无线通信原理与应用第五章

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《无线通信原理及应用》课后习题

《无线通信原理及应用》课后习题第1章无线传感器网络概述1、无线传感器网络的定义？2、传感器节点结构及其各部分功能？3、无线自主网的定义？4、传感网与无线自主网的主要区别？5、传感器网络的特点？6、传感器网络的应用主要包括那些方面？7、传感器网络的关键技术包括那些？第2章路由协议1、传统路由协议主要功能？2、无线传感器网络路由协议与传统路由协议有什么不同点？3、无线传感器网络的路由协议的特点？4、传感器网络路由机制的要求有哪些？5、根据传感器网络的不同应用敏感度不同，可将传感器网络的路由协议分为：6、能量路由策略主要有哪几种？7、能量多路径路由的基本思想？8、能量多路径路由的基本过程？9、定向扩散路由的基本思想？10、定向扩散路由机制的基本过程？11、谣传路由的基本思想？12、GEAR路由的基本过程？13、传感器网络有三种存储监测数据的主要方式？14、GEM路由的基本思想？15、虚拟极坐标建立过程的步骤？16、边界定位的地理路由的基本思想？17、一个信标节点确定边界节点的过程？18、目前，研究人员提出的可靠路由协议主要从两个方面考虑？19、基于不想交路径的多路径路由机制的基本思想？20、ReInForM路由的基本过程？21、SPEED协议的基本过程？22、SPEED协议主要由几部分组成？第3章MAC协议1、在设计无线传感器网络的MAC协议时，需要着重考虑哪几个方面？2、在无线传感器网络中，人们经过大量实验和理论分析，总结出可能造成网络能量浪费的主要原因包括哪几方面？3、传感器网络的MAC协议分哪三类？4、基于竞争的MAC协议的基本思想？5、IEEE 802.11MAC协议有哪两种访问控制方式？6、S-MAC协议工作机制？7、流量自适应侦听机制的基本思想？8、Sift协议的设计目的？9、Sift协议的核心思想？10、Sift协议的工作原理？第4章拓扑控制1、网络的拓扑结构控制与优化有着十分重要的意义，主要表现在以下几个方面？2、传感器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为哪两类？3、拓扑结构的常见算法有哪些？4、基于节点度算法的核心思想？5、基于邻近图的算法的作用？6、什么是LEACH算法？7、LEACH算法的实现过程？8、GAF算法的基本思想是什么？9、GAF算法的执行过程10、TopDisc算法的基本思想是什么？11、STEM-B (STEM-BEACON)算法的基本思想是什么？12、ASCENT算法执行分哪几个阶段？第5章IEEE 802.15.4标准1、IEEE 802. 15. 4标准的实现目标？2、IEEE 802. 15. 4标准定义的LR-WPAN网络具有哪些特点？3、IEEE 802. 15. 4网络根据应用的需要可以哪些网络结构。

无线通信原理作业习题（64学时）

第一章1. 什么叫移动通信?移动通信有哪些特点?2. 单工通信与双工通信有何区别?各有何优缺点?3. 数字移动通信系统有哪些优点?4. 常用移动通信系统包括哪几种类型?5. 蜂窝通信系统采用了哪些技术?它与无线寻呼、无绳电话、集群系统的主要差别是什么?6. 集群的基本概念和方式是什么?它与常用的话音通信有何差别?7. 移动卫星通信的典型系统有哪些?它与地面蜂窝移动通信的差别是什么?8. 什么叫分组无线网?9. 移动通信包括哪些主要技术?各项技术的主要作用是什么?10. 移动通信系统由哪些功能实体组成?其无线接口包括哪几层的功能?第二章1. 移动通信中对调制解调技术的要求是什么?2. 已调信号的带宽是如何定义的? FM信号的带宽如何计算?3. 什么是调频信号解调时的门限效应? 它的形成机理如何?4. 试证明采用包络检测时，FSK的误比特率为e-r/2/2。

