《無線通信基礎(chǔ)及應(yīng)用》課件第5章

第5章無線通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)5.1GSM移動通信系統(tǒng)5.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)5.3第三代移動通信系統(tǒng)及其演進(jìn)5.4第三代移動通信長期演進(jìn)技術(shù)——LTE5.5衛(wèi)星通信5.6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)5.7其他無線通信系統(tǒng)

5.1GSM移動通信系統(tǒng)

5.1.1概述

GSM是GlobalSystemforMobileCommunication(全球

移動通信系統(tǒng))的縮寫，是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(ETSI，EuropeanTelecommunicationStandardizationInstitute)提出

的第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過多年的發(fā)展，GSM目前包括GSM900、DCS1800和PCS1900三個(gè)不同頻

段的系統(tǒng)，用戶遍及歐洲、亞洲、非洲、美洲、大洋州的130多個(gè)國家和地區(qū)。

GSM采用FDD雙工方式和TDMA/FDMA多址接入方式，以語音業(yè)務(wù)為主，也支持無線的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GSM的總體結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1GSM的總體結(jié)構(gòu)基站控制器(BSC)主要完成如下功能：

(1)接口管理。

(2)BTS與BSC之間的地面信道管理。

(3)無線參數(shù)及無線資源管理。

(4)無線鏈路測量與話務(wù)量統(tǒng)計(jì)。

(5)控制小區(qū)切換。

(6)支持呼叫控制。

(7)操作與維護(hù)。5.1.2GSM無線子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

1.無線子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

圖5-2顯示了無線子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其與基站控制器(BSC)的連接關(guān)系。圖5-2無線子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1)基站收發(fā)信機(jī)(BTS)

BTS通過Abis標(biāo)準(zhǔn)接口與BSC互連，通過Um接口與MS通信，主要完成Um接口協(xié)議和Abis接口協(xié)議的處理，從而實(shí)現(xiàn)BSC與MS之間的信息轉(zhuǎn)換。BTS主要由公共子系統(tǒng)、載頻子系統(tǒng)、射頻前端子系統(tǒng)和天饋?zhàn)酉到y(tǒng)四個(gè)功能子系統(tǒng)組成。一種典型BTS的邏輯功能框圖如圖5-3所示。圖5-3典型BTS的邏輯功能框圖下面對BTS的不同部分分別進(jìn)行介紹。

(1)公共子系統(tǒng)。

(2)載頻子系統(tǒng)。

(3)射頻前端子系統(tǒng)。

(4)天饋?zhàn)酉到y(tǒng)。天饋?zhàn)酉到y(tǒng)的主要功能是作為射頻信號發(fā)射和接收的通道，由天線、饋線、跳線和塔頂放大器等組成，其連接關(guān)系如圖5-4所示。圖5-4天饋?zhàn)酉到y(tǒng)的連接示意圖塔頂放大器為可選件，一般選配三工塔放，緊靠天線安裝。三工塔放由三工濾波器、低噪聲放大器和饋電三部分組成，如圖5-5所示。圖5-5三工塔放的原理框圖

2)BSS的操作維護(hù)子系統(tǒng)

操作維護(hù)子系統(tǒng)通過OMC提供對基站進(jìn)行遠(yuǎn)端操作維護(hù)的功能，或是通過人機(jī)接口(MMI)終端提供對BSS進(jìn)行本地近端操作維護(hù)的功能。兩者都需要BSS操作維護(hù)程序的支持。操作維護(hù)程序是BSS軟件的公共控制部分，是BSS操作維護(hù)功能的核心，BSS的其他各部分程序均有與它的接口。

2.無線子系統(tǒng)的組網(wǎng)

1)星型組網(wǎng)

星型組網(wǎng)適用于一般的應(yīng)用場合，在城市人口稠密的地區(qū)這種組網(wǎng)方式尤為普遍。星型組網(wǎng)方式的優(yōu)點(diǎn)是組網(wǎng)中每個(gè)BTS都有E1線直接和BSC相連，這種組網(wǎng)方式簡單，維護(hù)、工程施工、擴(kuò)容等都很方便。由于信號經(jīng)過的環(huán)節(jié)少，因此線路可靠性較高。星型組網(wǎng)的缺點(diǎn)是對傳輸線的需要量比其他組網(wǎng)方式大。星型組網(wǎng)示意圖如圖5-6所示。圖5-6星型組網(wǎng)示意圖

2)鏈型組網(wǎng)

鏈型組網(wǎng)示意圖如圖5-7所示。圖5-7鏈型組網(wǎng)示意圖

3)樹型組網(wǎng)

樹型組網(wǎng)方式適用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、站點(diǎn)及用戶密度分布較復(fù)雜的情況，比如大面積用戶與熱點(diǎn)地區(qū)或小面積用戶交錯(cuò)的地區(qū)。樹型組網(wǎng)傳輸線的消耗量小于星型組網(wǎng)。由于信號經(jīng)過的環(huán)節(jié)多，因此樹型組網(wǎng)線路可靠性相對較低，工程施工難度較大，維護(hù)相對困難；上級BTS的故障可能會影響下級BTS的正常運(yùn)行；擴(kuò)容不方便，可能會引起對網(wǎng)絡(luò)的較大改造；樹型組網(wǎng)對串聯(lián)的級數(shù)有限制，一般要求串聯(lián)不超過5級，即樹的深度不要超過5層。樹型組網(wǎng)示意圖如圖5-8所示。圖5-8樹型組網(wǎng)示意圖

4)環(huán)型組網(wǎng)

環(huán)型組網(wǎng)方式適用于一般的應(yīng)用場合。環(huán)型組網(wǎng)有較強(qiáng)的自愈能力，如果某處的E1損壞，則環(huán)型網(wǎng)可以自愈成一個(gè)鏈型網(wǎng)，業(yè)務(wù)不會受到任何影響。一般情況下，只要路由允許，都應(yīng)盡可能組建環(huán)型網(wǎng)。環(huán)型組網(wǎng)示意圖如圖

