移动通信与无线网络安全考前复习

移动通信及无线网络安全考试复习内容2第一章概论1发展历程与趋势2特点3工作方式4分类及应用系统5基本技术3移动通信：通信双方或至少其中一方在移动中进行信息传输和交换的通信方式。第一章概论4早期移动通信的发展：1、第一阶段（二十世纪20年代-40年代初）移动通信的早期发展阶段，使用的波段主要是短波段使用的波段主要是短波段、发射功率大、覆盖范围有限、服务性能差、频率利用率低代表：美国底特律市警察使用的车载无线电系统2、第二阶段（40年代中-60年代末）使用的频段主要是VHF及UHF波段、移动台趋于小型化代表：美国圣路易斯城建立的IMTS系统第一章概论51、70年代-80年代（1G）出现美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念蜂窝的小区制代替了早期的大区制1G出现，其代表有：美国的AMPS系统、英国的TACS系统、北欧的NMT系统、日本的NAMTS系统1G的特点：模拟调频（FM）、频分多址（FDMA）第一章概论62、90年代-至今(2G/3G/…）2G系统的广泛应用和3G系统的规划、实施阶段2G的典型代表有：欧洲的GSM系统、美国的DAMPS系统、美国的IS-95CDMA系统、日本的JDC系统2G的特点：数字化技术（语音信号的数字化、数字调制方式QPSK及GMSK等）、时分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）第一章概论73G系统特点多种蜂窝结构宽带CDMA技术多址方式：FDMA/TDMA、FDMA/CDMA电路交换→分组交换语音通信→多媒体通信第一章概论8未来移动通信系统的目标-个人通信的目标任何人（whoever）任何时候（Whenever）任何地方（Wherever）任何其他人（Whomever）任何信息（Whatever）第一章概论9•个人通信的概念•无论任何人(Whoever)在任何时(Whenever)和任何地点(Wherever)都能和另一个人(Whomever)进行任何方式(Whatever)的通信。————————“个人通信”。第一章概论10•纵观移动通信的发展历程，当代移动通信可分为四个阶段：•（1）第一代移动通信以模拟调频、频分多址为主体技术，包括以蜂窝网系统为代表的公用移动通信系统、以集群系统为代表的专用移动通信系统以及无绳电话,主要向用户提供模拟话音业务。•(2)第二代移动通信以数字传输、时分多址或码分多址为主体技术，简称数字移动通信，包括数字蜂窝系统、数字无绳电话系统和数字集群系统等，主要向用户提供数字话音业务和低速数据业务。第一章概论11•(3)第三代(3G)移动通信以CDMA为主要技术，向用户提供2Mb/s到10Mb/s的多媒体业务。•(4)超（后）三代（B3G）或第四代(4G)移动通信的研究和开发，采用OFDM和多天线等新技术，将向用户提供100Mb/s甚至1Gb/s的数据速率。第一章概论122移动通信的特点利用无线电波进行信息传输:复杂的无线传播环境导致信号衰落（路径损耗、阴影效应、多径衰落与多普勒频移）;在强干扰环境（外部干扰+自身干扰）下工作。自身干扰包括：互调干扰、邻道干扰、同频干扰频谱资源有限（开辟和启用新的频段；努力提高频谱利用率）;对移动台要求高（手持移动终端：轻便、省电；车载移动终端：操作简单、维修方便，在恶劣环境中正常工作）;通信系统复杂（网络结构多种多样、管理和控制复杂）第一章概论133移动通信的工作方式工作方式主要有：单工通信、双工通信、半双工通信、移动中继;传输方式：单向传输、双向传输。第一章概论144分类及应用系统：（1）分类按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；按多址方式可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等；按覆盖范围可分为广域网和局域网；按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；按工作方式可分为同频单工、双频单工、双频双工和半双工；按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模拟网和数字网。