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1、数据通信与计算机网络（第二版） 电子教案笫十四讲 无线网络概述和无线蜂窝系统1本讲内容第六章 无线网络 6.1 无线网络概述 6.1.1 无线网络应用 6.1.2 无线网络发展 6.1.3 无线信道接入方法和多址技术 6.1.4 无线网络拓扑 6.2 无线蜂窝系统 6.2.1 蜂窝概念 6.2.2 蜂窝拓扑结构 6.2.3 CDMA系统26.1.1 无线网络应用 无线网络的应用从逻辑上可以分成两类： 面向语音的应用 面向数据的应用 每一类都有局域和广域两个应用场合，从 而形成四个不同的应用部分。3 面向语音的无线网络应用围绕着连接 PSTN的无线网络，这些业务进一步形成 局域网应用和广域网应用
2、。（举例并说明其特征） 面向数据的无线网络应用围绕着Internet和 计算机通信网络的基础结构。这些业务进 一步分为宽带局域与Ad-hoc（点对点）应 用和广域无线数据应用。（举例并说明其特征）6.1.1 无线网络应用46.1.2 无线网络发展20世纪70年代早期贝尔实验 室研究第一代移动无线电 20世纪70年代晚期第一代无绳电话 面世 1982年研究第二代数字无绳电话 CT-2 1982年部署第一代北欧模拟NMT系统 1983年部署美国AMPS系统 1983年研究第二代数字蜂窝系统GSM 1985年研究无线PBX，DECT 1988年开始发展GSM 1988年开始IS-54数字蜂窝 198
3、8年研究Qualcomm CDMA技术 1991年部署GSM系统 1993年部署PHS/PHP和DCS-1800 1995年FCC拍卖PCS频段 1995年完成PACS 1998年开始3G标准化 面向语音无线网络发展的重大事件5 面向语音的广域无线应用 贝尔实验室的 FDMA（Frequency Division Multiple Access，频分多址）模拟蜂窝系统技术 欧洲的NMT（Nordic Mobile Telephony，北欧移动电话） 美国的AMPS（Advanced Mobile Phone System，高级移动 电话系统） 北欧的TDMA（Time Division Mul
4、tiple Access，时分 多址）数字蜂窝系统技术 GSM（Global System for Mobile communication，全球移动 通信系统，简称“全球通”） 北美的CDMA（Code Division Multiple Access，码分 多址）数字蜂窝系统技术 3G（第三代蜂窝移动通信系统）技术6.1.2 无线网络发展6 面向语音的局域无线应用 无绳电话 英国的CT-2 欧洲的DECT（Digital European Cordless Telephone，数字 欧洲无绳电话） PCS服务 日本的PHP（Personal Handy Phone，个人手持电话），后 来成
5、为PHS（Personal Handyphone System个人手持系统 ，即“小灵通”） 英国的DCS-1800（GSM技术） 美国的PACS（Person Access Communications System， 个人接入通信系统）6.1.2 无线网络发展7 面向语数据无线网络发展的重大事件1979年普及红外线（瑞士IBM实验 室）1980年使用SAW设备扩 展频谱 （美国加州HP实验 室）20世纪80年代初期无线调 制解调器（数据无线通信）1983年ARDIS（Motorola/IBM）1985年ISM频段用于商业扩频应 用1986年Mobitex（瑞典电信和Ericsson）199
6、0年无线局域网标准IEEE802.111990年RAM移动产 品发布1991年RAM移动（Mobitex）1992年组成WINForum1992年欧洲的ETSI和HiperLAN1993年欧洲发布2.4、5.2和17.117.3频段1993年CDPD（IBM和9家运营公司）1994年PCS的需要许可证频 段和免许可证频 段6.1.2 无线网络发展86.1.2 无线网络发展 面向语数据无线网络发展的重大事件（续）1996年无线ATM论坛创 立1997年发布U-NII频段、IEEE802.11完成、GPRS出现1998年推出IEEE802.11b和蓝牙技术1999年IEEE802.11a/Hipe
7、rLAN-2出现9 面向数据的广域无线应用 Motorola和IBM的ARDIS Ericsson的Mobitex 美国的CDPD（Cellular Digital Packet Data，蜂窝数 字分组数据） GSM上的GPRS（General Packet Radio Service， 通用分组无线业务） 3G技术6.1.2 无线网络发展10 面向数据的宽带局域无线与Ad-hoc应用 宽带无线局域网和Ad-hoc网络的一个主要特点是工 作在ISM免许可证频段。 宽带局域无线应用 WLAN（无线局域网） IEEE的802.11 欧洲的HiperLAN WATM（无线ATM） Ad-hoc应用
8、（WPAN） 蓝牙（Bluetooth）6.1.2 无线网络发展11 无线网络分代 第一代（1G）无线系统是面向语音的模拟无线系统 ，使用FDMA技术实现。典型的1G标准：美国的 AMPS、欧洲的TACS。 第二代（2G）无线系统是面向语音的数字无线系统 ，使用TDMA或窄带CDMA技术实现。典型的2G数 字蜂窝移动标准：欧洲的GSM、北美的IS-54（IS- 136）和IS-95以及日本的JDC，2G PCS标准：欧洲 的CT-2和DECT、美国的PACS、日本的PHS，2G移 动数据业务标准：CDPD、GPRS，2G WLAN标准 ：IEEE 802.11、HiperLAN。 第三代（3G
