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第 4 章 移动数据通信

第 4 章 移动数据通信. 第 1 节 移动数据通信概述 第 2 节 蜂窝移动数据通信 第 3 节 CDPD 分组数据业务 第 4 节 无绳移动数据通信 第 5 节 集群通信 课后作业. 第 1 节 移动数据通信概述. 4.1.1 移动数据通信概念 4.1.2 移动数据通信系统的组成和分类 4.1.3 移动数据通信系统的主要技术问题 4.1.4 移动数据通信的网络技术比较 4.1.5 移动数据通信的发展前景与趋势. 移动数据通信. 主要指通信双方相对位置经常变化的无线数据通信方式 常对应于广域、低速的公用或专用移动通信网络

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第 4 章 移动数据通信

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Presentation Transcript

  1. 第4章 移动数据通信 第1节 移动数据通信概述 第2节 蜂窝移动数据通信 第3节 CDPD分组数据业务 第4节 无绳移动数据通信 第5节 集群通信 课后作业

  2. 第1节 移动数据通信概述 4.1.1 移动数据通信概念 4.1.2 移动数据通信系统的组成和分类 4.1.3 移动数据通信系统的主要技术问题 4.1.4 移动数据通信的网络技术比较 4.1.5 移动数据通信的发展前景与趋势

  3. 移动数据通信 • 主要指通信双方相对位置经常变化的无线数据通信方式 • 常对应于广域、低速的公用或专用移动通信网络 • 通过与有线数据网络的互联，~将有线数据网络的应用扩展到移动和便携式终端

  4. 移动数据通信系统的组成和分类 • 移动数据通信系统的组成 • 移动数据通信网络 • 用户终端 • 移动数据业务，按业务处理方法分为： • 事务处理型应用 • 接入式应用 • 广播式应用

  5. 按功能分成三层： 无线层 互连层 管理监控层 按用途和主要应用技术，分成： 寻呼网络 蜂窝网络 集群网络 无绳网络 移动数据通信网络

  6. 移动数据通信网络 按功能分成三层： • 无线层 • 在移动用户和基础设施之间传送数据 • 终端登记、管理和自动用户定位 • 互连层 • 管理监控层

  7. 移动数据通信网络 按功能分成三层 • 无线层 • 互连层 • 为来自无线层的数据在移动终端之间或移动终端与固定终端之间选择路由 • 通过各种有线传输媒介完成与固定数据终端的连接 • 管理监控层

  8. 移动数据通信网络 按功能分成三层 • 无线层 • 互连层 • 管理监控层 • 网络的运行、维护 • 用户管理 • 计费管理

  9. 寻呼网络 • 指利用寻呼技术实现的单向/双向移动数据传输。 • 主要发送数字或文本消息 • 是应用时间最早的移动数据网络

  10. 蜂窝网络 • 主要指运用蜂窝通信技术，在现有的蜂窝移动通信网络基础上提供数据通信业务 • 主要用于公众数据服务，属于公用数据网络的范畴

  11. 蜂窝网络分类 • 按制式分为： • 模拟蜂窝数据网络 • 数字蜂窝数据网络 • 按数据交换方式分为： • 按承载系统分为：

  12. 蜂窝网络分类 • 按制式分为： • 按数据交换方式分为： • 电路交换蜂窝数据网络 • 分组交换蜂窝数据网络 • 按承载系统分为：

  13. 蜂窝网络分类 • 按制式分为： • 按数据交换方式分为： • 按承载系统分为： • 专用移动分组网络（如Data TAC、Mobitex） • 利用现有模拟蜂窝基础设施传输分组数据的分组网络（如CDPD系统等）

  14. 集群网络 • 主要指利用集群技术进行移动数据传输的通信网络。 • 集群技术把有限的信道自动地、动态地、快速地分配给系统的所有用户，以最大限度的利用系统信道和频率资源 • 主要用于公安、交通、铁路等行业部门的业务应用，属于专用数据网络 • 主要系统：TETRA系统和iDEN系统

  15. 无绳网络 • 属于微蜂窝或微微蜂窝的范畴 • 特点：容量大、成本低、应用灵活 • 与蜂窝移动通信技术之间是互补关系，可用于本地微型覆盖区域的移动数据传输 • 常用系统包括：DECT、PHS、PACS等

  16. 用户终端 • 无线调制解调器和信息处理设备 例如：移动网卡+便携计算机 无线调制解调器根据选定的通信协议，把信息处理设备发出的数据转换成无线信道能传送的信号形式 • 具有数据收发和处理能力的智能终端 例如：支持WAP功能的手机

  17. 事务处理型应用 • 通信双方为了达到一个共同的目的（事务），要形成一种事务处理过程，主要表现在数据通信双方有一次或多次的相互的请求和请求确认的信息交换。 • 包括： 身份认证、车辆调度、文件交换、无线电子商务应用等

