物联网通信原理知识总结

IOT Revision

Chap 1 通信系统

Part 1 Key Point

1.无线通信系统的模型

a)组成：

i.发送端：把各种可能转换的消息转换成原始电信号

ii.信道：信号传输的通道

iii.接收端：从接收信号中回复出相应的原始信号

iv.噪声源：信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示

b)简化模型

i.一种简化模型

ii.模拟通信系统模型

两个概念：

·调制：发送端把连续消息变换为原始信号称为调制

·解调：接收端把原始电信号反变换为原连续消息称为解调

iii.数字通信系统模型

图中加密-解密，编码-解码和调制-解调并非必有，可根据需求定制

2.无线通信网络系统的分类及通信方式

a)分类：

i.按消息的物理特性：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统

ii.按调制系统：基带传输（将未经调制的信号直接传送）、调制传输（对各种信号变换方式后传输的总称）

iii.按传输信号的特征：模拟通信系统、数字通信系统（按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号）iv.按传输信号的复用方式：

1.频分复用：用频谱搬移的方法使不同信号占用不同频率范围

2.时分复用：用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间分区

传统的模拟通信中都采用频分复用。随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用越来越广泛。

码分复用主要应用于卫星通信系统中。

b)通信方式：

i.按消息传递的方向和时间关系

单工：消息只能单方向传输

半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发

全双工：通信双方可同时进行收发消息

ii.按数字信号排列的顺序分类

串行通信:数字序列以串行方式一个接一个在一条信道上传输，一般的远距离数字通信

并行通信：数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输iii.按通信的网络方式分类

专线通信（点对点通信）：通信网的基础网通信

3.信息的度量和计算

a)消息出现概率越小，它所含的信息量越大；反之信息量越小，且当P（x）=1时，I=0

b)若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和

c)等概率离散消息的度量：

消息是M进制，则该消息的每个波形出现的概率就变成为1/M.所传递的信息量就为

非等概率离散消息度量：

在非等概率的情况下，设离散信息源是一个由n个符号组成的集合，称符号集。符号集中的每一个符号xi在消息中是按一定概率P(xi)独立出现的，又设符号集中各符号出现的概率为x1, x2, …, xn P(x1),

P(x2), …, P(xn)且，ΣP(xi) = 1则x1, x2, …, xn所包含的信息量分别为－log2P(x1), －log2P(x2), …, －log2P(xn)于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为

H(x) = P(x1)[－log2P(x1)] + P(x2)[－log2P(x2)] + …+ P(xn)[－log2P(xn) ]= -ΣP(xi)log2P(xn) (bit/符号)

由于H与热力学中的熵形式相似，故又称为信息源的熵，共单位为bit/符号

例题：非等概率等概率

4.通信系统的性能指标涉及：

a)有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性和维护使用，其中通信的有效性与可靠性是其主要矛盾所在。

b)有效性主要指:主要是指消息传输的“速度”，可靠性主要指消息传输的“质量”

Part 2 Practice Answer

1.数字通信有哪些特点？

·传输的信号是“离散”或数字的

·数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错原则上都是可以控制的

·传输可以加密

·由于数字通信传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元（码元）因而接收端必须按与发送端相同的节拍接收·为了表达消息内容，基带信号都是按消息内容进行编组的（相当于文章要有标点符号）

2.按消息的物理特征，通信系统如何分类？

·电报通信

·电话通信

·数据通信

·图像通信等系统

3.按调制方式，通信系统如何分类？

·基带传输（音频市内电话）和频带（调制）传输

4.按传输信息的特征，通信系统如何分类？

·模拟通信和数字通信

5.按传送信息的复用方式，通信系统如何分类？

·频分复用、时分复用、码分复用

6.通信方式如何确定的？

依据传输时是单向传输还是双向传输

或者不能同时双向但不同时候能双向传输

Chap 2无线通信

Part 1 Key Point

1.电波波段的划分及相应的传播特性

长波的传播特性：以表面波的方式传播，传播稳定性较好

中波的传播特性：以表面波和天波的方式传播

短波的传播特性：可用表面波、天波的方式传播，传播距离远

超短波、微波传播特性：只能用空间波、散射波和穿越电离层在外层空间的传播方式

a. 长波：

传播特性：以表面波的方式传播，传播稳定性较好。

1）由于表面波衰减很慢，对其他的收信台干扰严重。

2）天电干扰对长波的接收影响很大，特别是雷雨天气。

3）使用的发射机和天线一般体积庞大，但通信容量小，因此利用不广。

利用：导弹、潜艇导航及地下、水下通信。

b. 中波:

传播特性：以表面波和天波的方式传播。对于波长2000～3000米的中长波，电离层对它的影响很小，电波可以获得稳定的场强。用于对飞机、舰船的导航通信。波长200～2000米的波段，电离层对它的吸收强烈，只能靠地表波传播。主要用于广播，称为广播波段。

c. 短波:

传播特性：可用表面波、天波的方式传播，传播距离远。

缺点：因表面波衰减快，天波传播距离远，会形成哑区（寂静区），通信容量小，通信质量不稳。

利用：是一种传统的远程和超远程通信方式。因设备简单，通信距离远，用于远距离的无线电通信和广播。

d. 超短波、微波

传播特性：只能用空间波、散射波和穿透电离层在外层空间的传播方式。

缺点：接收信号随季节、昼夜和气象条件而有所变化。

利用：超短波由于频带较宽，广泛应用于电视、调频广播、雷达、导航通信等方面。微波频带更宽，用于多路通信，传输电视、电话、电报、高速数据等，以及地面至空间飞行器、空间飞行器之间或地球于外星球之间的通信、遥测、射电天文等。

