第6章无线网络课件

1第第第第6 6章章章章 无线网络无线网络无线网络无线网络 l 无线传输无线传输 l 无线局域网无线局域网l 宽带无线网络宽带无线网络l 蓝牙技术蓝牙技术l 移动电话移动电话26.1 6.1 无线传输无线传输无线传输无线传输6.1.1 6.1.1 电磁波磁波谱l电电子子运运动动的的时时候候，它它们们就就会会产产生生电电磁磁波波，而而电电磁磁波可以在空气和真空中传播波可以在空气和真空中传播l电磁波谱和它在无线通信中的用途如下图电磁波谱和它在无线通信中的用途如下图36.1 6.1 无线传输无线传输无线传输无线传输6.1.1 6.1.1 电磁波磁波谱l 在波谱中，无线电波、微波、红外光和在波谱中，无线电波、微波、红外光和可见光都可以通过调节振幅、频率或者波可见光都可以通过调节振幅、频率或者波的相位来传输信息。的相位来传输信息。l 电磁波可以承载的信息量与它的波长相电磁波可以承载的信息量与它的波长相关。关。l 大多数传输都使用窄的频段以获得最佳大多数传输都使用窄的频段以获得最佳的接收能力的接收能力l 有些情况下，使用宽的频段具体方法有有些情况下，使用宽的频段具体方法有两种：跳频扩频和直接序列扩频。两种：跳频扩频和直接序列扩频。46.1 6.1 无线传输无线传输无线传输无线传输6.1.2 6.1.2 无无线电传输l 无线电波被广泛应用于通信领域无线电波被广泛应用于通信领域l 无无线线电电波波是是全全方方向向的的，所所以以发发射射设设备和接收设备不必在物理上要对应备和接收设备不必在物理上要对应 l 无无线线电电波波的的特特性性与与频频率率有有关关，由由于于无无线线电电波波能能够够传传播播很很远远的的距距离离，所所以以用用户户之之间间的的干干扰扰是是一一个个问问题题，这这需需要要管制的。管制的。56.1 6.1 6.1 6.1 无线传输无线传输无线传输无线传输6.1.2 6.1.2 无无线电传输l 无线电波传输方法如下图无线电波传输方法如下图66.1 6.1 无线传输无线传输无线传输无线传输6.1.3 6.1.3 微波微波传输l 在在100MHz100MHz以上的频段内，电波几乎按直线以上的频段内，电波几乎按直线传播，因此它们可以被聚集成一束，从而传播，因此它们可以被聚集成一束，从而获得极高的信噪比，获得极高的信噪比，l 这些微波构成了长途电话传输系统的核心这些微波构成了长途电话传输系统的核心l 由于微波按照直线传播，因此需要中继器由于微波按照直线传播，因此需要中继器l 微波通信被广泛应用于长途电话通信、移微波通信被广泛应用于长途电话通信、移动电话、电视传播，以及其他出现频谱严动电话、电视传播，以及其他出现频谱严重短缺的应用领域。重短缺的应用领域。76.1 6.1 无线传输无线传输无线传输无线传输6.1.4 6.1.4 红外外线、毫米波和光波、毫米波和光波传输 1.1.红外外线和毫米波和毫米波l 无导向的红外线和毫米波被广泛用于无导向的红外线和毫米波被广泛用于短距离通信短距离通信l 它们优点是它们优点是有方向性、便宜、易于制造有方向性、便宜、易于制造它的防窃听安全性比无线电系统好它的防窃听安全性比无线电系统好l 缺点在于：不能通过固体物质缺点在于：不能通过固体物质86.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.2.1 6.2.1 无无线局域网的局域网的应用用l 无线局域网无线局域网(Wireless LAN，WLAN)是实现移动网络的关键技术之是实现移动网络的关键技术之一一l 无线局域网以微波、激光和红外线等无线局域网以微波、激光和红外线等无线电波作为传输媒介无线电波作为传输媒介l 无线局域网的发展速度相当快，目前无线局域网的发展速度相当快，目前支持支持2Mbps传输速率的系统已经成熟。传输速率的系统已经成熟。96.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.2.1 6.2.1 无无线局域网的局域网的应用用l 典型无线局域网络结构如下图典型无线局域网络结构如下图 106.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网l 无线局域网的应用主要在四个方面无线局域网的应用主要在四个方面 1.1.传统局域网的局域网的扩充充 2.2.建筑物之建筑物之间的互的互联 3.3.漫游漫游访问 4.4.Ad hoc网网络116.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.2.2 6.2.2 红外无外无线局域网局域网l 红外无线信号是按视距方式传播的，中间红外无线信号是按视距方式传播的，中间没有阻挡。没有阻挡。l 红外线频谱非常宽，所以就能提供极高的红外线频谱非常宽，所以就能提供极高的数据传输速率。数据传输速率。1 1红外局域网基本技术红外局域网基本技术u 红外局域网的数据传输有三种技术红外局域网的数据传输有三种技术 定向光束红外传输定向光束红外传输 全方位红外传输全方位红外传输 漫反射红外传输。