【正文】 大值為 。然而，其網(wǎng)絡(luò)所支持的數(shù)據(jù)速率卻長期停留在理論上的 384kbps 的水平，這速率不能很好的滿足許多對于流量和延時(shí)要求較高的業(yè)務(wù)（視頻、流媒體和下載等）的需求。 U T R A NC N圖 51 WCDMA 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) WCDMA 技術(shù)使用的頻段一共 120MHz，上下行各 60MHZ：上行（ 1920~1980MHz）和下行（ 2110~2170MHz）。同時(shí) GSM在第二代蜂窩網(wǎng)絡(luò)在全球約 70%的市場份額，因此有較好的業(yè)務(wù)和市場延續(xù)性。 WCDMA、 CDMA2020 和 TDSCDMA三大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的比較如表 51 所示。 第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù) 帶寬 CDMA 技術(shù)是第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)，其中主流技術(shù)是日本與歐洲的帶寬 CDMA 標(biāo)準(zhǔn) WCDMA，美國的 CDMA2020 和中國的 TDSCDMA 三種。 7. 微蜂窩結(jié)構(gòu)。 5. 帶寬 CDMA 技術(shù)。 3. 高保密性、低成本、低功耗和小體積。 第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 了滿足當(dāng)今對于第三代通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全球化、綜合化和個(gè)人化等需求，與第二代相比第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn)： 1. 支持移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù) 。處理器接收到指令后，啟動(dòng) GPS 模塊，并接收 GPS 傳過來的位置信息，處理器 接收并處理這些信息，并通過 GPRS 模塊發(fā)送至 Inter 上，位于Inter 上的上位機(jī)能夠獲取上傳的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)追蹤定位的功能。 圖 44 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如下圖所示，傳感器實(shí)時(shí)偵測設(shè)備的動(dòng)作，一旦設(shè)備發(fā)生位置移動(dòng)，立即產(chǎn)生一個(gè)中斷信息給處理器，處理器接收到信息后，再啟動(dòng) GPRS 模塊，把被盜警報(bào)往上發(fā)給上位機(jī)，通知用戶設(shè)備發(fā)生被盜。追蹤定位功能則是指用戶在得知設(shè)備被盜后，通常來不及做出及時(shí)的制止，在設(shè)備被挪動(dòng)到另外一個(gè)地方的時(shí)候，啟動(dòng)系統(tǒng)所具有的 GPS 功能，對被盜的設(shè)備進(jìn)行追蹤定位，以便于用戶找回被盜設(shè)備。作為一個(gè)能獨(dú)立工作的嵌入式系統(tǒng)，防盜追蹤系統(tǒng)采用獨(dú)立的電池供電，并且采用電池計(jì)量芯片測量系統(tǒng)的剩余電量，并向用戶報(bào)告耗電情況，提醒用戶及時(shí)更換電池。每個(gè)具有 GPRS 功能的 client 通過無線接入 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，并有自己的唯一的 ID 號， GPRS 網(wǎng)絡(luò)與 Inter 相連，從而處于 Inter 上的 server 能夠集中管理這些 client。 整個(gè)系統(tǒng)分為 server 和 client 兩部分， client 端即為本課題要設(shè)計(jì)的防盜追蹤系統(tǒng)，通常被安裝在各個(gè)基站的設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的防盜追蹤功能。啟用掉線參照設(shè)置，模塊上線后，會(huì)自行依照設(shè)定的周期 PING參照點(diǎn)，并通過測試結(jié)果確定是否進(jìn)行掉線復(fù)位處理。 掉線參照是給終端提供測試是否發(fā)生無線掉線的手段。這樣可以使模塊自身的優(yōu)先級不被降低，保持長時(shí)間在線。 心跳機(jī)制是測試服務(wù)器和 GPRS 模塊之間通路的一種手段。根據(jù)用戶需求和應(yīng)用環(huán)境的不同，可以選擇合適的方案進(jìn)行組網(wǎng)和規(guī)劃。 11 GPRS 模塊和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器必須至少有一方能夠事先確定另一方的 P 地址 。 