5-9所示。圖5-9環(huán)型組網(wǎng)示意圖

3.無線子系統(tǒng)的信號流

1)下行業(yè)務(wù)信號流

下行業(yè)務(wù)信號流如圖5-10所示。圖5-10下行業(yè)務(wù)信號流

2)上行業(yè)務(wù)信號流

上行業(yè)務(wù)信號流如圖5-11所示。圖5-11上行業(yè)務(wù)信號流

3)基站的信令處理信號流

基站的信令處理信號流如圖5-12所示。圖5-12基站的信令處理信號流

4.BTS軟件結(jié)構(gòu)

BTS軟件結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-13所示。圖5-13BTS軟件結(jié)構(gòu)示意圖5.1.3GSM的主要規(guī)格參數(shù)

GSM的主要規(guī)格參數(shù)如表5-1所示。

1.TDMA/FDMA多址接入方式

GSM中物理信道、時(shí)隙、幀之間的關(guān)系如圖5-14所示。圖5-14TDMA／FDMA接入方式

2.信道頻率與絕對射頻信道號之間的關(guān)系

1)GSM900

共124個(gè)可用射頻信道，ARFCN為1～124。按照國家

規(guī)定，中國移動通信公司占用890～909/935～954MHz，

中國聯(lián)合通信公司占用909～915/954～960MHz。頻率與ARFCN(n)的關(guān)系如下：

基站收：

基站發(fā)：

2)DCS1800

共374個(gè)頻點(diǎn)，ARFCN為512～885。頻率與ARFCN(n)的關(guān)系如下：

基站收：

基站發(fā)：

3.調(diào)制方式

GSM采用0.3GMSK調(diào)制方式。其中，0.3表示高斯脈

沖成形濾波器的3dB帶寬與比特周期的乘積(即BTb=0.3)。通過使載波頻率偏移±67.708kHz來表示二進(jìn)制中的0和

1。GSM信道速率為270.833kb/s，其頻譜利用率為

1.35(b/s)/Hz。5.1.4GSM邏輯信道

1.業(yè)務(wù)信道(TCH)

TCH復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖5-15所示。圖5-15業(yè)務(wù)信道復(fù)幀結(jié)構(gòu)

2.控制信道(CCH)

控制信道用于傳送系統(tǒng)的信令和同步信號。GSM中

有三種主要的控制信道：廣播信道(BCH，Broadcast

CHannel)、公共控制信道(CCCH，CommonControlCHannel)和專用控制信道(DCCH，DedicatedControlCHannel)?？刂菩诺缽?fù)幀包含51個(gè)TDMA幀。CCH復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖5-16所示。圖5-16控制信道復(fù)幀結(jié)構(gòu)

1)廣播信道(BCH)

(1)頻率校正信道(FCCH，F(xiàn)requencyCorrectionCHannel)

(2)同步信道(SCH，SynchronizationCHannel)

(3)廣播控制信道(BCCH，BroadcastControlCHannel)

2)公共控制信道(CCCH)

(1)尋呼信道(PCH)

(2)隨機(jī)接入信道(RACH)

(3)接入認(rèn)可信道(AGCH)

3)專用控制信道(DCCH)

(1)獨(dú)立專用控制信道(SDCCH，StandaloneDedicatedControlCHannel)。

(2)慢速輔助控制信道(SACCH，SlowAssociatedControlCHannel)。

(3)快速輔助控制信道(FACCH，F(xiàn)astAssociatedControlCHannel)。5.1.5GSM幀結(jié)構(gòu)

例5-1GSM使用每幀包含8個(gè)時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)，并且每一時(shí)隙包含156.25bit的信息數(shù)據(jù)，一個(gè)射頻信道的數(shù)據(jù)傳送速率為270.833kb/s，試求：

(1)一個(gè)比特的時(shí)長；

(2)一個(gè)時(shí)隙長；

(3)一個(gè)幀的時(shí)長；

(4)占用一個(gè)時(shí)隙的用戶在兩次發(fā)射之間必須等待的

時(shí)間。

解：(1)一個(gè)比特的時(shí)長為

(2)一個(gè)時(shí)隙長為

(3)幀長為

(4)占用一個(gè)時(shí)隙的用戶必須等待4.616ms，在一個(gè)新幀到來之后才可進(jìn)行下一次發(fā)射。

圖5-17示出了GSM中時(shí)隙、幀、復(fù)幀、超幀和超高幀的格式，以及這些時(shí)幀之間的關(guān)系與分層結(jié)構(gòu)。圖5-17GSM的時(shí)幀結(jié)構(gòu)關(guān)系

GSM規(guī)定了五種數(shù)據(jù)突發(fā)序列格式，如圖5-18所示。圖5-18GSM中的數(shù)據(jù)突發(fā)序列格式

例5-2

如圖5-18所示，GSM的一個(gè)常規(guī)突發(fā)序列由以下幾部分構(gòu)成：6個(gè)尾比特、8.25個(gè)保護(hù)期、26個(gè)訓(xùn)練序列、2個(gè)控制比特、兩組各57bit的信息數(shù)據(jù)。求GSM的幀效率。

解：一個(gè)時(shí)隙有

一個(gè)幀有

每幀的系統(tǒng)開銷為

所以幀效率為5.1.6語音編碼和信道編碼

圖5-19給出了語音在GSM移動臺中處理后送至發(fā)送端的過程。圖5-19GSM移動臺中的語音處理過程

1.語音編碼

GSM采用規(guī)則脈沖激勵(lì)-長期預(yù)測編碼(RPE-LTP)的語音編碼方式，其處理過程是先對模擬語音信號進(jìn)行8kHz抽樣，按每20ms為一幀進(jìn)行處理，每幀分為4個(gè)子幀，每個(gè)子幀長5ms，輸出RPE-LTP的純比特率為13kb/s。

2.信道編碼

語音編碼器輸出為每20ms一幀，一幀中含有260bit。信道編碼時(shí)，首先將這260bit數(shù)據(jù)按照重要性分成三類，三類信息分別為Ⅰa類50bit、Ⅰb類132bit和Ⅱ類78bit。Ⅰa類是最重要的，Ⅰb類第二重要，Ⅱ類是不重要的。重要的信息進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，不重要的信息未受到任何保護(hù)。

為了提高編碼效率，按重要性對這三類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行不同的冗余處理，處理過程如圖5-20所示。圖5-20信道編碼過程