漫反射红外传输。126.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网 2.2.红外局域网基本技外局域网基本技术有有优点点l 红外线不会穿过墙壁或其他的不透明的物红外线不会穿过墙壁或其他的不透明的物体，具有以下几个优点体，具有以下几个优点 红外线通信比起微波通信不易被入侵，提高了安全性红外线通信比起微波通信不易被入侵，提高了安全性 由于封闭红外线网络能互不干扰，建立一个更大的红外由于封闭红外线网络能互不干扰，建立一个更大的红外线网络是可行的线网络是可行的红外线局域网设备相对便宜又简单红外线局域网设备相对便宜又简单 3.3.缺点缺点 红外线局域网也存在一些缺点。如，室内环境中的阳光红外线局域网也存在一些缺点。如，室内环境中的阳光或室内照明的强光线，都会成为红外线接收器的噪声部或室内照明的强光线，都会成为红外线接收器的噪声部分，因此限制了红外线局域网的应用范围。分，因此限制了红外线局域网的应用范围。136.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.2.36.2.3扩频无无线局域网局域网l扩展频谱技术是指发送信息带宽的一种技术。扩展频谱技术是指发送信息带宽的一种技术。它将信号扩展到更宽的频谱上传输，因此，它将信号扩展到更宽的频谱上传输，因此，它被称为扩频技术。它被称为扩频技术。l它是一种信息传输方式，它是一种信息传输方式，其信号所占有的其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必须的最小带宽。频带宽度远大于所传信息必须的最小带宽。l频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端也用同样的码进行相关数据无关；在接收端也用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。同步接收、解扩及恢复所传信息数据。146.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网l 最普遍的无线局域网技术是扩展频谱（简称扩频）最普遍的无线局域网技术是扩展频谱（简称扩频）技术。技术。一种方法是跳频（一种方法是跳频（Frequency Hopping）另一种方法是直接序列（另一种方法是直接序列（Direct Sequence）扩频。）扩频。l 扩频数字通信系统的基本结构如下图扩频数字通信系统的基本结构如下图 156.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网 1.1.跳跳频扩频通信通信 l 跳频扩频通信跳频扩频通信(Frequence Hopping Spread Spectrum,FHSS)是扩频技术中常用的一种是扩频技术中常用的一种方法方法l 其通信技术的特点包括其通信技术的特点包括 将可利用的频带划分成多个子频带（信将可利用的频带划分成多个子频带（信道）道）每个信道的带宽相同，中心频率由伪随每个信道的带宽相同，中心频率由伪随机数发生器的随机数决定，变化的频率机数发生器的随机数决定，变化的频率值称为跳跃系列值称为跳跃系列 发送端与接收端采用相同的跳跃系列发送端与接收端采用相同的跳跃系列166.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网l IEEE802.11标准规定跳频通信使用标准规定跳频通信使用2.4GHz的工业、科学与医药专用的的工业、科学与医药专用的ISMISM频率，频率频率，频率范围在范围在2.4002.4835GHz。跳频扩频通信的。跳频扩频通信的数据传输速率为数据传输速率为1Mbps或或2Mbps。l 跳频通信的工作原理如下图跳频通信的工作原理如下图 176.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网 2.2.直接序列直接序列扩频 l 直接序列扩频直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)是扩频技术中另外一种方是扩频技术中另外一种方法法l DSSS通信技术有以下特点通信技术有以下特点 将待发送的数据经过伪随机数发生器产将待发送的数据经过伪随机数发生器产生的为伪随机码进行异或操作，再将异生的为伪随机码进行异或操作，再将异或操作结果的数据调制后发送或操作结果的数据调制后发送 所有接收节点使用相同的频段所有接收节点使用相同的频段 发送端与接收端使用相同的伪随机码。发送端与接收端使用相同的伪随机码。186.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网l 直接序列扩频使用直接序列扩频使用2.4GHz的工业、科学与的工业、科学与医药专用的医药专用的ISM频段，数据传输速率为频段，数据传输速率为1Mbps或或2Mbps。l 直接序列扩频通信工作原理如下图直接序列扩频通信工作原理如下图196.