后页 退出前页第 6章 无线通信
6.1 蜂窝无线通信
6.2 码分多址 CDMA
6.3 卫星通信
6.4 蓝牙技术
6.5 无线应用协议 WAP
后页 退出前页
6.1 蜂窝无线通信
6.1.1 寻呼系统当前大多数寻呼系统的共同特点,
单向系统,如图 6-1
信息量极小,每条信息可能仅需要 30字节的突发传输
857MHz931MHz
931MHz
车载移动台 手机天线
842MHz
830MHz
车载移动台 手机天线
887MHz
(b)双向移动电话系统(a) 单向寻呼系统图 6-1 寻呼系统与移动电话系统比较后页 退出前页
6.1.2 无绳电话无绳电话通信系统分为
70年代出现的模拟无绳电话通信系统
现代无绳电话通信系统第一代模拟无绳电话系统（ CT1）由一个或若干个基站和多部手机组成,
优点,技术简单、安装方便、成本低
缺点,频谱利用率低、容量小、服务范围不大、相互干扰严重、音质差、难于保密、不易进行数据通信等后页 退出前页第二代无绳电话系统（ CT2）
优点：采用了话音编码、时分双工等数字技术，同时利用多信道共用和信道动态分配技术，提高系统频谱利用率，
加强了抗干扰能力，提高了话音质量，还可提供加密业务 ；
缺点,CT2用户只能主叫，不能作被叫，而且系统无越区切换和漫游功能 。
新的数字无绳电话系统标准
容量大、覆盖面宽、能完成双向呼叫、微蜂窝越区切换和漫游以及应用灵活等后页 退出前页
6.1.3 模拟蜂窝电话蜂窝结构示意图（频率重用）：
A
B
C
D
E
G
F
A
B
C
D
E
G
F
A
B
C
D
E
G
F
图 6-2 蜂窝结构示意图后页 退出前页
AMPS系统使用 832个全双工信道,分成 4类：
1,控制（基站到移动电话），用于管理系统；
2,呼叫（基站到移动电话），用于提示用户有人呼叫；
3,接入（双向），用于通话建立和信道分配；
4,数据（双向），用于话音、传真或数据。
另有 21个信道留作控制，它们被固化到电话的
PROM中。
后页 退出前页
6.1.4 数字蜂窝电话一,GSM,GSM系统主要由移动交换中心 MSC、基站 BS和移动台 MS三部分组成。
Abis接口
MS 移动台
MS 移动台
BTS 基站收发信机
BTS基站收发信机无线接口
BSC 基站控制机
BSC基站控制机
MSC 移动交换中心
A接口
VLR 拜访位 置 寄 存器
HLR归属位置寄存器图 6-3 GSM网络结构示意图本地交换机中继线后页 退出前页
GSM系统中每个蜂窝最多可拥有 200多个全双工信道 。
下行频率为 935 MHz ~960MHz，上行频率为 890 MHz~915
MHz，每个频道宽 200kHz，其频道配置如图 6-4所示移动台到基站
890.2MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
890.4MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
915MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
1
2
124
TDMA
FD
MA
基站到移动台
935.2MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
935.4MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
960MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
1
2
124
图 6-4 GSM使用 124个频率信道,每个均使用 8时隙 TDM系统
。
后页 退出前页系统工作过程,
移动台被呼过程：可分为寻呼、选择基站、应答、分配话音信道、振铃和通话等 ；
移动台主呼过程：可分为呼前拨号、选择基站、申请话音信道、分配话音信道、向市话拨号、振铃和通话等；
移动台先挂机时的拆线过程：释放,空闲,基站关闭发射机 ；
市话用户先挂机时的拆线过程：示闲,信道释放,基站发射机关闭 ；
越区切换过程：新信道准备,通知移动台切换频道,信道、
线路重新组合 。
后页 退出前页二,GPRS,GSM上叠加的无线分组服务后页 退出前页
GPRS优点：
更快的速度
永远在线的移动性
更新更好的应用
为第三代移动网络应用业务开发提供宝贵的经验三,CDPD移动网技术特点,