例5-3

假設(shè)半速率語音編碼器在20ms的抽樣時(shí)間段上完成語音編碼，編碼器的輸出為120bit。其中，Ⅰa類

30bit是最重要的，Ⅰb類為60bit，Ⅱ類為30bit。假設(shè)進(jìn)行半速率信道編碼，信道編碼器的輸出速率為多少？其中糾錯(cuò)編碼速率為多少？

解：依據(jù)圖5-20所示的信道編碼原理，Ⅰa類數(shù)據(jù)30bit加上3個(gè)奇偶校驗(yàn)比特后為33bit，之后與Ⅰb類60bit加上

4個(gè)尾比特后進(jìn)行卷積編碼，得到194bit。最后加上Ⅱ類

30bit形成224bit的數(shù)據(jù)塊輸出，經(jīng)信道編碼之后，信道編碼器總的輸出速率為

其中，糾錯(cuò)編碼的速率為

3.交織

信道編碼輸出的是一系列有序的語音幀，傳輸過程中會由于信道衰落等因素造成突發(fā)性的、連續(xù)的比特錯(cuò)誤，GSM采用交織技術(shù)來減小突發(fā)錯(cuò)誤的影響。交織技術(shù)的實(shí)質(zhì)是時(shí)間分集，就是將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼重新排序，重新排序的結(jié)果使得突發(fā)差錯(cuò)時(shí)產(chǎn)生的成串錯(cuò)誤的比特位來自交織前信道編碼不同的位置。

比特交織如圖5-21所示。圖5-21比特交織塊交織是在相鄰不同語音幀之間進(jìn)行的。現(xiàn)假設(shè)有三個(gè)語音幀，如圖5-22所示。在GSM的一個(gè)突發(fā)脈沖序列(即TDMA幀的一個(gè)物理時(shí)隙)中，包括一個(gè)語音幀中的兩組業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如圖5-23所示。圖5-22三個(gè)語音幀圖5-23語音突發(fā)序列的結(jié)構(gòu)圖5-24給出了交織的處理過程。

對于交織技術(shù)，交織深度越大，離散度就越大，抗突發(fā)差錯(cuò)能力就越強(qiáng)。但從上面的討論可以看出，交織處理過程會產(chǎn)生時(shí)延，交織深度越大，交織編碼處理時(shí)間就越長，產(chǎn)生的時(shí)延就越大。因此，通過交織處理提高抗差錯(cuò)能力是以增加處理時(shí)延為代價(jià)的，這也是交織編碼屬于時(shí)間分集技術(shù)的原因。所有的交織器都有一個(gè)固定時(shí)延，實(shí)際中，所有的無線數(shù)據(jù)交織器的時(shí)延都不超過40ms，GSM中是37.5ms，這種時(shí)延是人們可以忍受的。圖5-24交織的處理過程示意圖5.2CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)

碼分多址(CDMA)比TDMA和FDMA具有更多優(yōu)越性。

CDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

(1)系統(tǒng)容量大。

(2)系統(tǒng)具有“軟容量”的特性。

(3)通話質(zhì)量好。

(4)具有“軟切換”功能。

(5)頻率規(guī)劃簡單。

(6)保密性強(qiáng)，通話不易被竊聽。5.2.1IS-95CDMA系統(tǒng)

IS-95系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-25所示。與GSM網(wǎng)絡(luò)類似，CDMA網(wǎng)絡(luò)也是由無線子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和運(yùn)營支持子系統(tǒng)構(gòu)成的。圖5-25IS-95系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

IS-95系統(tǒng)的空中接口是美國TIA(電氣工業(yè)協(xié)會)于1993年公布的雙模式(CDMA/AMPS)的標(biāo)準(zhǔn)，簡稱Q-CDMA標(biāo)準(zhǔn)，主要包括下列幾個(gè)部分。

1.頻段

2.信道數(shù)

3.調(diào)制方式

4.擴(kuò)頻方式

5.語音編碼

6.信道編碼

7.導(dǎo)頻、同步信道

8.多徑信號的利用5.2.2IS-95系統(tǒng)的無線傳輸

IS-95系統(tǒng)在基站到MS的傳輸(前向傳輸)方向上設(shè)置了導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道和前向業(yè)務(wù)信道，MS到基站的傳輸(反向傳輸)方向上設(shè)置了接入信道和反向業(yè)務(wù)信道，如圖5-26所示。圖5-26CDMA蜂窩系統(tǒng)的信道示意圖

1.前向信道

1)前向邏輯信道

前向邏輯信道由導(dǎo)頻信道(PilotChannel)、同步信道(SynchronizingChannel)、尋呼信道(PagingChannel)和前向業(yè)務(wù)信道(TrafficChannel)等組成，如圖5-27所示。

圖5-27前向碼分物理信道與邏輯信道之間的映射關(guān)系

2)前向信道傳輸

圖5-28為前向CDMA邏輯信道結(jié)構(gòu)圖。圖5-28前向CDMA邏輯信道結(jié)構(gòu)圖

2.反向信道

1)反向邏輯信道

反向鏈路中的邏輯信道由反向接入信道和反向業(yè)務(wù)信道等組成，如圖5-29所示。圖5-29反向鏈路碼分物理信道和邏輯信道配置圖5-30是反向CDMA邏輯信道結(jié)構(gòu)圖。網(wǎng)內(nèi)MS可隨機(jī)占用接入信道發(fā)起呼叫和傳送應(yīng)答信息。反向業(yè)務(wù)信道與前向業(yè)務(wù)信道一樣，用于傳送用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，同時(shí)也傳送信令信息，如功率控制信息。圖5-30反向CDMA邏輯信道結(jié)構(gòu)圖

2)反向信道傳輸

反向CDMA邏輯信道結(jié)構(gòu)圖如圖5-30所示。5.2.3CDMA系統(tǒng)的功率控制

1.前向功率控制

前向功率控制示意圖如圖5-31所示。圖5-31前向功率控制示意圖

2.反向功率控制

1)開環(huán)功率控制

2)閉環(huán)功率控制圖5-32反向閉環(huán)功率控制示意圖5.2.4CDMA系統(tǒng)的軟切換

在CDMA系統(tǒng)中，信道切換包括如下三種：硬切換、軟切換和更軟切換。硬切換發(fā)生在使用不同載頻的兩個(gè)CDMA基站之間。CDMA的硬切換過程和GSM的硬切換大體相似。軟切換發(fā)生在具有相同載頻的CDMA基站之間。軟切換過程中原小區(qū)基站和新小區(qū)(一個(gè)或多個(gè))基站都為

