无线传输技术基础

*无线网络的协议层次、无线网络的分类、重要的无线网络组织

*如何实现无线传播、无线电波的传播特性、波长大于可见光的几种波、无线传播方式、传播中的损耗

*信号编码、信道复用

*无线扩频


无线网络的协议层次特点

1.无线网络协议体系也是分层的

2.无线网络出现丢包,发送方尽力重新发送

3.需要对传统的网络协议进行改进

无线网络分类:

从覆盖范围:

1.无线个域网

2.无线局域网

        固定基础设施

        无固定基础设施:自组织网络

3.无线城域网:IEEE 802.16为代表

4.无线广域网:蜂窝移动通信网路


从应用目的分类

1.互联接入:WLAN、WMAN、卫星网络主要目的是为用户访问因特网提供服务信息

2.物联传感:无线传感网和无线体域网(WBAN)

重要的无线网络组织

ITU:国际电信联盟

IEEE:电气和电子工程师学会

IEEE802:最初工作围绕LAN数据链路层和物理层

ISOC:因特网协会

IAB:ISOC下属因特网结构委员会

IETF:ISOC下属因特网工程任务组

ACM:美国计算机协会

CCF:中国计算机学会


如何实现无线的传输:

依靠电磁波

电磁波由相同震荡且相互垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动

频率影响传输

电磁频谱在通信中使用的范围:10^4~10^16

无线电波的传播特性:

低频:300KHz、贴近地面,地球曲率会发生衍射

高频:1000KHz不能贴近地地面传播

短波:3~30MHz、可被电离层反射回地面,能够远距离传播

甚高频:100MHz、视距传播,传播距离可超过视距

极高频:1GHz、视距传播,传播距离可超过视距

波长大于可见光的几种波

无线电波的属性:

振幅、频率、强度、相位、极化(波的电场方向)、速度、波长(正弦波两个连续波峰之间的距离)

波长和频率的关系:

波长*频率=光速

能穿透墙壁,能到达有线网络无法到达的地方

不受雪、雨天气的干扰

可全方向广播,也可以定向广播

微波:

频率较高的无线电波

不能很好的穿透建筑物

按照直线传播,发射端和接受端天线必须精准对准

分类:

地面微波(利用抛物线在较低荷兹范围内收发信号)

卫星微波系统(定向抛物线和天线之间传输信号)

红外线:

发光二极管或激光二极管用于发射信号,光电管则可以接收信号。

信号不能穿过墙壁等固体

易受强烈光源的影响

分类:

点-点:光束可高度集中朝指定方向发射

广播:将信号拓展到一个更广阔的区域


无线传播方式:

1.地面波:沿着地球的轮廓

2.天空波:从大气电离层反射回地球

3.视距传播:输和天线必须在视线内

无线传输的损伤:

衰退:传输媒体或者路径使得接收信号的能量发生变化

反射:当信号遇到表面大于信号波长的障碍物,导致信号的相位发生漂移

衍射:当信号遇到大于波长的不可穿透的边缘(尖锐的物体)

散射:当入境信号遇到波长小的物体就发出几个弱的处境信号

因为以上的损伤发生导致接受端收到多个不同延迟的信号成为多径传播


信号编码

基本概念:

数据:传递信息的实体

信息:数据的内容或解释

信号:数据的物理编码,数据以信号的形式在介质中传播

信号的分类:模拟信号和数字信号 、周期信号和非周期信号

信息编码:将信息用二进制数表示

数据编码:将数据用物理量表示

信息通过数据通信系统进行传输的过程

信息通过数据通信系统进行传输

模拟传输和数字传输所使用的技术

模拟传输和数字传输所使用的技术  

信道复用技术:

1.频分复用:将频段分成若干份分给不同的用户,所有用户在同样的时间占用不同的带宽

2.时分复用:分成不同的时隙,每个发送。在不同的时间占用同样的频带宽度

3.统计时分复用

4.波分复用:光的频分复用

5.码分复用CDM(常用CDMA code division multiple access):各用户使用经过挑选的不同码型,不会相互干扰

码分复用主要特点:

每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还需要相互正交,在实用的系统中是使用伪随机码序列

相互正交:两个码片序列的对应值相乘相加除以码片序列的个数值为0

如何使用码分多址

码片序列:每个站被指定一个唯一的m bit码片序列

当发送1时发送该码片序列,发送0时取反码

将码片序列的1用1表示0用-1表示


每个站分配的码片序列必须不同且相互正交:S站的码片向量和其他站的码片向量内积为零

任何一个码片向量和自己的规格化内积都是1,与自己反码的内积是-1


无线扩频技术:

在不相互干扰的情况下,怎样增加带宽?

扩频通信传输

扩频通信的理论依据:

C=W*log2(S/N)

C:信道容量,信道可能传输的最大信息速率

w:信道带宽

S/N:信噪比;N:白噪声的平均功率

扩频通信的原理:

频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关 。

扩展频谱基础

模拟或数字数据,采用模拟信号

将数据扩展到一个大的带宽上

扩频通信是以用户使用的不同的扩频编码来共用同一频率

扩频技术的出现:

直接序列扩频(DSSS):为实现保密语音通信而提出

跳频扩频(FHSS):作为反干扰策略提出;不断的在频道之间切换载波信号来发射信号

直接序列扩频

基本原理:将两个数字信号加到一起得到第三个实际传输比特流,第一个信号是信息信号,第二个信号是产生随机比特流

使用扩频技术能实现码分多址,即使用户共享同一频段,通过给每个用户分配不同的扩频码实现多址通信

跳频:

目的:解决外部干扰和多经衰退

通过不断在频道之间切换载波信号来发射信号。收发双发传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式。载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变

信号在一串随机序列的频率上广播,接受者以与发送者同步的方式跳转频率,干扰只能影响某个频率上的有限几比特

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