  18. 接入式应用 • 主要指移动工作站与提供网络接入的服务器主机间的数据传输联系 • 典型应用： 互联网接入、数据库接入和远程局域网接入等

  19. 广播式应用 • 主要指单向的或不对称双向的移动数据传输。 • 特点：移动终端接收的下行数据量要远大于其上发数据量。消息常覆盖很大区域，可以重发多次，且不需要确认或不需要立即确认 • 包括：寻呼消息、广播短消息服务、天气航班等消息、移动网络公告消息等

  20. 移动数据通信系统的主要技术问题 • 移动信道传输 • 移动信道 • 移动信道传输技术 • 移动数据网络的拓扑结构

  21. 移动信道 • 移动信道传输媒体主要是空间，发射信号要经过空间的直射、反射和绕射，经多径传播到达接收设备，所以接收信号是多径合成信号 • 信道特性主要参量： • 多径时延扩散有效值 • 距离功率梯度 • 多普勒频谱

  22. 多普勒效应 • 多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名,他于1842年首先提出这一理论。 • 多普勒效应指出，波在波源移向观察者时频率变高,而在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。 • 在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。

  23. 移动信道传输技术 • 在数据蜂窝移动系统和移动数据网中采用频带利用率较高的数字调制方式，如GMSK（高斯最小频移键控）、QPSK（四象限相移键控 ） • 在无线局域网中采用比较简单的调制技术，如BPSK（二进制相移键控 ） • 为提高数据传输速率，采取的措施有： 分级接收技术、定向天线、更高的调制和编码技术、自适应均衡技术、扩频技术等

  24. 移动数据网络的拓扑结构 • 集中控制结构 具有有效利用信号发送功率、易于与现有的有线骨干网相连等优点，现在的移动数据网多采用这种结构 • 分布式控制结构 • 多跳点结构

  25. 移动数据通信的网络技术比较 移动数据通信网络的三种主要形式 • 专用分组网络 • 电路交换的蜂窝网络 • 分组交换的蜂窝网络

  26. 专用分组网络 • 主要特点：从数据的传输到交换都采用分组技术，用户端配置无线分组调制解调器，通过专用的分组基站进入专用分组网 • 优点：最适合传递突发数据，占线时间短，节省费用 • 缺点：建设专用数据网，投资大

  27. 电路交换的蜂窝网络 • 主要特点：在传统的蜂窝电话网上使用专门的调制解调器来传输数据。 • 优点：应用范围广，很适合传输大数据量数据，实施相对简单，初期占主导地位 • 缺点：信噪比较低，跨区时，连接质量难以保证，邻道干扰等，要求调制解调器具有较强的自适应能力和纠错功能，用户费用高

  28. 分组交换的蜂窝网络 • 主要特点：通过在蜂窝网增加分组数据处理装置，使蜂窝网能同时处理话音和分组数据业务，充分利用信道的话务之间的空闲时间传送无线数据 • 优点：采用高可靠性的纠错技术来提高传输质量，收费通常基于传递的信息量，安全性较高，不需建专网 • 缺点：分组数据网络各自有专用的无线接口和网络协议，使得网络不兼容

  29. 移动数据通信的发展前景与趋势 • 技术不断完善，功能不断增强 • 标准逐步统一，接口逐渐实现标准化 • 业务综合多样化 • 终端智能化，降低成本，提高功能

  30. 第2节 蜂窝移动数据通信 4.2.1 电路交换蜂窝移动数据通信 4.2.2 分组交换蜂窝移动数据通信 4.2.3 短消息服务

  31. 电路交换蜂窝移动数据通信 • 模拟蜂窝移动数据通信 • 数字蜂窝移动数据通信 • 主要缺陷

  32. 模拟蜂窝移动数据通信 • 主要系统包括：NMT、TACS 、AMPS • 数据业务一般有两类： • 三类传真 • 计算机配上MODEM的连接传送数据。 • 移动用户设备 • 带有通信软件的PC机、标准调制解调器和带有移动无线收发设备的移动终端 • 三类传真机或有传真功能的PC机与移动终端

  33. 模拟蜂窝移动传输示意图 移动用户设备 移动用户网络 个人计算机 调制解调器 移动终端 无线基站 移动交换中心 公用交换电话网 PSTN 三类传真机 移动终端 调制解调器 三类传真机 无线接口 主计算机

  34. 模拟蜂窝移动数据通信存在问题 • 移动无线信道是对误码率影响最大的因素，主要包括： • 信号的衰减和屏蔽（大楼后、隧道内等） • 相邻信道干扰、同频干扰 • 越区切换 • 缺点： • 不能区分数据、话音业务的不同 • 安全保密性差

