第一章 无线通信网络概述

无线通信网与频谱管理计算机与通信学院课程安排及考核方法授课对象：全校2008、2009、2010级非通信工程专业学生考核方法：平时成绩占30%，大论文成绩占70%本课总成绩=平时成绩+大论文成绩课程安排及考核方法基本要求掌握无线通信网络的基本概念，了解无线网的通信技术，通过学习无线通信网的应用实例对无线通信有更深入的认识。授课学时24学时，1.5学分。12周课程安排及考核方法建议教材与参考书[1]WilliamStallings.无线通信与网络（第2版）.北京:清华大学出版社,2007[2]黎连业,郭春芳,向东明.无线网络及其应用技术.北京:清华大学出版社,2005[3]维斯瓦纳斯.无线通信基础.北京:人民邮电出版社,2009[4]拉帕波特.无线通信原理与应用（第2版）.北京:电子工业出版社,2006无线通信网与频谱管理第一章无线通信网概述第二章频谱复用第三章无线广域网第四章无线城域网第五章无线局域网第六章无线个人局域网第七章无线互联网第八章无线通信网应用实例第一章无线通信网概述无线通信网络概述无线通信网络优缺点无线通信标准无线通信中的关键技术应用实例第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述无线通信网的发展无线通信技术概述第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展通信，指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另方。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展通信的分类：按传输媒质按信道中传输的信号按工作频段按调制方式按通信双方的分工及数据传输方向第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展有线通信：是指传输媒质为导线、电缆、光缆、波导、纳米材料等形式的通信。其特点是通信媒介能看得见、摸得着。(明线通信、光缆通信、光纤光缆通信)按传输媒质无线通信：是指传输媒质看不见、摸不着(如电磁波)的一种通信形式。(微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信)第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展按信道中传输的信号模拟信号：凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值，且直接与消息相对应的，模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化数字信号：凡信号的某一参量只能取有限个数值，并且常常不直接与消息相对应的，也称离散信号第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展长波通信按工作频段中波通信短波通信微波通信第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展长波（低频LF）通信:波长1公里~10公里，频率为30~300kHz；可沿地表传播或靠电离层反射传播，但电离层对其吸收较强，衰落严重；在陆地一般传播距离为几十到几百公里。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展中波（中频MF）通信:波长100~1000米，频率为300~3000kHz；可沿地表传播或靠电离层反射传播；在白天，电离层的D层对中波吸收较为严重，难以天波的形式传播；在夜间，电离层的D层消失，E层电子密度下降，高度上升，对中波吸收减小，可由E层反射，因此，夜间中波除靠地波传播外，还靠天波传播。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展短波（高频HF）通信:波长10米~100米，频率为3~30MHz；由于地表面对短波的吸收强烈，且随频率的升高明显增大，短波的天波传播是其主要的传播方式。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展微波通信:波长小于1米，频率高于300MHz；根据波长不同，分为特高频UHF，超高频SHF，极高频EHF和至高频THF;微博的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展基带传输：是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的通信方式。按调制方式频带传输：是指信号经过调制后再送到信道中传输，接收端有相应解调措施的通信方式。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展单工通信按按通信双方的分工半双工通信及数据传输方向全双工通信第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展无线网络是指采用无线电技术通过无线信道传输数据的计算机网络。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展无线电报——1896年古列尔默·马可尼通信卫星——20世纪60年代无线网络——WPAN、WMAN、WLAN蜂窝、移动电话——手机宽带——家庭、办公未来趋势——WiFi、ZigBee第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展＊WLAN-无线局域网：在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能。让计算机和其它电子设备不用线路连接就可以在局域网中发送和接收高速数据。＊WPAN-无线个人局域网：为个人或一个小组提供服务的网络＊WMAN-无线城域网：一种界于局域网与广域网之间，覆盖一个城市的地理范围，用来将同一区域内的多个局域网互连起来的中等范围的计算机网。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展蜂窝概念-蜂窝通信是一种使用频率复用的只能方法，以使有限的带宽可以容纳巨大数量的用户。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展ZigBee-是IEEE802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。