要切換的MS提供服務(wù)，保持呼叫不間斷，如圖5-33所示。圖5-33軟切換示意圖更軟切換是一種發(fā)生在同一基站的不同扇區(qū)的切換，發(fā)生在兩個(gè)扇區(qū)或三個(gè)扇區(qū)之間。這種類型的切換只發(fā)生在小區(qū)內(nèi)，而不涉及移動交換中心，如圖5-34所示。圖5-34更軟切換示意圖5.2.5RAKE接收技術(shù)

CDMA接收機(jī)通過合并多徑信號來改善接收信號的信噪比。其實(shí)RAKE接收機(jī)完成的是：通過多個(gè)相關(guān)檢測器獲取多徑信號中的各路信號，并把它們合并在一起。圖5-35所示為一個(gè)RAKE接收機(jī)原理圖。圖5-35m支路RAKE接收機(jī)原理圖

m路信號的統(tǒng)計(jì)判決參見圖5-35。圖中，m個(gè)相關(guān)器的輸出分別為Z1，Z2，…，Zm，其權(quán)重分別為α1，α2，…，αk，…，αm。權(quán)重的大小是由各支路的輸出功率或SNR

決定的。如果支路的輸出功率或SNR小，那么相應(yīng)的權(quán)重就小。正如最大比率合并分集方案一樣，總的輸出信號Z′為權(quán)重αk可用相關(guān)器的輸出信號總功率歸一化，其總和為1，即

5.3第三代移動通信系統(tǒng)及其演進(jìn)

5.3.1系統(tǒng)概述

第三代移動通信系統(tǒng)(簡稱3G)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)個(gè)人用戶終端在全球范圍內(nèi)任何時(shí)候(Whenever)在任何地點(diǎn)(Wherever)與另一個(gè)人(Whomever)以任何方式(Whatever)可以進(jìn)行通信。3G將衛(wèi)星移動通信網(wǎng)與地面移動通信網(wǎng)相結(jié)合，形成了一個(gè)全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡(luò)，滿足了城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)不同密度用戶的通信需求，支持語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)。3G系統(tǒng)中采用了高效信道編碼、軟件無線電、智能天線、多用戶檢測和干擾消除等新技術(shù)。

1.IMT-2000的主要要求

ITU對第三代陸地移動通信系統(tǒng)的基本要求如下：

(1)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率方面。

(2)業(yè)務(wù)質(zhì)量。

(3)具有全球設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的高度兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，具有從2G向3G過渡的靈活性，以及向未來通信演進(jìn)的靈活性。IMT-2000業(yè)務(wù)能與固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)兼容。

(4)全球無縫覆蓋，移動終端可以連接到地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)，使用方便。

(5)移動終端體積小，重量輕，具有全球漫游功能。

2.IMT-2000的頻帶劃分

1992年世界無線電管理委員會(WARC)根據(jù)ITU-R對IMT-2000的業(yè)務(wù)量和所需頻譜的估計(jì)，劃分了230MHz帶寬給IMT-2000。1885～2025MHz及2110～2200MHz頻帶可用于全球范圍內(nèi)IMT-2000的業(yè)務(wù)。1980～2010MHz和2170～2200MHz為衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)頻段，共60MHz；其余170MHz為陸地移動業(yè)務(wù)頻段，其中對稱的頻段是2×60MHz，不對稱的頻段是50MHz。

3.IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)化組織機(jī)構(gòu)

1)3GPP

2)3GPP25.3.2WCDMA系統(tǒng)

1.WCDMA系統(tǒng)概述

WCDMA通信系統(tǒng)也稱為UMTS。整個(gè)系統(tǒng)由陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(UTRAN，UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)、核心網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(CN，CoreNetwork)和用戶終端設(shè)備(UE，UserEquipment)三部分構(gòu)成，如圖5-36所示。圖5-36UMTS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2.WCDMA陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)UTRAN

UTRAN由一組通過Iu連到核心網(wǎng)CN的無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(RNS，RadioNetworkSubsystem)組成。一個(gè)RNS由一個(gè)基站控制器(RNC)和一個(gè)或多個(gè)基站(NodeB)組成，如圖5-37所示。圖5-37UTRAN結(jié)構(gòu)示意圖

1)RNC

RNC完成的主要功能如下：

(1)提供標(biāo)準(zhǔn)的、開放的Iub接口與NodeB相連。

(2)對與之連接的所有NodeB進(jìn)行無線資源管理和控制。

(3)提供標(biāo)準(zhǔn)的、開放的Iur接口與其他RNC相連。

(4)提供標(biāo)準(zhǔn)的、開放的Iu接口與CN相連，包括Iu-CS和Iu-PS。

(5)支持FDD方式并可以擴(kuò)充至支持TDD的Uu接口。

(6)可以選擇大容量的ATM交換功能，提供多種中繼接口(如E1和STM-1)。

(7)支持多種業(yè)務(wù)，包括電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。

(8)支持最高用戶數(shù)據(jù)速率為2Mb/s的電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理和傳輸。

2)NodeB

NodeB由下列幾個(gè)邏輯功能模塊構(gòu)成：多載波功放、射頻收發(fā)信機(jī)(TRX)、基帶部分(BaseBand)、傳輸接口單元、主控制單元等，如圖5-38所示。圖5-38NodeB的邏輯組成

3.空中接口(Uu)總體描述

空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖5-39所示。圖5-39Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)

1)RRC層介紹

RRC層包含如下四個(gè)功能實(shí)體。

(1)廣播控制功能實(shí)體(BCFE)：處理系統(tǒng)信息廣播。RNC中的任一個(gè)小區(qū)至少存在一個(gè)對應(yīng)的BCFE實(shí)體。

(2)尋呼與公告控制功能實(shí)體(PNFE)：處理空閑模式UE的尋呼。在RNC中，每一個(gè)由此RNC控制的小區(qū)至少對應(yīng)有一個(gè)PNFE實(shí)體。

(3)專用控制功能實(shí)體(DCFE)：負(fù)責(zé)處理每個(gè)UE指定的所有功能和信令。在SRNC(服務(wù)RNC)中，每個(gè)與該RNC存在RRC連接的UE有對應(yīng)的DCFE實(shí)體。

