宽带无线通信技术基础.ppt

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1、第第2 2章章 宽带无线通信技术基础宽带无线通信技术基础主要内容主要内容:2.1 数字通信系统主要性能指标数字通信系统主要性能指标2.2 传输信道概述传输信道概述2.3 通信协议和协议分层结构通信协议和协议分层结构2.4 宽带无线通信物理层关键技术宽带无线通信物理层关键技术 2.4.1 扩频技术扩频技术 2.4.2 OFDM技术技术 12 2.1 1 数字通信系统主要性能指标数字通信系统主要性能指标 一般一个数字通信系统有如下技术一般一个数字通信系统有如下技术指标：指标：有效性有效性可靠性可靠性适应性适应性标准性标准性维护性维护性工艺性工艺性经济性经济性2有效性和可靠性是数字通信系统最有效性和

2、可靠性是数字通信系统最主要的两方面性能指标。主要的两方面性能指标。有效性：传输速率（有效性：传输速率（RB、Rb、码组、码组速率、帧速率等）、频带利用率速率、帧速率等）、频带利用率B。可靠性：差错率（可靠性：差错率（Pe、Pb、Pg）、）、可靠度。可靠度。32.1.1 传输速率传输速率 1码元传输速率（码元传输速率（RB）通常也叫码元速率、数码率、传码通常也叫码元速率、数码率、传码率、码率、波形速率或调制速率。指单率、码率、波形速率或调制速率。指单位时间内传送码元的数目。位时间内传送码元的数目。RB=1/TbTb单位为秒（单位为秒（s）,RB单位为单位为波特波特（B或或Baud）。）。42数据

3、信息速率（数据信息速率（Rb）通常也叫信息速率、传信率、比特通常也叫信息速率、传信率、比特率等。指单位时间内传送数据的信息量率等。指单位时间内传送数据的信息量 ,单位为比特单位为比特/秒（秒（bit/s、b/s或或bps）。）。对于对于M进制，每个符号等概出现的进制，每个符号等概出现的消息，则每个符号的信息量消息，则每个符号的信息量I为：为：I=log2M(bit)53RB与与Rb的关系的关系 Rb=RBlog2MM为多进制，为多进制，M=2时二者相等。时二者相等。62.1.2 频带利用率频带利用率 频带利用率（传输效率）用来描述频带利用率（传输效率）用来描述系统传输速率与系统传输带宽之间的关

4、系统传输速率与系统传输带宽之间的关系。表示单位频带内所能传输的信息速系。表示单位频带内所能传输的信息速率。率。单位是波特赫（单位是波特赫（BHz）或比特）或比特秒秒-1赫（赫（bits-1Hz）。）。72.1.3 差错率差错率 表示在单位时间内系统传送数据时表示在单位时间内系统传送数据时出现错误的概率。出现错误的概率。1误码率（码元差错率）误码率（码元差错率）82误信率（误比特率）误信率（误比特率）3误组率误组率9例：某数字通信系统采用例：某数字通信系统采用4电平调制，码元电平调制，码元传输速率为传输速率为1200波特，波特，在半小时内共收在半小时内共收到到54bit错误信息，错误信息，请计算

5、系统的误信率。请计算系统的误信率。解：解：=54/(1200log243060)=1.25e-5102.1.4 可靠度可靠度 是一个比较综合的可靠性指标，它是一个比较综合的可靠性指标，它反映了系统的总体性能。反映了系统的总体性能。影响因素如影响因素如MTBF、信道质量、操作维护水平等。、信道质量、操作维护水平等。112 2.2 2 传输传输信道概述信道概述图图图图2-12-1通信系通信系通信系通信系统统统统的模型的模型的模型的模型2.2.1 信道信道的概念的概念12 信道是组成通信系统的三大部分之信道是组成通信系统的三大部分之一，信道的特性直接影响着通信的质量。一，信道的特性直接影响着通信的质

6、量。信道是指以传输媒介为基础的信号信道是指以传输媒介为基础的信号通路，通路，它是传输数据的物理基础。信道它是传输数据的物理基础。信道的作用就是为了传输信号。（通信的目的作用就是为了传输信号。（通信的目的是为了传输数据）的是为了传输数据）132.2.2 信道信道的分类的分类1按范围分类按范围分类（1）狭义信道狭义信道 通常指具体的传输媒介，能够传输通常指具体的传输媒介，能够传输信号的任何抽象的或具体的通路，如：信号的任何抽象的或具体的通路，如：电话线、同轴电缆、光纤、微波、短波电话线、同轴电缆、光纤、微波、短波等。等。14（2）广义信道广义信道 包含传输媒介和完成各种形式的信包含传输媒介和完成各

