物联网通信原理知识总结

IOTRevisionChap1通信系统Part1KeyPoint1.无线通信系统的模型a)组成：i.发送端：把各种可能转换的消息转换成原始电信号ii.信道：信号传输的通道iii.接收端：从接收信号中回复出相应的原始信号iv.噪声源：信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示b)简化模型i.一种简化模型ii.模拟通信系统模型两个概念：·调制：发送端把连续消息变换为原始信号称为调制·解调：接收端把原始电信号反变换为原连续消息称为解调iii.数字通信系统模型图中加密-解密，编码-解码和调制-解调并非必有，可根据需求定制2.无线通信网络系统的分类及通信方式a)分类：i.按消息的物理特性：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统ii.按调制系统：基带传输（将未经调制的信号直接传送）、调制传输（对各种信号变换方式后传输的总称）iii.按传输信号的特征：模拟通信系统、数字通信系统（按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号）iv.按传输信号的复用方式：1.频分复用：用频谱搬移的方法使不同信号占用不同频率范围2.时分复用：用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间分区3.码分复用：用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号传统的模拟通信中都采用频分复用。随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用越来越广泛。码分复用主要应用于卫星通信系统中。b)通信方式：i.按消息传递的方向和时间关系单工：消息只能单方向传输半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发全双工：通信双方可同时进行收发消息ii.按数字信号排列的顺序分类串行通信:数字序列以串行方式一个接一个在一条信道上传输，一般的远距离数字通信并行通信：数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输iii.按通信的网络方式分类专线通信（点对点通信）：通信网的基础网通信3.信息的度量和计算a)消息出现概率越小，它所含的信息量越大；反之信息量越小，且当P（x）=1时，I=0b)若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和c)等概率离散消息的度量：消息是M进制，则该消息的每个波形出现的概率就变成为1/M.所传递的信息量就为非等概率离散消息度量：在非等概率的情况下，设离散信息源是一个由n个符号组成的集合，称符号集。符号集中的每一个符号xi在消息中是按一定概率P(xi)独立出现的，又设符号集中各符号出现的概率为x1,x2,…,xnP(x1),P(x2),…,P(xn)且，ΣP(xi)=1则x1,x2,…,xn所包含的信息量分别为－log2P(x1),－log2P(x2),…,－log2P(xn)于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为H(x)=P(x1)[－log2P(x1)]+P(x2)[－log2P(x2)]+…+P(xn)[－log2P(xn)]=-ΣP(xi)log2P(xn)(bit/符号)由于H与热力学中的熵形式相似，故又称为信息源的熵，共单位为bit/符号例题：非等概率等概率4.通信系统的性能指标涉及：a)有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性和维护使用，其中通信的有效性与可靠性是其主要矛盾所在。b)有效性主要指:主要是指消息传输的“速度”，可靠性主要指消息传输的“质量”Part2PracticeAnswer1.数字通信有哪些特点？·传输的信号是“离散”或数字的·数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错原则上都是可以控制的·传输可以加密·由于数字通信传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元（码元）因而接收端必须按与发送端相同的节拍接收·为了表达消息内容，基带信号都是按消息内容进行编组的（相当于文章要有标点符号）2.