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.2.4 6.2.4 窄窄带微波无微波无线局域网局域网l 窄窄带带微微波波 (Narrowband Microwave)是是指指使使用用微微波波无无线线电电频频带带来来进进行行数数据据传传输输，其其带宽刚好能容纳信号带宽刚好能容纳信号 1.1.申请执照的窄带申请执照的窄带RF Fu 用用于于声声音音、数数据据和和视视频频传传输输的的微微波波无无线线电电频频率率需需要要申申请请执执照照和和进进行行协协调调，以以确确保保在在一一个个地地理理环环境境中中的的各各个个系系统统之之间间不不会相互干扰。会相互干扰。u申申请请执执照照的的窄窄带带无无线线网网的的一一个个优优点点是是，它保证了无干扰通信它保证了无干扰通信 206.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网2.2.免申免申请执照的窄照的窄带RFl Radio LAN Radio LAN 成为第一个使用免申请执照成为第一个使用免申请执照ISM的窄带无线局域网产品。的窄带无线局域网产品。u Radio LAN LAN的数据传输速率为的数据传输速率为10Mbps，使用使用5.8GHz的频率的频率u Radio LAN采用了对等网络的结构方法采用了对等网络的结构方法u Radio LAN 组网不需要有集线器，它可组网不需要有集线器，它可以根据位置、干扰和信号强度等参数来自以根据位置、干扰和信号强度等参数来自动地选择一个结点作为动态主管动地选择一个结点作为动态主管216.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.2.5 6.2.5 无无线局域网局域网标准准 1.802.111.802.11的的层次模型次模型结构构l 802.11802.11物物理理层层定定义义了了红红外外、跳跳频频扩扩展展与与直直接接序序列列扩扩展展的的数数据据传传输输标标准。准。l MAC层层主主要要功功能能是是对对无无线线信信道道的的访访问问控控制制，提提供供多多个个接接入入点点的的漫漫游游支支持持，同同时时提提供供数数据据验验证证与与保保密密服服务务226.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网l MAC层支持无争用服务与争用服务两层支持无争用服务与争用服务两种访问方式。种访问方式。l 802.11802.11的层次模型结构如下图的层次模型结构如下图 236.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网 2.802.11 2.802.11帧结构构l 802.11802.11定义了三种类型的帧定义了三种类型的帧 数据帧数据帧 控制帧控制帧 管理帧管理帧 l 802.11802.11数据帧结构数据帧结构 如下图如下图246.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网l 802.11 802.11包括以下字段包括以下字段 帧控制字段有帧控制字段有1111个子字段个子字段 持续时间持续时间(Duration)字段字段 四个地址字段四个地址字段 序列号序列号(Sequence)字段使得分片可以字段使得分片可以被编号被编号 数据数据(Data)字段包含了要传送的数据字段包含了要传送的数据l 管理帧的格式与数据帧的格式类似管理帧的格式与数据帧的格式类似256.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网3.802.113.802.11的的CSMA/CA基本工作原理基本工作原理 (1)802.11(1)802.11的的MAC子子层服服务l 无争用服务的点协调功能无争用服务的点协调功能PCFPCF采用集中控制采用集中控制的方法，通过探询的方法解决对节点发送的的方法，通过探询的方法解决对节点发送的控制问题控制问题 l 802.11802.11节点发送数据帧过程节点发送数据帧过程 如下图如下图266.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网(2)(2)CSMA/CA工作原理工作原理l常用的帧间间隔有三种常用的帧间间隔有三种 短帧间间隔短帧间间隔(SIFS)点协调功能帧间间隔点协调功能帧间间隔(PIFS)分布协调功能间隔分布协调功能间隔(DCIFS)l CSMA/CA工作原理如下图工作原理如下图276.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网(3)(3)退避算法退避算法l 802.11802.11采用的是二进制指数退避算法采用的是二进制指数退避算法l 当一个节点使用退避算法，进入争用窗口当一个节点使用退避算法，进入争用窗口时，它将启动一个退避计时器时，它将启动一个退避计时器(Backoff Timer)计时，当退避计时器的时间为计时，当退避计时器的时间为0 0时，时，节点开始发送。