64 kbit/s的有线线路和固定网连接,19.2 kbit/s的空中信道用以连接移动台，全双工实时无线数据通信
高质量、无差错的无线数据传送
更好地 保护用户数据不被窃听
无连接方式的分组通信
适用于信息量较小但实时性要求较高的数据传输后页 退出前页
CDPD网络的逻辑组成
M-ES
移动台
MDBS
数据基站
MD-IS
中间系统
IS 路由器
F-ES
固定台
A接口 （ 空中接口 ） E接口 （ 外部接口 ）
图 6-6 CDPD网络的逻辑组成
MDBS：移动数据基站系统，主要负责无线资源的管理
MD-IS：移动数据中间系统，负责验证移动台的身份，管理移动台的移动性
M-ES：移动终端系统后页 退出前页四、第三代数字蜂窝系统第三代移动通信系统，是能支持话音数据综合和移动多媒体的宽带数字移动网络。主要由接入部分、宽带通信网和智能化网络管理组成。
接入部分包括无线和有线接入
宽带通信网提供对各种业务的传输与交换功能
智能化网络管理和数据库是第三代通信网的核心，
它担负着数据库管理、用户移动性管理、网络安全管理等后页 退出前页
6.2 码分多址 CDMA
6.2.1 多址通信技术简介
频分多址 FDMA
时分多址 TDMA
码分多址 CDMA
空分多址 SDMA
波分多址 WDMA
后页 退出前页
6.2.2 码分多址原理
每个站点被指定一个唯一的 m位码片序列，当发送比特 1时，站点就发送其码片序列，发送比特 0时，站点就发送其码片序列的反码。
比如站点 A的码片序列被指定为 00011011，发送 00011011就表示发送比特 1，发送 11100100就表示发送比特 0。
采用双极型的形式，二进制 0用,－ 1”代替，二进制 1用,＋ 1”代替。书写时，将码片序列用括号括起来，比如站点 A的码片序列为 （ -1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1）
任意两个不同的码片序列 S和 T的内积（记为 S?T）均为 0（由此我们可得到 S? =0），即：
任何码片序列与自己的内积均为 1（由此我们可得到 S?=-1）,即：
01
1
m
i
iiTSmTS
1)1(111
1
2
1
2
1
m
i
m
i
ii
m
i
i mSmSSmSS
T
后页 退出前页
A:0 0 0 1 1 0 1 1
B:0 0 1 0 1 1 1 0
C:0 1 0 1 1 1 0 0
D:0 1 0 0 0 0 1 0
(a)
A,(-1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
B,(-1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)
C,(-1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1)
D,( -1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –1)
(b)
- - 1 - C
- 1 1 - B+C
1 0 - - A+B
1 0 1 - A+B+C
1 1 1 1 A+B+C+D
1 1 0 1 A+B+C+D
六个例子：
S1=(-1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1)
S2=(-2 0 0 0 +2 +2 0 –2)
S3=(0 0 -2 +2 0 -2 0 +2)
S4=(-1 +1 -3 +3 -1 -1 -1 +1)
S5=(-4 0 -2 0 +2 0 +2 -2)
S6=(-2 -2 0 -2 0 -2 +4 0)
(c)
S1C=(1+1+1+1+1+1+1+1) /8= 1
S2C =(2+0+0+0+2+2+0+2) /8=1
S3C =(0+0+2+2+0-2+0-2) /8 = 0
S4C =(1+1+3+3+1-1+1-1) /8 = 1
S5C =(4+0+2+0+2+0-2+2)/8 = 1
S6C =(2-2+0-2+0-2-4+0) /8 = -1
(d)
图 6-7 (a) 4个站点的二进制芯片序列； (b) 双极型芯片序列；
(c) 发送的六个例子； (d) 站点 C的信号复原。
后页 退出前页
6.2.3 扩展频谱通信香农公式：
)1(l o g 2 NSBC
44.1 S
NCB
经过转化可得到：
直接扩频系统的处理增益为：
S
W
p B
BG?