2.大尺度路径损耗与小尺度衰落及多径效应

大尺度路径损耗包括反射，绕射，散射。

反射：电波在不同性质的介质交替处，会一部分发生反射，一部分通过

绕射：绕射使电波可绕物体表面传播

散射：实际移动无线环境中，接受的信号比单独绕射和反射模型预测的要强，这是因为当电波遇到粗糙表面时反射能量由于散射而散布于所有方向

小尺度衰落：指无线信号在经过短时间或短距离传播后，其幅度快速衰落，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。

多径效应：指无线通信中，由于建筑、山脉、地面等物体对发射及发射出的电磁波的反射，使得接收机收到的信号包含有大量反射信号，这些反射信号通常称为多径信号。

3．无线通信的多址技术及各自特征

频分多址FDMA：是以不同的频率信道实现；指为每个用户指定了特定的信道，按要求分配给请求报务的用户，在呼叫和整个过程中，其他用户不能共享这一频段。

时分多址TDMA：是以不同时隙实现通讯；且每个时隙仅允许一个用户，要么接受要么发送。

码分多址CDMA：是以不同的代码序列来实现通信；它是扩频多址的一种，扩频多址可以抵抗多径干扰而增强多址功能。每个用户都有自己的伪随机码，而其他码字由于不相关而被认为是噪音

空间多址SDMA：是以不同方位信息实现多址通信。空间分址控制用户的空间辐射能量，如用定向波束来服务不同的用户。

Part 2 Practice Answer

1.简述电波波段的传播特性

长波的传播特性：以表面波的方式传播，传播稳定性较好

中波的传播特性：以表面波和天波的方式传播

短波的传播特性：可用表面波、天波的方式传播，传播距离远

2.简述无线通信系统设计需要注意哪些方面

频率复用

信道分配策略

无线通信系统的干扰

中继和服务等级

频率复用：为了解决频率带宽有限的问题，必须对频率进行再利用，这称为频率利用。需要解决同频和邻频干扰等问题。

信道分配策略：分为固定分配策略和动态分配策略。其中固定分配策略是给小区分配一组预先确定好的信道，固定分配策略易遇到呼叫阻塞等问题，这时靠借用策略，即借用相邻小区的信道。动态分配策略是在每次呼叫请求来时，小区基站向移动交换中心请求一个信道。在通信结束后，这一信道又被归还，以便重复使用。

切换策略：当一个正在使用信道服务的移动平台从一个基站移动到另一个基站时，要求在服务不中断的情况下完成切换。因此，切换策略要优先于呼叫请求，同时必须指定一个最恰当的信号强度，避免产不不需要的切换。

无线通信系统的干扰：需要解决同频干扰和邻频干扰问题。同频干扰可通过在物理上隔开一个最小距离来避免。

邻频干扰可以通过精确滤波和信道分配来减小干扰

中继和服务等级：中继是指允许大量用户在一个小区内共享相对较小的信道，即从可用信道库中给每个用户按需分配信道。一旦服务结束，其占用的信道就立即回到可用信道库中。服务等级是用来测量在系统最忙的时间用户进入系统的能力，被用作某个中继系统的预定性能基准，定义为呼叫阻塞概率（表示为B，单位为Erlang），或是呼叫延迟时间大于特定排除时间的概率。

3.信道分配策略分哪几种，其不同点时什么

固定分配策略：固定分配信道，若所有信道被占用则呼叫阻塞，但也可以向相邻小区借用信道

动态分配策略：不固定分配信道，每次呼叫时，小区基站向移动交换中心请求一个信道

4.思考下快速移动和低速移动时，无线通信系统的切换策略需要考虑哪些因素

当一个正在使用信道服务的移动平台，从一个基站移动到另一个基站时，移动交换中心自动地将呼叫转移到新基站的信道上。一般情况下，切换策略都使切换请求优先于呼叫请求。尽可能让用户觉察不到。必须指定一个启动切换的最恰当信号强度，避免产生不需要的切换。实际切换时，需要注意到快速移动和低速移动不同，以减轻移动交换中心的负荷。基于上述原因，当用户快速移动时，可优先进行切换。而当用户低速移动时，可暂缓切换。

5.无线通信系统干扰主要来自哪些方面，如何降低干扰

同频干扰：频率复用意味着在一个给定的覆盖区域内，存在许多使用同一组频率的小区，即同频小区。同频小区间的信号干扰称为同频干扰。

同频干扰不能通过增大发射功率来克服，因为这会干扰相邻同频小区，所以同频小区必须在物理层上隔开一个最小距离

邻频干扰：使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫邻频干扰。

使用信号频率的相邻频率的信号干扰叫邻频干扰，该干扰是由于接受滤波器不理想造成的，可通过精确滤波和信道分配来减小干扰。即给小区分配信道频率时避免相邻，或给予分配的信道一定的频率间隔

降低功率来减小干扰

6．简述大尺度路径损耗和小尺度衰落及多径效应

大尺度路径损耗：一方面信号的反射、绕射、散射等现象使电波在传输过程中发生了能量损耗。另一方面，受到建筑物、高山的阻挡也会造成阴影衰落。这两方面的影响是引发大尺度路径损耗的主要因

素。

小尺度路径损耗：简称衰落，指无线信号在经过短时间或短距离传播后，其幅度快速衰落，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。

上述现象是由同一信号沿多个路径转播，以微小时间差到达接收机的信号的相互干涉引起的，

也称为多径效应。

频分多址：指为每个用户指定了特定的信道，按要求分配给请求报务的用户在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段