节点开始发送。l 如果此时信道已经转入忙，那么节点将退如果此时信道已经转入忙，那么节点将退避计时器复位后，重新进入退避争用状态，避计时器复位后，重新进入退避争用状态，直到成功发送直到成功发送286.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.3 6.3 宽带无无线网网络l 无线局域网与宽带无线网络的最主要不同无线局域网与宽带无线网络的最主要不同 无线局域网所是为局域网范围内的移动无线局域网所是为局域网范围内的移动主机提供无线通信问题主机提供无线通信问题 宽带无线网络是为固定的建筑物提供无宽带无线网络是为固定的建筑物提供无线通信服务。因此，宽带无线网络也被人线通信服务。因此，宽带无线网络也被人称为无线城域网称为无线城域网(Wireless Metropolitan Area Network,WMAN)或无线本地回路或无线本地回路(Wireless Local Loop，WLL)l IEEE把这种技术标准的编号设立为把这种技术标准的编号设立为802.16802.16296.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.3.1 802.116.3.1 802.11和和802.16802.16的比的比较l 尽管它们都是提供高带宽的无线通尽管它们都是提供高带宽的无线通信服务，主要表现在以下方面信服务，主要表现在以下方面 服务对象服务对象 覆盖范围覆盖范围 带宽带宽 波长波长 服务质量服务质量306.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.3.2 802.166.3.2 802.16协议模型模型l 802.16802.16协议模型协议模型 如下图如下图316.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.3.3 802.166.3.3 802.16物理物理层l 毫米波段信号的强度会随着与基站的距离的毫米波段信号的强度会随着与基站的距离的增加而急剧衰减，所以信噪比也会随着与基增加而急剧衰减，所以信噪比也会随着与基站的距离的增加而下降。站的距离的增加而下降。l 在因特网中，下行流量比上行流量要多得多在因特网中，下行流量比上行流量要多得多l 宽带无线网络采用了两种方案分配带宽宽带无线网络采用了两种方案分配带宽 频分双工制频分双工制(Frequency Division Duplexing，FDD)时分双工制时分双工制(Time Division Duplexing，TDD)326.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.3.4 802.16 6.3.4 802.16 MAC子子层lIEEE 802.16 的的MACMAC子子层层支支持持点点对对多多点点的的宽宽带带无无线线接接入入应应用用，以以在在上上行行和和下下行行链链路路上上进进行高速传输。行高速传输。l为为了了让让多多个个用用户户共共享享一一个个物物理理信信道道，MAC层层必必须须有有有有效效的的接接入入和和带带宽宽分分配配算算法法以以支支持持各种业务的各种业务的QoS保证。保证。lIEEE 802.16标准定义了标准定义了4 4种不同的服务类型种不同的服务类型 位速率为常数的服务位速率为常数的服务 位速率可变的实时服务位速率可变的实时服务 位速率可变的非实时服务位速率可变的非实时服务 尽力投递的服务。尽力投递的服务。336.2 6.2 6.2 6.2 无线局域网无线局域网无线局域网无线局域网6.3.5 802.166.3.5 802.16帧结构构l 所所有有的的MAC帧帧都都以以一一个个通通用用头头部部作作为为开开始始，该该头头部部之之后后跟跟着着一一个个可可选选的的数数据据字字段段和和一一个个可选的校验和可选的校验和(CRC)字段字段 l 802.16802.16帧结构如下图帧结构如下图346.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术l 蓝牙技术实现了设备的无连接工作，提蓝牙技术实现了设备的无连接工作，提供了接入数据网的功能，并且具有外围设供了接入数据网的功能，并且具有外围设备接口，可以组成一个特定的小网备接口，可以组成一个特定的小网l 这种技术主要面向网络中各类数据及语这种技术主要面向网络中各类数据及语音设备，通过无线方式将它们连成一个微音设备，通过无线方式将它们连成一个微微网微网(Piconet)l 多个微微网之间可以互连形成分布式网多个微微网之间可以互连形成分布式网络络(Scatternet)，从而方便、快速地实，从而方便、快速地实现各类设备之间的通信现各类设备之间的通信 356.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术l 它是实现语音和数据无线传输的开放性它是实现语音和数据无线传输的开放性规范规范,是一种低成本、短距离的无线连接是一种低成本、短距离的无线连接技术技术l 两个微微网连接起来的分散网如下图两个微微网连接起来的分散网如下图366.