上海大学通信与信息工程学院 2010.12

上海大学通信与信息工程学院上海大学通信与信息工程学院

2010.122010.12

宽带无线通信郑国莘 吴雅婷

宽带无线通信郑国莘 吴雅婷

通信与信息工程学院通信与信息工程学院2

Cdma2000-1xRev C/D

3GPP2 Standards

3GPP Standards

HSUPARel.6+

IEEE Standards

802.11n

Flarion and others

WiFi

802.11b 802.11a 802.11g

802.16dWiMax

802.20

802.11n

cdmaOneIS-95A/B

Cdma2000-1x1xRTT

1xEV-DORev0

1xEV-DORevA

1xEV-DORev b

Cdma20001x RevE

GSM/GPRS

EDGE

WCDMARel.4

HSDPARel.5

TD-SCDMA

802.15.3802.15.3 802.15.4

宽带无线通信：宽带网络的移动化

移动通信：移动的宽带化

WLAN

WMAN

WPAN

WSN

课程目的课程目的

通信与信息工程学院通信与信息工程学院3

内容

基础课程：信息论与编码基础课程：信息论与编码

专业基础课程：通信原理

无线通信技术

宽带无线通信

移动通信

基础课程：信号与系统 时域与频域的分析

课程

数字信号的编码

随机信号通过线性系统

点对点通信的系统性能

通信原理深化

IEEE 系列的通信网

ITU-T 系列的通信网

性质

接入层网络层

物理层链路层

相对独立的

三大基础

基础课程：概率论与随机过程

课程目的课程目的

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课程目的课程目的

本课程为电子与通信类学生的专业选修课程本课程为电子与通信类学生的专业选修课程

内容包括网络技术的基本原理，并重点对内容包括网络技术的基本原理，并重点对 WIMAXWIMAX 、、 WLANWLAN 、、ad hocad hoc 和无线传感器网络等目前最为热门的无线技术进行和无线传感器网络等目前最为热门的无线技术进行了详细的讲述。了详细的讲述。

要求学生通过本课程的学习，牢固掌握宽带无线技术及其相要求学生通过本课程的学习，牢固掌握宽带无线技术及其相关网络协议。了解宽带无线技术的基本原理、具体应用以及关网络协议。了解宽带无线技术的基本原理、具体应用以及发展趋势。发展趋势。

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课程内容课程内容第一章 绪论 （ 2 学时）第二章 宽带通信网络 （ 2 学时）第三章 通信网络协议 （ 4 学时）第四章 WLAN 无线技术 （ 12 学时）第五章 WiMAX 无线技术 （ 6 学时）第六章 蓝牙技术 （ 2 学时）第七章 超宽带技术 （ 4 学时）第八章 ad hoc 网络 （ 4 学时）第九章 ZigBee 技术 （ 4 学时）

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参考书目参考书目 司鹏博 胡亚辉 程源 余锦 等编著 “无线宽带接入新技

术” 2007 年 6 月 机械工业出版社 龚正虎“现代 TCP/IP 网络原理与技术” 2002 年国防工

业出版社

唐雄燕 主编 李建宇 张辉 王彬 编著 “宽带无线接入技术及应用 -WIMAX 和 WIFI” 2006 年 5 月 电子工业出版社

刘宴兵 唐红 “宽带无线移动通信网络技术” 2008 年 6月 科学出版社

毛京丽编著 “宽带 IP 网络” 2010 年 1 月 人民邮电出版社

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第一讲 概述第一讲 概述

ITIT 发展趋势发展趋势

无线通信网络的发展无线通信网络的发展

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1. 信息技术（ IT ）的作用1. 信息技术（ IT ）的作用

