无线通信网络概论.docx
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1、无线通信网络概论 禹帆编著清 华 大 学 出 版 社(京)新登字 158 号内 容 简 介本书涵盖无线通信网络的 GSM、GPRS、3G、WAP 和 Application 五大领域,阐述通信网络的各种概 念。本书依循无线通信网络的发展阶段,介绍了早期的 GSM 网络、未来的 GPRS 网络、3G 网络和 WAP 协议的起源与特点,以及移动通信网络的各种应用服务。本书适合各类高等院校、各种成人教育学院和培训班作为教材使用。本书繁体字版名为无线通讯网路概论GSM,GPRS,3G,WAP,Application,由文魁资讯股份有限公司出 版,版权属禹帆所有。本书简体字中文版由文魁资讯股份有限公司授
2、权清华大学出版社独家出版。未经本 书原版出版者和本书出版者书面许可,任何单位和个人均不得以任何形式或任何手段复制或传播本书的部 分或全部。北京市版权局著作权合同登记号:图字 01-2002-3733 号版权所有,翻印必究。 本书封面贴有清华大学出版社激光防伪标签,无标签者不得销售。图书在版编目(CIP)数据 无线通信网络概论/禹帆编著.北京:清华大学出版社,2002ISBN 7-302-05985-3.无 .禹 .无线电通信概论 .TN92 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2002) 第 079113 号出 版 者: 清华大学出版社(北京清华大学学研大厦,邮编 100084) 责任编辑: 刘
3、 颖印 刷 者:发 行 者: 新华书店总店北京发行所开本: 787960 1/16 印张:14 字数:327 千字 版次: 2002 年 11 月第 1 版 2002 年 11 月第 1 次印刷 书号: ISBN 7-302-05985-3/TP3567印数: 00014000定价: 22.00 元目录第 1 章通信原理基础11.1 基本通信原理11.2 数字调制41.2.1 数字调制的优点41.2.2 数字调制技术的评估51.2.3 数字调制方法51.3 数据传输的最高速率7第 2 章GSM的特征和制定过程102.1 蜂窝移动通信系统102.2 GSM 的起源122.3 GSM 标准的制定过
4、程122.4 GSM 的迅速发展132.5 GSM 的优点14第 3 章GSM网络的子系统163.1 GSM 的子系统163.2 GSM 系统的识别码183.3 GSM 系统的设计特点20第 4 章GSM系统的分层结构和通信协议214.1 GSM 系统的分层结构214.2 子系统之间的接口和各协议层的功能25第 5 章GSM网络的无线通信接口315.1 GSM 的复用技术315.2 GSM 的逻辑信道34第 6 章语音信号处理436.1 语音编码436.2 信道编码456.3 交错476.4 加密496.5 组成数据单位506.6 调制51第 7 章信号传播过程中的干扰现象527.1 信号传播
5、时受到的干扰527.2 手机的灵敏度577.3 GSM 系统的抗干扰方法57第 8 章GPRS网络概述608.1 GPRS 网络发展的背景608.2 什么是 GPRS638.3 无线数据传输的发展前景648.4 GPRS 标准的制定过程658.5 GPRS 网络的发展过程668.6 GPRS 手机用户得到的便利与服务668.7 运营商的获益678.8 GPRS 面临的问题68第 9 章GPRS网络结构与特色709.1 在 GSM 网络加入新的设备709.2 GPRS 网络的分层结构729.3 原有 GSM 网络上的通信设备749.4 GPRS 网络内的识别码789.5 GPRS 网络中各设备间