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术6.4.1 6.4.1 蓝牙牙应用用l 蓝牙蓝牙V1.1规范列出了规范列出了1313种需要支持的专门应用，种需要支持的专门应用，并为每一种应用提供了不同的协议模型并为每一种应用提供了不同的协议模型l 蓝牙应用配置如下图蓝牙应用配置如下图376.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术l 蓝牙牙应用配置用配置简单介介绍u 第一个应用配置是一般访问第一个应用配置是一般访问 u 另一个比较通用的应用是服务发现配置另一个比较通用的应用是服务发现配置u 串行端口配置是一个传输协议，其他大多数配串行端口配置是一个传输协议，其他大多数配置会用到该协议置会用到该协议u 一般对象交换配置为数据移动操作定义了客户一般对象交换配置为数据移动操作定义了客户服务器关系服务器关系u 接下来的三个配置是针对网络连接的接下来的三个配置是针对网络连接的u 再接下来的三个配置都是针对电话的再接下来的三个配置都是针对电话的u 剩下的三个配置都被用于在两个无线设备之间剩下的三个配置都被用于在两个无线设备之间实际交换对象实际交换对象386.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术6.4.2 6.4.2 蓝牙牙协议模型模型l 蓝牙标准有许多协议，它们按照松散的方式被组蓝牙标准有许多协议，它们按照松散的方式被组织到各层中，层的结构并不遵从织到各层中，层的结构并不遵从TCP/IP模型或模型或802802模型模型l 802.15802.15版本的蓝牙协议模型如下图版本的蓝牙协议模型如下图396.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术l蓝牙牙协议模型介模型介绍 最底层是物理无线电层，它很好地对应了最底层是物理无线电层，它很好地对应了OSIOSI和和802802模型中的物理层，该层处理与无线模型中的物理层，该层处理与无线电传送和调制有关的问题电传送和调制有关的问题 基带层有点类似于基带层有点类似于MAC子层，但是也包含子层，但是也包含了物理层的要素了物理层的要素 接着的这一层是一组有些相关的协议接着的这一层是一组有些相关的协议 再往上一层是中间件层，它是由许多不同再往上一层是中间件层，它是由许多不同的协议混合而成的的协议混合而成的 最上层是应用和配置所在的地方最上层是应用和配置所在的地方406.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术6.4.3 6.4.3 蓝牙无牙无线电层l 无线电层负责在主节点和从节点之间移动信息无线电层负责在主节点和从节点之间移动信息l 为了公平地分配信道，蓝牙使用了跳频扩频技术为了公平地分配信道，蓝牙使用了跳频扩频技术l 在一个微微网中的所有节点同步跳频，主节点规在一个微微网中的所有节点同步跳频，主节点规定了跳频的序列定了跳频的序列l 802.11802.11和蓝牙都运行在和蓝牙都运行在2.4GHz ISM频段上，而频段上，而且在同样的且在同样的7979个信道上，所以它们会相互干扰个信道上，所以它们会相互干扰l 蓝牙跳频的速度比蓝牙跳频的速度比802.11802.11快，所以蓝牙设备破坏快，所以蓝牙设备破坏802.11802.11的传输过程的可能性更大一些。的传输过程的可能性更大一些。416.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术6.4.4 6.4.4 蓝牙基牙基带层l基带层是蓝牙标准中最接近基带层是蓝牙标准中最接近MAC子层的地方，它将子层的地方，它将原始的位流转变成帧，并且定义了一些关键的格式原始的位流转变成帧，并且定义了一些关键的格式l在跳频分时机制中，每一跳大约有在跳频分时机制中，每一跳大约有250260s的停顿的停顿时间，这样才能使无线电路变得稳定时间，这样才能使无线电路变得稳定l每一帧都是在一个逻辑信道上进行传输的，该逻辑每一帧都是在一个逻辑信道上进行传输的，该逻辑信道位于主节点与某一从节点之间，称为链路信道位于主节点与某一从节点之间，称为链路(Link)l蓝牙标准中有两种链路蓝牙标准中有两种链路 一种是一种是ACLACL链路链路(Asynchronous Connection-Less，异步无连接链路异步无连接链路)另一种链路是另一种链路是SCO链路链路(Synchronous Connection Oriented，面向连接的同步链路面向连接的同步链路)426.