时分多址：指把无线频谱按时隙划分，且每个时隙仅允许一个用户，要么接收，要么发送

码分多址：码分多址系统中，窄带信号被乘以叫作扩频信号的宽带信号。扩频信号是一个伪随机代码序列，此麻片速率比消息中的数据速率高若干个数量级。每个用户都有自己的伪随机码，而其他码字由于不相关而

被认为是噪音。

空间分址：空间分址控制了用户的空间辐射能量，如用定向波束来服务不同的用户。

Chap 3近距离无线通信

Part 1 Key Point

1.近距离无线通信的分类及各自特点

低速近距离无线通信技术：

802.15.4：具备连接简单器件（传感器和激活器）的能力

802.15.4a:具备精确定位（精度1米以内）及跟踪支持等能力

高速近距离无线通信技术：

高速UWB，主要应用与无线个人网（WPAN）的超宽带技术，其目的是将电子设备间的物理连接

替换为无线连接

2.无线局域网、蓝牙、ZigBee、RFID各自的特点及在物联网领域的应用

无线局域网：

优点：安装便捷、保用灵活、经济节约、易于扩展

应用：销售、物流、电力、服务、教育、证券、展厅、中小型办公室/家庭办公应用、企业办公楼间办公蓝牙:

是一种低成本低速率近距离通信技术

特点：

工作在2.4GHz频带

采用高速跳频和时分多址的技术

采用权向纠错编码、ARQ（自动重复请求）、TDD（时分双工）和基带协议（速率1Mbps）

支持64kbps实时语音传输和数据传输

发射功率分别为1mW、2.5mW和100mW

使用全球统一48位设备识别码

出书距离为10-100cm,覆盖范围是相隔1MHz的79个通道

应用：移动电话和计算机等电子设备，汽车、医疗监护、智能住宅与办公室、小范围传感器网络

ZigBee:

优点：低功耗、端到端信息传输时延短、可靠数据传输、网络可拓展空间大、安全性较高、成本低、优良的网络拓扑能力

应用：家庭和楼宇自动化、医学、传感器、工业控制、农业、大型运输工具、道路交通安全RFID:

优点:

快速扫描

体积小型化、形状多样化

抗污染能力和耐久性

可重复使用

穿透性和无屏障阅读

数据的记忆容量大

安全性高

应用：身份识别系统（身份证、通告证）、物流管理系统、商业交易系统

1.简述低速和高速近距离通信有什么异同与作用？

高速近距离无线通信技术：

高速UWB，主要应用于无线个人网（WPAN）的超宽带技术。

其目的是将电子设备间的物理联线替换为无线连接。

例：数字化家庭网络，高速UWB的工作主要在IEEE 802.15.3a中进行，其数据率可以100Mbps以上。

另一前景就是这样的个人终端可支持读取大量存放在服务器空间里的数据，也可利用本地设备随时构成一台属于自己的多媒体计算机。

低速近距离无线通信技术：

802.15.4：具备连接简单器件（传感器和激活器）的能力。

802.15.4a：具备精确定位（精度1米以内）及跟踪支持等能力。

例：适时跟踪公共汽车，以避免在烈日下等车。

2.简述无线局域网的构成和各自的功能

构成：接入设备（AP）、接入控制器（AC）、无线接入服务（AS）和各种无线网络终端

AP：将各个无线网络客户端连接在一起，实现大范围、多用户的无线接入

AC：将来自不同AP的数据进行汇聚并接入互联网，同时完成AP的配置管理、无限用户认证，管理及宽带、访问、切换、安全等控制功能。

AS：用于管理与控制无线局域网内提供。如IP电话、视频会议、电子邮件等。

3.简述无线局域网的网络结构及各自特点

无线网的网络结构：点对多、点对点、多对点、混合型等

点对点：常用与固定的要联网的两个位置间，优点是传输距离远、传输效率高、受外界影响小

点对多：常用于一个中心点。多个远端点的情况。最大的优点是组网成本低，维护简单，设备调试相对简单。

缺点是使用全向天线，使用功率大大衰减，网速较低，对远端点的可靠性得不到保证。

混合型：适用于所建网络中有远距离的点、近距离的点，还有建筑物或地形阻挡的点，远距离的点采用点对点方式，近距离的多个点采用点多方式，有阻挡的点采用中继方式。

4.什么是蓝牙技术？其特点是什么？

蓝牙技术是一种低成本、低功率、近距离通信技术，主要用于移动电话、个人数字助理（PDA）、无线了耳机、笔记本电脑、相关外设之间可通过蓝牙连接，进行无线信息的传输与交换。

蓝牙技术是由蓝牙联盟制定的，其标准如下：

工作在2.4GHz频带；

采用高速跳频和时分多址（每时隙为0.625μs）技术；

使用权向纠错编码、ARQ、TDD和基带协议（速率1Mbps）；

支持64kbps实时语音传输和数据传输；

发射功率分别1mW、2.5mW和100mW；

使用全球统一48位设备识别码；

传输距离为10cm-100m，覆盖范围是相隔1MHz的79个通道。

5.简述ZigBee的协议层的构成及各自的功能

物理层（PHY Layer）：

收发信机状态控制，即激活（Activation）或者禁止（Deactivation）；

能量检测（ED：Energy Detection），指对当前信道接收信号功率的检测，其结果为高层的信道选择提供依据；

链路质量指标（Link Quality Indication，LQI），指接收数据包强度及质量的指标，通过测量接收机ED或估计SNR 或两者的结合获得，该指标可以作为量化网络性能的一个尺度；

