙，back-off time 停止计数；5、共享密钥认证的方法：在该方法中，共享密钥通过独立于IEEE 802.11的安全信道分发给各个STA和AP。

共享密钥认证需要在STA和AP之间进行四次交互，使用经WEP加密的密文传输。

第一步：发起认证的STA首先发送一个管理帧表明自己身份并提出认证请求，该管理帧的认证处理序列号字段值为“1”。

第二步：AP作出响应，响应帧的认证处理序列号字段值为“2”，同时该帧中还包含一个由WEP算法产生的随机挑战信息。

第三步：STA对随机挑战信息用共享密钥进行加密后发回给AP，这一步中，认证处理序列号字段值为“3”。

第四步：AP对STA的加密结果进行解密，并返回认证结果，认证处理序列号字段值为“4”。

在这一步中，如果解密后的challenge text 与第二步发送的原challenge text相匹配，则返回正的认证结果，即STA可以通过认证加入无线网络；反之，认证结果为负，STA不能加入该无线网。

在理论上，共享密钥认证是安全的。

4.请回答下列问题：（20分）谈谈你对篮牙微微网的认识？请简要叙述两个篮牙设备连接得过程？答：1、微微网是以同一个跳频序列同步工作的蓝牙设备的集合。

一个微微网可以只是两台相连的设备，比如一台便携式电脑和一部移动电话，也可以是8台连在一起的设备。

在一个微微网中，所有设备的级别是相同的，具有相同的权限。

采用集中式控制（TDM）主节点控制时钟，分配时间片。

所有通信都在主节点和从节点之间进行，而从节点之间不直接进行通信。

2、连接过程：该过程主要分两步：第一步：主设备发送它的时钟和设备ID（48位）第二步：跳频模式中的相位由主设备时钟决定。

从设备根据主设备的时钟调整其内部时钟之后，就能加入微微网。

5.请回答下列问题：（20分）IEEE802.15.4协议和Zigbee协议有何联系和区别？请根据这两个协议，谈谈你对无线传感器网络的认识。

请结合自己的专业特点，设计一个无线传感器网络的应用场景。

答：1、联系与区别：IEEE 802.15.4是IEEE确定的低速率，无线个域网标准。

这个标准定义了“实体层”和“介质访问层”。

IEEE 802.15.4网络协议栈基于OSI模型，每一层都实现一部分通信功能，并向高层提供服务。

并且它只定义了物理层和数据链路层的MAC子层。

从物理层上来说，物理层定义了三个载波频段用于收发数据。

所有信道支持使用直接序列扩频技术，最大输出功率1dBm，最大传输距离100m。

ZigBee建立在802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。

ZigBee技术由IEEE 802.15.4 (无线个人区域网)小组和Zigbee联盟两个小组分别制定的。

它包括IEEE 802.15.4标准: 逻辑链路控制(Logic Link Control, LLC)层、媒介存取控制层（MAC），与物理层和ZigBee标准: 应用层与网络层，及MAC、应用层与网络层的安全加密服务标准。

为了在802.15.4射频网络里实施网状网，ZigBee在802.15.4上增加网络层。

2、认识：无线传感器网络大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中的节点是同构的、成本较低、体积较小、集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微型计算机。

各节点通过IEEE802.15.4协议或Zigbee协议自组成一个分布式网络，能够长时间实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪。

由于节点的数量巨大，而且还处在随时变化的环境中，这就使它有着不同于普通传感器网络。

为了达到良好的传输效果，ZigBee网络层支持星型、簇集树型和网状网三种拓扑。

但无线传感网络拓扑具有动态变化性，而这种变化方式是不可预测的。

此外，无线传感网络还具有以数据为中心、多跳路由3、无线传感器网络在未来物流方面的运用随着现代物流业的发展，企业追求的是零库存、拉动式的生产方式。

人们对于物流效率问题的关注程度越来越高，对于每件货物需要实时了解信息也越来越多，无线传感器网络的出现为为物流业的实时监控提供了可能，并且还可以避免物流的重复调配，提高物流效率。

物流调配方面：物流业最重要的是效率，时间就是物流的生命，各种商品的调配，商品到按时按点到达都需要对商品信息的精细了解，现代企业物流要求通过前馈的物流和反馈的信息流、资金流，把客户需求和企业内部的生产经营活动及供应商的资源整合在一起，体现完全按用户需求进行经营管理的一种全新的管理方法。

此外，企业对于物流是要求的零库存，准时到货，准时送货的思想，最大的提高资金的运作效率。

如今这些都是还是处于人工处理的阶段，需要人来提供各种信息，并设计出调配方案。

而在今后，通过附在每件商品或原材料上的无线传感器，就可以知道各种商品所在的位置，以及商品类型、数量，通过整个区域的无线传感网络并结合交通状况信息，计算机就可以计算出效率最高的配送方法。

而当出现意外时，还可以利用这商品信息借用其它暂时闲置的同种商品，确保用户生产的连续性，达到用户所要求的零库存、准时到达的要求，大大提高资金运作效率。

商品保存方面：除了商品的调配，一些商品在运输、贮存过程中对温度、湿度等都有严格的要求，通过附在商品上的无线传感器组成的无线传感网络，就可以对这些商品现在处环境进行监控，实时了解商品的情况。