第6章现代无线通信原理系统及网络
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第六章 无线通信系统及网络
6.1 概述 6.2 无线固定接入 6.3 无线移动接入 6.4 无线数据接入 6.5 无线分组网原理
2016年1月2日9时4分 1(42)
6.1 概述
6.1.1 无线系统的分类
频段范围：短波、超短波、微波、毫米波等。 传播方式：地面视距、地面超视距、对流层散射、 电离层反射、卫星等。 多址方式：点对点、点对多点等。 应用背景：固定接入、移动接入、数据接入等。 连接方式：电路连接、分组连接等。
2016年1月2日9时4分
5(42)
6.2.2 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。
2016年1月2日9时4分 24(42)
6.3.16 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
2016年1月2日9时4分 25(42)
基本参数：
1、码片速率：4.096/8.192/16.3843Mc/s 2、波道间隔：5/10/20 MHz 3、功率控制速率：1600b/s 4、编码方式：卷积码 R=1/3, 1/2, k=9和Turbo Code
2016年1月2日9时4分 22(42)
6.3.14 第三代蜂窝系统:CDMA-2000
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。
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：N1.25/5 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
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。
2016年1月2日9时4分
17(42)
6.3.9 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。
CDMA2000
GSM TDMA
GSM+ GPRS,HSCSD
GSM++ EDGE
WCDMA GSM增强数据率
普通分组数据业务
高速电路交换数据
2016年1月2日9时4分
21(42)
6.3.13 第三代蜂窝系统:WCDMA
特点：
1、强调宽带技术，最小带宽5MHz 2、BTS间不需要同步和GPS 3、正反向信道相干解调
2016年1月2日9时4分
2(42)
6.1.2 地面无线系统的应用分类
无线固定接入：WLL，ISM，LMDS
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、HIPERLAN，Bluetooth
2016年1月2日9时4分
13(42)
6.3.6 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
业、科学和医学使用，无需许可证，简称ISM频段。
我国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。
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。
2016年1月2日9时4分 23(42)
6.3.15 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各地址码
–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
2016年1月2日9时4分 3(42)
6.1.3 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
2016年1月2日9时4分
4(42)
6.2 无线固定接入
6.2.1 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
9(42)
6.3.2 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。
2016年1月2日9时4分 10(42)
6.3 无线移动接入
6.3.1 频率规划
模拟蜂窝TACS： 模拟蜂窝AMPS： 数字蜂窝GSM： 数字蜂窝DCS-1800： 数字蜂窝IS-95： 模拟集群 数字集群：
2016年1月2日9时4分
890-915/935-960MHz 824-849/869-894MHz 890-915/935-960MHz 1710-1785/1805-1880MHz 824-849/869-894MHz 350MHz 806-821/851-866MHz
.
. 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。
2016年1月2日9时4分 18(42)
6.3.10 第二代蜂窝系统上的数据业务:EDGE EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evolution）
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
2016年1月2日9时4分 8(42)
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。
2016年1月2日9时4分 6(42)
6.2.3 ISM频段SS系统
美国FCC划分了三个频段（800M，2.4G，5.7G）给工
6.3.8 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。
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)，
2016年1月2日9时4分
1/2卷积码/维特比译码（IS-95)。
15(42)
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。
2016年1月2日9时4分 19(42)
6.3.11 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
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。
2016年1月2日9时4分 14(42)
6.3.7 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)。
（步行速度），2Mb/s（室内环境）。
三种代表性的RTT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TDSCDMA方案。
2016年1月2日9时4分 20(42)
6.3.12 第三代蜂窝系统:IMT-2000 过渡情况
北美 欧洲
IS-95A
IS-95B
IS-95C
6.3.3 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：
f1
R
Q＝D/R 不同多址体制的Q值：
D
f2 f3 f1
FDMA，Q＝7
TDMA，Q＝3或Байду номын сангаас CDMA，Q＝1
2016年1月2日9时4分 11(42)
6.3.4 蜂窝系统的容量
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。
2016年1月2日9时4分
16(42)
6.3.9 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。
－发送功率小于100mW。
2016年1月2日9时4分 7(42)
6.2.4 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。
CDMA（IS-95）比TDMA（GSM）的系统容量可提高
2016年1月2日9时4分
3-4倍。
12(42)