5. 试述MSK调制和FSK调制的区别和联系。

6. 设输入数据速率为16 k b／s，载频为32 kHz，若输入序列为{0010100011100110}，试画出MSK信号的波形，并计算其空号和传号对应的频率。

7. 设输入序列为{00110010101111000001}。

试画出GMSK在B b T b=0.2时的相位轨迹，并与MSK的相位轨迹进行比较。

8. 与MSK相比，GMSK的功率谱为什么可以得到改善?9. 若GMSK利用鉴频器解调，其眼图与FSK的眼图有何异同?10. 试说明GMSK一比特延迟差分检测和二比特延迟差分检测的工作原理。

11. 试证明PSK相干解调的误比特率为。

12. QPSK、OQPSK和π/4-DQPSK的星座图和相位转移图有何异同?13. 试述π/4-DQPSK调制框图中差分相位编码的功能，以及输入输出信号的关系表达式。

14.试述π/4-DQPSK基带差分检测电路中解码电路的功能，以及输入输出信号的关系表达式。

15. 试说明π/4-DQPSK信号的基带差分检测和中频差分检测的原理。

物联网与短距离无线通信技术-第五章

红外线通信技术标准
IrBus红外线通信协议层图：
IrDA协议
下面将从协议架构、基带与射频、应用协议进一步介绍红外线通信技术。
IrDA协议堆
IrDA协议
IrDA的协议堆可以划分成两部分：核心协议和可选协议。 IrDA的核心协议包括：物理层协议、链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议。核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制，发现设备，可靠的数据链路的建立与维持，高层数据包的适配，不同协议数据的复用与流量控制。 IrDA的可选协议包括：提供虚拟串口通信，支持OBEX协议，支持话音数据流和呼叫控制等。
红外线通信技术标准
IrDA1.0标准简称SIR(Serial Infrared，串行红外协议)，它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式，它以系统的异步通信收发器(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter，UART)为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编解码过程(3／16 EnDec)实现红外数据传输。SIR的最高数据速率只有115.2kbps。在1996年，发布了IrDA1.1协议，简称FIR(Fast Infrared，快速红外协议) ，采用4PPM(Pulse Position Modulation，脉冲相位调制) 编译码机制，最高数据传输速率可达到4Mbps，同时在低速时保留1.0标准的规定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的VFIR(Very Fast Infrared)技术，并将其作为补充纳入IrDA1.1标准之中。
IrDA协议
（1）核心协议的实现方式： IrDA的IrLMP负责数据的复用和高级别的业务发现。IrLAP建立可靠的数据链路，有差错监测、数据重传和低级别流控；（2）IrDA中设备发现和服务发现的协议为ITLAP和IrLMP，IrLMP 中的信息接入服务（IAS）提供了本设备所支持的服务类型的信息。（3）话音通信的处理方式： IrDA中，话音数据流和呼叫控制信令都承载于TinyTP协议上，话音数据流的处理开销比蓝牙大。蓝牙的TCS-BIN协议，基于ITU-T Q.931标准，IrDA和蓝牙的ATCommands都基于ITU-T V.25和GSM07.07协议。（4）通信的处理方式:IrDA的数据通信主要建立在OBEX的基础上，立足于各种数据对象的高速交换与处理，提供了众多的数据对象格式和灵活的操作方式。IrDA提供了虚拟串口和并口，供应用程序选择使用。

无线通信原理与应用课程教学大纲

《无线通信原理与应用》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：IE3082、课程名称：无线通信原理与应用/ Wireless Communications and Applications3、学时/学分：54/34、先修课程：通信原理5、面向对象：大学本科3、4年级6、开课院（系）、教研室：电子工程系无线通信技术研究所7、教材、教学参考书：1), “Wireless Communications: Principles and Practice, Second Edition”, by Theodore S. Pappaport. Prentice Hall, 2002,2), “Wireless Communications and Networking”, by John W. Mark Weihua Zhuang, Prentice Hall 2003.二、课程性质和任务本课程主要介绍现代无线通信技术的基本技术及相关系统，涉及内容包括各类无线通信系统中出现的基础概念、重要的无线通信标准、及相关技术发展趋势。