7、种形式的信号变换功能的设备。如：调制信道、编号变换功能的设备。如：调制信道、编码信道、数据链路、数据电路等。码信道、数据链路、数据电路等。152按传输的信号类型分类按传输的信号类型分类（1）模拟信道模拟信道 传输的是在幅度和时间上都连续变传输的是在幅度和时间上都连续变化的模拟信号。化的模拟信号。（2）数字信道数字信道 是指在信道上只能传输数字信号的是指在信道上只能传输数字信号的信道。利用模拟通道也可以构成数字信信道。利用模拟通道也可以构成数字信道。道。163按信道的使用方式分类按信道的使用方式分类（1）专用信道专用信道 指指两点或多点之间的线路（信号通两点或多点之间的线路（信号通路）是固定不变

8、的，通常是用户自己架路）是固定不变的，通常是用户自己架设或专门租用的专用线路或固定路由的设或专门租用的专用线路或固定路由的专用通路，如租用的光纤链路等。专用通路，如租用的光纤链路等。（2）公用信道公用信道 是指是指通过公用交换网络，为广大用通过公用交换网络，为广大用户（任何用户）提供服务的信道，如公户（任何用户）提供服务的信道，如公用电话网、数字数据网等。用电话网、数字数据网等。174按传输媒质分类按传输媒质分类（1）有线信道有线信道 是指能够看得见、摸得着的信号线是指能够看得见、摸得着的信号线路路。有线信道常见介质：双绞线、同轴。有线信道常见介质：双绞线、同轴电缆、光纤。电缆、光纤。（2）无

9、线信道无线信道 是指以自由空间为传输媒介的信道，是指以自由空间为传输媒介的信道，也就是看不见、摸不着的那类信道。也就是看不见、摸不着的那类信道。无无线信道常见介质：中波信道、短波信道、线信道常见介质：中波信道、短波信道、微波信道、卫星信道。微波信道、卫星信道。185根据传输序列出错的关系分类根据传输序列出错的关系分类（1）记忆信道记忆信道 指每个码元发生错误是与其前后指每个码元发生错误是与其前后码元之间有一定的关系码元之间有一定的关系。（2）无记忆信道无记忆信道 是指当前码元的差错与其他码元是指当前码元的差错与其他码元无关系。无关系。理想的数字信道是无记忆信理想的数字信道是无记忆信道。道。19

10、2.2.3 信道信道容量容量 信道容量（信道容量（ChannelCapacity）是）是指通信系统的最大传输速率，也就是指指通信系统的最大传输速率，也就是指信道的极限传输能力。信道的极限传输能力。信道容量信道容量可通过可通过Shannon公式（模公式（模拟信道）和拟信道）和Nyquist准则（数字信道）来准则（数字信道）来获得。获得。201模拟信道的信道容量模拟信道的信道容量 模拟信道的信道容量可通过香农模拟信道的信道容量可通过香农（Shannon）公式来获得。）公式来获得。在加性高斯白噪声信道中，传输功在加性高斯白噪声信道中，传输功率受限的信号，信道极限传输速率（信率受限的信号，信道极限传输

11、速率（信道容量）道容量）C为：为：C=B log2(1+S/N)（bit/s）式中，式中，B为信道带宽为信道带宽,单位为单位为Hz；S/N是平均信号噪声功率比（信噪比），是平均信号噪声功率比（信噪比），通常使用通常使用dB作为单位：作为单位：10lg(S/N)。21得出的几个结论：得出的几个结论：给定给定B、S/N，高斯白躁声信道能够保，高斯白躁声信道能够保证无差错传输的极限传输速率为证无差错传输的极限传输速率为C；RC，则不可能实现无差错传输；，则不可能实现无差错传输；通过通过B、S/N互换，可以保持互换，可以保持C不变；不变；N=n0B，S、n0一定时，一定时，BC。22香农公式是利用信息