(4)路由功能實(shí)體(RFE)：為去往不同的MM/CM實(shí)體(UE側(cè))或者不同的核心網(wǎng)(UTRAN側(cè))的高層(非接入層)消息選擇路由。

2)L2/RLC層介紹

RLC向上層提供的服務(wù)如下：

(1)RLC連接建立/釋放。

(2)透明數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)(對數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和重組，并把用戶數(shù)據(jù)傳送出去)。

(3)非確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)(對數(shù)據(jù)分段、重組、串接，并對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送)。

(4)確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)分段和重組、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、高層PDU按順序排列傳送、重復(fù)檢測、流量控制、協(xié)議錯(cuò)誤檢測和恢復(fù))。

(5)服務(wù)質(zhì)量(QoS)設(shè)定。

(6)不可恢復(fù)錯(cuò)誤通知。

(7)高層消息多點(diǎn)傳送。

3)L2/MAC層介紹

MAC層提供的功能如下：

(1)邏輯信道與傳輸信道的映射。

(2)基于瞬時(shí)源速率，為傳輸信道選擇適當(dāng)?shù)膫鬏敻袷健?/p>

(3)同屬一個(gè)UE的不同數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級處理。

(4)通過動態(tài)調(diào)度實(shí)現(xiàn)不同UE的優(yōu)先級處理。

(5)DSCH(下行共享信道)和FACH(前向接入信道，在一個(gè)小區(qū)中從基站向移動臺發(fā)送消息)上不同用戶的數(shù)據(jù)流之間的優(yōu)先級處理。

(6)在公用傳輸信道上標(biāo)識不同的UE。

(7)高層PDU和經(jīng)公共傳輸信道上接收/發(fā)送的傳輸塊之間的復(fù)用/解復(fù)用。

4)PHY層介紹

物理層主要執(zhí)行以下功能：

(1)宏分集的合并/分離和軟切換的執(zhí)行。

(2)傳輸信道上的錯(cuò)誤檢測并向高層指示。

(3)前向糾錯(cuò)碼編解碼和傳輸信道的交織/解交織。

(4)傳輸信道的復(fù)用和編碼組合傳輸信道的解復(fù)用。

(5)速率匹配。

(6)編碼組合傳輸信道到物理信道上的映射。

(7)物理信道的功率加權(quán)和合并。

(8)頻率和時(shí)間同步。

(9)閉環(huán)功率控制。

(10)RF處理。圖5-40上行DPDCH/DPCCH的幀結(jié)構(gòu)圖5-41下行DPCH的幀結(jié)構(gòu)5.3.3TD-SCDMA系統(tǒng)

1.概述

TD-SCDMA是我國在國際上第一次提出的通信系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)提出并成為世界廣泛支持和承認(rèn)的國際標(biāo)準(zhǔn)，是我國電信發(fā)展史上的里程碑。

TD-SCDMA采用TDD雙工方式，系統(tǒng)融合了當(dāng)今國際領(lǐng)先的智能無線、同步CDMA和軟件無線電等技術(shù)。在頻譜利用率、對業(yè)務(wù)支持的靈活性、頻率靈活性及成本等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

2.TD-SCDMA空中接口與協(xié)議

TD-SCDMA的系統(tǒng)組成以及接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)、接口、協(xié)議等基本與WCDMA相同(參見圖5-36和圖5-37)。TD-SCDMA與WCDMA的主要區(qū)別體現(xiàn)在空中接口的無線傳輸部分上(實(shí)際上，3G系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別都體現(xiàn)在空中接口的無線傳輸技術(shù)上)，特別是物理層方面。

與WCDMA一樣，TD-SCDMA空中接口的協(xié)議棧分為三層。圖5-42中描述了TD-SCDMA與物理層(L1)有關(guān)的無線接口協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。圖5-42TD-SCDMA無線接口協(xié)議體系結(jié)構(gòu)(圖中的圈表示服務(wù)接入點(diǎn))

1)物理層

與WCDMA相比，上行同步控制和上、下行波束成形是TD-SCDMA所獨(dú)有的。TD-SCDMA和WCDMA的基

本參數(shù)比較見表5-4。

(1)信道。

公共傳輸信道有六種類型：BCH、FACH、PCH、RACH、USCH、DSCH。

圖5-43給出了TD-SCDMA的物理信道的信號格式。圖5-43TD-SCDMA的物理信道的信號格式

(2)幀結(jié)構(gòu)。一個(gè)TDMA幀的長度為10ms，分成兩個(gè)5ms子幀，每10ms幀長內(nèi)的2個(gè)子幀的結(jié)構(gòu)是完全相同的。

如圖5-44所示，上行和下行業(yè)務(wù)時(shí)隙總數(shù)為7個(gè)，每個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙的長度是864個(gè)碼片的持續(xù)時(shí)間。在7個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙中，時(shí)隙0總是分配給下行鏈路，而時(shí)隙1總是分配給上行鏈路。上行鏈路的時(shí)隙和下行鏈路的時(shí)隙之間由一個(gè)切換點(diǎn)分開。在下行時(shí)隙和上行時(shí)隙之間，一個(gè)特殊間隔作為上行和下行的切換點(diǎn)。在每個(gè)5ms的子幀中，有兩個(gè)切換點(diǎn)(下行到上行和上行到下行)。圖5-44TD-SCDMA子幀結(jié)構(gòu)圖5-45對稱分配和不對稱分配上下行鏈路的例子圖5-46TD-SCDMA突發(fā)結(jié)構(gòu)

2)RLC層

RLC子層由三種RLC實(shí)體構(gòu)成：透明模式(TM)實(shí)體、非確認(rèn)模式(UM)實(shí)體和確認(rèn)模式(AM)實(shí)體。

圖5-47示出了RLC模型中的不同RLC實(shí)體。圖5-47RLC子層總體模型

3)MAC層

(1)MAC層結(jié)構(gòu)。圖5-48所示為UE側(cè)和UTRAN側(cè)MAC結(jié)構(gòu)示意圖。圖5-48MAC結(jié)構(gòu)

(2)MAC層的功能。

(3)MAC層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。

MACPDU由一個(gè)可選的MAC頭和一個(gè)MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(MACSDU)組成，如圖5-49所示。MAC頭和MAC