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术6.4.5 6.4.5 蓝牙牙L2CAP层l L2CAP层主要的功能层主要的功能u 它接受来自上面各层的分组，分组大小可它接受来自上面各层的分组，分组大小可以达到以达到64KBu L2CAP层处理多个分组源的多路复用和解层处理多个分组源的多路复用和解复用复用u L2CAP处理与服务质量有关的需求，其中处理与服务质量有关的需求，其中包括在建立链路时的需求，也包括在常规操包括在建立链路时的需求，也包括在常规操作过程中的服务质量需求。作过程中的服务质量需求。u 建立链路时，还需要协商最大可允许的数建立链路时，还需要协商最大可允许的数据长度据长度436.4 6.4 蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术蓝牙技术6.4.6 6.4.6 蓝牙牙帧结构构l 帧格式有几种，其中最重要的格式是帧的开头帧格式有几种，其中最重要的格式是帧的开头是一个访问码，通常标识主节点；接下来是一个是一个访问码，通常标识主节点；接下来是一个5454位的头；然后是数据字段位的头；然后是数据字段l 典型的蓝牙数据帧如下图典型的蓝牙数据帧如下图446.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l 移动电话系统有极大的市场移动电话系统有极大的市场l 移动电话移动电话(Mobile Phone)的发展已经经的发展已经经过了三个阶段，每一个阶段都有不同的过了三个阶段，每一个阶段都有不同的技术技术u 第一代第一代模拟语音模拟语音u 第二代第二代数字语音数字语音u 第三代第三代数字语音和数据数字语音和数据(移动移动Internet、E-mail)456.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话6.5.1 6.5.1 第一代移第一代移动电话：模：模拟语音音 1.1.高高级移移动电话系系统l 高级移动电话系统高级移动电话系统(Advanced Mobile Phone System，AMPS)由贝尔实验室发明，并且在由贝尔实验室发明，并且在19821982年首次在美国安装年首次在美国安装l 蜂窝单元如下图蜂窝单元如下图466.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l 在这种移动电话系统中，一个地理区域分在这种移动电话系统中，一个地理区域分成许多蜂窝单元，这就是移动电话被称为成许多蜂窝单元，这就是移动电话被称为蜂窝电话的原因蜂窝电话的原因l 由于他们有较好的隔离性和较低的干扰频由于他们有较好的隔离性和较低的干扰频率，可以重用的率，可以重用的l 在每个蜂窝单元的中心是一个基站，该单在每个蜂窝单元的中心是一个基站，该单元中所有的电话都向它发送信息元中所有的电话都向它发送信息l 在任何一个时刻，每个移动电话在逻辑上在任何一个时刻，每个移动电话在逻辑上属于某一个蜂窝单元，并且受该蜂窝单元属于某一个蜂窝单元，并且受该蜂窝单元基站的控制。基站的控制。l 移交过程有两种实现方法：软移交方法与移交过程有两种实现方法：软移交方法与硬移交方法硬移交方法476.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话2 2信道信道l AMPS系统使用了系统使用了832832个全双工信道，每个信道由个全双工信道，每个信道由一对单工信道组成，一对单工信道组成，AMPS使用使用FDMFDM来分隔信道来分隔信道l 在在800MHz的频段中，无线电波的波长大约是的频段中，无线电波的波长大约是40cm，并且按直线传播，并且按直线传播l 832832个信道分成四类个信道分成四类 从基站到移动电话的控制，用于管理系统从基站到移动电话的控制，用于管理系统 从基站到移动电话的呼叫，用于提醒移动用户从基站到移动电话的呼叫，用于提醒移动用户有呼叫到来有呼叫到来 双向访问，用于呼叫建立和信道分配双向访问，用于呼叫建立和信道分配 双向数据传送，用于传送语音、传真和数据。双向数据传送，用于传送语音、传真和数据。486.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话3 3呼叫管理呼叫管理l 在在AMPS中，每部移动电话的中，每部移动电话的PROM中中有一个有一个3232位的序列号和一个位的序列号和一个1010位数字的位数字的电话号码电话号码l通过电话广播它的通过电话广播它的3232位序列号和位序列号和3434位电位电话号码。话号码。l当基站听到了广播信息的时候，它就告当基站听到了广播信息的时候，它就告诉诉MSC，然后，然后MSC会记录下新到顾客的会记录下新到顾客的情况，同时也通知顾客的主情况，同时也通知顾客的主MSCMSC它的当前它的当前位置位置496.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话6.5.2 6.5.2 第二代移第二代移动电话：数字：数字语音音l 第第一一代代移移动动电电话话是是模模拟拟的的，第第二二代代移动电话是数字的。移动电话是数字的。