圖 43 GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖 具體通訊步驟如下：①數(shù)據(jù)采集模塊 采集所需的數(shù)據(jù)，傳送到 GPRS 模塊； GPRS 模塊負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行 TCP／ IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換，再以 GPRS 數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至GPRS 無線基站；③數(shù)據(jù)由 GPRS 無線基站發(fā)送到 GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) (SGSN)；(至 )SGSN 與 GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) (GGSN)進(jìn)行通信， GGSN 將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后發(fā)送到 Inter⑤采用防火墻在 Inter 和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器之間進(jìn)行隔離，保證數(shù)據(jù)的安全性?？紤]前向糾錯(cuò)碼的開銷，最終的數(shù)據(jù)速率可達(dá) 164 kbps 左右。 GSM 空中接口的載頻帶寬為 200 kHz，一個(gè)載頻分為 8 個(gè)物理信道。 對RLC/MAC 進(jìn)行了規(guī)范。二是媒體訪問控制功能，它的主要作用是定義和分配空中接口的 GPRS 邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動(dòng)臺(tái)共享。 對 NS 進(jìn)行了規(guī)范。 10 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（ NS） 這個(gè)層傳輸 BSSGP PDU。 BSSGP 沒有糾錯(cuò)功能。 中繼轉(zhuǎn)發(fā)（ Relay） 在 BSS 中，這項(xiàng)功能中繼轉(zhuǎn)發(fā) Um 和 Gb 接口間的 LLC PDU，在 SGSNN 中，這項(xiàng)功能是轉(zhuǎn)發(fā) Gb 和 Gn 接口間的 PDP PDU。 LLC 獨(dú)立于底層無線接口協(xié)議，這是為了在引入其他可選擇的 GPRS無線解決方案時(shí)，對網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) NSS 的改動(dòng)程度最小。 LLC 層負(fù)責(zé)從高層 SNDC 層的 SNDC 數(shù)據(jù)單元上形成 LLC 地址、幀字段，從而生成完整的 LLC 幀。 SNDCP 在 中有說明。在 SNDC 層，移動(dòng)臺(tái)和SGSN 之間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個(gè)或多個(gè) SNDC 數(shù)據(jù)包單元。 子網(wǎng)相關(guān)融合協(xié)議（ SNDCP） 這個(gè)傳輸功能將網(wǎng)絡(luò)級特性映射到底層網(wǎng)絡(luò)特性中去。 9 圖 42 GPRS 傳輸協(xié)議平臺(tái) IP 這是 GPRS 骨干網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用以用戶數(shù)據(jù)和控制信令的選路。 TCP 提供流量控制功能和防止 GTP PDU 丟失或破壞的功能。 TCP 在 GPRS 骨干網(wǎng)中需要一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)鏈路（如 ）進(jìn)行 GTP PDU 的傳輸時(shí)，所用的傳輸協(xié)議是 TCP 協(xié)議。 GTP 是 GPRS 骨干網(wǎng)中 GSN 節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)協(xié)議，它是為 Gn 接口定義的協(xié)議。 GPRS 隧道協(xié)議（ GTP） GPRS 骨干網(wǎng)中 GSN 間的用戶數(shù)據(jù)和信令 利用 GTP 進(jìn)行隧道傳輸。 （ 3）技術(shù)成熟 GPRS 傳輸協(xié)議平臺(tái)劃分為多個(gè)層次，便于不同層次的管理和維護(hù)，就想因特網(wǎng)中的傳輸平臺(tái)分層一樣。 GPRS 的主要特點(diǎn)有： （ 1）與 IP 無縫連接 GPRS 的 核心網(wǎng)絡(luò)層采用 IP 技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的 IP 網(wǎng)無縫連接。 GPRS 是在GSM Phase2+階段引入的分組型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為用戶提供端到端的基于分組交換和傳輸技術(shù)的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 IS95 主要是一個(gè)無線接口標(biāo)準(zhǔn)，基于IS95 無線接口標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以使用像 DAMPS 之 類的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，這在 IS95網(wǎng)絡(luò)中是很普通的，需要強(qiáng)調(diào)的是 IS95 可以同樣用于像 GSM 一樣的網(wǎng)絡(luò)，所不同的僅僅是無線接口不一樣。 