【正文】 2022/1/4 上海交通大學計算機系 1 《 計算機組網原理 》 補充：無線通信網 Shanghai Jiaotong University 2022/1/4 上海交通大學計算機系 2 一、概述 二、移動通信基本原理 三、無線局域網 — 四、寬帶無線接入 — 五、蘭牙技術 六、移動 IP 2022/1/4 上海交通大學計算機系 3 一、概述 1. Wireless Network 大致分成三類： (1) 系統互聯 短距離的通信。 藍牙技術 2022/1/4 上海交通大學計算機系 4 (2) 無線局域網 IEEE 2022/1/4 上海交通大學計算機系 5 (3) 無線廣域網 低速： GSM、 CDMA 第 GPRS 高速： IEEE 2022/1/4 上海交通大學計算機系 6 二、移動通信基本原理 2022/1/4 上海交通大學計算機系 7 移動電話系統 ? 第 1代移動電話 Analog voice 模擬語音 ? 第 2代移動電話 Digital voice 數字語音 ? 第 3代移動電話 Digital voice and data (Inter， Email， etc.) 數字語音和數據 2022/1/4 上海交通大學計算機系 8 1. 第 1代移動電話：模擬語音 蜂窩的概念 移動電話主要采用頻率復用 ， 但分配給移動電話的頻段很少 ， 遠不能滿足用戶的需要 。 因此就提出將地區(qū)劃分成小區(qū) ， 稱為蜂窩 （ Cell） ， 每個蜂窩內使用一組頻率 ， 相隔一段距離后 ， 相同的頻率又可重復使用 。 每個蜂窩區(qū)域的范圍約為 10～ 20公里 。 最早在 AMPS系統中使用 (1982年 ， Bell)。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 9 2022/1/4 上海交通大學計算機系 10 2 . 第 2代移動電話： 數字語音 ? DAMPS ? GSM The Global System for Mobile Communication ? CDMA Code Division Multiple Access 2022/1/4 上海交通大學計算機系 11 (1) GSM 復用方式：頻分 +時分 2022/1/4 上海交通大學計算機系 12 工作原理 2022/1/4 上海交通大學計算機系 13 HLR： 用戶原登記注冊地區(qū)的數據庫 VLR：用戶移動到外地后 ， 當地的數據庫 AC：用于認證 ， 保護用戶不被非法用戶盜用 EIR：其中登記有移動電話的設備類型 ，用于識別設備類型 2022/1/4 上海交通大學計算機系 14 呼叫尋址過程 2022/1/4 上海交通大學計算機系 15 步驟： 1. 呼叫目的移動電話 2. 電話網識別移動電話號碼，傳送此呼叫到相應的MSC 3. 詢問 HLR 4. 該移動用戶不在本地，轉發(fā)到用戶所在地的 VLR（漫游） 5. VLR返回 routing number給 HLR，并傳到 MSC 6. 根據 routing number，呼叫被轉移到用戶所在的MSC . 目的地 MSC直接從 VLR中訪問到目的用戶的參數 9. 將呼叫送達目的基站及目的用戶移動電話 10. 移動電話回答對方的呼叫 2022/1/4 上海交通大學計算機系 16 (2) CDMA Code Division Multiple Access 碼分多重訪問 采用編碼方式實現信道復用，具有容量大、保密性好、抗干擾性強等優(yōu)點 。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 17 1)Chip Sequence 每個比特 (bit)時間被分成 m個短 的時間片，稱為 Chip (薄片 )。 通常每個比特有 64個或 128個 Chip，以下我們以 8個 Chip為例。 每個站點被指定一個唯一的 m位的代碼，稱為 Chip sequence。 發(fā)送 “ 1”時，站點發(fā)送 chip sequence的原碼； 發(fā)送 “ 0”時，站點發(fā)送 chip sequence的反碼。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 18 例如： A的 chip sequence為 00011011 A發(fā)送 “ 1”時為 00011011 A發(fā)送 “ 0”時為 11100100 為解釋時容易理解，用 “ +1”代替 “ 1”，用 “ 1”代替 “ 0”。 見下圖所示。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 19 2022/1/4 上海交通大學計算機系 20 2) 正交特性 設某站的 chip sequence是 S，內含 S1… Si 另一個站的 chip sequence是 T，含 T1… Ti 得 S和 T的 “ 內積 ” ： S x T = 0 S x T = 0 S x S = 1 S x ? = 1 2022/1/4 上海交通大學計算機系 21 3) 發(fā)送時的復用 見圖 (c) 其中 “ ”表示該站未發(fā)送。 如 B 、 C 站均發(fā)送 1，則得： (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1) + ( 1 +1 1 +1 +1 +1 1 1) = (2 0 0 0 +2 +2 0 2 ) 2022/1/4 上海交通大學計算機系 22 2022/1/4 上海交通大學計算機系 23 4) 接收時的還原 運用內積規(guī)則 如收到復用后的 S，欲還原 C，只需求 S x C即可。 