l 正正如如第第一一代代没没有有全全球球范范围围的的标标准准一一样样，在在第第二二代代的的发发展展过过程程中中也也没没有有形形成统一的标准。成统一的标准。l 现在使用的第二代系统有四种现在使用的第二代系统有四种 D-AMPS GSM CDMA PDC 506.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话 1.1.D-AMPSl D-AMPS(数字高级移动电话系统数字高级移动电话系统)是完全数字的。是完全数字的。国际标准国际标准IS-54IS-54及其后续的及其后续的IS-136IS-136描述了描述了D-AMPSl D-AMPS信道如下图信道如下图516.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l 当当D-AMPS作为一项服务引入，一个新的作为一项服务引入，一个新的频段也加入进来以处理可能增加的负载频段也加入进来以处理可能增加的负载l 在一部在一部D-AMPS移动电话上，该电话接收移动电话上，该电话接收到的语音信号也要被数字化和压缩到的语音信号也要被数字化和压缩l 对于移动电话，在手持设备一端完成数字对于移动电话，在手持设备一端完成数字化和压缩过程可以获得巨大的收益化和压缩过程可以获得巨大的收益l D-AMPS的控制结构相当复杂的控制结构相当复杂l 共有共有6 6个主要的控制信道：系统配置、实时个主要的控制信道：系统配置、实时控制、非实时控制、呼叫、访问应答和短消控制、非实时控制、呼叫、访问应答和短消息息526.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话2.2.GSM全球移全球移动通信系通信系统lD-AMPSD-AMPS广泛应用于美国和日本。而世界上几乎所有其他地广泛应用于美国和日本。而世界上几乎所有其他地区都使用一种称为全球移动系统区都使用一种称为全球移动系统(Global System for Mobile Communication，GSM)的系统。也是蜂窝状的系统和采用的系统。也是蜂窝状的系统和采用频分多路复用技术频分多路复用技术lGSM信道如下图信道如下图536.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l GSM每个频段的宽度为每个频段的宽度为2 200kHz，一，一个个GSM系统有系统有124124对单工信道，每对对单工信道，每对单工信道为单工信道为2 200kHz宽，使用时分多路宽，使用时分多路复用技术支持复用技术支持8 8个独立的连接。个独立的连接。l TDM时槽是复杂的成帧层次结构中时槽是复杂的成帧层次结构中的一部分，每个的一部分，每个TDM时槽有一个特定时槽有一个特定的结构，的结构，TDM时槽组合起来形成了多时槽组合起来形成了多帧帧(Multiframe)的概念，它也有特定的概念，它也有特定的结构形成。的结构形成。546.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l 八个数据八个数据帧构成了一个构成了一个TDM帧，2626个个TDM帧构成构成了一个了一个120ms的多的多帧。在一个多。在一个多帧的的2626个个TDM帧中，中，1212号号时槽用于控制，槽用于控制，2525号号时槽被保留，所以只有槽被保留，所以只有2424个个时槽用于用槽用于用户流量。流量。l GSM成成帧层次次结构的一部分如下构的一部分如下图556.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l 另外，另外，GSM还使用使用5151时槽的多槽的多帧结构，构，这些些时槽中有一些控制信道，槽中有一些控制信道，这些控制信道包括些控制信道包括u 广播控制信道广播控制信道(Broadcast Control Channel)是从基站输出的一个连续流，包含了基站的是从基站输出的一个连续流，包含了基站的标识和信道的状态标识和信道的状态u 专用控制信道专用控制信道(Dedicated Control Channel)用于位置更新、注册和建立呼叫。用于位置更新、注册和建立呼叫。u 公共控制信道分成三个逻辑子信道公共控制信道分成三个逻辑子信道 第一个子信道是呼叫信道第一个子信道是呼叫信道 第二个子信道是随机访问信道第二个子信道是随机访问信道 第三个子信道为访问授权信道第三个子信道为访问授权信道566.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l 移移动电话第三种技第三种技术码分多路分多路访问(Code Division Multiple Access，CDMA)的工作原理的工作原理完全不同。它允完全不同。它允许每个手机任何每个手机任何时候都可以在候都可以在整个整个频段范段范围内内发送信号送信号l 利用利用编码技技术可以将多个并可以将多个并发的的传输过程分离程分离lCDMA假假设多个信号可以多个信号可以线性叠加，因此不会性叠加，因此不会把冲突的把冲突的帧完全完全丢弃弃l在在CDMA中，每一位中，每一位时间被分成被分成m个个时间间隔，隔，称称为时间片片(Chip)。