6、的通信协议79IV无线通信网络概论9.6 GPRS 网络的高层通信协议809.6.1 GMM809.6.2 SM839.7 网络的服务品质899.8 GPRS 网络的 IP 地址规划90第 10 章GPRS网络的无线通信接口9310.1 沿用 GSM 网络的频谱与 TDMA 结构9310.2 传输数据的逻辑信道9410.3 GPRS 网络内数据资料的 信道编码9610.4 GPRS 网络的小区规划9710.5 Gs 接口的功能99第 11 章移动通信标准的竞争与演变10011.1 无线式通信系统10011.2 TDD 与 FDD10111.3 制定通信标准的竞赛10311.4 早期的第一代移动
7、通信系统10311.5 第二代移动通信系统10511.6 未来的第三代移动通信系统10811.7 第三代移动通信标准的发展10811.7.1 ITU 制定出官方标准 IMT200010811.7.2 美国与欧洲互组联盟各拥自身发展的规格11011.7.3 两大主流技术的市场形势分析11111.7.4 ITU 选择 3G 标准的 态度倾向11211.7.5 3G 通信标准市场现况分析11311.7.6 3G 执照的竞争113第 12 章CDMA系统及其调制技术11512.1 新一代复用技术的迫切需求11512.2 最佳的复用技术 CDMA11512.3 高通将 CDMA 技术商业化11612.4
8、 CDMA 技术的直序扩频原理11712.5 CDMA 通信系统的控制机制12012.5.1 功率控制12012.5.2 通话递交12212.6 CDMA 通信系统的优点12412.7 WCDMA 与 cdma2000 调制 技术的差异126第 13 章第三代移动通信系统的网络结构12713.1 2G 网络如何升级到 3G 网络12713.2 IMT2000 的卫星通信建议案13013.3 IMT2000 标准定义的无线频谱13113.4 UMTS 网络的结构13313.4.1 2.5G 网络内加入RAN 设备13313.4.2 3G 网络的传输技术13413.5 增进 3G 网络效能的方法1
9、3613.5.1 指向性天线数组13613.5.2 HCS 小区规划13713.6 3G 时代的多功能手机13913.7 日本进行的 IMT2000实验性网络140第 14 章WAP的起源14114.1 无线通信的传输环境14114.2 有线网络的应用进程不适用于无线网络14214.2.1 终端设备14214.2.2 通信协议14314.3 网络通信协议的层结构143目录V14.4 通信协议的运作方式14614.5 通信协议在无线信道内的传输现象14814.5.1 TCP 协议应用于无线网络 .14814.5.2 UDP 协议用于无线网络15114.5.3 TCP 协议与 UDP 协议1521
10、4.5.4 HTTP 的特点与问题15214.6 WAP 应运而生153第 15 章WAP的发展与特色15615.1 WAP 的发展起源15615.2 WAP 论坛努力的目标15715.3 WAP 通信协议结构15815.4 WAP 1.0 版本的通信协议16015.5 WAP 协议发展出的特殊功能16115.6 WAP 协议的底层载体16315.7 无线网络的连接16415.8 WAP 网关的运作方式16615.9 WAP 协议的特色16715.10 WAP 应用服务的未来170第 16 章WML语法入门171第 17 章移动通信系统的应用服务17417.1 移动通信网络的传输环境17417
11、.2 无线网络应用服务的特色17517.3 应用服务的发展方向17517.3.1 查询地点的定位服务17517.3.2 远程监控17617.3.3 与 Internet 互动17717.3.4 手写输出与手机 ICQ17717.3.5 视频传输17817.3.6 工作行程管理17817.3.7 休闲娱乐17917.3.8 电子商务179第 18 章日本 i -mode 的成功经验18118.1 用户人数快速增长18118.2 电信网络的连结18218.3 成功的因素18318.4 手机上网方式与网页语言18718.5 用户分析18818.6 在商业上的应用188第 19 章通信系统的定位服务1