例： S = ā + B + C S x C =( ā + B + C ) x C = ā x C + B x C + C x C = 0 + 0 + 1 = 1 見圖 (d)所示。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 24 2022/1/4 上海交通大學計算機系 25 2022/1/4 上海交通大學計算機系 26 3. 第三代移動電話 第一、二代移動通信的標準是由各個國家制定的，因而互通性、兼容性很差。為移動通信的漫游帶來很大困難。 國際電信聯盟（ ITU）希望在制定第三代 (3G)標準時有一個統一的規(guī)范。1985年 ITU首先提出了第三代移動通信系統，當時被稱為 “ 未來公眾陸地移動通信系統 ” ，即 FPLMTS（ Future Public Land Mobile Telemunication Systems）。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 27 1996年 ITU正式將其更名為全球移動通信系統 IMT－ 2022，意即： ? 在 2022年左右進入商用； ? 工作在 2022MHz頻段； ? 工作帶寬是 2022kHz。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 28 按 ITU總目標，第三代移動通信系統有如下目標和特征： （ 1）提供高速率和多種速率支持多種業(yè)務，能支持從話音到分組數據到多媒體業(yè)務，特別是 Inter，應能根據需要來提供必要的帶寬。其最低無線傳輸要求是： 快速移動環(huán)境：最高速率達 114kbps 步行環(huán)境： 最高速率達 384kbps 室內環(huán)境： 最高速率達 2Mbps 2022/1/4 上海交通大學計算機系 29 （ 2）全球覆蓋及全球無縫漫游、全球使用共用頻段（ 1885－ 2025MHz， 2110－2200MHz）。但不要求各系統在無線傳輸設備及網絡內部技術完全一致，而要求在網絡接口、互通及業(yè)務能力方面的統一或協調。 （ 3）高頻譜效率。 （ 4）高服務質量：具有長話的話音質量，比特錯誤率小于 10－ 6的數據業(yè)務。 （ 5）低成本、低功耗、小體積、高保密等良好的商業(yè)特性。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 30 2022年月 ITU從全球各大公司提交的 10種第三代通信技術標準建議中選擇了三種作為 3G應用的技術標準。即： WCDMA (Wideband CDMA) CDMA2022 TDSCDMA 2022/1/4 上海交通大學計算機系 31 WCDMA（ Wideband CDMA）寬帶 CDMA。 該標準由歐洲國家提出。 WCDMA源于歐洲和日本幾種技術的融合。 WCDMA采用直擴模式，載波帶寬為 5MHz，數據傳送可達到每秒 2Mbps（室內）及 384Kbps（移動空間）。 WCDMA與 GSM網絡有良好的兼容性和互操作性，其支持者主要是以 GSM系統為主的歐洲廠商。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 32 CDMA2022 是美國電信標準組織用于第三代CDMA的名稱。該標準由美國高通北美公司為主導提出，摩托羅拉、朗訊和三星等廠商都有參與。 CD－ MA2022是由窄頻CDMA發(fā)展而來，發(fā)展路線是 CDMA—CDMA1X— CDMA2022，技術的延續(xù)性強。但是 CDMA2022的多載傳輸方式比起 WCDMA的直擴模式，對頻率資源利用率偏低。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 33 TD— SCDMA（ Time Divided Synchronization CDMA）時分同步CDMA。 由中國大唐集團提出， TD— SCDMA的優(yōu)勢在于，采用了智能天線、聯合檢測等先進技術，通過動態(tài)選擇業(yè)務模式，有較高的頻率利用率，不需要對稱頻段，只需很少的啟動頻率，而且 TDD方式適合承載不對稱數據業(yè)務。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 34 據 2022年 10月報道： 世界上已頒發(fā)的 119張 3G牌照中有 112張為 WCDMA， 7張為 CDMA2022。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 35 三、無線局域網 — ? ? 2022/1/4 上海交通大學計算機系 36 ： 為了規(guī)范無線局域網移動數據通信所使用的頻率和通信方式， 1997年起 IEEE陸續(xù)公布了 準系列： 、 、 、 、 、 、 、 。 該系列往往簡稱為 WiFi。 2022/1/4 上海交通大學計算機系 37 MAC層的工作， 在 IP協議。 它有兩種工作模式： (1) 通過基站 (base station)通信 2022/1/4 上海交通大學計算機系 38 基站之間由以太網相連