12、论得出的，具有香农公式是利用信息论得出的，具有普遍意义；与信号电平级数、采样速度普遍意义；与信号电平级数、采样速度无关；此式仅是上限，难以达到。无关；此式仅是上限，难以达到。信道容量的意义：信道容量的意义：当传输速率不大于信道容量时，总当传输速率不大于信道容量时，总可以找到一种方法，实现无差错的传输。可以找到一种方法，实现无差错的传输。但如果想要达到的传输速率大于信道容但如果想要达到的传输速率大于信道容量，则无论用什么方法，都不可能实现量，则无论用什么方法，都不可能实现无差错传输。无差错传输。231948年年6月到月到10月，香农在月，香农在贝尔贝尔系统技术杂志系统技术杂志上连载发表了上连载发

13、表了通通信的数学原理信的数学原理。1949年，香农年，香农又在该杂志上发表了又在该杂志上发表了噪声下的通噪声下的通信信。这两篇论文为信息论奠定了。这两篇论文为信息论奠定了基础。基础。人们通常将香农于人们通常将香农于1948年年10月发月发表的论文表的论文通信的数学原理通信的数学原理作为作为现代信息论研究的开端。现代信息论研究的开端。由于在信息科学领域的卓越贡献，由于在信息科学领域的卓越贡献，香农被称为香农被称为“信息论之父信息论之父”。克劳德克劳德.艾尔伍德艾尔伍德.香农香农(ClaudeElwoodShannon19162001）24例：已知数据传输信道，信噪比为例：已知数据传输信道，信噪比

14、为30dB，带宽为带宽为3kHz，求信道的最大数据传输速，求信道的最大数据传输速率。率。解：解：10lg(S/N)=30 S/N=1030/10=1000C=B log2(1+S/N)=3klog2(1+1000)30kbps。252数字信道的信道容量数字信道的信道容量 1924年，奈奎斯特（年，奈奎斯特（H.Nyquist）推）推导出无噪声、对称无记忆、有限带宽数字导出无噪声、对称无记忆、有限带宽数字信道（理想信道）的最高传输率（信道容信道（理想信道）的最高传输率（信道容量）公式（奈奎斯特准则）：量）公式（奈奎斯特准则）：C=2Blog2L（bit/s）式中，式中，B为信道带宽为信道带宽,单

15、位为单位为Hz；L为传为传输采用的进制数输采用的进制数。奈奎斯特准则是理想的最大值，实际奈奎斯特准则是理想的最大值，实际系统无法超越。系统无法超越。26例：普通电话线路带宽约例：普通电话线路带宽约3kHz，请计算其，请计算其传输二进制码元速率极限值；若码元采传输二进制码元速率极限值；若码元采用用16QAM调制，计算其最大信息传输速调制，计算其最大信息传输速率。率。解：解：C1=2B log2L=23klog22=6k(bps)。C2=2B log2 L=23klog216=24k(bps)。27对于带宽为对于带宽为3KHz的信道，若有的信道，若有8种不种不同的物理状态来表示数据（例如同的物理状

16、态来表示数据（例如8QPSK调制方式），信噪比为调制方式），信噪比为20dB，问：结合，问：结合Nyquist定理和定理和Shannon定理计算最大限定理计算最大限制的数据速率是多少？制的数据速率是多少？作业作业 282 2.3 3 通信协议通信协议和协议分层结构和协议分层结构1协议的概念协议的概念2.3.1 通信通信协议的一般概念协议的一般概念 协议是网络内使用的协议是网络内使用的“语言语言”，用，用来协调网络的运行，以达到互通、互控来协调网络的运行，以达到互通、互控和互换的目的，是通信网络中不可缺少和互换的目的，是通信网络中不可缺少的重要组成部分。的重要组成部分。我们把通信双方必须遵守的规

17、则和我们把通信双方必须遵守的规则和约定的集合称为通信协议或通信规程。约定的集合称为通信协议或通信规程。292通信协议的三大要素通信协议的三大要素（1）语法（语法（Syntax）规定通信的双方以什么方式交流数规定通信的双方以什么方式交流数据信息，即确定数据与控制信息的结构据信息，即确定数据与控制信息的结构或格式，也即或格式，也即“如何讲如何讲”。Dataformats：数据格式：数据格式Signallevels：信号电平：信号电平30（2）语义（语义（Semantics）规定通信的双方要交流哪些数据信规定通信的双方要交流哪些数据信息，即确定需要发出何种控制信息、完息，即确定需要发出何种控制信息、