SDU都是長度可變的。圖5-49MACPDU的組成

4)RRC功能

RRC執(zhí)行以下功能：

廣播與非接入層(核心網(wǎng))相關(guān)的信息，廣播與接入層相關(guān)的信息，建立、維護(hù)和釋放UE和UTRAN之間的一個(gè)RRC連接，無線承載的建立、重配置和釋放，分配、重配置和釋放用于RRC連接的無線資源，RRC連接移動性功能，控制所請求的QoS，UE測量報(bào)告以及對報(bào)告的控制，外環(huán)功率控制，加密控制，慢速動態(tài)碼分配，尋呼，初始小區(qū)選擇及小區(qū)重選，上行鏈路DCH上無線資源的仲裁，RRC消

息完整性保護(hù)，定時(shí)提前，CBS控制。

3.TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù)

1)智能天線

智能天線的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)提高了基站接收機(jī)的靈敏度。

(2)提高了基站發(fā)射機(jī)的等效發(fā)射功率。

(3)降低了系統(tǒng)的干擾。

(4)增加了CDMA系統(tǒng)的容量。

(5)改進(jìn)了小區(qū)的覆蓋。

(6)降低了無線基站的成本。

2)聯(lián)合檢測

聯(lián)合檢測技術(shù)是多用戶檢測(Multi-userDetection)技術(shù)的一種。在CDMA系統(tǒng)中，多個(gè)用戶的信號在時(shí)域和頻域上是混疊的，接收時(shí)需要在數(shù)字域上用一定的信號分離方法把各個(gè)用戶的信號分離開來。信號分離的方法大致可以分為單用戶檢測和多用戶檢測技術(shù)兩種。一個(gè)CDMA系統(tǒng)的離散模型可以用下式來表示：

e=A·d+n

其中，d是發(fā)射的數(shù)據(jù)符號序列；e是接收的數(shù)據(jù)序列；n是噪聲；A是與擴(kuò)頻碼c和信道脈沖響應(yīng)h有關(guān)的矩陣。圖5-50聯(lián)合檢測原理示意圖當(dāng)信號在移動信道中傳輸時(shí)，會發(fā)生信號幅度的衰落和信號相位的畸變。移動信道中某個(gè)用戶k的等效基帶信道沖激響應(yīng)可以表示為

(5-3-1)

其中，L為信道的多徑數(shù)；ak，l為瑞利分布的幅度衰落，它對于每條路徑來說都是獨(dú)立分布的；γk，l(t)表示信道的相位畸變，服從［0，2π］間的均勻分布；Tc為擴(kuò)頻碼的碼片寬度。圖5-51Midamble的發(fā)送模型相干信道估計(jì)是指用序列相干解調(diào)的方法來估計(jì)信道響應(yīng)，如圖5-52所示。圖5-52相干解調(diào)示意圖假設(shè)接收到的訓(xùn)練序列為Mk(n)，本地訓(xùn)練序列為Mk0(n)，通過作積分相關(guān)可得信道估計(jì)值：

(5-3-2)設(shè)原始數(shù)據(jù)為d0(t)，解調(diào)前的用戶接收數(shù)據(jù)為d(t)，解調(diào)后的用戶數(shù)據(jù)為則有

(5-3-3)

由于在慢衰落信道中，

在快衰落信道中，

并不一定成立，故有

(5-3-4)智能天線和聯(lián)合檢測兩種技術(shù)相結(jié)合，不等于將兩者簡單地相加。TD-SCDMA系統(tǒng)中智能天線技術(shù)和聯(lián)合檢測技術(shù)相結(jié)合的方法，使得在計(jì)算量未大幅增加的情況下，上行能獲得分集接收的好處，下行能實(shí)現(xiàn)波束賦形。圖5-53說明了TD-SCDMA系統(tǒng)智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)相結(jié)合的方法。圖5-53智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)相結(jié)合的流程示意圖

3)接力切換

接力切換適用于同步碼分多址(SCDMA)移動通信系統(tǒng)，是TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。

SCDMA通信系統(tǒng)中的接力切換基本過程可描述如下(參見圖5-54)：

(1)MS和BS0通信。

(2)BS0通知鄰近基站信息，并提供用戶位置信息(基站類型、工作載頻、定時(shí)偏差、忙閑等)。

(3)切換準(zhǔn)備(MS搜索基站，建立同步)。

(4)BS或MS發(fā)起切換請求。

(5)系統(tǒng)決定執(zhí)行切換。

(6)MS同時(shí)接收來自兩個(gè)基站的相同信號。

(7)完成切換。圖5-54接力切換示意圖

4)動態(tài)信道分配(DCA)

DCA技術(shù)主要研究的是頻率、時(shí)隙、擴(kuò)頻碼的分配方法，對TD-SCDMA系統(tǒng)而言還可以利用空間位置和角度信息協(xié)助進(jìn)行資源的優(yōu)化配置。DCA是一種最小化系統(tǒng)自身干擾的方法，其減小系統(tǒng)內(nèi)干擾的手段更為多元化。因此DCA可使系統(tǒng)資源利用率最大化并提高鏈路質(zhì)量。DCA技術(shù)有頻域DCA、時(shí)域DCA、碼域DCA和空域DCA等四個(gè)方面的內(nèi)容。5.3.4CDMA2000系統(tǒng)

1.概述

CDMA2000是由CdmaOne演進(jìn)而來的一種3G標(biāo)準(zhǔn)，由美國QUALCOMM公司開發(fā)。CDMA2000是在IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)化之前使用的名字，標(biāo)準(zhǔn)化過程中稱為MC-CDMA(MC意指多載波)。CDMA2000是美國向ITU-T提出的第三代移動通信空中接口標(biāo)準(zhǔn)的建議，同時(shí)也是IS-95標(biāo)準(zhǔn)向第三代移動通信系統(tǒng)演進(jìn)的技術(shù)體制方案。CDMA2000的一個(gè)主要特點(diǎn)是可從IS-95B系統(tǒng)的基礎(chǔ)上平滑地升級到3G，因此建設(shè)成本比較低。CDMA2000采用CDMA多址方式和FDD雙工方式，可支持語音和分組數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一個(gè)完整的CDMA2000移動通信網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)相對獨(dú)立的部分構(gòu)成，如圖5-55所示。圖5-55CDMA2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.技術(shù)特點(diǎn)