其中,为射频信号带宽,为原始信息带宽也即解调后信号占用带宽
WB SB
后页 退出前页一、直接序列扩频扩频伪码调制振荡窄带信号混频本振解扩伪码窄带信号图 6-8 直接扩频系统原理二、跳频扩频窄带信号窄带信号调制伪码混频频率合成混频频率合成解调伪码图 6-9 跳频系统原理中频带通后页 退出前页跳频图案 （ 时间－频率矩阵 ）
fi
fN
f3
f1
tmtit2t1
图 6-10 时间－频率矩阵跳频图案的一般要求：
周期要长
保密性要好
随机性要好
各种跳频图案间的可能重叠的时隙数最小
给定一个允许的重叠规则，其构成的跳频图案的数目应是最大后页 退出前页
6.2.4 CDMA的特点
具有很强的抗干扰能力
用户可随机接入系统进行多址通信
安全通信
过境软切换
系统性能的自适应性
抗衰落能力强后页 退出前页
6.3 卫星通信
6.3.1 卫星通信系统的组成卫星通信系统主要包括：跟踪遥测指令分系统、监控管理分系统、空间分系统及通信地球站。
通信通信地球站分系统空间分系统跟踪遥测指令分系统 监 控 管 理分系统地球站通 信 业 务控制中心测控图 6-11 卫星通信系统的基本组成后页 退出前页
1,跟踪遥测指令分系统：对卫星进行跟踪测量
2,监控管理分系统：对在轨道定点上的卫星进行业务开通前、后的监测和控制
3,空间分系统：空间分系统是由主体部分的通信系统和保障部分的遥测指令和控制系统以及能源（包括太阳能电池和蓄电池）
等组成。如图 6-12所示
4,地球站：是微波无线电收、发信台站，用户通过它接入卫星通信网络进行通信电源系统通信系统遥测指令系统控制系统图 6-12 空间分系统的组成后页 退出前页
6.3.2 地球同步卫星
同步卫星的好处是人们可以让地球站上的天线对准卫星，以后不需调整角度
卫星的距离最好不要小于
卫星使用 的波段为：
2
波段 频段数 下行（ GHz） 上行（ GHz） 存在的问题
C 4/6 3.7~4.2 5.925~6.425 拥挤；串扰
Ku 11/14 11.7~12.2 14.0~14.5 雨水吸收
Ka 20/30 17.7~21.7 27.5~30.5 雨水吸收；设备造价后页 退出前页通信卫星新发展：甚小孔径终端 VSAT
中心站通信卫星
VSAT
VSAT
VSAT VSAT
VSAT
VSAT
图 6-14 使用中心站的 VSAT
后页 退出前页
6.3.3 低轨道卫星通信系统
地球同步卫星缺陷：发射重量大、成本高，延时大，要求卫星和地面设备功率大,所以出现了低轨道卫星。
铱系统采用,倒置,的蜂窝结构,应用星上交换和在卫星转发器之间采用星际链路技术
全球星 的 卫星系统只是简单的中继器,没有复杂的星上处理能力，也无需星间交叉链路
全球星系统采用先进的 CDMA接入技术，因而具有一系列
CDMA技术所带来的好处后页 退出前页
6.3.4 卫星通信网的优缺点优点：
传播距离远，覆盖面积大
通信回路灵活
通信容量大
通信质量高，稳定可靠缺陷：
要有高可靠、长寿命的通信卫星
具有较大的信号延迟
6.1 蜂窝无线通信
6.2 码分多址 CDMA
6.3 卫星通信
6.4 蓝牙技术
6.5 无线应用协议 WAP
后页 退出前页
6.1 蜂窝无线通信
6.1.1 寻呼系统当前大多数寻呼系统的共同特点,
单向系统,如图 6-1
信息量极小,每条信息可能仅需要 30字节的突发传输
857MHz931MHz
931MHz
车载移动台 手机天线
842MHz
830MHz
车载移动台 手机天线
887MHz
(b)双向移动电话系统(a) 单向寻呼系统图 6-1 寻呼系统与移动电话系统比较后页 退出前页
6.1.2 无绳电话无绳电话通信系统分为
70年代出现的模拟无绳电话通信系统
现代无绳电话通信系统第一代模拟无绳电话系统（ CT1）由一个或若干个基站和多部手机组成,
优点,技术简单、安装方便、成本低
缺点,频谱利用率低、容量小、服务范围不大、相互干扰严重、音质差、难于保密、不易进行数据通信等后页 退出前页第二代无绳电话系统（ CT2）
优点：采用了话音编码、时分双工等数字技术，同时利用多信道共用和信道动态分配技术，提高系统频谱利用率，
加强了抗干扰能力，提高了话音质量，还可提供加密业务 ；
缺点,CT2用户只能主叫，不能作被叫，而且系统无越区切换和漫游功能 。
新的数字无绳电话系统标准
容量大、覆盖面宽、能完成双向呼叫、微蜂窝越区切换和漫游以及应用灵活等后页 退出前页
6.1.3 模拟蜂窝电话蜂窝结构示意图（频率重用）：
A
B
C
D
E
G
F
A
B
C
D
E
G
F
A
B
C
D
E
G
F
图 6-2 蜂窝结构示意图后页 退出前页
AMPS系统使用 832个全双工信道,分成 4类：
1,控制（基站到移动电话），用于管理系统；
2,呼叫（基站到移动电话），用于提示用户有人呼叫；
3,接入（双向），用于通话建立和信道分配；
4,数据（双向），用于话音、传真或数据。
另有 21个信道留作控制，它们被固化到电话的
PROM中。
后页 退出前页
6.1.4 数字蜂窝电话一,GSM,GSM系统主要由移动交换中心 MSC、基站 BS和移动台 MS三部分组成。
Abis接口
MS 移动台
MS 移动台
BTS 基站收发信机
BTS基站收发信机无线接口
BSC 基站控制机
BSC基站控制机
MSC 移动交换中心
A接口
VLR 拜访位 置 寄 存器
HLR归属位置寄存器图 6-3 GSM网络结构示意图本地交换机中继线后页 退出前页
GSM系统中每个蜂窝最多可拥有 200多个全双工信道 。
下行频率为 935 MHz ~960MHz，上行频率为 890 MHz~915
MHz，每个频道宽 200kHz，其频道配置如图 6-4所示移动台到基站
890.2MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
890.4MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
915MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
1
2
124
TDMA
FD
MA
基站到移动台
935.2MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
935.4MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
960MHz CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8
1
2
124
图 6-4 GSM使用 124个频率信道,每个均使用 8时隙 TDM系统
。
后页 退出前页系统工作过程,
移动台被呼过程：可分为寻呼、选择基站、应答、分配话音信道、振铃和通话等 ；
移动台主呼过程：可分为呼前拨号、选择基站、申请话音信道、分配话音信道、向市话拨号、振铃和通话等；
移动台先挂机时的拆线过程：释放,空闲,基站关闭发射机 ；
市话用户先挂机时的拆线过程：示闲,信道释放,基站发射机关闭 ；
越区切换过程：新信道准备,通知移动台切换频道,信道、
线路重新组合 。
后页 退出前页二,GPRS,GSM上叠加的无线分组服务后页 退出前页
GPRS优点：
更快的速度
永远在线的移动性
更新更好的应用
为第三代移动网络应用业务开发提供宝贵的经验三,CDPD移动网技术特点,
64 kbit/s的有线线路和固定网连接,19.2 kbit/s的空中信道用以连接移动台，全双工实时无线数据通信
高质量、无差错的无线数据传送
更好地 保护用户数据不被窃听
无连接方式的分组通信
适用于信息量较小但实时性要求较高的数据传输后页 退出前页
CDPD网络的逻辑组成
M-ES
移动台
MDBS
数据基站
MD-IS
中间系统
IS 路由器
F-ES
固定台
A接口 （ 空中接口 ） E接口 （ 外部接口 ）
图 6-6 CDPD网络的逻辑组成
MDBS：移动数据基站系统，主要负责无线资源的管理
MD-IS：移动数据中间系统，负责验证移动台的身份，管理移动台的移动性
M-ES：移动终端系统后页 退出前页四、第三代数字蜂窝系统第三代移动通信系统，是能支持话音数据综合和移动多媒体的宽带数字移动网络。主要由接入部分、宽带通信网和智能化网络管理组成。
接入部分包括无线和有线接入
宽带通信网提供对各种业务的传输与交换功能
智能化网络管理和数据库是第三代通信网的核心，
它担负着数据库管理、用户移动性管理、网络安全管理等后页 退出前页
6.2 码分多址 CDMA
6.2.1 多址通信技术简介
频分多址 FDMA
时分多址 TDMA
码分多址 CDMA
空分多址 SDMA
波分多址 WDMA
后页 退出前页
6.2.2 码分多址原理
每个站点被指定一个唯一的 m位码片序列，当发送比特 1时，站点就发送其码片序列，发送比特 0时，站点就发送其码片序列的反码。
比如站点 A的码片序列被指定为 00011011，发送 00011011就表示发送比特 1，发送 11100100就表示发送比特 0。
采用双极型的形式，二进制 0用,－ 1”代替，二进制 1用,＋ 1”代替。书写时，将码片序列用括号括起来，比如站点 A的码片序列为 （ -1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1）
任意两个不同的码片序列 S和 T的内积（记为 S?T）均为 0（由此我们可得到 S? =0），即：
任何码片序列与自己的内积均为 1（由此我们可得到 S?=-1）,即：
01
1
m
i
iiTSmTS
1)1(111
1
2
1
2
1
m
i
m
i
ii
m
i
i mSmSSmSS
T
后页 退出前页
A:0 0 0 1 1 0 1 1
B:0 0 1 0 1 1 1 0
C:0 1 0 1 1 1 0 0
D:0 1 0 0 0 0 1 0
(a)
A,(-1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
B,(-1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)
C,(-1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1)
D,( -1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –1)
(b)
- - 1 - C
- 1 1 - B+C
1 0 - - A+B
1 0 1 - A+B+C
1 1 1 1 A+B+C+D
1 1 0 1 A+B+C+D
六个例子：
S1=(-1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1)
S2=(-2 0 0 0 +2 +2 0 –2)
S3=(0 0 -2 +2 0 -2 0 +2)
S4=(-1 +1 -3 +3 -1 -1 -1 +1)
S5=(-4 0 -2 0 +2 0 +2 -2)
S6=(-2 -2 0 -2 0 -2 +4 0)
(c)
S1C=(1+1+1+1+1+1+1+1) /8= 1
S2C =(2+0+0+0+2+2+0+2) /8=1
S3C =(0+0+2+2+0-2+0-2) /8 = 0
S4C =(1+1+3+3+1-1+1-1) /8 = 1
S5C =(4+0+2+0+2+0-2+2)/8 = 1
S6C =(2-2+0-2+0-2-4+0) /8 = -1
(d)
图 6-7 (a) 4个站点的二进制芯片序列； (b) 双极型芯片序列；
(c) 发送的六个例子； (d) 站点 C的信号复原。
后页 退出前页
6.2.3 扩展频谱通信香农公式：
)1(l o g 2 NSBC
44.1 S
NCB
经过转化可得到：
直接扩频系统的处理增益为：
S
W
p B
BG?