Wi-Fi-是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展无线通信网络的分代第1代（1G）第2代（2G）第3代（3G）第N代（NG）第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第1代移动通信（1G）历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发AMPS（AdvancedMobileService）系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成商用。技术特点：用户接入方式为FDMA。位置管理：解决了用户移动下的主叫和被叫问题。漫游和越区交换：解决了在移动中通话的问题。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第1代移动通信（1G）缺点：频谱效率较低，有限频谱资源和无线用户容量之间的矛盾十分突出。不利于用户漫游、不能传送数据信息，容易被窃听等。主要代表：美国AMPS系统，英国TACS，北欧NMT-900第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第2代移动通信（2G）历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统—欧洲的GSM网络在欧洲开始铺设。1993年，中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通。1995年，美国的高通公司提出了一种采用CDMA方式的数字蜂窝系统技术解决方案。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第2代移动通信（2G）技术特点：数字化。除传输语音外，还可以传送数字业务，如传真和分组的数据业务等。小型化：手机，基站等。多用户：小区，微区等。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第2代移动通信（2G）主要代表：GSM(GlobalSystemforMobilecommunications)CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)D-AMPS(DigitalAdvancedMobilePhoneSystem)第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第2代移动通信（2G）中国在无线数据应用领域起步：无线商务与个人信息服务出现和发展：手机上网，电子邮件与商务；实时股票买卖；交通、金融、就业等个人信息服务无限多种功能出现和发展：无线定位、车辆调度管理；报警与监控；自动售货、售票第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第3代移动通信（3G）IMT-2000是第3代移动通信系统的统称。由ITU在1985年提出。IMT-2000系统目标与基本要求：全球统一频段、统一标准、无缝覆盖、全球漫游……提供无线多媒体业务更高的频谱利用效率降低终端功耗、成本保证一定向后兼容性第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第3代移动通信（3G）主导运营商：国内获得CDMA2000运营权的是中国电信国外：VerizonWireless（美国）、SK电讯（韩国）等发展态势：中国电信CDMA网络是当前中国覆盖最广泛的3G网络，目前全国2.5万个乡镇已覆盖了EV-DO网络，占据全国乡镇总数的70%。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第3代移动通信（3G）主导运营商：中国联通（新联通，成立于2008年10月15日，由中国联通、中国网通合并而成。）是国内WCDMA的主导运营商。全球WCDMA用户累计已达3亿，日韩、欧洲都有一些WCDMA运营商，如日本电信、澳大利亚Telstra、爱尔兰O2、葡萄牙Vodafone等。发展态势：截止2009年12月31日，中国联通的WCDMA网络已经覆盖了335个大中城市，基本覆盖全国地级以上城市、交通干线和重点旅游景区。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第3代移动通信（3G）主导运营商：中国目前最大的移动运营商中国移动是TD-CDMA的主要推动者。发展态势：覆盖全国70%以上城市。其中东部省份100%的地市实现覆盖，基站总数也超过10万个，核心指标接近2G水平。中国移动于2010年启动TD-SCDMA四期建网，预计完成后覆盖全国330多个城市，完成对目前未建网城市的全面覆盖。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第3代移动通信（3G）移动通信各代典型系统特点第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.1无线通信网的发展第4代移动通信（4G）面临的压力：支持宽带业务能力不强，音视频无法成为主流业务；各种高速宽带无线接入系统和网络的推出；无线资源的利用率没有明显提高。第4代移动通信的特点：高速、高效、高信息量的新型移动通信高效传输，提高频谱效率；高效覆盖，提高功率效率；高效接入，提高网络效率。移动技术发展趋势第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.2无线通信技术概述无线电技术的产生•1880年，Bell实验室第一个无线通信系统诞生•十九世纪末，Hertz发现电子火花可放射不可见能量波现象•1920年，无线电技术的第一个商业应用是无线电广播第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.2无线通信技术概述电磁波可以将信息从一个地方传到另一个地方；电磁波的传输不需要任何有形介质；电磁波称为传输的载波（载体）；传输的数据叠加在载波上，接收端再过滤出信号（调制解调）；传输数据的频率范围称为频带；多个无线电载波可共存于同一空间。第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.2无线通信技术概述第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.2无线通信技术概述无线通信中的关键技术•标准（GSM,GPRS等）•带宽（法规、技术和环境条件）•性能（路径损耗、多径、衰落、干扰和噪声等）•频谱重用（空分、信道共享技术）第一章无线通信网概述※1.1无线通信网概述1.1.2无线通信技术概述无线通信中的关键技术•带宽：传输信号的带宽，是受发送器和传输媒体的特性限制的带宽。•多路复用：为有效地利用传输系统，人们希望在单一的媒体上能承载多路的信号。•数据率：数据