IS95系統(tǒng) 1992 年 3 月， TIA 委派 TR45 小組制定了一個(gè)擴(kuò)頻數(shù)字蜂窩系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。如果跳頻系統(tǒng)再加上頻率的分集，若干組 跳變頻率同時(shí)傳送一個(gè)信息然后用大數(shù)判定定律更有效地判決信息，則可使更多用戶同時(shí)工作而相互干擾最小。而增加跳頻數(shù)是因?yàn)樘l系統(tǒng)的增益等于跳頻系統(tǒng)的頻帶寬度與 N 個(gè)最小跳頻間隔的比值，所以增加跳頻可使跳頻增益提高。接收機(jī)根據(jù)跳頻同步信號和跳頻序列確定接收頻率，把相應(yīng)的跳頻后信號接收下來，進(jìn)行解調(diào)?？刂坪托畔?shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制后成為基帶信號，送入載波調(diào)制，然后載波頻率在偽隨機(jī)碼的控制下改變頻率，這種偽隨機(jī)碼序列即為跳頻序列。在接收端采用相同的序列，與加密序列進(jìn)行異或操作便可得到原始發(fā)送數(shù)據(jù)。這種加密可以用于語音、數(shù)據(jù)和信令，與數(shù)據(jù)類型無關(guān)，只限于用在常規(guī)突發(fā)脈沖上。采用 交織技術(shù)后，如果傳送過程中某塊消息丟失，在恢復(fù)后實(shí)際上只丟失每個(gè)信息塊的一部分，而不至于全部丟失，采用編碼技術(shù)后就很容易恢復(fù)那些被丟失的消息。 GSM 中使用的編碼方式有卷積碼和分組碼，在實(shí)際應(yīng)用中是把這兩種方式組合在一起使用。 5 信道編碼與交織 信道編碼用于改善傳輸質(zhì)量，克服各種干擾對信號產(chǎn)生不良影響。在 GSM 中，使用高斯預(yù)調(diào)制濾波器進(jìn)一步減小調(diào)制頻譜。調(diào)制速率為 千波特。 DTX 模式與普通模式是可選的，因?yàn)?DTX 模式會(huì)使傳輸質(zhì)量稍有下降。 7 圖 41 頻率復(fù)用示意圖 3 非持續(xù)發(fā)送 非連續(xù)發(fā)送方式 DTX（ Discontinuous Transmission）：在話音激活期進(jìn)行 13 kbps 編碼，在話音非激活期進(jìn)行 500 bit/s 編碼，每 480 ms 傳輸一個(gè)舒適噪聲幀（每幀 20 ms）。其中每個(gè)小區(qū)的頻道數(shù)約為 N/F 個(gè)，如果采用全向型天線，通常在每個(gè)小區(qū)的中心位置設(shè)立一個(gè)基站，稱為 O 型站點(diǎn)；如果采用定向扇型天線，則通常在三個(gè)小區(qū)的交叉點(diǎn)上設(shè)立一個(gè)基站，稱為 S 型站點(diǎn)，該站點(diǎn)覆蓋相鄰的三個(gè)小區(qū)。 2 頻率復(fù)用 目前， GSM 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方式采用小區(qū)制，即蜂窩系統(tǒng)，它把整個(gè) GSM 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)分成若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)基站，負(fù)責(zé)本小區(qū)移動(dòng)通信的聯(lián)絡(luò)和控制，同時(shí)又在 MSC 的統(tǒng)一控制下實(shí)現(xiàn)小區(qū)間移動(dòng)用戶的通信以及與市話用戶間的通信。 1 頻道分配 目前， GSM 通信系統(tǒng)可以采用 900 MHz、擴(kuò)展 900 MHz 和 1800 MHz 頻段，有些國家也采用 1900 MHz 頻段。 GSM 標(biāo)準(zhǔn)的無處不在使得在移動(dòng)電話運(yùn)營商之間簽署 漫游協(xié)定 后用戶的國際漫游變得很平常。 GSM—— 全球移動(dòng)通訊系統(tǒng) 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（ Global System of Mobile munication）就是眾所周知的 GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。 所以，第一代移動(dòng)通信技術(shù)作為 20 世紀(jì) 80 年代到 90 年代初的產(chǎn)物已經(jīng)完成了任務(wù)推出了歷史舞臺(tái)。因此，走向數(shù)字化是移動(dòng)通信發(fā)展 的必然趨勢。重量大。 6 第一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的局限性 第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)在商業(yè)上取得了巨大的成功，但是其弊端也日漸顯露出來，如頻譜利用率低、業(yè)務(wù)種類有限、無高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、制式太多且互不兼容、保密性差、易被盜聽和盜號、設(shè)備成本高。