按消息的物理特征，通信系统如何分类？·电报通信·电话通信·数据通信·图像通信等系统3.按调制方式，通信系统如何分类？·基带传输（音频市内电话）和频带（调制）传输4.按传输信息的特征，通信系统如何分类？·模拟通信和数字通信5.按传送信息的复用方式，通信系统如何分类？·频分复用、时分复用、码分复用6.通信方式如何确定的？依据传输时是单向传输还是双向传输或者不能同时双向但不同时候能双向传输Chap2无线通信Part1KeyPoint1.电波波段的划分及相应的传播特性长波的传播特性：以表面波的方式传播，传播稳定性较好中波的传播特性：以表面波和天波的方式传播短波的传播特性：可用表面波、天波的方式传播，传播距离远超短波、微波传播特性：只能用空间波、散射波和穿越电离层在外层空间的传播方式a.长波：传播特性：以表面波的方式传播，传播稳定性较好。缺点：1）由于表面波衰减很慢，对其他的收信台干扰严重。2）天电干扰对长波的接收影响很大，特别是雷雨天气。3）使用的发射机和天线一般体积庞大，但通信容量小，因此利用不广。利用：导弹、潜艇导航及地下、水下通信。b.中波:传播特性：以表面波和天波的方式传播。对于波长2000～3000米的中长波，电离层对它的影响很小，电波可以获得稳定的场强。用于对飞机、舰船的导航通信。波长200～2000米的波段，电离层对它的吸收强烈，只能靠地表波传播。主要用于广播，称为广播波段。c.短波:传播特性：可用表面波、天波的方式传播，传播距离远。缺点：因表面波衰减快，天波传播距离远，会形成哑区（寂静区），通信容量小，通信质量不稳。利用：是一种传统的远程和超远程通信方式。因设备简单，通信距离远，用于远距离的无线电通信和广播。d.超短波、微波传播特性：只能用空间波、散射波和穿透电离层在外层空间的传播方式。缺点：接收信号随季节、昼夜和气象条件而有所变化。利用：超短波由于频带较宽，广泛应用于电视、调频广播、雷达、导航通信等方面。微波频带更宽，用于多路通信，传输电视、电话、电报、高速数据等，以及地面至空间飞行器、空间飞行器之间或地球于外星球之间的通信、遥测、射电天文等。2.大尺度路径损耗与小尺度衰落及多径效应大尺度路径损耗包括反射，绕射，散射。反射：电波在不同性质的介质交替处，会一部分发生反射，一部分通过绕射：绕射使电波可绕物体表面传播散射：实际移动无线环境中，接受的信号比单独绕射和反射模型预测的要强，这是因为当电波遇到粗糙表面时反射能量由于散射而散布于所有方向小尺度衰落：指无线信号在经过短时间或短距离传播后，其幅度快速衰落，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。多径效应：指无线通信中，由于建筑、山脉、地面等物体对发射及发射出的电磁波的反射，使得接收机收到的信号包含有大量反射信号，这些反射信号通常称为多径信号。3．无线通信的多址技术及各自特征频分多址FDMA：是以不同的频率信道实现；指为每个用户指定了特定的信道，按要求分配给请求报务的用户，在呼叫和整个过程中，其他用户不能共享这一频段。时分多址TDMA：是以不同时隙实现通讯；且每个时隙仅允许一个用户，要么接受要么发送。码分多址CDMA：是以不同的代码序列来实现通信；它是扩频多址的一种，扩频多址可以抵抗多径干扰而增强多址功能。每个用户都有自己的伪随机码，而其他码字由于不相关而被认为是噪音空间多址SDMA：是以不同方位信息实现多址通信。空间分址控制用户的空间辐射能量，如用定向波束来服务不同的用户。Part2PracticeAnswer1.简述电波波段的传播特性长波的传播特性：以表面波的方式传播，传播稳定性较好中波的传播特性：以表面波和天波的方式传播短波的传播特性：可用表面波、天波的方式传播，传播距离远2.简述无线通信系统设计需要注意哪些方面频率复用信道分配策略切换策略无线通信系统的干扰中继和服务等级频率复用：为了解决频率带宽有限的问题，必须对频率进行再利用，这称为频率利用。需要解决同频和邻频干扰等问题。信道分配策略：分为固定分配策略和动态分配策略。其中固定分配策略是给小区分配一组预先确定好的信道，固定分配策略易遇到呼叫阻塞等问题，这时靠借用策略，即借用相邻小区的信道。动态分配策略是在每次呼叫请求来时，小区基站向移动交换中心请求一个信道。