无线通信原理_部分8
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7)寻址
在多点连接的情况下,既保证每一帧都能送到正确的地址,又使收方知道是哪一个站发送的。
高级数据链路控制协议(HDLC )是OSI 制定的面向比特的有序链路级协议。在HDLC 中,任何必须在两个站之间交换的控制信息都被放在传送帧的特定段中,这些段相对帧的边界有固定的位置。其帧结构如图8-2所示。
图8-2 HDLC 的帧结构
其中,信息字段中是从网络层交下来的分组,而标志、地址、控制和帧校验序列等字段解决同步、寻址、流量控制、数据与控制信息的识别、差错控制等问题。
8.3网络层
数据链路层只能解决相邻节点间的数据传输问题,不能解决两个主机间的数据传输问题,因为两个主机之间的通信通常要包括许多段链路,涉及到路由选择、流量控制等。网络层模型如图8-3所示。
图8-3 网络层模型
1)网络层提供的服务
网络层向传输层提供面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务。
虚电路服务类似于电话系统,即数据发送之前需要先建立虚电路,数据传送结束要释放虚电路,把虚电路所占用的存储空间释放给新的虚电路。采用虚电路服务的节点,除保存一张路由表(由路由算法决定)外,还要保存一张经过本节点的虚电路入口出口表。所谓建立两主机之间的虚电路,实际上就是填写这两个主机之间沿途各节点的入口出口表,释放虚电路即从入口出口表中删去响应信息。
数据报服务类似于邮政系统的信件投递,每个分组都携带完整的源、目的主机地址信息,独立地传送。每经过一个中继节点时都要根据目标地址和网络当时的状态,按一定路由选择算法选择一条最佳的输出线,直至传送到目的主机为止。
2)流量控制
在计算机网络中,流量就是通信量或分组流。当网络中的流量过大时,就会导致网络节点不能及时地处理和转发所收到的分组,从而增加信息的传输时延。若流量再增大,则会使
某些节点因无缓冲区来接收新到达的分组,导致网络的性能明显变差,这时网络的吞吐量将随输入负载的增加而下降,这种情况称为“拥塞”。严重拥塞的结果还会使网络的吞吐量下降到零,网络已完全不能工作,即网络发生了“死锁”。
因此,目前在各种计算机网络中广泛采用的方法主要是设法减少总需求,即采用流量控制公平分配网络资源、杜绝浪费、防止拥塞、避免死锁。
8.4 PHS空中接口协议栈
PHS协议分为三个过程,即链路信道建立过程,通信业务信道建立过程以及通信过程。其中链路信道建立过程和通信业务信道建立过程属于呼叫接续过程。
用于链路信道建立的网络层结构与OSI分层结构略有差异,它是采用OSI模型7层协议中的l-3层的集中形式。另一方面通信业务信道的建立和通信过程则采用OSI的层1(物理层)、层2(数据链路层)及层3(网络层)。PHS的三个协议结构如图8-4所示。
图8-4 PHS通信协议结构
PHS的第一层为物理层,提供载频及控制信道物理时隙和通信物理时隙,并在这些物理时隙上承载各类逻辑信道。
我们知道,PHS系统的接入方式采用4信道时分多址复用(TDMA),传输方式采用时分双工(TDD)。每个载波按5ms一帧分成8个时隙(每时隙625μs),给下行(基站到手机)分配4个时隙,上行(手机到基站)也分配4个时隙,因而每个载频可容纳4个双工信道。图8-5为TDMA-TDD的帧结构。
图8-5 PHS TDMA-TDD的帧结构
由PHS系统帧结构可知,帧结构的时隙分为两类,即控制物理时隙和通信物理时隙,
每个时隙传送240bit 信息,因此PHS 系统的传输速率为
s kbit ms bit /384/5/8/240=×帧
帧时隙时隙 PHS 定义了两类逻辑信道:逻辑控制信道和逻辑通信信道。一个小区的所有终端均要共享逻辑控制信道,逻辑控制信道必须工作在控制物理时隙;逻辑通信信道是分配给各个终端,并工作在通信物理时隙。
第二层为数据链路层,保证信息传递的可靠性。该层协议采用类似高级数据链路控制(HDLC )的协议,但不带误码检测的FCS 码(帧校验序列)。
第三层为网络层,用以支撑网络功能,即主要完成呼叫建立、挂断、位置登记、信道切换等必要的功能。PHS 系统与GSM 相类似定义了三个网络控制协议:无线传输管理(RT )、移动性管理(MM )和呼叫控制(CC )。其中,RT 协议包含无线资源管理及信号加密。MM 协议除了完成常规的移动性管理功能外还要执行鉴权程序。
链路信道建立过程由RT 构成,并且终端与基站在公共控制信道上交换消息,分配用于通信的专用控制信道。由于采用开放的无线信道链接方式,所以呼叫接续需要选择协议种类。呼叫建立和选择通信过程的协议后,再进行通信业务信道的建立过程。这样在通信过程中就利用前面过程设定的信道、协议进行通信,并进行必要的无线信道切换。
注意,与其他低功率系统不同的是PHS 的通信业务信道的分配由基站负责。
如果信道分配的目的是建立一次呼叫,系统则进入通信业务信道建立过程。在该过程中,终端和基站交换移动性管理(包括鉴权)消息以及呼叫控制消息,这类似于GSM 呼叫建立所使用的消息。
当双方连接时,呼叫进入通信过程,其主要任务就是交换用户信息。
在PHS 系统中,越区切换称为信道切换。在呼叫期间,基站和终端都要监视信道质量。反映信道质量的参数有两个,一是接收的信号场强,二是帧差错率,它是在每个时隙中循环冗余校验码所检测的差错。如质量恶化,基站和终端都可进行信道切换。
附录
1.双共技术
双工技术是指为实现收发同时进行而采用的技术。无线双工方式有两种,FDD(频分双工)和TDD(时分双工)。
FDD-频分双工收发信各占用一个频率(段),间隔45MHz或80MHz
特点:
收发同时进行,时延小
收发占用不同频率
适合于大区制的国际间和国家范围的覆盖
技术成熟,设备成本较高
TDD-时分双工收发信用同一频率,收发使用不同时隙
•优点
–频谱灵活性:不需要成对的频谱。
–在2GHz以下已很难找到成对的频谱
–上下行使用相同频率,上下行链路的传播特性相同,利于使用智能天线等新技术
–支持不对称数据业务:根据上下行业务量来自适应调整上下行时隙宽度
–成本低:无收发隔离的要求,可以使用单片IC来实现RF收发信机
•缺点
–通信距离(小区半径)还受电波传播的时延所限制,通常小区半径为FDD系统的30%左右–不连续发射,抗拒快衰落和多普勒效应的能力低于FDD系统。在高速移动环境的性能较差,故目前TDD系统仅支持终端移动速度为120km/h。
2.单位换算
1)dB
dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)
[例1] 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。
[例2] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
[例3] 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。
[例4] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。
2)dBc
有时也会看到dBc,它也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。
3)dBW和dBm
dBW和dBm都是考征功率绝对值的值,即相对于某一基准功率的分贝比。显然,对同一个功率,选用不同基准功率P0所得电平数值不同,后面要加上不同的单位。
dBW的计算公式为:10lgP(功率值/1w);
dBm的计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。