第一章概论154分类及应用系统：（2）常用移动通信系统无线电寻呼系统蜂窝移动通信系统无绳电话系统集群移动通信系统卫星移动通信系统分组无线网第一章概论165移动通信的基本技术调制解调技术要求：频谱利用率高，易于采用相干或非相干解调，抗干扰能力强，适宜于衰落信道中的传输。两类广泛应用的调制技术：线性调制技术：PSK、QPSK、DQPSK及其它多电平PSK。恒定包络调制技术：MSK、GMSK、GFSK和TFM等，具有较窄的功率谱，对放大设备没有线性要求，但频谱利用率较低。振幅和相位联合调制（QAM）：可用于多载波系统中进行变速率传输。移动通信中电波传播特性的研究：建立传播预测模型第一章概论17多址方式：典型多址（FDMA、TDMA、CDMA）及其混合（FDMA/TDMA、FDMA/CDMA、TDMA/CDMA），随机多址（ALOHA、CSMA）抗干扰措施：信道编码；分集技术、自适应均衡技术和多载波调制技术；扩频技术；多天线及智能天线技术；干扰抵消技术和多用户检测技术组网技术网络结构：网络由那些部分组成及其如何部署网络接口：网络各组成部分如何接口数字移动通信的无线接口：开放系统互连（OSI）三层参考模型：物理层、数据链路层、网络层网络的控制与管理：连接、无线资源、移动管理5移动通信的基本技术第一章概论18第二章移动信道的传播特性1.概述电波传播特性及其研究2.自由空间的电波传播3.三种基本电波（反射、绕射、散射）的传播机制4.阴影衰落的基本特性5.移动无线信道及特性参数6.电波传播损耗预测模型：损耗中值的计算电磁波的4种主要类型•地面波–沿大地和空气的分界面传格的电磁波称为地向波或表面波，其传播途径主要决定于地面的特性，•天波–天波也称电离层波，它是由天线向南空辐射的电磁波被大气上空的电离层反射而折回地面接收点的电磁波。•空间波–空间波由直射波和反射被共同组成。空间波传播主要用于超短波和微波视距范围通信等。•散射波大尺度衰落•大尺度衰落反映电磁波传格过程的路径损耗特性，决定无线通信系统的无线覆盖性能。–路径损耗描述了发射机与接收机之间长距离(几百米到几千米)上的信号强度变化，所以也称为大尺度路径损耗。–大尺度衰落决定了接收机与发射机相距一定距离时的平均接收信号电平小尺度衰落•小尺度衰落是指接收机不移动，或者只在很短的距离上或很短的时间内移动时，引起接收信号在短时间或短距离传播后其幅度、相位或多径时延快速起伏变化的特性，这种情况下对于大尺度路径损耗的影响可以忽略不汁。–由于在电磁被的传播路径上会存在各种不同的地形、地物，电磁波会受到各种不同地形、地物的阻挡而发生反射、散射等，因此接收饥收到的无线信号可能来自不问的传播方向。–小尺度衰落主要是由于无线信道的多径传播引起的，其他影响因素还有相对运动速度、周围物体的移动速度以及信号的传输带宽等。分贝（db）和dbm•计算测量功率和功率之比的对数。•计算公式：10lg(Pout)/(Pin)•与1mw绝对功率相比的分贝增益用dBm来表示，与1w绝对功率相比的分贝增益用dBW来表示。范例：•输入功率为50mw，那么如何用dBm表示？•链路上损耗了10dB，那么输出多少？•如果用dBW表示该如何计算？大尺度衰落的模型•自由空间传播损耗模型–自由空间传播是指从发射机到接收机之间没有任何影响传播路径的阻碍物体、反射物体和吸收物体的情形．介质是各向同性而且均匀的。•地面反射双线模型–该模型仅考虑了空间的直肘传播路径和地面的反射路径•散射损耗模型•室外传播路径损耗自由空间传播损耗模型•在大多数环境中，无线信号的强度随着距离的a次幂而降低。（一般a=2）•在半径为d的球面上，信号强度密度等于发射的总信号强度除以球的面积。•Gt为发射天线增益•Gr为接收天线增益•d为收天线与发射天线之间的直线距离，单位为m，•L为与传播无关的系统损耗因子，通常乙取决于传输线衰减、滤波损耗和天线损耗，L=1表明系统中无硬件损耗。