在通信结束后，这一信道又被归还，以便重复使用。切换策略：当一个正在使用信道服务的移动平台从一个基站移动到另一个基站时，要求在服务不中断的情况下完成切换。因此，切换策略要优先于呼叫请求，同时必须指定一个最恰当的信号强度，避免产不不需要的切换。无线通信系统的干扰：需要解决同频干扰和邻频干扰问题。同频干扰可通过在物理上隔开一个最小距离来避免。邻频干扰可以通过精确滤波和信道分配来减小干扰中继和服务等级：中继是指允许大量用户在一个小区内共享相对较小的信道，即从可用信道库中给每个用户按需分配信道。一旦服务结束，其占用的信道就立即回到可用信道库中。服务等级是用来测量在系统最忙的时间用户进入系统的能力，被用作某个中继系统的预定性能基准，定义为呼叫阻塞概率（表示为B，单位为Erlang），或是呼叫延迟时间大于特定排除时间的概率。3.信道分配策略分哪几种，其不同点时什么固定分配策略：固定分配信道，若所有信道被占用则呼叫阻塞，但也可以向相邻小区借用信道动态分配策略：不固定分配信道，每次呼叫时，小区基站向移动交换中心请求一个信道4.思考下快速移动和低速移动时，无线通信系统的切换策略需要考虑哪些因素当一个正在使用信道服务的移动平台，从一个基站移动到另一个基站时，移动交换中心自动地将呼叫转移到新基站的信道上。一般情况下，切换策略都使切换请求优先于呼叫请求。尽可能让用户觉察不到。必须指定一个启动切换的最恰当信号强度，避免产生不需要的切换。实际切换时，需要注意到快速移动和低速移动不同，以减轻移动交换中心的负荷。基于上述原因，当用户快速移动时，可优先进行切换。而当用户低速移动时，可暂缓切换。5.无线通信系统干扰主要来自哪些方面，如何降低干扰同频干扰：频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在许多使用同一组频率的小区，即同频小区。同频小区间的信号干扰称为同频干扰。同频干扰不能通过增大发射功率来克服，因为这会干扰相邻同频小区，所以同频小区必须在物理层上隔开一个最小距离邻频干扰：使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫邻频干扰。使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫邻频干扰，该干扰是由于接受滤波器不理想造成的，可通过精确滤波和信道分配来减小干扰。即给小区分配信道频率时避免相邻，或给予分配的信道一定的频率间隔降低功率来减小干扰6．简述大尺度路径损耗和小尺度衰落及多径效应大尺度路径损耗：一方面信号的反射、绕射、散射等现象使电波在传输过程中发生了能量损耗。另一方面，受到建筑物、高山的阻挡也会造成阴影衰落。这两方面的影响是引发大尺度路径损耗的主要因素。小尺度路径损耗：简称衰落，指无线信号在经过短时间或短距离传播后，其幅度快速衰落，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。上述现象是由同一信号沿多个路径转播，以微小时间差到达接收机的信号的相互干涉引起的，也称为多径效应。7.简述无线通信多址技术频分多址：指为每个用户指定了特定的信道，按要求分配给请求报务的用户在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段时分多址：指把无线频谱按时隙划分，且每个时隙仅允许一个用户，要么接收，要么发送码分多址：码分多址系统中，窄带信号被乘以叫作扩频信号的宽带信号。扩频信号是一个伪随机代码序列，此麻片速率比消息中的数据速率高若干个数量级。每个用户都有自己的伪随机码，而其他码字由于不相关而被认为是噪音。空间分址：空间分址控制了用户的空间辐射能量，如用定向波束来服务不同的用户。Chap3近距离无线通信Part1KeyPoint1.近距离无线通信的分类及各自特点低速近距离无线通信技术：802.15.4：具备连接简单器件（传感器和激活器）的能力802.15.4a:具备精确定位（精度1米以内）及跟踪支持等能力高速近距离无线通信技术：高速UWB，主要应用与无线个人网（WPAN）的超宽带技术，其目的是将电子设备间的物理连接替换为无线连接2.无线局域网、蓝牙、ZigBee、RFID各自的特点及在物联网领域的应用无线局域网：优点：安装便捷、保用灵活、经济节约、易于扩展应用：销售、物流、电力、服务、教育、证券、展厅、中小型办公室/家庭办公应