9、）无线系统把蜂窝电话、PCS语音业务 以及移动数据业务用各种分组交换数据业务综合在一 个高语音质量、高容量、高速率的网络系统中。典型 的3G标准：W-CDMA、CDMA2000。6.1.2 无线网络发展126.1.3 无线信道接入方法和多址技术 无线信道接入方法构成了OSI协议体系的 第二层和用于局域网的IEEE802标准的第 三层，主要负责完成与介质接口并协调无 线信道里多个终端顺利工作的任务。 所有面向语音的无线网络都采用固定分配 无线信道接入（或称信道分割）技术，为 了有效提高有限、宝贵的无线频段资源， 无线信道接入都使用了多址技术。13 现在主要有五种多址方式：FDMA、 TDMA、C
10、DMA、SDMA和WDMA。 无线信道接入上主要使用前三种。 SDMA（Space Division Multiple Access，空 分多址）主要用于蜂窝小区划分或定向无线 通信等 WDMA（Wave Division Multiple Access，波 分多址）主要用于光通信。 6.1.3 无线信道接入方法和多址技术14 另一个与接入方法有关的重要参数是正向信道 和反向信道的载波频率差。 正向信道又叫下行链路，指从基站到移动终端的通信 ； 反向信道又叫上行链路，指从移动终端到基站的通信 。 如果正向信道和反向信道采用不同的载波频率，而且 间隔足够大，这样的双工技术叫做FDD（Freque
11、ncy Division Duplexing，频分双工）； 如果正向信道和反向信道采用相同的载波频率，但采 用交替的时隙，这样的双工技术叫做TDD（Time Division Duplexing，时分双工）。 TDD方式由于时隙同步等要求，常用于PCS等局域微 微蜂窝或微蜂窝系统中。而FDD一般用于覆盖几十公 里区域的宏蜂窝系统中。6.1.3 无线信道接入方法和多址技术156.1.3 无线信道接入方法和多址技术 频分多址FDMA FDMA以PSTN干线网络上的多址技术FDM为 基础，它把通信系统的总频段划分成若干个 等间隔的频道（或称信道），分配给不同的 用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能
12、 传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间 无明显串扰。发送端将发送的信息调制到某 个频道上，接收端通过频率选择（滤波）， 从混合信号中选出相应的信号。 模拟的蜂窝系统都采用了FDMA/FDD，如 AMPS和TACS。数字无绳电话CT-2采用了 FDMA/TDD。 16 时分多址TDMA TDMA以PSTN干线网络上的多址技术TDM为 基础，它把时间分割成周期性帧，每一帧再 分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分 配原则，使移动台在每帧中按指定的时隙向 基站发送信号，基站可以分别在各时隙中接 收到移动台的信号而不干扰。同时基站发向 多个移动台的信号，都按规定在预定的时隙 中发射，各移动台在指定的
13、时隙中接收（时 间选择），从合路的信号中提取发给它的信 号。 最主要的特征是其格式的灵活性。 应用这种多址方式的主要系统有北美的IS-54 和欧洲的GSM。6.1.3 无线信道接入方法和多址技术17 码分多址CDMA 每个用户（收发信机）具有特定的地址码， 用于发射信号的扩展频谱调制，从而实现在 公共信道上传输信息。 CDMA的特征是代表各信源信息的发射信号 在结构上各不相同，并且其地址码相互具有 准正交性，以区别地址，而在频率、时间和 空间上都可能重叠。 由于CDMA多址技术在综合语音、数据、视 频等多业务上的优势，它已被选作发展3G系 统的原型技术。6.1.3 无线信道接入方法和多址技术1
14、8 无线网络中使用了两种基本拓扑类型 基础结构集中式（或称中心辐射式）拓扑 Ad-hoc（或称分布式）拓扑 基础结构网络 固定（有线）基础结构用来支持移动终端（ MT，或称移动台MS）之间和移动终端与固定 终端之间的通信。 通常设计用于大的覆盖区域和使用多个BS（ Base Station，基站）或AP（Access Point， 接入点）的情况。 6.1.4 无线网络拓扑19 基础结构网络拓扑图例 无线蜂窝产品、IEEE802.11和大部分无线 LAN产品都支持基础结构的使用。 6.1.4 无线网络拓扑20 Ad-hoc网络 Ad-hoc或分布式网络拓扑用于重组网络，它 不需要固定的基础结构
15、就能工作。 适于在移动或固定情况下快速部署无线网络 。 有2种Ad-hoc网络拓扑 单跳Ad-hoc网络。如：IEEE 802.11、PHS等。 多跳Ad-hoc网络。如：HiperLAN。6.1.4 无线网络拓扑21 Ad-hoc网络拓扑图例6.1.4 无线网络拓扑（a） 单跳对等拓扑 （b） 多跳拓扑 226.2.1 蜂窝概念 蜂窝通信是一种使用频率复用的智能方法，以使 有限的带宽可以容纳巨大数量的用户。 其基本原理是把覆盖区域分为大量相连的小区域，每 个小区域都使用自己的、低功率的无线基站。由于同 样的频谱在分散的区域内可以被多次复用，这样，每 次建立一个新的基站（一个小区域）时，容量就会增 加。 小区域被称为小区或单元（cell），一组小区组成区群（ cluster）。 一个区群中小区的数量称为区群大小或频率复用因子。 需要对这些小区域以智能的方式分配信道，以避免两 种干扰： 同频道干扰（cochannel interference） 邻道干扰（adjacent channel interference） 236.2.2 蜂窝拓扑结构 蜂窝拓扑结构图 使用蜂窝拓扑可以有效实现频率复用。AB CD EGFAB CD EGFAB CD EGF246.2.2 蜂窝拓扑结构 典型蜂窝网络GSM的组成25 越区切换（handoff）过程 当某移动终端离开一个小区时，就