其中,为射频信号带宽,为原始信息带宽也即解调后信号占用带宽
WB SB
后页 退出前页一、直接序列扩频扩频伪码调制振荡窄带信号混频本振解扩伪码窄带信号图 6-8 直接扩频系统原理二、跳频扩频窄带信号窄带信号调制伪码混频频率合成混频频率合成解调伪码图 6-9 跳频系统原理中频带通后页 退出前页跳频图案 （ 时间－频率矩阵 ）
fi
fN
f3
f1
tmtit2t1
图 6-10 时间－频率矩阵跳频图案的一般要求：
周期要长
保密性要好
随机性要好
各种跳频图案间的可能重叠的时隙数最小
给定一个允许的重叠规则，其构成的跳频图案的数目应是最大后页 退出前页
6.2.4 CDMA的特点
具有很强的抗干扰能力
用户可随机接入系统进行多址通信
安全通信
过境软切换
系统性能的自适应性
抗衰落能力强后页 退出前页
6.3 卫星通信
6.3.1 卫星通信系统的组成卫星通信系统主要包括：跟踪遥测指令分系统、监控管理分系统、空间分系统及通信地球站。
通信通信地球站分系统空间分系统跟踪遥测指令分系统 监 控 管 理分系统地球站通 信 业 务控制中心测控图 6-11 卫星通信系统的基本组成后页 退出前页
1,跟踪遥测指令分系统：对卫星进行跟踪测量
2,监控管理分系统：对在轨道定点上的卫星进行业务开通前、后的监测和控制
3,空间分系统：空间分系统是由主体部分的通信系统和保障部分的遥测指令和控制系统以及能源（包括太阳能电池和蓄电池）
等组成。如图 6-12所示
4,地球站：是微波无线电收、发信台站，用户通过它接入卫星通信网络进行通信电源系统通信系统遥测指令系统控制系统图 6-12 空间分系统的组成后页 退出前页
6.3.2 地球同步卫星
同步卫星的好处是人们可以让地球站上的天线对准卫星，以后不需调整角度
卫星的距离最好不要小于
卫星使用 的波段为：
2
波段 频段数 下行（ GHz） 上行（ GHz） 存在的问题
C 4/6 3.7~4.2 5.925~6.425 拥挤；串扰
Ku 11/14 11.7~12.2 14.0~14.5 雨水吸收
Ka 20/30 17.7~21.7 27.5~30.5 雨水吸收；设备造价后页 退出前页通信卫星新发展：甚小孔径终端 VSAT
中心站通信卫星
VSAT
VSAT
VSAT VSAT
VSAT
VSAT
图 6-14 使用中心站的 VSAT
后页 退出前页
6.3.3 低轨道卫星通信系统
地球同步卫星缺陷：发射重量大、成本高，延时大，要求卫星和地面设备功率大,所以出现了低轨道卫星。
铱系统采用,倒置,的蜂窝结构,应用星上交换和在卫星转发器之间采用星际链路技术
全球星 的 卫星系统只是简单的中继器,没有复杂的星上处理能力，也无需星间交叉链路
全球星系统采用先进的 CDMA接入技术，因而具有一系列
CDMA技术所带来的好处后页 退出前页
6.3.4 卫星通信网的优缺点优点：
传播距离远，覆盖面积大
通信回路灵活
通信容量大
通信质量高，稳定可靠缺陷：
要有高可靠、长寿命的通信卫星
具有较大的信号延迟