自由空间传播损耗模型•分贝(dB)形式表示考虑到波长和频率的关系，等式可以变为地面反射双线模型•该模型在预测几千米范围内的大尺度信号是非常准确的。地面反射双线模型•发射机高度为ht，接收机高度为hr，发射机与接收机之间的水平距离为d，可以得到与发射机水平距离为d处的接收机的接收功率为:•分贝表示：小尺度衰落•小尺度是描述短距离或短时间内接收信号强度的快速变化，无线信道的主要特征是多径传播，这些多径使得接收信号的幅度发生急剧变化，产生了小尺度衰落。•主要分为三个方面–无线信道的多径传播–移动台的移动–不同的散射环境多普勒频移•当发射机与接收机之间存在相对运动时，接收机接收的信号频率与发射机发射的信号频率会小同，这种现象林为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。•它反映了频率的变化范围多普勒频移的计算范例：•无线通信基站发射机的载波频率为1800MHz，分别计算移动台以80km/s的速度按下向3种情况运动时的接收信号载波频率。–移动台沿直线朝向发射机运动：–移动台沿直线背向发射机运动；–移动台的运动方向与入射波方向成直角。频率选择性衰落•频率选择件衰落是指对发送的信号进行滤波时，无线信道对信号中的不同频率的分量幅度衰落程度不同，在频率上很接近的分量它们的衰落也很接近，而在频率上相隔很远的分量它们的袁落相差很大。•频率选择性衰落是多径衰落在频域上的表现。•当信号的带宽较宽时，频率选择性衰落将会变得更加严重。时间选择性衰落运动•由于移动台与基站之间的相对运动频率•接收信号在频域上产生多普勒频移现象时间•这种信道就具有了时间选择性衰落。空间选择性衰落•由于无线通信中移动台和基站周围的散射环境不向，使得多大线系统中天线的点波束产生了角度色散，造成了同一时间、不同地点的信号衰落起伏不一样，即不同空间位置的天线经历购衰落特性不同的现象，这就是申间选择性衰落。抗衰落技术•分集接收技术•RAKE接收技术•均衡技术•多用户检测技术分集接收技术•分集接收的基本思想是指接收端按照某种方式使它收到的携带同一信息的多个信号衰落特性相互独立，并对多个信号进行特定的处理，有意识地分离多径信号并恰当合并以提高接收信号的信躁比来实现抗衰落。分散接收集中处理多种分集方式分集方式•空间分集•频率分集•时间分集•角度分集合并方式•选择合并•等增益合并•最大比合并RAKE接收技术•RAKE接收机利用多个相关器分别检测多径信号中最强的M个支路信号，并按一定的规则进行合并，将矢量合并变为代数求和，以提供优于单路相关器的信号检测，并在此基础上进行解调和判决。均衡技术•在接收端需采用均衡技术来有效地解决码问干扰问题。•均衡是指对信道特性的均衡，也就是接收端滤波器产生与信道相反的特性。信道容量•信道容量是指信道信息传送速率的上限（比特每秒），这里我们只讨论连续信道的信道容量•是由香农定理确定。•香农定理给出了信道信息传送速率的上限（比特每秒）和信道信噪比及带宽的关系。•香农定理可以解释现代各种无线制式由于带宽不同，所支持的单载波最大吞吐量的不同。香农定理c是信道支持的最大速度或者叫信道容量；B是信道的带宽；S是平均信号功率；N是平均噪声功率；S/N即信噪比。香农定理•若噪声n(t)的单边功率谱密度为n0，则在信道带宽及内的噪声功率N＝n0B。因此可以得到香农公式酌另一种表示形式:•香农公式表明若传输速率小于等于信道容量，则理论上可以实现无差错传输；若传输速率大于信道容量，则不可能实现无差错传输。•(1)增大信号功率S可以增加信道容量，若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大•(2)减小噪声功率N(或减小噪声功率谱密度)可以增加信道容量，若噪声功率趋于零，则信道容量趋于无穷大•(3)增大信遗带宽B可以增加倍道容量，但不能使信道容量无限制增大。若信道带宽B趋于无穷大时，则信道容量的极限值为455移动无线信道及特性参数多径衰落的基本特性：幅度衰落、时延扩展多普勒频移多径信道的信道模型：多径信道的描述