无线网络知识要点

第一章无线通信（或无线电通信）是指利用无线电波传播信息的通信方式。

无线电波是指在自由空间传播的电磁波。

与有线通信相比，无线通信不需要架设传输线路，不受通信距离限制，机动性能好，建立迅速。

1837年美国人莫尔斯(Morse)发明了有线电报1876年美国人贝尔(Bell)发明了有线1865年英国人麦克斯维尔(Maxwell)预测了电磁波的存在1886至1888年德国人赫兹(Hertz)验证了电磁波的存在1899和1901年英国人马可尼(Marconi)实现了无线通信1946年美国电报公司(AT&T)建设了移动服务系统。

1962年出现了寻呼机1979年在日本出现了蜂窝无线服务系统1982年提出并成立了GSM1988年美国高通公司提出CDMA无线电波以“横向电磁波”的形式在空间中传播。

传播速度为3 * 108m/s。

自由空间是不存在能量损耗的空间。

无线电波在自由空间传播时不存在能量损耗，但是会因为波的扩展而产生衰减。

衰减与发射天线增益、接收天线增益、发射机与接收机之间的距离有关。

卫星作为中继器的无线通信。

地球静止卫星：距离地球表面高度为35784Km的卫星的轨道周期等于地球自转一周所需的时间，如果卫星运动的方向与地球自转的方向一致，则卫星就会保持在地球表面上空的某一点几乎静止不变。

低轨道卫星：轨道高度在1500Km以下中轨道卫星：轨道高度在10000-15000Km高轨道卫星：轨道高度在20000Km以上网络分类：1. 按网络的地理位置分类1）局域网：简称LAN 2）城域网：简称MAN 3）广域网：简称WAN2. 按网络的拓扑结构分类1）星型网络2）环形网络3）总线型网络（树型）3. 按传输介质（基础设施）分类1）有线网2）光纤网3）无线网4. 按通信方式分类1）点对点传输网络2）广播式传输网络5. 按网络使用的目的分类1）共享资源网2）数据处理网3）数据传输网：用来收集、交换、传输数据的网络，如情报检索网络6.按服务方式分类1）客户机/服务器网络2）对等网第二章从信源得到的电信号频率很低，称为基带信号。

基带信号的最高频率和最低频率之比远大于1。

基带信号需要经过调制才能在无线信道上传输。

调制是指将基带信号转换为适合于在信道中传输的信号。

其实质是频谱搬移。

已调波的基本特征：（1）仍然携带信息（2）适合于信道传输实现频谱搬移的方法是用基带信号去控制正弦波的某个参量。

基带信号分为：数字基带信号、模拟基带信号调制分为：数字调制（振幅、频率、相位）、模拟调制（振幅、频率、相位）调制的作用：1）为了有效辐射：可减小天线尺寸2）实现信道复用：在同一信道中同时传输多路信号3）提高系统的抗干扰能力：带宽越大抗干扰能力越大4）克服设备的限制：将信号调制到设备的中心频率和制造带宽上，便于设备制造多址技术是充分利用信道传输更多的信息的技术。