2121 世纪的高技术包括六大群体：世纪的高技术包括六大群体：

电子信息技术为先导电子信息技术为先导 新材料技术为基础新材料技术为基础

新能源技术为支柱 新能源技术为支柱

生物技术生物技术 空间技术空间技术 海洋技术海洋技术

开拓开拓 扩展扩展

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包括三大部分包括三大部分

信息应用技术 信息应用技术 —— 信息管理—— 信息管理 控制决策控制决策

目的目的

2. 信息技术的内涵2. 信息技术的内涵

基础基础信息基础技术 信息基础技术 —— 微电子技术—— 微电子技术

核心核心信息系统技术信息系统技术 —— 通信与计算机—— 通信与计算机

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3. 微电子技术的发展3. 微电子技术的发展

微电子技术史上的五大突破微电子技术史上的五大突破

真空管： 真空管： 19061906 年年 晶体管： 晶体管： 19471947 年年 集成电路： 集成电路： 19581958 年年 VLSIVLSI ： ： 19601960 －－ 7070 年年 量子隧道三极管： 量子隧道三极管： 19881988 年年

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2121 世纪微电子技术展望世纪微电子技术展望

纳米晶体管：纳米晶体管： 10nm10nm system on a chipsystem on a chip 铜布线工艺铜布线工艺 低功耗低功耗 埋藏式无源元件集成埋藏式无源元件集成

提高集成度提高集成度

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材料复合材料复合：硅与锗的复合；磷化铟：硅与锗的复合；磷化铟

器件复合： 双极器件与器件复合： 双极器件与 MOSMOS 器件复合器件复合

系统复合： 模拟、数字电路复合系统复合： 模拟、数字电路复合

功能复合功能复合

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单电子晶体管单电子晶体管

纳米级薄膜材料：纳米级薄膜材料：存储点直径存储点直径 0.6nm0.6nm 信息信息 存储密度可达存储密度可达 1014bit/cm1014bit/cm22 。。

量子计算机量子计算机

分子、单电子、量子技术分子、单电子、量子技术

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4.计算机技术的发展4.计算机技术的发展 计算机技术的发展历史计算机技术的发展历史

大规模集成电路 大规模集成电路 7070 年代年代

第一代

第二代

第三代

第四代

第五代

第六代

电子管 电子管 19451945 年年

晶体管 晶体管 19581958 年年

集成电路 集成电路 19641964 年 年

人工神经网络人工神经网络

人工智能 人工智能 8080 年代年代

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量子计算机量子计算机

2121 世纪计算机技术的发展趋势世纪计算机技术的发展趋势

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5. 现代通信技术的发展5. 现代通信技术的发展

发展总趋势发展总趋势

D-Digital D-Digital 数字化数字化

N-Network N-Network 网络化网络化

I-Integrate I-Integrate 综合化综合化

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四个趋势四个趋势 数据业务超过话音业务数据业务超过话音业务 － 信息的需求－ 信息的需求

分组交换超过电路交换分组交换超过电路交换 － 经济的需求－ 经济的需求

软件超过硬件软件超过硬件 － 技术的需求－ 技术的需求

移动超过固定移动超过固定 － 个性的需求－ 个性的需求

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两个焦点两个焦点

无线移动无线移动： ： wireless/mobilewireless/mobile

IPIP因特网因特网： ： Internet/IPInternet/IP

宽带 无线

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第一讲 概述第一讲 概述

ITIT 发展趋势发展趋势

无线通信网络的发展无线通信网络的发展

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电信网 Public Switched Telephone Network, PSTN

用户线－－双芯线，传输双向信号中继线－－电缆，光缆，传输多路信号电信局－－交换机，接通被叫与主叫

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交换－－－两个用户之间建立通信链路

交换机

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Regional Center DClass 1

Regional Center CClass 2

Regional Center BClass 3

Toll Center AClass 4

FINAL

PrimaryCenter

G

HU6

HU5

HU4HU3 HU2

HU1Toll Center H

Toll Connecting

Local Office

Local Office(End Office)

Class 5

HU7

电信网 Public Switched Telephone Network, PSTN

交换机

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全球移动通讯系统 GSM, Global System for Mobile Communications