CDMA2000的無線接口參數(shù)如表5-5所示。

4.CDMA2000-1X

從IS-95A/B演進(jìn)到CDMA2000-1X，主要增加了高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，原有的電路交換部分基本保持不變。這樣在原有的IS-95A/B的基站中，需要增加分組控制模塊PCF來完成與分組數(shù)據(jù)有關(guān)的無線資源控制功能，在核心網(wǎng)部分增加分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)PDSN和鑒權(quán)認(rèn)證系統(tǒng)AAA。其中，PDSN完成用戶接入分組網(wǎng)絡(luò)的管理和控制功能，AAA完成與分組數(shù)據(jù)有關(guān)的用戶管理工作。

5.CDMA2000-3X

CDMA2000-3X(3GPP2規(guī)范為IS-2000-A)也稱為寬帶CdmaOne，是基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的一個(gè)重要部分。與其他標(biāo)準(zhǔn)類似，CDMA2000-3X將在CDMA2000-1X標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提供附加的功能和相應(yīng)的業(yè)務(wù)支持，它的目標(biāo)是提供比CDMA2000-1X更大的系統(tǒng)容量，提供達(dá)2Mb/s的數(shù)據(jù)速率，實(shí)現(xiàn)與CDMA2000-1X和CdmaOne系統(tǒng)的后向兼容性等。

6.CDMA2000-1X-EV

為進(jìn)一步加強(qiáng)CDMA2000-1X的競爭力，3GPP2從2000年開始在CDMA2000-1X基礎(chǔ)上制定了1X的增強(qiáng)技術(shù)，即1X-EV標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)除基站信號處理部分及用戶手持終端與原標(biāo)準(zhǔn)不同外，能和CDMA2000-1X共享其他原有的系統(tǒng)資源。它采用高速率數(shù)據(jù)(HDR)技術(shù)，能在1.25MHz(同CDMA2000-1X帶寬)內(nèi)，前向鏈路達(dá)到2.4Mb/s(甚至高于CDMA2000-3X)，反向鏈路上也可提供153.6kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，很好地支持高速分組業(yè)務(wù)，適用于移動IP。

CDMA2000-1X-EV分為以下兩個(gè)階段：

第一階段：1X-EV-DO，采用專用載波提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

第二階段：1X-EV-DV，在同一載波中同時(shí)提供數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)。

CDMA2000到CDMA2000-1X-EV的演進(jìn)分為以下兩個(gè)步驟。

1)從CDMA2000-1X演進(jìn)到CDMA2000-1X-EV-DO

2)從CDMA2000-1X演進(jìn)到CDMA2000-1X-EV-DV

5.4第三代移動通信長期

演進(jìn)技術(shù)——LTE

5.4.1LTE概述

LTE(LongTermEvolution，長期演進(jìn))是3G的演進(jìn)，是3G與4G技術(shù)之間的一個(gè)過渡，嚴(yán)格意義上說是3.9G(準(zhǔn)4G)的全球標(biāo)準(zhǔn)。LTE采用了不同于3G的空中接口技術(shù)。LTE的高級版本LTE-Advanced在性能上達(dá)到了4G的要求，是真正意義上的4G技術(shù)。5.4.2LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，LTE取消了UMTS標(biāo)準(zhǔn)長期使用的無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)節(jié)點(diǎn)，直接采用全新的扁平結(jié)構(gòu)。

LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5-56所示。圖5-56LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.無線接口協(xié)議

無線接口是終端和eNodeB之間的接口，協(xié)議棧包括用戶平面和控制平面，如圖5-57和圖5-58所示。圖5-57用戶平面協(xié)議棧圖5-58控制平面協(xié)議棧

1)物理(PHY)層功能

2)媒體接入控制(MAC)層功能

3)無線鏈路控制(RLC)層功能

4)分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)層功能

5)無線資源控制(RRC)層功能與服務(wù)5.4.3LTE物理層

1．LTE支持的雙工方式和多址方式

LTE支持兩種雙工方式：FDD和TDD，所支持的頻段從700MHz到2.6GHz。LTE空中接口采用以O(shè)FDM技術(shù)為基礎(chǔ)的多址方式，下行多址采用OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess)，上行多址采用SC-FDMA。LTE子載波寬度為15kHz，通過不同的子載波數(shù)目(72~1200)實(shí)現(xiàn)可變的系統(tǒng)帶寬(1.4~20MHz)。同時(shí)根據(jù)應(yīng)用場景的不同(無線信道不同的時(shí)延擴(kuò)展)，LTE支持兩種不同CP(CyclicPrefix，循環(huán)前綴)長度配置，分別為NormalCP和ExtendedCP，如表5-6所示。

2．無線幀結(jié)構(gòu)

LTE無線幀長度為10ms，支持兩種幀結(jié)構(gòu)類型，分別適用于FDD和TDD。

在類型1FDD幀結(jié)構(gòu)中，10ms的無線幀分為10個(gè)長度為1ms的子幀(Subframe)，每個(gè)子幀由兩個(gè)長度為0.5ms的時(shí)隙(TimeSlot)組成，如圖5-59所示。圖5-59類型1FDD幀結(jié)構(gòu)圖在類型2TDD幀結(jié)構(gòu)中，10ms的無線幀分為兩個(gè)長度為5ms的半幀(HalfFrame)，每個(gè)半幀由5個(gè)長度為1ms的子幀組成，其中包括4個(gè)普通子幀和1個(gè)特殊子幀。普通子幀由兩個(gè)0.5ms的時(shí)隙組成，而特殊子幀由3個(gè)特殊時(shí)隙(UpPTS、GP和DwPTS)組成，如圖5-60所示。圖5-60類型2TDD幀結(jié)構(gòu)圖

3．時(shí)隙結(jié)構(gòu)與基本物理資源

LTE中定義了物理資源塊(PRB，PhysicalResourceBlock)作為空中接口物理資源分配的單位。上下行傳輸使用的最小資源單位叫做資源粒子(RE，ResourceElement)。一個(gè)PRB由若干個(gè)RE組成，以下行為例(上行是SC-FDMA，與下行的OFDMA略有差別，但資源分配的本質(zhì)相同)，1個(gè)PRB在頻域上包含12個(gè)連續(xù)的子載波，在時(shí)域上包含7個(gè)連續(xù)的OFDM符號(ExtendedCP情況下為6個(gè))，即頻域?qū)挾葹?80kHz，時(shí)間長度為0.5ms(1個(gè)時(shí)隙)的物理資源。物理資源塊的結(jié)構(gòu)如圖5-61所示。圖5-61物理資源塊結(jié)構(gòu)5.5衛(wèi)星通信