空闲信道评估（CCA），用于在采用CSMA-CA接入信道过程中提供空闲信道信息；

信道频率选择；

媒体访问控制层（MAC Layer）：

实现帧结构、信标（beacon）的生成及同步；

实现PAN的关联（Association）与取消关联（Disassociation）机制；

用于支持自组织目的，可支持自动建立星状网，还允许自组织对等网；

支持设备安全加密；

提供三级安全性：无安全性方式、接入控制清单（ACL）、属于高级加密标准（AES）的对称密码；

CSMA-CA信道接入机制；

保障时隙（Guaranteed Time Slot，GTS）机制；

建立可靠链接。

网络层（NWK Layer）：

网络层主要功能：

设备加入和离开网络；

基于每个帧提供安全机制；

路由、路由的发现和维护；

邻居节点设备的发现；

邻居节点设备的信息登记。

应用层（Application Layer）：

应用层由应用支持子层（Application Support，APS）、ZigBee设备对象层（ZigBee Device Object，ZDO）和应用框架（Application Framework，AF）构成。

6.简述RFID的网络架构及各自的功能

信息接入层：标签、阅读器及边缘节点，完成数据采集功能。

信息分析层：包括EvenSever，对上报的数据进行过滤，分析处理。对上的命令进行解析。

信息传递层：可以是TCP/IP、NGN网络，或某种闭环网络。根据应用类型进行选择

业务应用层：包括网络管理服务器、AAA（鉴权、认证）、应用服务器、命令解析服务器、物品地址解析服务器及数据库等。

7.简述RFID标签的种类及各自的特点以及关键技术

被动式：没有内部供电电源，其内部集成电路用过收到的电磁波进行驱动。当标签接收到足够强度的讯号时，可以向读写器发出数据。价格低廉，体积小、无需电源。目前市场多以被动式为主。被动式射频标签

受传播衰减影响，读取距离受限。

半被动式：在被动式上加上了一颗电池，反应速度更快。距离更远，效果更好。

主动式：具有内部电源能供应内部IC所需电源。拥有较长的读取距离和可容纳较大的内存容量，可以用来存储读取器所传送来的一些附加讯息。

Chap 4中远距离无线通信技术

Part 1 Key Point

1.微波通信系统的构成、通信方式及特点、衡量用性能指标

数字微波系统构成：用户终端、交换机、数字复用终端机、微波站

通信方式：一点对多点微波通信方式，是一种分布式无线通信

特点：

传输容量大

抗干扰性强，整个线路噪声不累积

保密性好

便于组成数字通信网

设备体积小、功耗低

容易穿越复杂地形

性能指标：传输容量频带利用率传输质量

传输质量：位误码率：Pb=错误接受的比特数/信道传输的总比特数

码元误码率：PB=错误接受的码元数/信道传输的总码元数

2.短波通信的方式及特点

方式：

·利用频率为3-30MHz的电磁波进行无线电通信

·主要通过地波传播及天波传播

特点：

·通信距离远

·短波信道拥挤

·信道具有时变性

3.卫星通信系统的构成、通信方式及特点

构成：通信卫星地球站

·通信卫星：

天线系统：包括通信天线、遥测、指令天线（波束有全球覆盖、区域覆盖、点波束、多点波束等类型）

通信转发器：任务是把接收到的地球信号放大，并用变频器变换成下行频率信号，再发出·地球站：

包括地球站到卫星和上行链路和卫星至地球站的下行链路

由于传输距离远，需要发出大功率的信号

同时地球接收站必须采用低噪音高增益放大器

需要具有自动跟踪和伺服系统

特点：

·通信距离远，覆盖面积大，不受地理条件限制

·以广播方式工作，便于实现多址连接

·信道稳定，通信质量高

·机动性能好

4.WiMAX的系统构成及关键技术

WiMAX是一种高速无线数据传输网络标准，主要用于城市网络，采用IEEE802.16标准。

构成：

传输单元：类似于一个移动电话的蜂窝单元，即把一定的地理范围划分为一个无线电波可覆盖的区域，区域间的重叠部分称为传输单元，用户设备可通过传输单元从一个区域过渡到另一个区域

主要设备：基站和用户设备

应用范围：支持移动、便携和固定服务

关键技术：

Part 2 Practice Answer

1.数字微波通信的特点是什么？

数字微波通信又分为PDH（准同步数字体系列）和SDH（同步数字系列）微波通信

特点：传输容量大；频带宽，一个信道可同时传输若干路数字信号；抗干扰性强，整个线路噪声不累积；

每次中继时会除掉干扰噪声；保密性强；数字信号易于加密；微波天线方向性好；便于组成数字通信网；

设备体积小、功耗低；容易穿越复杂地形；抗灾害能力强。

2.如何评价微波通信和传输质量？

传输容量：

码元传输速率RB，即每秒传输的码元数，单位为Bd

频带利用量：

传输速率与所占信道频带的关系，公式为η= 信息传输率/ 频带宽度b(s·Hz)

传输质量：

位误码率：Pb = 错误接收的比特数信道/ 传输的总比特数

码元误码率：PB = 错误接收的码元数/ 信道传输的总码元数

3.同步数字体系是什么？简述其技术关键

SDH全称叫做同步数字传输体系（Synchronous Digital Hierarchy）,是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，采用了高速多态调制解调技术、自适应交叉极化干扰抵消（XPIC）技术、高线性功率放大器和自适应发射功率控制、自适应频域和时域均衡技术及智能天线、编码调制与前向纠错技术等关键技术。

4.什么是短波通信？简述短波通信的特点。

利用频率为3～30MHz的电磁波进行的无线电通信。主要通过地波传播和天波传播，由于地波信号沿地球表面进行传播，衰减较大，只能进行近距离传播。而天波信号依靠电离层反射来传播，可实现远距离传播。