12、9019.1 推动定位服务的驱动力19019.2 电信网络定位服务的信号传递19119.3 定位服务的各种属性19219.3.1 定位服务的共同发展方向. 19219.3.2 准确度19319.3.3 响应时间19419.3.4 隐私性19419.3.5 覆盖范围19519.4 定位系统的操作原理19519.5 定位系统的分析19819.6 如何使用 GPS 系统进行定位20219.7 2G 网络与 3G 网络的位置查询服务210前言在全球所有的第二代移动通信中,GSM 通信网络的使用人数最多,中国目前的大部分 移动通信网络就是 GSM 系统。GSM 网络主要用于语音通信,GSM 与 Inte
13、rnet 相结合,出 现了 GPRS 网络,使无线终端设备能够方便地从 Internet 下载各种资料。当发展到第三代移 动通信,无线终端设备将具备更高的传输速率和更好的传输品质。针对无线通信网络带宽 较窄和差错率较高的特点,业界定义了无线应用协议(WAP)。此外,通信网络要能广泛地 为大众所使用,最重要的是提供方便与实用的应用服务。本书涵盖无线通信领域最热门的 GSM、GPRS、3G、WAP 和 Application 五大领域。 主要内容包括:第 1 章:通信原理基础,介绍基本原理、数字调制以及数据传输的最高速率等内容。 第 2 章:GSM 的特征和制定过程,介绍蜂窝移动通信系统、GSM
14、的起源、标准的制定过程、迅速发展和优点等内容。第 3 章:GSM 网络的子系统,介绍 GSM 子系统的各个组成部分、识别码和设计特点 等内容。第 4 章:GSM 系统的分层结构和通信协议,介绍分层结构和子系统之间的接口和各协 议层的功能。第 5 章:GSM 网络的无线通信接口,介绍复用技术和逻辑信道等内容。第 6 章:语音信号处理,介绍语音编码、信道编码、交错、加密、组成数据单位和调 制等内容。第 7 章:信号传播过程中的干扰现象,介绍信号传播时受到的干扰、手机的灵敏度和GSM 系统的抗干扰方法等内容。第 8 章:GPRS 网络概述,介绍发展背景、发展前景、标准的制定过程、发展过程、 用户得到
15、的便利与服务以及面临的问题等内容。第 9 章:GPRS 网络结构与特色,介绍在 GSM 网络加入新的设备、分层结构、原有 GSM 网络上的通讯设备、识别码、各设备间的通信协议和高层通信协议、网络的服务品质 以及 IP 地址规划等内容。第 10 章:GPRS 网络的无线通信接口,介绍沿用 GSM 网络的频谱与 TDMA 结构、传 输数据的逻辑信道、数据资料的信道编码、GPRS 网络的小区规划和 Gs 接口的功能等内容。第 11 章:移动通信标准的竞争与演变,介绍无线式通信系统、TDD 与 FDD、制定通 信标准的竞赛以及第一、二、三代移动通信系统。II无线通信网络概论第 12 章:CDMA 系统
16、及其调制技术,介绍新一代复用技术的迫切需求、CDMA 技术 的直序扩频、控制机制和优点等内容。第 13 章:第三代移动通信系统的网络结构,介绍 2G 网络如何升级到 3G 网络、UMTS网络的结构以及增进 3G 网络效能的方法等。第 14 章:WAP 的起源,介绍 WAP 应运而生的背景等内容。第 15 章:WAP 的发展与特色,介绍通信协议结构、运作方式及特色等内容。 第 16 章:WML 语法入门,介绍最简单的程序范例。第 17 章:移动通信系统的应用服务,介绍传输环境、服务特色以及发展方向等内容。 第 18 章:日本 i-mode 的成功经验,介绍成功因素、用户分析等。第 19 章:通信
17、系统的定位服务,介绍 GPS 定位系统。 由于时间仓促,书中难免有疏漏之处,还请各位读者不吝指正。编者2002 年 9 月第 1 章通信原理基础现在的各种通信书籍,大都离不开复杂的数学公式。数学虽然能够准确地描述各种通 信的特性,但是艰深的数学往往使读者忽略数学公式背后所代表的意义。本书的目的是, 以浅显易懂的文字,描述各种不同的通信系统与通信原理,使通信不再只是数学公式的计 算,而是一门有趣的学问。本章介绍许多基本的通信原理,这些通信原理是阅读后续章节的必备知识。首先介绍 通信系统的信噪比(S/N),接着是信号强度的计量单位(dB),当讨论信号与环境干扰的关系 时将用到这两个概念。调制技术是