2G,3G,4G…

基站

基站控制器

交换机

交换机

3

6

26

22

1

45

7

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GSM 与 PSTN 的连接

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移动宽带化

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第一代第一代 第二代第二代 第三代第三代

AMPS

TACS

NMT

其它

模拟技术

需求驱动需求驱动

GSM

TDMAIS-136

CDMAIS95

PDC

数字技术

语音业务

需求驱动需求驱动

UMTSWCDMA

CDMA2000

TD-SCDMA

宽带业务

需求驱动需求驱动

第四代第四代

移动宽带化

通信与信息工程学院通信与信息工程学院27

第一代移动电话（ 1G ）第一代移动电话（ 1G ）移动宽带化

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2G2G移动宽带化

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2.5G2.5G移动宽带化

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3G3G移动宽带化

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IMT-2000IMT-2000移动宽带化

通信与信息工程学院通信与信息工程学院32

4G4G移动宽带化

通信与信息工程学院通信与信息工程学院33

移动宽带化

通信与信息工程学院通信与信息工程学院34

移动宽带化

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宽带移动化 : IEEE802.11

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互联网的发展－－宽带通信的移动性

0.1 1 10 100 Mbps

静止

步行

快速

移动

WMBA

802.20

WiMax

802.16e WiMax

802.16a

Wi － Fi

802.11b/g

UWB

802.15.3a

3G

WCDMA

CDMA2000

TD-SCDMA

GPRS

802.15

蓝牙

宽带移动化 : IEEE802.11

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交换机

电脑

路由器

终端 交换机 路由器

子网，局域网，城域网，广域网

宽带移动化 : IEEE802.11

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互联网： WLAN

无线接入AP

宽带移动化 : IEEE802.11

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基于通信的列车控制技术基于通信的列车控制技术(Communication Based Train Control )(Communication Based Train Control ) ：：通过车地通信，通过车地通信，缩短车距缩短车距 (( 与高铁不同与高铁不同 )) ，增加运能。，增加运能。

39

宽带移动化 : IEEE802.11

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计轴头

轨旁

联锁

雷达

活动应答

器LEU

测速器

计轴主机

信号机

应答器天线 ATP

转辙机

固定应答

器

ATO

无线单元以太网

MMI

无线接入AP

车站主机

CBTC 系统300m+34m

区域控制器

LATS

宽带移动化 : IEEE802.11

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无线个域网（ WPAN ）无线个域网（ WPAN ）宽带移动化 :

通信与信息工程学院通信与信息工程学院42

无线个域网（ WPAN ）无线个域网（ WPAN ）宽带移动化 :

ZigBeeZigBeeLow data rate (250kb/s raw) networking standardLow data rate (250kb/s raw) networking standard

Offers optimized power saving strategies that allow battery life of Offers optimized power saving strategies that allow battery life of 0.5-2+ years for a variety of applications0.5-2+ years for a variety of applications

2.4GHz option allows global license free operation Simple protocol2.4GHz option allows global license free operation Simple protocol

10m – 75m coverage10m – 75m coverage

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超宽带 UWB 无线电 : 用很低功率，很宽频带共用授权频段

目的：提高无线电资源利用率

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无线城域网（ WMAN ）无线城域网（ WMAN ）宽带移动化 :

通信与信息工程学院通信与信息工程学院45

无线城域网（ WiMax ）无线城域网（ WiMax ）宽带移动化 :

网络覆盖半径：最大可达到网络覆盖半径：最大可达到 50km50km ；； 频率：频率： 2—11GHz2—11GHz ；； 频谱效率：频谱效率： 5bit5bit ／／ ss ／／ Hz sHz s

数据传输速率：单基站可以支持数据传输速率：单基站可以支持 70Mbps70Mbps 的数据流量的数据流量如果采用多扇区配置，每个基站可以实现最高如果采用多扇区配置，每个基站可以实现最高 66 扇区共扇区共

420Mbps420Mbps 的业务流量的业务流量；；

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长波通信1000Hz

短波通信3M-30M

电视60M

－ 800M

中波波广播 AM600k-1530k

GSM900M

GPS1.5G

3G2G

wlan2.4G卫星通信

2G －15G

制导2G

－ 15G

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3103 51034103 101036103 7103 8103 9103

510 210410 310 110 210110

11103 1410814103

610310 7104

无线电按频谱划分：

m/

Hzf /红外线

太赫兹未被完全认知

介于微波红外线之间

微波

:f : 0.78 - 40011103 -14104 Hz m

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频率空洞

频率空洞

频率空洞 时间

频率

功率

认知无线电 : 通过频谱感知，发现频率空洞，非授权用户使用授权频段

目的：提高无线电资源利用率

授权用户

CR用户

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