特点：

通信距离远：通过天波传播的单跳反射最大可过3500km，多次反射可达数万公里。

短波信道拥挤：可用频率资源只有20MHz左右，且载频低、可用频带窄、容量小；信道具有时变性。

大气形成的电离层时高时低、多变化，且易受太阳黑子的影响，故不够稳定。

5.简述短波信号在电离层中的传播特性

多径延时差：短波通过多径传播到达接收端的时间有先后，最长和最短路径的延时之差称为多径延时差；

衰落：由于多径信号在接收端的叠加，使接收信号强度随机起伏，即信道产生衰落；

多普勒扩展和延时扩展：时变多径信道会对所传输的信号造成频谱上的扩展和信息符号时间上的扩展，前者称为多普勒扩展，后者称为延时扩展。

6.卫星通信系统由什么构成？简述各自的功能。

卫星通信系统由通信卫星、地球站、轨道与通信频段，以及监测管理系统构成。

通信卫星由天线系统及通信转发器组成。

天线系统：包括通信天线、遥测-指令天线；波束有全球覆盖、区域覆盖、点波束、多点波束等类型。

通信转发器：任务是把接收到的地球站信号放大，并用变频器换成下行频率信号，再发出。可细分为：变频转发器：将输入信号直接放大后变频为下午频率；

处理转发器：将输入的数字信号，经微波放大和下变频后，变为中频信号；再进行解调和数据处

理，得到基带数字信号；然后再经调制，上变频到下午频率，经功放后发出。

轨道与通信频段：分别指卫星运行的地球轨道，和通信使用的频段。

监测管理系统：对卫星的轨道位置进行测量和控制，以保持预定轨道；前对所有通信卫星有效载荷（转发器）的通信业务进行监测管理，以保持整个系统的安全、稳定运行。

7.试比较WiMAX与Wi-Fi的优劣

传输范围：WiMAX可使用许可与公用频段，Wi-Fi使用公用频段，Wi-Fi的功率大约是WiMAX的1/百万；

传输速度：理论上WiMAX是324Mbps，Wi-Fi是300Mbps；

安全性：均使用WPA2标准的加密，安全性有保障；

移动性：WiMAX在支持移动接入时，需要牺牲传输速度和覆盖范围；Wi-Fi不支持两个基地间的切换；

网络对比：WiMAX主要基于许可频段的服务，与Wi-Fi竞争的可能性较小。

Chap 5移动通信网络

Part 1 Key Point

1.1G到4G蜂窝移动通信的不同点

第二代：数字移动通信系统，可数据通信，可连接ISDN和非ISDN终端

第三代：宽带移动通信系统，可实现多媒体通信、移动互联网接入

第四代：新一代宽带移动通信系统，进一步提高了频谱的利用率，扩大了系统容量，统一了制式，提高了保密性能；提供更高速率的多媒体通信能力；逐步向IP交换过度

2.蜂窝移动通信系统的基本构成及特点

构成：

移动用户终端（MS）：移动用户使用的通信终端：1G只有语音通信；2G可数据通信，可连接ISDN和非ISDN

终端；3G可实现多媒体通信、移动互联网接入

基站子系统（BSS）：由无线基站（BS）完成与移动用户终端的无线通信收发，并受移动交换中心控制

基站控制器（BSC）：对一个或多个基站进行控制

移动交换中心（MSC）：对区域内的无线收发设备（包括基站和移动台）进行控制和实现交换功能，提供

移动通信系统与公用电话网（PSTN）间的接口

3.集群通信网络的构成及特点

构成：

基站（BS）：最基本的系统模块。由无线收发信道机（BTS）、基站控制器（BSC）、天馈系统和电源设备

控制交换中心（SCN）：监测和控制系统操作，可控制多个基站，一个基站也可被多个SCN控制

用户终端（SU）：用于在移动中或停留在某个地点进行通信的用户台，含移动终端（MS）和固定终端（LS）网络管理终端（CNM）：实现用户终端和基站的配置、故障诊断及业务管理

调度台：对移动台进行指挥、调度和管理。分为无线和有线

天馈设备：有高增益全向天线及收发信滤波器、隔离器等无源部件组成

特点：

1.是多个用户（部门、群体）共用一组无线电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通信系统

2.采用多信道共用和动态分配信道技术，主要为团体用户提供指挥高度业务

3.具有频率利用率高，接通迅速，能实现群呼组呼等优点

4.语音通信采用PTT（Push to Talk）按键，被叫无须摘机；多以单工或半双工为主

4.三种典型的集群通信系统的比较

TETRA集群通信系统

①由欧洲电信标准研究所于1995年正式确定②基于数字时分复用（TDMA），提供了一系列开放接口、呼叫服

务和协议③不仅提供了一对一全双工移动电话服务，还可提供短数据信息服务、分组数据服务及一对多群、组的调度功能④适用于公安、消防、急救中心、机场、港口、铁路、出租车和公共汽车调度、城市地铁、高速公路管理⑤每个25kHz载波内可容纳4个时分信道，同时支持4路语音或数字信号⑥具有语音和数字加密功能 IDEN集群通信系统

①1994年，由摩托罗拉推出的集语音和数字传输为一体的集群通信系统②采用TDMA技术，在25kHz信道上

可同时传送6路数字信号③具有蜂窝无线电话、调度通信、无线寻呼及无线数据传输功能④语音编码采用矢量和激励线性预测编码技术（VSELP），提高了语音输出的质量，改善了覆盖边缘区的语音效果⑤目前使用范围遍及亚洲的日、韩、菲、新加坡、以色列和美洲的美国、加拿大、墨西哥、哥伦比亚、巴西、阿根廷和秘鲁等，用户已超过3000万