18、完成何种动作、返回什么应答等，也即成何种动作、返回什么应答等，也即“讲什么讲什么”。Controlinformation：控制信息：控制信息Errorhandling：差错控制：差错控制31（3）定时关系（定时关系（Timing）规定事件执行的顺序，即确定通信规定事件执行的顺序，即确定通信过程中通信的状态变化，也即过程中通信的状态变化，也即“何时讲何时讲”和和“何时答何时答”。Speedmatching：速度匹配：速度匹配Sequencing：逻辑顺序：逻辑顺序32!#$%&*请讲国语请讲国语？语语言言不不通通无无法法沟沟通通!#$%&*因为缺乏语法定义因为缺乏语法定义没有统一数据格式没有统一

19、数据格式无法通信无法通信通通信信失失败败!#$%&*请讲国语请讲国语您好！您好！不不能能切切入入正正题题您好！您好！因为缺乏语义定义因为缺乏语义定义不知道要通什么内不知道要通什么内容，无法通信容，无法通信通通信信失失败败您好！您好！无聊！无聊！!#$%&*请讲国语请讲国语等等待待超超时时人怎么走了？莫名其妙人怎么走了？莫名其妙因为缺乏定时关系因为缺乏定时关系可能导致超时或者可能导致超时或者进入死循环进入死循环通通信信失失败败图图图图2-22-2通信通信通信通信协议协议协议协议示意示意示意示意图图图图33图图图图2-32-3通信通信通信通信协议协议协议协议示例示例示例示例34 通信协议是一个复杂

20、而庞大的通信规通信协议是一个复杂而庞大的通信规则的集合，它主要完成以下功能。则的集合，它主要完成以下功能。（1）信号的发送与接收信号的发送与接收 应规定的内容包括信息定的内容包括信息传送的格式、送的格式、接口接口标准以及启准以及启动控制、超控制、超时控制等功能。控制等功能。（2）差错控制差错控制 应使使终端端输出的数据具有一定的差出的数据具有一定的差错控制功能，目的控制功能，目的终端根据收到的数据可端根据收到的数据可进行相行相应的的检错或或纠错操作。操作。3协议的功能协议的功能35（3）顺序控制顺序控制 对发送的信息进行编号，以免重复接对发送的信息进行编号，以免重复接收或者丢失。收或者丢失。（

21、4）透明性透明性 对传输的信息无限制，的信息无限制，也即应采取必也即应采取必要的措施，保证所传送的数据信息为随机要的措施，保证所传送的数据信息为随机的比特序列。的比特序列。（5）链路控制与管理链路控制与管理 控制链路的控制链路的建立和拆除建立和拆除，显示设备的，显示设备的工作状态等。工作状态等。36（6）流量控制流量控制 为了避免链路阻塞，应能调节数据链为了避免链路阻塞，应能调节数据链路的信息流量，能够决定暂停或继续接受路的信息流量，能够决定暂停或继续接受信息。信息。（7）路径选择路径选择 确定信息报文通过多个节点和链路到确定信息报文通过多个节点和链路到达目的节点的传播路径和最优的路径选择达目

22、的节点的传播路径和最优的路径选择策略。策略。（8）对话控制对话控制 包括信息的处理、信息安全和保密、包括信息的处理、信息安全和保密、应用服务等内容。应用服务等内容。372.3.2 通信通信协议的分层协议的分层 分层带来的好处：各层相互独立，所分层带来的好处：各层相互独立，所需知道的仅是层间接口所提供的服务；灵需知道的仅是层间接口所提供的服务；灵活性好，当任何一层发生变化时，只要接活性好，当任何一层发生变化时，只要接口关系保持不变，则相邻的层均不受影响，口关系保持不变，则相邻的层均不受影响，且层内提供的服务可修改，如提供的服务且层内提供的服务可修改，如提供的服务不再需要时，可将该层取消；结构上独

23、立，不再需要时，可将该层取消；结构上独立，各层都可以选择最适合的技术来实现；便各层都可以选择最适合的技术来实现；便于实现和维护；促进标准化工作。于实现和维护；促进标准化工作。381通信协议的分层原则通信协议的分层原则（1）层次有序层次有序 各层协议之间有一定的主从顺序，较各层协议之间有一定的主从顺序，较低层为较高层提供服务。低层为较高层提供服务。（2）按功能分层按功能分层 每层应实现定义明确的功能，即应根每层应实现定义明确的功能，即应根据功能进行分层。据功能进行分层。39（3）利于标准化利于标准化 各层功能的选择应有助于国际标准化各层功能的选择应有助于国际标准化协议。协议。（4）层间信息量尽量