1.衛(wèi)星通信的基本概念

衛(wèi)星通信是指利用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)地面站之間、地面站與航天器之間的無線通信。這里的

地面站是指在地球表面(包括地面、海洋和大氣中)的無線電通信站。

衛(wèi)星通信原理示意圖如圖5-62所示。圖5-62衛(wèi)星通信原理示意圖

2.衛(wèi)星通信的分類

目前世界上建成了數(shù)以百計(jì)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，歸結(jié)起來可進(jìn)行如下分類。

(1)按衛(wèi)星制式分類：同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)、隨機(jī)軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。

(2)按通信覆蓋區(qū)域的范圍分類：國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)、國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)和區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

(3)按用戶性質(zhì)分類：公用(商用)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)和軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

(4)按業(yè)務(wù)范圍分類：固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、廣播電視衛(wèi)星通信系統(tǒng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

(5)按基帶信號體制分類：模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng)和數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

(6)按多址方式分類：頻分多址(FDMA)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、時(shí)分多址(TDMA)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、空分多址(SDMA)衛(wèi)星通信系統(tǒng)和碼分多址(CDMA)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

3.衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

與地面微波中繼通信和其他通信方式相比，衛(wèi)星通信具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通信距離遠(yuǎn)，且建站成本幾乎與通信距離無關(guān)。

(2)通信容量大，業(yè)務(wù)種類多，通信線路穩(wěn)定可靠。

(3)覆蓋面積大，便于實(shí)現(xiàn)多址連接。

(4)可以自發(fā)自收進(jìn)行監(jiān)測。圖5-63基本覆蓋全球的三顆同步衛(wèi)星正是由于衛(wèi)星通信有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此自其問世以來，衛(wèi)星通信的發(fā)展日新月異，已成為現(xiàn)代通信強(qiáng)有力的手段之一。當(dāng)然，衛(wèi)星通信也有某些不足，例如：

(1)衛(wèi)星的發(fā)射和控制技術(shù)比較復(fù)雜。

(2)有較大的傳播時(shí)延和回波干擾。

(3)對于軍用衛(wèi)星通信，衛(wèi)星公開曝露在空間軌道上，容易被敵方竊收、干擾甚至摧毀。

4.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及工作原理

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間段和地面段兩大部分組成，如圖

5-64所示。圖5-64衛(wèi)星通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

1)空間段

空間段主要由通信衛(wèi)星組成，可以使用一顆或多顆衛(wèi)星。衛(wèi)星是通信裝置的載體。除了通信衛(wèi)星外，空間段

還包括所有用于衛(wèi)星控制和監(jiān)測的地面設(shè)施，即監(jiān)控系統(tǒng)、跟蹤遙測系統(tǒng)以及能源裝置等。

2)地面段

地面段包括所有的地面站，這些地面站通常通過1個(gè)地面網(wǎng)絡(luò)連接到終端用戶設(shè)備，或者直接連接到終端用戶設(shè)備。地面站的主要功能是將發(fā)射的信號傳送到衛(wèi)星，再從衛(wèi)星接收信號。根據(jù)地面站的服務(wù)類型，地面站可分為用戶站、關(guān)口站和服務(wù)站三類。

5.6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

5.6.1傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

隨著微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-MechanismSystem)、片上系統(tǒng)(SOC，SystemonChip)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，WirelessSensorNetworks)隨之產(chǎn)生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，它嵌入并感知客觀世界，同時(shí)受使用者的控制而影響著客觀世界，擴(kuò)展了人類同自然界的交互方式。

1.傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念

一個(gè)典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)(Sensor)、匯聚節(jié)點(diǎn)(Sinknode)和任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)等幾個(gè)部分，如圖5-65所示。圖5-65傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖

2.傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分，以及移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。傳感器節(jié)點(diǎn)一般由傳感模塊、處理模塊、通信模塊和電源模塊組成，如圖5-66所示。圖5-66傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧由五個(gè)部分組成，分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層，如圖5-67

所示。圖5-67無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

4.傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1)平面結(jié)構(gòu)

平面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)比較簡單，所有節(jié)點(diǎn)的地位平等，所以又可以稱為對等式結(jié)構(gòu)，如圖5-68所示。源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間一般存在多條路徑，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷由這些路徑共同承擔(dān)，一般情況下不存在瓶頸，網(wǎng)絡(luò)比較健壯。圖5-68傳感器網(wǎng)絡(luò)平面結(jié)構(gòu)

2)分簇結(jié)構(gòu)

在分簇結(jié)構(gòu)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)簇。每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成，如圖5-69所示。圖5-69傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇結(jié)構(gòu)

5.傳感器網(wǎng)絡(luò)特征

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了具有AdHoc網(wǎng)絡(luò)的移動性、斷接性、電源能力局限性等共同特征以外，還具有很多其他鮮明的特點(diǎn)，其主要特點(diǎn)可以總結(jié)如下：硬件資源有限、節(jié)點(diǎn)電源容量有限、是一種無中心的對等式網(wǎng)絡(luò)、是一種以數(shù)據(jù)為中心的任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)、是一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)通信使用多跳路由、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂袆討B(tài)性、節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多。5.6.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)

1.定位技術(shù)

2.時(shí)間同步機(jī)制

3.數(shù)據(jù)融合

(1)直接計(jì)算法。

(2)經(jīng)典數(shù)據(jù)融合算法。

(3)現(xiàn)代數(shù)據(jù)融合算法。

5.7其他無線通信系統(tǒng)

5.7.1藍(lán)牙技術(shù)

Internet和移動通信的迅速發(fā)展，使人們對電腦以外的各種數(shù)據(jù)源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求日益增長。藍(lán)牙作為一個(gè)全球開放性無線應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，通過把網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)和語音設(shè)備用無線鏈路連接起來，使人們能夠隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)個(gè)人區(qū)域內(nèi)語音和數(shù)據(jù)信息的交換