18、通信的基础技术,后面的许多章节将会介绍不同的通信 系统所采用的各种调制技术。无论是有线网络还是无线网络,人们都希望能尽量提高信道 的数据传输速率,但是传输速率不可能无限地提高,所以我们需要了解决定数据传输速率 的两个公式。1.1基本通信原理1. 信噪比在通信理论中,噪声对信号的干扰程度用信号与噪声的比值 S/N(Signal to Noise)来表 示,S/N 值的单位通常是 dB(分贝)。通信系统要求接收到的信号的 S/N 值必须大于 1,这 样接收端才能过滤掉噪声、分辨出信号。通常 S/N 值越高,信号的质量越好。通信系统发 射端的功率受到各种机构的限制,不能随便提高发射功率,否则可能干扰
19、其他通信系统。信噪比的计算公式为:S/N(dB)=10 lg(S/N)按照上述公式,当信号 S 的值为噪声 N 的两倍时,S/N 为 3 dB。2. 信号强度在讨论信号的传播时,必须以数值来表示信号的强弱,因此有必要了解信号强度的单 位。最简单的方法是用功率来表示信号的强度,功率的单位是瓦特(W)。工程上常用分贝来 表示信号的强度,公式为 dB=10 lg(P2/P1),其中 P2 是信号的功率,P1 是固定参考信号的功 率,大小为 1 mW。信号的功率越大,其强度就越高。例如功率为 10 W 的信号,其强度为第 1 章 通信原理基础910 lg(10W/1mW)=40 dB。当发射功率增加
20、1 倍时,根据公式10 lg(2P2)=10 lg P2+10 lg2=10 lgP2 +3,各地接收到的信号强度就增加 3 dB,如图 1.1 所示。距离 (km)图 1 . 1 发射功率增加 1 倍,接收到的信号强度就增加 3 dB3. 调制为了减少信号的衰减,改善信号的传输效果,通常在发射之前,将源信号与较高频率 的信号相结合,以较高频率内的相位与频率变化来表示源信号的内容,这一过程称为调制 (Modulation)。频率较低的源信号称为基带(Baseband)信号,较高的调制频率一般称为载波 (Carrier)频率。例如,在蓝牙(Bluetooth)技术标准中,信号在 2.4 GHz
21、的共享 ISM 信道上传 输,2.4 GHz 就是该系统的载波频率。接收端收到载波频率后,按照相反的过程将基带信号 从载波中分离出来,这个程序称为解调(Demodulation),也叫滤波。调制技术在无线通信以及 Internet 中有着广泛的应用。例如,FM 收音机发出的声音频 率为 30 Hz3 000 Hz,但它接收到的信号频率是 90 MHz165 MHz,这是因为电台在发射 之前,将语音信号以 FM 方式调制到 90 MHz165 MHz 的载波频率上。类似的,GSM 移动 通信系统也是将语音信号调制到 900 MHz 或 1 800 MHz 的载波频率上。若要用电话线将电 脑连接上
22、网,必须使用调制解调器(Modem)。调制解调器的作用是,将计算机的数字信号 转换成模拟信号(调制),将电话线上的模拟信号转换成数字信号(解调),调制解调器就是由 此得名。调制技术分为模拟调制和数字调制。早期的模拟调制技术抗干扰能力较差,因此 GSM 系统采用了比较先进的数字调制技术。数字调制相对于模拟调制有许多优点,但由于模拟 调制沿用已久,因此仍将介绍 AM 和 FM 模拟调制,然后再来介绍数字调制。调制技术是学习通信的必备知识。要系统描述调制技术的特性,离不开复杂的数学公 式。但本章省略这些数学公式,着重从概念上解释各种调制技术的本质。读者要想作更深 的研究,可以参考相关的技术书籍。4.
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