课程以概念介绍为主，结合实际系统为例展开讨论。

无线系统设计基本概念：信道分配、切换、分集效率、干扰、频率复用、系统容量规划、大尺度衰落；路径损耗、小尺度衰落、多径、反射、折射、衍射、阴影效应、空时信道、微蜂窝/室内传播。

2G/3G系统基本概念：WCDMA、CDMA2000、GPRS、EDGE；无线局域网系统基本概念：IEEE802.11a/b、HiperLAN，Bluetooth、无线城域网。

三、教学内容和基本要求第一章介绍 (3)1，无线通信系统的演进；2，典型无线系统；3，未来无线通信系统的发展趋势.第二章无线传播（6）1，大尺度衰落（3）无线电波传播特性介绍；自由空间模型；反射；折射；散射；实际路径衰落模型；室外传播模型；室内传播模型：2，小尺度衰落（3）小尺度多径传播；多径信道德脉冲冲击响应；小尺度多径的测量；移动多径信道模型；小尺度衰落的分类；Rayleigh和Rice衰落发布模型；统计模型；多径衰落因子理论。

第5章无线局域网

802.11网络的基本元素——BSS
基本服务集BSS：Basic Service Set，将无线局域网进行结构化的划分后，每个单元称为一个BSS
5.1.3 无线局域网的拓扑结构
1. 基本服务集和无线局域网的设备类型
Stations (STA)：任何的无线终端设备 AP （Access Point）：一种特殊的STA SSID：Service Set ID 服务集识别码
常见有PCI接口、Mini PCI接口、PCMCIA接口、 USB接口。
2．无线路由器的选择
（1）采用的无线网络标准 IEEE 802.11b：家庭用户以及各种小型局域网用户
适用 IEEE 802.11g：兼容IEEE 802.11b IEEE 802.11n等
（2）有效传输距离对于无线网络设备而言相当重要，影响联网效果。实际应用应看重信号穿透能力，可采用天线或其它提高发射功率的方法。
ESS （Extended Service Set）：是采用相同的SSID的多个BSS 形成的更大规模的虚拟BSS
2. 对等无线网络
WLAN有两种主要的拓扑结构对等无线网络：无基础设施拓扑结构结构化无线网络：有基础设施拓扑结构，基础设施
是指用户已经建立的有线局域网或无线基站。
对等无线局域网又称为临时结构网络或特定结构网络（Ad Hoc Networking），这是因为无线站点之间的连接都是临时的、随意的、不断变化的，它们在互相能到达的范围内动态地建立并配置它们之间的通信链路。这种拓扑结构对于小型无线网络来说，是一种最方便的连接方式，最适用于需要临时搭建网络的场合，如运动会、展览会、抢险救灾等。
（3）红外线技术红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以

无线通信原理和应用习题课2

则
Eb W /R E N = 所以 W= b ( − 1) ⋅ R ⋅ a = 16.8( Mchips / s ) N 0 ( N / 3 − 1) ⋅ a N0 3
2
祝大家：期末顺利！天天开心！
3
− P −1 ( x ) l n (1 − y ) b):与式（7.58）类似得到： ∴ γ
0
=
而GSM每信道发送数据速率为270.8333kbps，约是0.136C
y = [1 − e
−
p −1 ( x )
γ0
]M
Chapter7 Equalization, Diversity, and Channel Coding
6.11 :
format long; b=0:0.1:15; a=10.^(b/10); Pefsknc=0.5.*exp(-a/2); Pebpsk=0.5.*erfc(sqrt(a)); Pedpsk=0.5.*exp(-a); semilogy(b,Pefsknc,'--r',b,Pebpsk,'b',b,Pedpsk,'k--'); title ('信噪比和误码率的关系'); xlabel('信噪比/dB') ; ylabel('误码率','Fontsize', 12); legend('FSK(非相干) ', 'BPSK， QPSK','DPSK'); grid on;
Chapter 9：Multiple Access Techniques for Wireless Communications
9.7 a) 发送一个分组的时间τ