GoTa集群通信系统

①由我国的中兴公司自主推出的开放式集群通信系统②基于CDMA技术，具有容量大、覆盖面广、抗干扰能力

强等特点③功能包括一对一私密呼叫、一对多群组呼叫、动态重组、强拆强插、迟后接入、呼叫显示、通话显示、呼叫前转；数据业务包括数据业务、消息类业务及定位业务④提供成熟的传统移动通信业务；实现集团虚拟专用网（VPN）

调查一下身边的蜂窝移动通信系统，从功能、结构和性能特点等方向进行相互比较。

Chap 6移动自组织网络

Part 1 Key Point

1.移动自组织网络的概念与特点

概念：

①移动自组织网络（Mobile Ad-hoc Network, MANET），属对等式多跳移动通信网络

②由一组无线移动节点组成，不依赖现有的基础设施，所需人工干预少，没有任何中心，且自组织、自愈

③移动自组织网络可以通过无线连接构成任意的网络拓扑，且能独立工作，能与互联网或蜂窝移动通信系

统连接

④自组织网络一般不适合于作为中间传输网络，只允许产生于或目的是网络内部节点的信息进出，而不让

其他信息穿越本网络

⑤由于受传输范围影响，自组织网络往往要通过多个中间环节，又称为多跳无线网、自组织网络、无固定

设施网络或对等网络特点：

网络自组织性：在任意时间、地点搭建，自动探测网络拓扑信息，自动选择传输路由，自动控制通信

分布式控制方式：建立在对等节点之上，没有控制中心

网络拓扑的动态变化：移动节点间通过无线信道所形成的网络拓扑结构随相互干扰和地形变化等影响而变化

有限传输带宽：受信道竞争时的信号衰落、碰撞、阻塞、噪声干扰的影响，带宽变得更窄多跳路由：由于节点覆盖范围有限，需要经中间节点转发

移动节点的计算性能有限：受CPU、内存和供电能力限制

安全性较差：数据信息易受窃听，网络易受攻击

存在单向无线信道：两个节点发射功率不同时，强的一方接收不支弱的一方的信号

生存时间较短：临时搭建的，随任务的完成而消失

供电问题突出：一般用电池供电，长时间工作需要解决电池问题

2.移动自组织网络的拓扑结构

原则：

网络中各节点可以直接或经过转接而相互连通

不允许存在不与其他节点相连的孤立节点

不允许存在一部分节点与另一部分节点不相连的情况

随机拓扑结构

所有的节点都具有收发信息的功能所有的节点随机分布，并可动态变化

分群结构

所有节点都具有相同的功能，并能在预定的通信区域内随机分布

若干个节点组成一个子群，每个子群内是单跳网群首：子群中编号最小的节点

信关：为相邻子群的群首提供链路的节点，处于相邻子群的重叠区域。若重叠部的节点多于1个，则编号小的节点被指定为信关

普通节点：子群中不为群首和信关的其他节点多个子群相互链接以覆盖整个区域

3.移动自组织网络的隐藏终端和暴露终端问题

隐藏终端：

节点A\C\B相连，但节点C相对于节点A为隐藏终端，当A向B发送信号时，可能会遇到节点C也在向B发送信号，造成节点B丢失双方信号

暴露终端：

节点ABCD为串联链路，节点B相对于节点C为暴露终端

当节点B向节点A发送CTS控制报文时，节点C认为自己可以向节点D发送CTS控制报文，

但当节点反馈的CTS会与B发送的数据报文在节点C发送冲突，于是节点C无法和节点D成功握手

4.四类单播路由协议基本原理

表驱动路由协议：WRP、DSDV、OLSR

按需驱动路由协议：AODV 、DSR

混合路由协议：ZRP、CBRP

基于定位的路由协议：LAR、GPSR

（具体内容另外理解记忆）

Part 2 Practice Answer

1.什么是移动自组织网络？

通常是由一些公平对等的无线移动节点，按照一定的规则自动组建的网络

不需要固定基础设施就可以在节点间建立有效通信

网络节点的连接关系可以是动态的

适合于传感器网络、移动办公会议、个人局域网、智能家庭等领域

移动自组织网络可以通过无线连接构成任意的网络拓扑，且能独立工作，能与互联网或蜂窝移动通信系统连接；自组织网络一般不适合于作为中间传输网络，只允许产生于或目的是网络内部节点的信息进出，而不让其他信息穿越本网络；由于受传输范围影响，自组织网络往往要通过多个中间环节，又称为多跳无线网、自组织网络、无固定设施网络或对等网络。