24、少层间信息量尽量少 层次界面的选择应尽量减少跨过接口层次界面的选择应尽量减少跨过接口的信息量，主要目的是提高通信效率。的信息量，主要目的是提高通信效率。40（5）各层彼此独立各层彼此独立 层次之间的独立性，有利于开发工作层次之间的独立性，有利于开发工作的规范化和严谨性的规范化和严谨性。（6）层次的数量应适当层次的数量应适当 层次过少会使每层协议变得复杂，层层次过少会使每层协议变得复杂，层次过多会增加通信处理的开销，降低通信次过多会增加通信处理的开销，降低通信效率。效率。412OSI参考模型及各层功能参考模型及各层功能 OSI（OpenSystemInterconnection）是）是ISO(I

25、nternationalStandardOrganization)提出的的提出的的开放系开放系统互连参考模型。所谓开放性，是强调只统互连参考模型。所谓开放性，是强调只要遵循对要遵循对OSI标准的系统就可以实现互相标准的系统就可以实现互相通信。通信。OSI模型采用了层次化结构的构造技模型采用了层次化结构的构造技术，自下而上分成术，自下而上分成7层，每层都由较低层提层，每层都由较低层提供有意义的服务，同时又为较高层提供所供有意义的服务，同时又为较高层提供所定义的服务，高层依靠低层交换数据。定义的服务，高层依靠低层交换数据。42图图图图2-4OSI2-4OSI参考模型参考模型参考模型参考模型 43（

26、1）物理层物理层（Physical Layer）物理层是物理层是OSI参考模型的最低层，它利参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。为用传输介质为数据链路层提供物理连接。为此，该层定义了物理链路的建立、维护和拆此，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。包除有关的机械、电气、功能和规程特性。包括信号线的功能、括信号线的功能、“0”和和“1”信号的电平信号的电平表示、表示、数据传输速率数据传输速率、物理连接器规格及其、物理连接器规格及其相关的属性等。物理层的作用是通过传输介相关的属性等。物理层的作用是通过传输介质发送和接收二进制比特流。质发送和接收

27、二进制比特流。44（2）数据链路层数据链路层（Data Link Layer）数据链路层是为网络层提供服务的，是数据链路层是为网络层提供服务的，是在物理层提供的比特服务基础上，用以建立在物理层提供的比特服务基础上，用以建立相邻结点之间的数据链路，传送的协议数据相邻结点之间的数据链路，传送的协议数据单元称为数据帧。该层的主要作用是通过校单元称为数据帧。该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。此外，数据链路层还要协调收发双方的路。此外，数据链路层还要协调收发双方

28、的数据传输速率，即进行数据传输速率，即进行流量控制流量控制，以防止接，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞等致缓冲器溢出及线路阻塞等。45（3）网络层网络层（Network Layer）网络层是为运输层提供服务的，传送的网络层是为运输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。该层的主协议数据单元称为数据包或分组。该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通信子网中据包送到目

29、的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题地时，还要解决网际互连的问题。46（4）运输层运输层（Transport Layer）运输层的作用是为上层协议提供端到运输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的

30、细节，使高层用层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。运输层传送的协议数据单靠的数据通路。运输层传送的协议数据单元称为段或报文。元称为段或报文。47（5）会话层会话层（Session Layer）会话层主要功能是管理和协调不同主会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止责建立、管理和终止应用程序应用程序之间的会话。之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体会

31、话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念间的会话概念。48（6）表示层表示层（Presentation Layer）表示层处理流经结点的数据编码的表表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能压缩和加密也是表示

32、层可提供的转换功能之一之一。49（7）应用层应用层（Application Layer）会话层应用层是会话层应用层是OSI参考模型的最高层，参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如来完成网络用户的应用需求，如文件传输文件传输、收发电子邮件等收发电子邮件等。50 OSI模型的模型的7层协议中，层协议中，13主要是主要是完成数据交换和数据传输，称之为网络低完成数据交换和数据传输，称之为网络低层（通信层），即通信子网，层（通信层），即通信子网，57层主要层主要是完成信息处理服务的功能，称之为网络是完成信息处理服务的功能，称