多址技术需要对信号进行分割。

常用的多址技术有频分多址、时分多址、码分多址和空分多址。

频分多址方式利用频带区分用户，即将传输频带划分为若干个较窄且互补重叠的子频带，并给每个用户分配一个固定的子频带。

通常各个频带之间需要留有一定的保护间隔以减少各个频带之间的串扰。

时分多址方式按时隙区分用户的多址方式。

时隙是把时间划分的独立的时间片。

TDMA方式主要的问题是整个系统要有精确的同步，要由基准站同一系统各站的时钟，才能保证各站准确按时隙提取本站需要的信号。

码分多址方式按地址码区分用户的多址方式。

对用户进行编码，接收机虽然能够收到各种编码，但是不能正确进行解析。

需要选择相互正交（即互不干扰，干扰为零）的码序列。

在CDMA系统中，带宽被展宽了。

空分多址方式利用不同的用户空间区分用户。

目前，主要是指利用用户的位置来区分用户。

另外，还有利用智能天线来区分不同的用户，即新一代空分多址方式。

扩展频谱技术是一种信号带宽远大于传送信息带宽的传输方法。

简称扩频技术。

香农公式：C = B log2(1+S/N)其中，C是信道的理想容量，B是带宽，S/N是信道的信号噪声功率比。

扩频技术的优点：扩展频谱技术主要有以下两种：直接序列（DS）扩频：直接用伪随机序列，对已调制或未调制信息的载频进行调制，从而达到扩展信号频谱的目的。

跳频（FH）：采用伪随机序列控制系统发射的载波频率，使其按照一定的规律在给定的频段周期地跳变。

（1）低截获概率：侦察接收机难以对扩频信号进行监视、截获。

（2）抗干扰能力强：（3）较高的时间分辨率：（4）较高的信息性：敌方难以识别扩频信号的有关参数。

（5）具有码分多址能力：伪随机码使得系统可以在同一时刻、同一地域工作在同一频段，而相互造成的影响较小。

编码技术是指将原始信号经过数学转换后编成一系列码字的技术。

编码技术分为两类：信源编码、信道编码信源编码是为了提高数字信号有效性而采取的一种编码技术，其宗旨是尽可能压缩冗余度。

信道编码是通过增加码字，利用冗余度来提高干扰能力。

信源编码信源编码主要体现在从模拟信号取样得到数字信号的过程。

信源编码（例如语音）主要有波形编码和参量编码两种。

参量编码是利用信号处理技术提取语音信号的特征参量，将他们变换为数字代码。

在接收端的恢复信号质量不够好。

波形编码是直接把时域波形变换为数字代码序列。

在接收端的恢复信号质量好。

信道编码（1）奇偶监督码（奇偶校验码）把信息码元先分组，然后在每组的最后加1位监督码元，使该码字中“1”的数目为奇数或偶数，奇数时称为奇监督码，偶数时称为偶监督码。

（2）行列奇偶监督码又称二维奇偶监督码或矩阵码。

将信息排成一个矩阵，然后对每一行、每一列分别进行奇或偶监督编码。

编码完成后可以逐行传输，也可以逐列传输。

译码时分别检查各行、各列的奇偶监督关系，判断是否有错。

（3）恒比码又称等重码或等比码。

使码中“1”和“0”的位数（个数）保持恒定的比例。

常见的有五位的3:2数字保护码、七位的3：4数字保护码。

（4）差错控制方式对差错进行控制。

常用的差错控制方式有：前向纠错（FEC）、检错重发（ARQ）和混合纠错（HEC）前向纠错（FEC），又称自动纠错，发端发送纠错码，收端译码器自动发现并纠正错误。

不需要反向信道，实时性好；但编码译码电路较复杂。

在单工信道中采用它。

检错重发（ARQ），又称自动请求重发。

发端发送检错码，收端译码器检测判决收到的码字中有无错误，再把判决结果通过反馈信道送回发端，发端根据判决信号将收端认为有错的信息重发，直到正确接收为止。

需要反向信道，编、译码设备简单。

误码率低但不实时。

混合纠错（HEC），是FEC和ARQ的混合。

发端发送纠、检错码，收端对错误能纠正就纠正，纠正不了时就等待发送端重发。

他同时具有FEC的高传输效率和ARQ的低误码率和编译码设备简单的优点，但是需要反向信道，实时性较差。

第三章无线通信系统是指利用电磁波在空间传播完成信息传输的系统。

最基本的无线通信系统由发射器、接收器和无线信道组成。

标准的无线通信系统由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿组成。

无线用户之间的直接通信称为点对点通信；多个无线用户之间通过中继方式进行通信称为无线网络通信。

单工与双工通信单工通信：消息只能单方向传输双工通信：通信双方可以同时发送和接收数据半双工通信：消息可以在两个方向上传输，但同一时刻只允许一个方向上的信息传输。

无线网络多个无线用户之间通过中继方式进行的通信。

无线网路种类：（1）基于网络基础设设的网络，如星状网络（2）无网络基础设施的网络，即自组织网（Ad hoc）Ad hoc网络没有固定的路由器，网络中的节点可随意移动以任意方式相互通信，每个节点都能实现路由器的功能而在网络中搜寻。