6.3.5 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）
6.1 概述 6.2 无线固定接入 6.3 无线移动接入 6.4 无线数据接入 6.5 无线分组网原理
2016年1月2日9时4分 1(42)
6.1 概述
6.1.1 无线系统的分类
频段范围：短波、超短波、微波、毫米波等。 传播方式：地面视距、地面超视距、对流层散射、 电离层反射、卫星等。 多址方式：点对点、点对多点等。 应用背景：固定接入、移动接入、数据接入等。 连接方式：电路连接、分组连接等。
2016年1月2日9时4分
5(42)
6.2.2 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。
2016年1月2日9时4分 24(42)
6.3.16 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
2016年1月2日9时4分 25(42)
基本参数：
1、码片速率：4.096/8.192/16.3843Mc/s 2、波道间隔：5/10/20 MHz 3、功率控制速率：1600b/s 4、编码方式：卷积码 R=1/3, 1/2, k=9和Turbo Code
2016年1月2日9时4分 22(42)
6.3.14 第三代蜂窝系统:CDMA-2000
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。
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：N1.25/5 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
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。
2016年1月2日9时4分
17(42)
6.3.9 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。
CDMA2000
GSM TDMA
GSM+ GPRS,HSCSD
GSM++ EDGE
WCDMA GSM增强数据率
普通分组数据业务
高速电路交换数据
2016年1月2日9时4分
21(42)
6.3.13 第三代蜂窝系统:WCDMA
特点：
1、强调宽带技术，最小带宽5MHz 2、BTS间不需要同步和GPS 3、正反向信道相干解调
2016年1月2日9时4分
2(42)
6.1.2 地面无线系统的应用分类
无线固定接入：WLL，ISM，LMDS
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、HIPERLAN，Bluetooth
2016年1月2日9时4分
13(42)
6.3.6 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
业、科学和医学使用，无需许可证，简称ISM频段。
我国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。
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。
2016年1月2日9时4分 23(42)
6.3.15 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各地址码
–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
2016年1月2日9时4分 3(42)
6.1.3 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
2016年1月2日9时4分
4(42)
6.2 无线固定接入
6.2.1 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
9(42)
6.3.2 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。
2016年1月2日9时4分 10(42)
6.3 无线移动接入
6.3.1 频率规划
模拟蜂窝TACS： 模拟蜂窝AMPS： 数字蜂窝GSM： 数字蜂窝DCS-1800： 数字蜂窝IS-95： 模拟集群 数字集群：
2016年1月2日9时4分
890-915/935-960MHz 824-849/869-894MHz 890-915/935-960MHz 1710-1785/1805-1880MHz 824-849/869-894MHz 350MHz 806-821/851-866MHz
.
. 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。
2016年1月2日9时4分 18(42)
6.3.10 第二代蜂窝系统上的数据业务:EDGE EDGE（Enhanced Data Rates for GSM Evolution）
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
2016年1月2日9时4分 8(42)
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。
2016年1月2日9时4分 6(42)
6.2.3 ISM频段SS系统
美国FCC划分了三个频段（800M，2.4G，5.7G）给工
6.3.8 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。
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)，
2016年1月2日9时4分
1/2卷积码/维特比译码（IS-95)。
15(42)
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。
2016年1月2日9时4分 19(42)
6.3.11 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
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。
2016年1月2日9时4分 14(42)
6.3.7 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)。
（步行速度），2Mb/s（室内环境）。
三种代表性的RTT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TDSCDMA方案。
2016年1月2日9时4分 20(42)
6.3.12 第三代蜂窝系统:IMT-2000 过渡情况
北美 欧洲
IS-95A
IS-95B
IS-95C
6.3.3 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：
f1
R
Q＝D/R 不同多址体制的Q值：
D
f2 f3 f1
FDMA，Q＝7
TDMA，Q＝3或Байду номын сангаас CDMA，Q＝1
2016年1月2日9时4分 11(42)
6.3.4 蜂窝系统的容量
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。
2016年1月2日9时4分
16(42)
6.3.9 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。
－发送功率小于100mW。
2016年1月2日9时4分 7(42)
6.2.4 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。
CDMA（IS-95）比TDMA（GSM）的系统容量可提高
2016年1月2日9时4分
3-4倍。
12(42)
6.3.5 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）