02无线通信原理与应用

Institute of Communication Engineering UST
8
2.1.2 工作方式
3、单工通信工作原理：
Institute of Communication Engineering UST
9
2.1.2 工作方式
4、单工通信的特点：优点：设备简单（收发合用部分电路或部件）、省
19
市话局
• 小区制移动通信系统特点利用小区覆盖，频率重用提高系统容量系统需要进行频率规划，克服同频干扰系统需要进行过境切换，保证通话连续系统需要进行用户管理，保证漫游实现
Institute of Communication Engineering UST
20
2.2.4 蜂窝通信的基本原理
34
2.3信道分配策略
1、固定分配（2）等频距配置法
– 举例
等频距配置时可根据群内的小区数N来确定同一信道组内各信道之间的频率间隔，例如，第一组用（ l，1＋N，l＋2N，l＋3N，…），第二组用（ 2，2＋N，2＋2N，2＋3N，… ）等。例如N=7，则信道的配置为：
第一组1、8、15、22、29、…
电池作为电源的移动台则更不利） —改进做法：移动台采用单工方式，基地台采用双
工方式，即所谓的半双工通信。
Institute of Communication Engineering UST
14
2.1.3 调制方式分类
调制方式、种类的表示符号，对于调制种类的符号表示要反映调制形式的全貌
和所需带宽。不同的调制种类由四部分构成：
Institute of Communication Engineering UST
2
2.1 无线通信基础知识

无线通信原理与应用(第二版)(1)

为了理解频率复用的概念，考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分配 k 个信道（k < S），S 个信道在 N 个小区中分为各不相同的、各自独立的信道组，而且每个信道组有相同的信道数目，那么可用信道的总数可表示为
(3.1)
共同使用全部可用频率的 N 个小区称为一个簇。如果簇在系统中复制了 M 次，则双向信道的总数 C 可以作为容量的一个度量：
解：已知：总带宽 = 33 MHz 信道带宽 = 25 kHz × 2 单向信道 = 50 kHz/ 双向信道总的可用信道 = 33 000/50 = 660 个信道
(a) N = 4 每个小区的信道数目 = 660/4 ≈ 165 个信道
(b) N = 7 每个小区的信道数目 = 660/7 ≈ 95 个信道
3.2 频率复用
蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的智能分配和复用[Oet83]。每个蜂窝基站都分配一组无线信道，这组信道用于称为“小区”的一个小地理范围内，该信道组所包含的信道不能在其相邻小区中使用。基站天线的设计要做到能覆盖某一特定小区。通过将覆盖范围限制在小区边界以内，相同的信道组就可用于覆盖不同的小区。要求这些同信道组的小区两两之间的距离足够远，从而使其相互间的干扰水平在可接受的范围内。为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程称为频率复用或频率规划[Mac79]。
为了充分利用无线频谱，必须要有一个能实现既增加用户容量又以减小干扰为目标的频率复用方案。为了达到这些目标，已经发展了各种不同的信道分配策略。信道分配策略可以分为两类：固定的和动态的。选择哪一种信道分配策略将会影响系统的性能，特别是在移动用户从一个小区切换到另一个小区时的呼叫处理方面（[Tek91], [LiC93], [Sun94], [Rap93b]）。