2.简述移动自组织网络的特点？

网络的自组织性：在任意时间、地点搭建，自动探测网络拓扑信息，自动选择传输路由，自动控制通信分布式控制方式：建立在对等节点之上，没有控制中心

网络拓扑的动态变化：移动节点间通过无线信道所形成的网络拓扑结构相互干扰和地形变化等影响而变化

多跳路由：由于节点覆盖范围有限，需要经中间节点转发

移动节点的计算性能有限：受CPU、内存和供电能力限制

安全性能较差：数据信息易受窃听，网络易受攻击

存在单向无线信道：两个节点发射功率不同时，强的一方接收弱的一方的信号

生存时间较短：临时搭建的，随任务的完成而消失

供电问题突出：一般用电池供电，长时间工作需要解决电池问题

3.简述移动自组织网络的拓扑及特点？

网络中各节点可以直接或经过转接而相互连通

不允许存在不与其他节点相连的孤立节点

不允许存在一部分节点与另一部分节点不相连的情况

随机拓扑结构：所有的节点都具有收发信息的功能；所有的节点随机分布，并可动态变化。

分群结构：所有节点都具有相国的功能，并能在预定的通信区域内随机分布。若干个节点组成一个子群，每个子群内是单跳网；

群首：子群中编号最小的节点；

信关：为相邻子群的群首提供链路的节点，处于相邻子群的重叠区域。若重叠部的节点多于1个，则编号小的节点被指定为信关；

普通节点：子群中不为群首和信关的其他节点。

多个子群相互链接以覆盖整个区域。

4.什么是移动自组织网络的隐藏终端和暴露终端问题？

隐藏终端：

节点A\C\B相连，但节点C相对于节点A为隐藏终端，当A向B发送信号时，可能会遇到节点C也在向B发送信号，造成节点B丢失双方信号

暴露终端：

节点ABCD为串联链路，节点B相对于节点C为暴露终端

当节点B向节点A发送CTS控制报文时，节点C认为自己可以向节点D发送CTS控制报文，

但当节点反馈的CTS会与B发送的数据报文在节点C发送冲突，于是节点C无法和节点D成功握手

5.简述移动自组织网络的路由协议的分类及区别

表驱动路由协议：WRP、DSDV、OLSR

按需驱动路由协议：AODV 、DSR

混合路由协议：ZRP、CBRP

基于定位的路由协议：LAR、GPSR

（具体内容另外理解记忆）

移动自组织网络的路由问题较固定网络复杂，需要满足下述要求：节点自由移动、信号衰减、有限带宽、信号干扰；要求路由协议必须采用分布式操作；尽量支持单向链路；避免出现路由环路。因此其路由协议有如下选择。

表驱动路由协议：新节点加入时更新快；有先驱节点记录，可避免路由环路。但信息表过多，加重节点负担，且不允许节点睡眠，耗电量加大，占用网络带宽。

按需驱动路由协议：当向目的节点发送封包时，原节点才在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。

虽可提供最新和最短跳数路由，但建立路由时开销较大。

路由表，在区域外部使用路由发现程序，利用区域的本地路由信息来获取路由。

基于定位的路由协议：一种典型的利用地理位置信息的路由协议。中间节点收到路由查询报文后，判断自己是否在上一节点的寻找区域内，如果在则转发，不在则丢弃。由于利用位置信息限制路由查询报文的洪泛范围，路由开销较小。

6.简述移动自组织网络的QoS保障技术

QoS体系结构

传统的互联网QoS技术不再适用于移动自组织网络

新要求：业务区分能力，提供定性的QoS支持；开销小，对节点存储和处理能力要求低；分布式实施；自适应能力

QoS信令

RSVP（资源预留协议）是互联网中相当成熟和标准化的QoS信令协议，其移动性的扩展主要集中在为蜂窝网络提供QoS，解决小区的平滑切换和重路由。要求以少的信令开销迅速建立流预约；在拓扑发生变化时能维护活跃的流

QoS路由

移动自组织的QoS路由刚起步，其自身的特点使蜂窝网络等QoS路由不能简单套用：移动自组织网络的拓扑性使节点间链路状态的获取与维护变得困难；多约束的QoS路由选择更困难；单向信道的存在使QoS路由协议设计更困难基于共享机制的信道造访易造成信道阻塞；自身特性决定其QoS路由协议不能太复杂

QoS MAC协议

需要设计MAC QoS协议来高效地调度分组和使用带宽，及时响应网络拓扑的变化；在不影响其他节点的的前提下实现自身的QoS要求

Chap 7电信网络

Part 1 Key Point

1.AMPS和ETACS的系统概述和呼叫处理

概述：

①在无线传输中采用了频率调制

②每个无线信道实际由一对单工信道组成，彼此分隔45MHz

③需要建立高塔来支撑接收和发射天线，发射天线功率通常为数百瓦

④每个基站由控制信道发射器和接收器，以及8个以上FM双工语音信道组成（商用基站可达57个语音信

道）

呼叫处理：

2.GSM系统的体系结构、信道分类及各自特点、帧结构及信号处理

体系结构：

基站子系统（BSS）：提供并管理移动台和移动业务交换中心之间的无线传输通道。每个BSS包括多个基站控制器

网络子系统（NSS）：NSS管理着系统的交换功能，允许系统工种师对GSM的所有方面进行监视、诊断和检修。该子系统与其他GSM子系统内部相连，仅提供给负责网络业务设备的GSM运营方

操作支持子系统（OSS）

信道分类：

1）业务信道（TCH）：数字化的用户编码语音或用户数据，在前向链路和反向链路上具有相同的功能和格式业务信道又分为：

（1、全速率TCH：用户数据包含在每帧的一个时隙内

（2、半速率TCH：用户的数据映射到相同的时隙上，但是在交替帧内发送

2）控制信道（CCH）：在基站和移动站之间传输信令和同步指令控制信道又分为：

（1、广播信道（BCH）

在每个小区中指定的ARFCH前向链路上运行，仅在某些GSM帧的第一时隙发送数据，只使用前向链路广播控制信道（BCCH）：广播小区和网络识别、小区运行特征（控制信道结构、利用率和阻塞）、信道列表等消息。一个控制复帧的第二帧到5帧为BCCH数据

频率校正信道FCCH）：是一个特定的数据突发序列，占用第一个GSM帧的TS 0，在控制信道复帧中每10帧重复一次，用于同步用户内部频率与基站的频率

同步信道SCH）：出现在FCCH帧后的帧中的TS 0内，当允许移动台与基站进行帧同步时，SCH用来识别服务基站

（2、公共控制信道（CCCH）

在广播信道的ARFCN上，每个没有被BCH或空闲帧使用的GSM帧的TS 0被公共控制信道占用寻呼信道PCH）：从基站向小区内移动台提供寻呼信号，通知指定的移动台接收发自PSTN 的呼叫，也可提供小区广播的ASCII文本消息