33、之为网络高层，低层与高层之间由第高层，低层与高层之间由第4层衔接。层衔接。上面上面4层也称为用户层。层也称为用户层。513通过网络的通过网络的OSI模型模型-电路交换方式电路交换方式（1）呼叫建立阶段呼叫建立阶段 在呼叫建立阶段，交换机下三层要参在呼叫建立阶段，交换机下三层要参与呼叫建立过程。与呼叫建立过程。图图图图2-52-5通通通通过过过过网网网网络络络络的的的的OSIOSI模型模型模型模型-电电电电路交路交路交路交换换换换方式呼叫建立方式呼叫建立方式呼叫建立方式呼叫建立 52（2）数据传输阶段数据传输阶段 在在数据传输阶段，网络层和链路层已数据传输阶段，网络层和链路层已经不介入，因此效率

34、高但可靠性差。经不介入，因此效率高但可靠性差。图图图图2-62-6通通通通过过过过网网网网络络络络的的的的OSIOSI模型模型模型模型-电电电电路交路交路交路交换换换换方式数据方式数据方式数据方式数据传输传输传输传输 534通过网络的通过网络的OSI模型模型-分组交换方式分组交换方式 在分组交换方式中每个交换节点都是在分组交换方式中每个交换节点都是下三层参加，因此确保了数据的可靠性。下三层参加，因此确保了数据的可靠性。图图图图2-72-7通通通通过过过过网网网网络络络络的的的的OSIOSI模型模型模型模型-分分分分组组组组交交交交换换换换方式方式方式方式 54 图中表示了用户信息从最高的应用图

35、中表示了用户信息从最高的应用层下移到网络层，由该层负责处理越过层下移到网络层，由该层负责处理越过网络的路径选择（接通数据的传输通道）网络的路径选择（接通数据的传输通道），网络层为了完成他的任务需要数据链，网络层为了完成他的任务需要数据链路层提供服务，保证网络层信息能跨越路层提供服务，保证网络层信息能跨越线路正确、无差错的传输。用户线路正确、无差错的传输。用户A发送发送的信息经过网络到达接收端后由网络层的信息经过网络到达接收端后由网络层上移，并经过高层组的处理成为用户上移，并经过高层组的处理成为用户B可识别的信息。由高层组提供的功能使可识别的信息。由高层组提供的功能使得各种不同厂家制造的计算机之

36、间可以得各种不同厂家制造的计算机之间可以开放式的相互通信。开放式的相互通信。555OSI模型的数据传送模型的数据传送AH：应用层头；：应用层头；PH：表示层头；：表示层头；SH：会话层头；：会话层头；TH：运输层：运输层头；头；NH：网络层头；：网络层头；LH：链路层头；：链路层头；LT：链路层尾。：链路层尾。每一层为了达到协议要求都增加了自己层所需要的头信息，因此每一层为了达到协议要求都增加了自己层所需要的头信息，因此可以看出，经过各层之后，信息已经被膨胀了许多。可以看出，经过各层之后，信息已经被膨胀了许多。图图图图2-8OSI2-8OSI模型的数据模型的数据模型的数据模型的数据传输过传输过

37、传输过传输过程程程程 56 OSI模型的不同层次协议之间是相模型的不同层次协议之间是相互独立的，因此改变某一层协议不会影互独立的，因此改变某一层协议不会影响到其他层协议，它采用的方法是下一响到其他层协议，它采用的方法是下一层在上一层提供的信息前面增加新的协层在上一层提供的信息前面增加新的协议控制信息（链路层是在前面和后面都议控制信息（链路层是在前面和后面都加）。加）。另外两个数据终端在通信过程中，只另外两个数据终端在通信过程中，只有对等层次才可以进行协议对话，但是有对等层次才可以进行协议对话，但是N层的协议对话必须依靠层的协议对话必须依靠N-1层的帮助才层的帮助才能实现。能实现。57 7层结构

38、是一个通用的标准，而在实层结构是一个通用的标准，而在实际应用中通常也将其简化成更少的层次，际应用中通常也将其简化成更少的层次，因为在目前的数据通信网络中，下三层因为在目前的数据通信网络中，下三层已经成为通用的标准，无论设计何种通已经成为通用的标准，无论设计何种通信网，下面三层已经成为固定的模式，信网，下面三层已经成为固定的模式，不需要再进行重新设计，因此为了使处不需要再进行重新设计，因此为了使处理更加简单，就有依托于计算机网络的理更加简单，就有依托于计算机网络的简化的简化的3层模型。层模型。586简化的简化的3层模型层模型图图图图2-92-9简简简简化的化的化的化的3 3层层层层模型模型模型模