《无线通信》课程教学大纲

(4) MIMO与空时处理；(5) 全数字接收机；(6) 通信系统的主要性能指标。

2．重、难点提示(1) 重点是双工、复用、多址；(2) 难点是通信系统的主要性能指标。

第二章通信信号与系统的表征（4学时）1．教学内容(1) 带通信号及系统的复基带表示；(2) 信号空间表示法；(3) 随机信号。

2．重、难点提示(1) 重点是带通信号的复基带表示、线性带通系统的复基带表示；(2) 难点是信号波形的矢量表示、平稳与周期平稳随机过程。

第三章无线传输信道（4学时）1．教学内容(1) 传播模型；(2) 平坦衰落信道；(3) 频率选择性衰落信道；(4) 方向性衰落信道；(5) 衰落信道仿真。

2．重、难点提示(1) 重点是确定线性时变信道的系统函数、随机线性时变信道分类；(2) 难点是双向冲激响应、MIMO信道响应矩阵。

第四章无线信道容量（6学时）1．教学内容(1) 信道模型；(2) 信息度量；(3) 加性高斯噪声信道容量；(4) 平坦衰落信道容量；(5) MIMO信道容量。

2．重、难点提示(1) 重点是离散输入连续输出信道、离散时间AWGN信道；(2) 难点是带限白高斯噪声信道、香农信道容量公式。

第五章数字调制信号及其功率谱密度（4学时）1．教学内容(1) 奈奎斯特脉冲成形；(2) 数字调制信号表示；(3) 调制信号功率谱。

2．重、难点提示(1) 重点是无记忆调制信号、有记忆调制信号；(2) 难点是调制信号复包络的功率谱密度、完全响应CPM信号功率谱。

第六章平坦衰落信道数字传输的接收与性能（4学时）1．教学内容(1) 接收信号的矢量表示；(2) 一般矢量信道中的检测；(3) AWGN信道中相干接收性能；(4) AWGN信道中非相干接收性能；(5) AWGN信道中CPM信号的检测。

九、选用教材和参考书目［1］《现代无线通信原理》（第一版），林基明编，科学出版社，2015年；［2］《大话无线通信》（第一版），丁奇编，人民邮电出版社，2010年；［3］《移动通信技术》（第二版），高健编，机械工业出版社，2012年；［4］《移动通信技术》（第一版），宋拯编，北京理工大学出版社，2012年；［5］《无线通信原理与应用》（第二版），拉帕波特编，电子工业出版社，2012年；［6］《无线移动通信系统》(第四版)(英文版)，Dharma P. Agrawal（D. P. 阿格拉沃尔），[美] Qing-An Zeng（曾庆安）著，谭明新改编，电子工业出版社，2016年;［7］《无线通信原理与应用》（第一版），石明卫编，人民邮电出版社，2014年。

通信原理第六版课后思考题答案

通信原理第六版课后思考题答案第一章绪论1.1以无线广播和电视为例，说明图1-1模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。

收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波1.2何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。

他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的1.3何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点：数字通行系统的模型见图1-4所示。

其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。

1-5按调制方式，通信系统分类？根据传输中的信道是否经过调制，可将通信系统分为基带传输系统和带通传输系统。

1-6按传输信号的特征，通信系统如何分类？按信号特征信道中传输的信号可分为模拟信号和数字信号，相应的系统分别为模拟通信系统和数字通信系统。

1-7按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？频分复用，时分复用，码分复用。

1-8单工，半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方分为并行传输和串行传输。

并行传输是将代表信息的数字信号码元以组成的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输，其优势是传输速度快，无需附加设备就能实现收发双方字符同步，缺点是成本高，常用于短距离传输。

串行传输是将代表信息的数字码元以串行方式一第1/10页个码元接一个码元地在信道上传输，其优点是成本低，缺点是传输速度慢，需要外加措施解决收发双方码组或字符同步，常用于远距离传输。