此類手機(jī)的通話是鎖定在一定頻率內(nèi)的，所以使用可調(diào)電臺(tái)就可以竊聽通話。由于當(dāng)時(shí)的電池容量限制和模擬調(diào)制技術(shù)需要碩大的無線和集成電路的發(fā)展?fàn)顩r等等制約，這種手機(jī)只能移動(dòng)稱不上便攜。 第一代移動(dòng)通信有代表性的終端設(shè)備就是眾所熟知的“ 大哥大”。業(yè)務(wù)信道傳輸模擬 FM 電話，同時(shí)還傳輸必要的模擬信令。這種自我恢復(fù)的特性或糾錯(cuò)能力，是蜂窩結(jié)構(gòu)與集線器輻射網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別所在。 網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和路徑選擇的過程在后臺(tái)運(yùn)行，這樣每一個(gè)節(jié)點(diǎn)保留現(xiàn)有鄰居的列表并不斷重新計(jì)算最佳路徑。這些信息必須在節(jié)點(diǎn)之間交換，但又不能占用太多的帶寬。這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必須簡潔，所以不能增加信 息流量的負(fù)擔(dān)，即它們不能超過可用帶寬的 1%到 2%。 網(wǎng)絡(luò)在蜂窩結(jié)構(gòu)中相互連接時(shí)，首先，節(jié)點(diǎn)的自我發(fā)現(xiàn)功能必須確定它們是作為無線設(shè)備的接入點(diǎn)來服務(wù)，還是作為來自另一節(jié)點(diǎn)的信息量的骨干網(wǎng)來服務(wù)，或者兩項(xiàng)功能都具備。 無線擴(kuò)展 我們今天使用的無線局域蜂窩網(wǎng)絡(luò)是基于 ，但是他們可以擴(kuò)展到任何射頻技術(shù)。 公 共 電 話 網(wǎng) 絡(luò) 和 因 特 網(wǎng)移 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 中 心移 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 中 心基 站用 戶 圖 21 蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 5 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的幾何表示 顧名思義，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的幾何表示為正六邊形，就想蜜蜂的巢穴一樣。 （ MSC） 每一個(gè)基站與一個(gè)移動(dòng)交換中心相連接， 移動(dòng)交換中心負(fù)責(zé)多個(gè)小區(qū)之間的鏈接的協(xié)調(diào)，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備需要與超過一個(gè)小區(qū)以上的設(shè)備相連接的時(shí)候，移動(dòng)交換中心就負(fù)責(zé)在中間建立鏈接，不僅如此，它還可以把有線用戶和無線用戶相連。一方面，基站通過空中接口提供了與移動(dòng)設(shè)備的物理連接；另一方面，基站通過有線的鏈接擴(kuò)展到更加廣闊的區(qū)域中去。終端設(shè)備需要在一個(gè)小區(qū)內(nèi)能夠和基站相連，然后進(jìn)行接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。采用 CDMA 的主要優(yōu)勢 是不需要頻率復(fù)用規(guī)劃，信道數(shù)目相對較多，帶寬利用率高，信息保密性好。 CDMA 在一個(gè)頻譜擁塞和干擾的環(huán)境下也能夠保證良好的帶寬的服務(wù)質(zhì)量。 3. 碼分多址接入（ CDMA） 通過擴(kuò)頻技術(shù)，碼分多址接入將調(diào)制和多址接入結(jié)合在一起，以此來獲得一定程度的信息效率和保護(hù)。這樣不會(huì)引起載波帶寬的重疊，頻分多址技術(shù)不需要協(xié)調(diào)和同步，但是在接入的設(shè)備增多的時(shí)候，信道的數(shù)量就會(huì)滿足不了需求。它是把發(fā)送和接受的信號的信道按照頻率劃分成多個(gè)區(qū)域。通過發(fā)送用頻率、時(shí)間和碼字來區(qū)分的載波可以實(shí)現(xiàn)多址接入。而基站覆蓋小區(qū)的面積考慮了很多因素，例如基站傳輸能力，移動(dòng)站點(diǎn)傳輸能力，小區(qū)中建筑的構(gòu)成，以及基站天線高度等。它是把一大片地理區(qū)域劃分成一個(gè)個(gè)小的單元，每一個(gè)單元叫做一個(gè)小區(qū)。 以上小節(jié)僅對四代移動(dòng)技術(shù)分別做了概述，后續(xù)會(huì)對每一代技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。 第四代移動(dòng)通信技術(shù)（ 4G） 第四代移動(dòng)通信的概念可稱為寬帶（ Broadband）接入和分布網(wǎng)絡(luò)，是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)是正交頻分復(fù)用（ OFDM）、智能天