  35. 数字蜂窝移动数据通信 • GSM系统 • CDMA系统

  36. GSM系统的数据通信 • GSM使用了ISDN的一般机制，本身有传输数据的能力，且是数字传输信道，不需要调制解调器。 • GSM单个业务信道数据传输速率最高不超过12kbps，与其它网络数据通信速率最高9.6kbps，即只能提供低速数据业务

  37. HSCSD • High Speed Circuit Switched Data高速电路交换数据业务 • 最高同时建立6个时隙的连接----“时隙捆绑”,可以达到57.6Kbps

  38. HSCSD • 它的业务类型与原有的承载业务相同，仍采用电路交换技术，实际上是一种增强型承载数据业务。 • 更适合于实时性高的应用，如高速传真 • 缺点：线路利用率低下，用户费用高 • 对于运营商：无须改变目前的GSM硬件设施，只需在软件方面加以升级即可

  39. GPRS • General Packet Radio Service通用分组无线业务 • 在GSM系统增加分组交换单元 • 采用新的信道编码技术, 一个时隙的传输速率由9.6Kbps提高到14.4Kbps • 使用1到8个时隙传输一路数据,数据速率最高可达115.2kbps

  40. GPRS • 采用分组交换技术，提高信道的利用率，有效利用无线资源，降低通信成本 • 接入速度快，没有电路交换方式建立连接所带来的时延 • 具有多种服务质量，可以灵活支持多种数据应用 • GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。

  41. EDGE • Enhanced Data rates for GSM Evolution增强数据速率改进，又称作EGPRS • 使用高效调制方式：8-PSK调制和GMSK，使每时隙的传输速率最高达48kbps，频谱效率可达0.5bit/s/Hz/基站 • 允许集中使用最多8个时隙传输一路数据，传输速率最高可达384kbps • 可使GSM提供多媒体业务，承载会议电视业务

  42. CDMA系统的数据通信 • IS-95 CDMA：一个码信道速率9.6kbps或14.4kbps • 使用笔记本电脑的串口直接连接移动电话或PCS手机，比GSM系统的PCMCIA卡连接经济

  43. CDMA系统对数据传输的增强技术 • IS-95B，可同时分配8个信道给一个用户，可支持最高数据速率76.8kbps或115.2kbps • Cdma2000，2Mbps

  44. 电路交换蜂窝移动数据通信主要缺陷 • 电路利用率不高，通信费用贵 • 电路交换不适合交互式短报文的场合 • 传输速率不高 • 连接建立时间较长 • 提供的服务类型较少

  45. 分组交换蜂窝移动数据通信 主要两大类系统 • 专用分组交换蜂窝数据系统 • 利用现有模拟蜂窝基础设施传输分组数据的分组网络（如CDPD系统等，详见下一节）

  46. 专用分组交换蜂窝数据系统 • 从数据的传输到交换都采用分组技术，用户端配置无线分组调制解调器，通过专用的分组基站进入专用分组网，可以访问分组网上的主机、数据库，也可以呼叫另一个移动数据终端 • 代表：Data TAC系统、Mobitex系统 • 缺点：只能为移动数据用户提供到分组交换数据网用户的连接，覆盖面不够大，吞吐量也不大。

  47. Data TAC系统 • 是由Motorola公司开发的。无线链路协议为Motorola专利技术（RD-LAP），整个网络可通过X.25或TCP/IP协议与计算机主机、公众分组数据网以及LAN相连 • 工作频段：806~825MHz或410~470MHz • 工作速率：19.2kbps或9.6kbps • 实际速率：2~8kbps

  48. Data TAC系统组成* • 交换系统ACC 包括：无线网关、无线网络控制器、通信控制器和网络管理中心 • 基站系统DSSⅡ 包括：无线收发信机和基站控制器 • 用户设备 包括：移动终端（PC、POS机、PDA等）和与其配套的无线调制解调器

  49. Data TAC系统原理* • 用户终端通过基站接入Data TAC网络，终端通过无线Modem与基站交换数据，所用协议为RD-LAP。 • 基站与交换机通过通信线路相连。 • Data TAC与公用分组网互联的协议是X.25，与LAN或主机互联的协议为X.25或TCP/IP • 漫游时，要通过专线将ACC的通信控制器连接

  50. Mobitex系统 • 是由Ericsson和瑞典电信联合开发的，通信规程采用专利技术，但以ISO模型为基础，可支持许多标准网络接口，包括TCP/IP和X.25，采用的协议对所有的应用开发者和制造商是公开的。协议的更改和标准化由Mobitex经营协会负责 • 工作频段：450MHz或900MHz • 工作速率：1.2kbps或8kbps

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