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2014-11-12 8
5.3 TDMA
TDMA systems divide the radio spectrum into time slots and each user is allowed to either transmit or receive in each time slots. Each user occupies a cyclically repeating time slots. Disadvantages: • precise synchronization necessary
Since
different slots are used for T and R, duplexers are not required. Equalization is required, since transmission rates are generally very high as compared to FDMA channels.
(a) The time duration of a bit, (b) The time duration of a slot, Tslot = 156.25 x Tb = 0.577 ms. (c) The time duration of a frame, Tf= 8 x Tslot= 4.615 ms. (d) A user has to wait 4.615 ms, the arrival time of a new frame, for its next transmission.
MA Technique FDMA / FDD TDMA / FDD CDMA / FDD CDMA / FDD,CDMA/TDD
WCDMA
TD-SCDMA Cdma2000
CDMA / TDD CDMA / FDD
2014-11-12
6
5.2 FDMA
Separation of the whole spectrum into smaller frequency bands A channel gets a certain band of the spectrum for the whole time
2014-11-12
18
How to spread in a CDMA
system?
Direct Sequence (DS)
Power Density
user data
TIME Modulation (primary modulation) Base-band Frequency data rate
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14
5.4 SSMA
Spread
Spectrum modulation spreads signal bandwidth to a bandwidth that is several orders of magnitude wider than the signal bandwidth
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11
TDMA
TDMA
shares the single carrier frequency with several users, where each user makes use of non-overlapping timeslots.
Data
Transmission for user of TDMA system is discrete
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2
TDD system
Mobile Station Transmitter Receiver
Base Station Transmitter
BPF F1
BPF F1 Synchronous Switches
Receiver
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3
Multiple Access
– Frequency (f) – Time (t) – Code (c) – Space (si) – Packet Radio Goal: multiple use of a shared medium Multiple Access Techniques PR FDMA TDMA CDMA SDMA
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TDMA&FDMA
Combination of both methods A channel gets a certain frequency band for a certain amount of time Example: GSM
2014-11-12
13
Example
Power Density
received signal
TIME
10110100 01001011 10110100
spreading sequence (spreading code) Radio Frequency
10110100 10110100 10110100
gathering energy !
you can find the spreading timing which gives the maximum detected power, and
00000000 11111111 00000000
Accumulate for one bit duration
Demodulated data
Chapter 5: Multiple Access Techniques for Wireless Communications
2014-11-12
1
5.1多址技术概述 Duplexing
Frequency domain techniques FDD Time domain techniques TDD
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9
TDMA
Utilized only in digital systems!!! Number of time slots (TS) depends on technology
2014-11-12
10
TS1
TS2
TS3
TS4
TS5
TS6
Call 1
Call 2 Call 3
BS Antenna
frequency
selective fading and interference limited to short period
simple uses
implementation
only small portion of spectrum at any time
Disadvantages
2014-11-12
2014-11-12
4
FDMA
CDMA TDMA
2014-11-12
5
Multiple access technologies used in different wireless systems
Cellular Systems
AMPS ( Advanced Mobile Phone system ) GSM ( Global System for Mobile ) IS – 95 ( U.S Narrowband Spread Spectrum )
Power Spectral Density (PSD)
Narrowband Waveform
Spread Waveform Noise Level Frequency
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FHMA
Discrete changes of carrier frequency
sequence
of frequency changes determined via pseudo random number sequence Advantages
If GSM uses a frame structure where each frame consists of eight time slots, and each time slot contains 156.25 bits, and data is transmitted at 270.833 kbps in the channel, find (a) the time duration of a bit, (b) the time duration of a slot, (c) the time duration of a frame, and (d) how long must a user occupying a single time slot wait between two successive transmissions. Solution
Two
spectrum spread methods Hopping Spread Spectrum
•Frequency •Direct
Sequence Spread Spectrum
2014-11-12
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Spread Spectrum
Shannon’s capacity equation
C Blog2 (1 S / N )
bursts
• The result is low battery consumption, power save.
• Handoff process is simpler, since it is able to listen for other base stations during idle time slots.
not
as robust as DSSS
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DSSS (CDMA)
Each channel has a unique code
All channels use the same spectrum at the same time –bandwidth efficient –no coordination and synchronization necessary Implemented using spread spectrum technology