随机接入信道RACH）：是一个反向链路信道，用来让用户接收来自PCH的寻呼，也可用来使移动台发出一个呼叫

接入认可信道AGCH）：被基站用来向移动台提供前向链路通信，载有使移动台在特定物理信道中运行的数据

（3、专用控制信道（DCCH）

为双向信道，用于提供用户所需的信令服务

独立专用控制信道SDCCH）：载有信令业务数据，这些数据在移动台与基站相连后，基站分配TCH之前，被认为是一个中间的、暂时信道，用来接收BCH新完成的呼叫

慢速辅助控制信道SACCH）：在前向链路上用来向移动台发送慢速但规则变化的控制信息；在反向链路上载有接收信号长度、TCH的质量以及邻近小区的BCH测量结果

快速辅助控制信道FACCH）：载有紧急信息（如切换要求）

帧结构：（大概看下就行）

信号处理：（需要理解）

3.CDMA的信道特点

1）码分多址（CDMA）较TDMA和FDMA具有一些优越性，与被广泛使用的一些蜂窝系统的频带兼容，可较经济地生产出用于双模式运行的移动台和基站

2）通话小区内用户使用相同的无线信道，邻近小区内的用户也可使用相同的无线信道

3）完全取消对频率规划的要求

4.DECT和PACS的体系结构

DECT体系结构：

1）与ISDN相似，但不同于AMPS和GSM等蜂窝标准，是为无线本地环路或城市区域接入而设计的

2）根据便携台接收的信号来动态分配信道，只提供普通速度的越区切换

3）物理层：采用FDMA/TDMA/TDD无线传输方式

4）媒体接入控制层（MAC）：包括一个寻呼信道和一个控制信道

5）数据链路控制层（DLC）：负责向网络层提供可靠的数据链路，并对每个用户将逻辑物理信道划分成时隙，同时对时隙提供格式化的纠错检错。

6）网络层：即DECT的主要信令层，提供呼叫控制、电话交换业务，及面向连接的消息业务和移动性管理。

PACS的体系结构：

1）用户单元（SU）：可是固定部分也可是便携部分

2）无线接口（RP）：连接到无线端口的控制单元RPCU

3）接入管理（AM）：其中接口A是空中接口，提供SU 和RP的联接；接口P提供通过RP连接SU和RPCU所要求的协议，且接口P通过一个嵌入操作信道（EOC）来连接RPCU及BP

Part 2 Practice Answer

1.下列说法哪个对GSM来讲是不正确的？

a. 上行链路和下行链路信道频率间隔为45MHz。

b. 一个时隙中有8个用户。

c. GSM调制器的蜂值频移是GSM数据速率的整数倍。

d. GSM采用了恒包络调制

2.GSM系统中，每个小区能提供多少个全速率物理频道？

GSM均使用专为系统保留的两个25MHz的频段，即前向链路和反向链路。前向与反向有效频段被划分为200kHz宽的信道，该信道以绝对无线频率信道号标志（ARFCN），一个信道号代表一对前向、反向信道，两者间隙为45MHz，且每个信道在8个TDMA用户里是时间共享的。

则，一个链路被可被分为信息数：25MHz / 200kHz = 125

由于每个信道在8个TDMA用户里是时间共享的，所以全速率物理频道数为：125 * 8 = 1000

3.下列AMPS信道中，哪个是空白-突发信道？

A.慢速辅助控制信道（SACCH）

B.反向语音信道（RVC）

C.寻呼信道（PC）

D.广播控制信道（BCCH）

E.快速辅助控制信道（FACCH）

4.在DECT系统上用户传输数据的最大速率是多少？

32 kbps

5.对每一个DETC系统，在室外有明显多径影响的环境中，可能会出现什么情况？解释你的答案，并给出定性分

析。

6.下面哪个系统是基于微小区结构的。选择一项：

Chap 8 异构网络协调通信

Part 1 Key Point

1.异构网络的特征及研究发展趋势

特征：

1）异构网络是一种由不同类型的网络协议或不同的接入技术所组成的混合型网络系统

2）异构网络可由不同制造商生产的网络设备和系统组成

3）异构网络中的不同类型的网络通过路由器连接

4）构建异构网络时，不应该修改现有的网络协议异构网络之间的协作和融合是研究发展的趋势。

2.软件无线电技术

无线网络的异构性体现在底层物理技术方面的空中接口差异性

软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。宽带/多频段天线、A/D/A转换器件、DSP（数字信号处理器）技术及实时操作系统是软件无线电的关键技术。

软件无线电（Software Defined Radio,简称SDR），就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。

3.认知无线电技术

1）1999年，由瑞典的一位学者提出，作为软件无线电的发展，认知无线电继承了软件无线电的开放性、标准化和模块化思路，可以智能感知周围的无线电环境特征

2）认知无线电可通过智能感知，动态地检测和有效地利用空闲频谱，并能根据一定的学习和决策算法，自适应地改变系统工作参数

3）可根据不同网络的空中接口，实时调整自身参数与之适配，因而不需改变现有网络的结构及协议

Part 2 Practice Answer

1.简述何为异构网络

异构网络是一种由不同类型的网络协议或不同的接入技术所组成的混合型网络系统

异构网络可由不同制造商生产的网络设备和系统组成

异构网络中的不同类型的网络通过路由器连接

构建异构网络时，不应该修改现有的网络协议

2.简述异构网络面临哪些问题

异构网络融合的参考模型或体系结构

异构网络的泛在移动性管理

异构无线网络的空中接口互连

异构网络的联合无线资源管理

异构网络的服务质量（QoS）管理

3.寻找一个身边与异构网络相关的事例，说明其具备哪些异构网络的特征，还有哪些方面的问题需要解决。