第四章移动通信指通信的一方或双方在移动中进行信息传输和交换的通信方式。

移动通信包括移动用户和移动用户之间的通信、移动用户和固定用户之间的通信。

移动通信产业是最具活力、发展最为迅速的领域，是全球经济的重要增长点之一。

移动通信的特点（1）电波传播环境复杂、传播条件恶劣山区、海洋、城市部等传播。

受地形、地物遮挡。

移动环境下无线电波受地形、地物的影响，产生散射、发射和多径传播，形成了瑞利衰落，其衰落深度可达30dB（2）干扰问题比较严重：天电干扰、工业噪声（3）频谱资源有限、业务量大（4）交换控制、网络管理复杂（5）移动通信设备的可靠性和工作条件高：手机小型、轻便、低耗、价廉、操作、维修方便移动通信的发展（1）移动通信发展简史1895年意大利人G.马可尼和俄国人A.C.波波夫分别成功地进行了无线通信实验。

这是移动通信发展的起源。

具体分为以下六个阶段。

1）第一阶段：萌芽阶段。

20世纪20年代至40年代。

特点是进行传播特性实验。

2）第二阶段：初期发展阶段。

20世纪40年代中期至60年代初期。

特点是专用移动通信系统向通用移动通信系统过渡。

3）第三阶段：改进和完善阶段。

20世纪60年代中期到70年代中期。

特点是中等容量、大区制组网。

4）第四阶段：蜂窝移动通信诞生。

20世纪70年代中期至80年代中期。

特点是模拟蜂窝系统诞生。

5）第五阶段：数字蜂窝系统诞生。

20世纪80年代中期至90年代中期。

特点是GSM 数字蜂窝移动通信系统称为世界上拥有移动用户最大的移动通信系统。

6）第六阶段：第三代移动通信系统诞生。

21世纪初。

特点是支持高速多媒体业务、全球围的移动终端无缝漫游。

欧洲提出的CDMA、美国提出的cdma2000、中国提出的TD-SCDMA被ITU正式确定为第三代移动通信标准。

（2）移动通信发展趋势1）小型化：体积要小2）宽带化：移动宽带化、宽带移动化3）网络融合化、泛在化和业务综合化：广播电视网、IP网、网、移动通信网融合；任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅通信（泛在化）；业务综合不仅仅是语音通信4）智能化和软件化：人工智能；多功能移动通信新技术（1）正交频分复用技术（OFDM）正交频分复用技术是多载波调制的一种，始于20世纪60年代的军事通信。

OFDM频谱和原理如图：OFDM的优点如下：1）频谱利用率高：相邻子载波重叠2）抗衰落能力强：3）适合高速数据传输：基于信道情况的自适应调制4）抗码间串扰能力强：频带有限就会产生码间串扰OFDM缺点：对频偏饿相位噪声敏感、射频放大器的功率利用率低、系统复杂。

OFDM是未来移动通信系统的核心。

（2）无线链路增强技术1）分集技术：如空间分集、时间分集、频率分集、极化分集2）多天线技术/MIMO技术：MIMO是一种能够有效提高衰落信道容量的新技术。

（3）链路自适应技术无线信道具有时变性和衰落性，因此无线信道也是一个时变的随机变量。

由此，采用链路自适应技术。

（4）智能天线与空分多址技术1）智能天线：是一个由多组独立天线组成的天线阵列、自适应信号处理器构成的天线系统。

天线系统能够加权输出，根据需要动态地调整波束方向，以使每个用户都获得最大主瓣。