39、型 59（1）网络接入层网络接入层 在在计计算机和网算机和网络络之之间间交交换换数据；数据；发送端计算机提供目的地址；发送端计算机提供目的地址；可能包含多层服务；可能包含多层服务；依托于已经使用的网络，例如依托于已经使用的网络，例如LAN、分组交换等。分组交换等。60（2）传输层传输层 可靠的数据交换；可靠的数据交换；依托于正在使用的网络；依托于正在使用的网络；依托于应用。依托于应用。（3）应用层应用层 支持不同的用户应用需求，例如支持不同的用户应用需求，例如e-mail、文件传送等。、文件传送等。617TCP/IP 五层协议及各层功能五层协议及各层功能图图图图2-10TCP/IP52-10T

40、CP/IP5层层层层模型模型模型模型 62（1）物理层物理层 定义了数据传送设备（例如计定义了数据传送设备（例如计算机）之间的接口和传输媒质或网络；算机）之间的接口和传输媒质或网络；定义了传输媒质的特性定义了传输媒质的特性；定义了信号电平定义了信号电平；信号速率信号速率。63（2）网络接入层网络接入层 定义了终端系统和网络的数据定义了终端系统和网络的数据交换；交换；目的地址提供；目的地址提供；包含优先权等服务包含优先权等服务；这一层所使用的具体软件取决这一层所使用的具体软件取决于应用网络的类型于应用网络的类型。64（3）IP层层 对应于对应于OSI参考模型的网络层，主参考模型的网络层，主要解决

41、主机到主机的通信问题。该层有要解决主机到主机的通信问题。该层有四个主要协议：网际协议（四个主要协议：网际协议（IP）、地址）、地址解析协议（解析协议（ARP）、互联网组管理协议）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议）和互联网控制报文协议（ICMP）。）。IP协议是网际互联层最重要协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个不可靠、无连的协议，它提供的是一个不可靠、无连接的数据报传递服务。接的数据报传递服务。65（4）TCP层层 TCP层对应于层对应于OSI参考模型的传输参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功层，为应用层实体提供端到端的通信功能。该层定义了两个主要的协议：

42、传输能。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议控制协议(TCP)和用户数据报协议和用户数据报协议(UDP)。TCP协议提供的是一种可靠的、面协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务；而向连接的数据传输服务；而UDP协议提协议提供的则是不可靠的、无连接的数据传输供的则是不可靠的、无连接的数据传输服务。服务。66（5）应用层应用层 应用层对应于应用层对应于OSI参考模型的高层，参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等支持例等支持例如如HTTP、SMTP等用户应用。等用户应用。67图图图图2-11TCP/IP2

43、11TCP/IP五五五五层协议层协议层协议层协议体系体系体系体系结结结结构构构构688OSI vs TCP/IP图图图图2-12OSI2-12OSI模型与模型与模型与模型与TCP/IPTCP/IP模型的比模型的比模型的比模型的比较较较较692 2.4 4 宽带宽带无线通信物理层关键技术无线通信物理层关键技术1什么是扩频通信什么是扩频通信2.4.1 扩频技术扩频技术 扩频扩频通信，即通信，即扩扩展展频谱频谱通信（通信（SpreadSpectrumCommunication），它与光），它与光纤纤通信、通信、卫卫星通信，一同被誉星通信，一同被誉为进为进入信息入信息时时代的三大高技代的三大高技术术

44、通信通信传输传输方式。方式。扩频扩频通信属于通信属于宽带宽带通信技通信技术术，通常的，通常的扩扩频频信号信号带宽带宽与信息与信息带宽带宽之比将高达几百甚之比将高达几百甚至几千倍。至几千倍。70 扩频扩频通信是将待通信是将待传传送的信息数据送的信息数据伪伪随机随机编码编码，即，即扩频扩频序列序列调调制，使信号所占有的制，使信号所占有的频频带宽带宽度度远远大于所大于所传传信息必需的最小信息必需的最小带宽带宽，实实现频谱扩现频谱扩展后再展后再传输传输，频带频带的的扩扩展通展通过过一个一个独立的独立的码码序列来完成，用序列来完成，用编码编码及及调调制的方法制的方法来来实现实现的，与所的，与所传传信息数