通常情况下，每一位分成。通常情况下，每一位分成6464或或128128时间片片576.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话6.5.3 6.5.3 第三代移第三代移动电话：数字：数字语音与数据音与数据l 第三代移动电话第三代移动电话(3G)给用户提供的基本服务包括给用户提供的基本服务包括 高质量的语音传输高质量的语音传输 消息服务消息服务 多媒体多媒体 因特网访问因特网访问 其他的服务其他的服务l 所所有有这这些些服服务务都都应应该该是是全全球球性性的的、即即时时的的和和有有服服务保证的。务保证的。586.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话l 2000 2000年年5 5月月5 5日，在土耳其日，在土耳其举行的国行的国际电联无无线电通信部通信部门(ITU-R)全会上，通全会上，通过了包括中了包括中国提案在内的五种无国提案在内的五种无线传输技技术的的规范，其范，其中中WCDMA、CDMA2000和和TD-SCDMA三种三种为3G技技术。CDMA 2000和和WCDMA采用频分双工模式采用频分双工模式(Frequency-Division Duplexing,FDD)TD-SCDMA采用时分双工模式采用时分双工模式(Time-Division Duplexing,TDD)ITU-R为为3G的的FDD模式和模式和TDD模式划分了独立的模式划分了独立的频段频段。596.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话1.1.FDD模式和模式和TDD模式的特点模式的特点 (1)(1)FDD模式模式l FDD模式的特点是在分离的两个对称频率信道模式的特点是在分离的两个对称频率信道上，系统进行接收和传送，用保证频段来分离上，系统进行接收和传送，用保证频段来分离接收和传送信道。接收和传送信道。l 采用包交换等技术，实现高速数据业务，并提采用包交换等技术，实现高速数据业务，并提高频谱利用率，增加系统容量。高频谱利用率，增加系统容量。l 但但FDD必须采用成对的频率，但在非对称的分必须采用成对的频率，但在非对称的分组交换工作时，频谱利用率则大大降低组交换工作时，频谱利用率则大大降低,在这点在这点上，上，TDD模式有着模式有着FDD无法比拟的优势。无法比拟的优势。606.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话(2)(2)TDD模式模式l 在在TDD模式的移动通信系统中，接收和传送在同模式的移动通信系统中，接收和传送在同一频率信道的不同时隙，用保证时间来分离接收和一频率信道的不同时隙，用保证时间来分离接收和传送信道传送信道 l 该模式在不对称业务中有着不可比拟的灵活性该模式在不对称业务中有着不可比拟的灵活性l TDD系统有如下特点系统有如下特点 不需要成对的频率，能使用各种频率资源不需要成对的频率，能使用各种频率资源 上下行工作于同一频率上下行工作于同一频率 达到提高性能、降低成本的目的达到提高性能、降低成本的目的 在高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，速在高速移动时，多普勒效应会导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深616.5 6.5 6.5 6.5 移动电话移动电话移动电话移动电话2.2.3G技技术规范范l 第一个是第一个是WCDMA(Wideband CDMA)，该系统，该系统使用了直接序列扩频技术使用了直接序列扩频技术l 另一个规范是另一个规范是CDMA2000，它也是一种直接序，它也是一种直接序列扩频设计方案，它基本上是列扩频设计方案，它基本上是IS-95的一个扩展，的一个扩展，并且与并且与IS-95向后兼容。向后兼容。l 第三个规范是第三个规范是TD-SCDMA，其中文含义为时分，其中文含义为时分同步码分多址接入，该项通信技术也属于一种无同步码分多址接入，该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准，它是由中国第一次提出的。线通信的技术标准，它是由中国第一次提出的。l 采用采用TDD模式，模式，TD-SCDMA具有其自身的特点具有其自身的特点 一是终端的移动速度受现有运算速度的限制一是终端的移动速度受现有运算速度的限制只能做到只能做到250km/h；二是基站覆盖半径在二是基站覆盖半径在15km15km以内时频谱利用率以内时频谱利用率和系统容量可达最佳和系统容量可达最佳。62本章小结本章小结本章小结本章小结l 了解无线传输的相关概念了解无线传输的相关概念l 讨论了无线局域网技术讨论了无线局域网技术l 宽带无线网络技术宽带无线网络技术l 蓝牙技术蓝牙技术l 移动通信技术移动通信技术