45、据无关，接收端信息数据无关，接收端则则采用相同的采用相同的编码进编码进行解行解调调及相关及相关处处理，恢复理，恢复原始信息数据。原始信息数据。71图图图图2-132-13扩频扩频扩频扩频通信通信通信通信时时时时域和域和域和域和频频频频域特性示意域特性示意域特性示意域特性示意图图图图722扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础根据香农（根据香农（C.E.Shannon）在信息论）在信息论研究中总结出的信道容量公式，即香农公式：研究中总结出的信道容量公式，即香农公式：C=B log2(1+S/N)（bit/s）式中，式中，B为信道带宽为信道带宽,单位为单位为Hz；S/N是平是平均信号噪声功率比（信噪

46、比）。均信号噪声功率比（信噪比）。73 由式中可以看出：由式中可以看出：为为了提高信息的了提高信息的传传输输速率速率C，可以从两种途径，可以从两种途径实现实现，既加大，既加大带宽带宽B或提高信噪比或提高信噪比S/N。换换句句话说话说，当，当信号的信号的传输传输速率速率C一定一定时时，信号，信号带宽带宽B和和信噪比信噪比S/N是可以互是可以互换换的，即增加信号的，即增加信号带带宽宽可以降低可以降低对对信噪比的要求，当信噪比的要求，当带宽带宽增加增加到一定程度，允到一定程度，允许许信噪比信噪比进进一步降低，有一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也

47、是可能的。之下也是可能的。74 扩频通信就是用宽带传输技术来换取扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据思想和理论依据。75例：例：信噪比为信噪比为S/N=-20dB，求带宽至少为，求带宽至少为多少时，信道容量可以达到多少时，信道容量可以达到3kb/s。（210KHz）。说明在噪声比信号功率大说明在噪声比信号功率大100倍的情倍的情况下，信息速率况下，信息速率3kb/s的信号在的信号在210KHz的的信道上仍然可以保证可靠通信信道上仍然可以保证可靠通信。76 结论说明使用增大信号带宽的方法，结论说明使用增大信号带宽的

48、方法，即使在信号功率远远小于噪声功率的情况即使在信号功率远远小于噪声功率的情况下，也完全可以实现无差错的传输下，也完全可以实现无差错的传输。扩频通信正好是利用这一原理。用高的扩频通信正好是利用这一原理。用高的扩频码来扩展待传输信号带宽的手段，达扩频码来扩展待传输信号带宽的手段，达到系统抗干扰能力的目的。到系统抗干扰能力的目的。773频谱扩展的实现频谱扩展的实现 频谱的扩展是用数字化方式实现的。频谱的扩展是用数字化方式实现的。在一个二进制码位的时段内用一组新的多在一个二进制码位的时段内用一组新的多位长的码型予以置换，新码型的码速率远位长的码型予以置换，新码型的码速率远远高出原码的码速率，由傅立叶

49、分析可知远高出原码的码速率，由傅立叶分析可知新码型的带宽远远高出原码的带宽，从而新码型的带宽远远高出原码的带宽，从而将信号的带宽进行了扩展。这些新的码型将信号的带宽进行了扩展。这些新的码型也叫伪随机（也叫伪随机（PN）码，码位越长系统性）码，码位越长系统性能越高。通常，商用扩频系统能越高。通常，商用扩频系统PN码码长码码长应不低于应不低于12位，一般取位，一般取32位，军用系统位，军用系统可达千位可达千位。78 目前扩频系统目前扩频系统常见的常见的PN码有以下三码有以下三种：种：（1）m序列，即最长线性移位寄存器序列，即最长线性移位寄存器序列；序列；（2）GOLD序列；序列；（3）WALSH函

50、数正交码。函数正交码。选择选择PN要考虑长度、相关性、正交要考虑长度、相关性、正交性和比特平衡性。性和比特平衡性。79 当选定一种当选定一种PN序列（即扩频码序列）序列（即扩频码序列）后，如后，如m序列，将其中可用的编码，即正序列，将其中可用的编码，即正交码，两两组合，并划分为若干组，各交码，两两组合，并划分为若干组，各组分别代表不同用户，组内两个码型分组分别代表不同用户，组内两个码型分别表示原始信息别表示原始信息“1”和和“0”。系统对原始。系统对原始信息进行编码、传送，接收端利用相关信息进行编码、传送，接收端利用相关处理器对接收信号与本地码型相关进行处理器对接收信号与本地码型相关进行相关运