车载移动通信复习题汇总.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,*,车载移动通信复习题汇总,车载移动通信复习题汇总车载移动通信复习题汇总,车载网络系统,概述,汽车网络拓扑结构,总线型网络,星型网络,环型网络,混合型网络,2,汽车总线工作原理,总线的工作原理当总线空闲（其他器件连接在总线上）且一个器件要及目的器件通信时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和数据。其他连接在总线上的器件如果收到及自己相符的地址信息后，即接收总线上的数据。发送器件完成通信，将总线让出。,3,典型的汽车总线网络,低端控制系统：,包括仅需要简单串行通信的,ECU,、智能传感器、执行器等，这是,LIN,总线最适合的领域。,底盘及车身控制系统：,包括传统的车身控制和动力传动控制，电喷,ECU,控制系统、,ABS,、自动变速箱等。这是,CAN,的特长。,高安全线控系统,(X-By-Wire),：包括安全性要求很高的刹车和转向系统，通讯要求高容错性、高可靠性和高实时性。主要协议有,TTCAN,、,FLexRay,、,TTP,等。线控汽车没有传统的机械或液压系统作为备份，这不但要对传统节点做创新性的,ECU,替代，而且传统的,CAN,总线也不再适用。,信息娱乐系统：,要求有高速率和高带宽，如媒体播放器、导航系统等信息娱乐设备之间的互连需要更高速通信协议。目前主流协议有,MOST(Media Oriented System Transport),、,D2B,和,IDB-1394,等。,4,车载总线,CAN,总线,网络拓扑结构：采用总线型拓扑结构,特点,:,多主站依据优先权进行总线访问；,无破坏性的基于优先权的仲裁；,借助接收滤波的多帧传送；,远程数据请求；,配置灵活性；,全系统数据相容性；,错误检测和出错信令；,发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重新发送；,暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离。,5,LIN,总线,网络拓扑结构：采用主从结构，即一个主机多个从机,设备的硬件成本低：基于普通,UART,（通用异步收发器）,SCI,（串行通信接口）接口的低成本硬件，几乎所有的微控制器都具备,LIN,必须的硬件；,保证信号传输的延迟时间；,低成本的单线设备；,传输速率可达,20Kb,s,，传输距离,40m,；,不需改变,LIN,从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点,6,FlexRay,网络拓扑结构：,双通道总线型结构、双通道星型结构 总线、星型混合拓扑结构,FlexRay,是基于时间触发、高速率的通信协议；,FlexRay,总线支持两个通信信道,A,和,B,。每个通信信道的速度可以达到,10Mbps,。这两个信道主要是用于冗余和故障容错的信息传输，但在对容错功能要求不高仅对速率有要求的系统中，两个信道可用于传输不同的信息，从而通信速率就可以达到,20Mbps,。,带宽可调，通过对通信控制器的配制，可在,10Mbps,、,8Mbps,、,5MMbps,及,2,5Mbps,的速率下工作，提高了带宽的灵活性，适用更多的应用场合；,可以通过冗余和非冗余通信构建多种拓扑结构：总线型、星形和混合型等。,通信方式可采用时间触发和事件触发相结合的方式；,支持光物理层和电物理层。,7,MOST,多媒体网络,采用多种拓扑结构,包括星形和环形或菊花链。,特点,MOST,利用一根光纤,最多可以同时传送,15,个频道的,CD,质量的非压缩音频数据。在一个局域网上,最多可以连接,64,个节点,(,装置,),。,抗干扰性强,高速,低成本,即插即用,能够适应多种数据,8,LIN,总线用在车身系统中,LIN,是一种低成本的串行通讯网络用于实现汽车中的分布式电子系统控制。,LIN,的目标是为现有汽车网络,(,例如,CAN,总线,),提供辅助功能，因此,LIN,总线是一种辅助的总线网络。在不需要,CAN,总线的带宽和多功能的场合比如智能传感器和制动装置之间的通讯使用,LIN,总线可大大节省成本。,LIN,总线应用在汽车中的联合装配单元，如门、方向盘、座椅、空调、照明灯、湿度传感器、交流发电机等。对于这些成本比较敏感的单元，,LIN,可以使那些机械元件如智能传感器、制动器或光敏器件得到较广泛的使用。这些元件可以很容易的连接到汽车网络中并得到十分方便的维护和服务。在,LIN,实现的系统中，通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能优化。,9,车载通讯系统,(Telematics),T,elematics,是以无线语音、数字通信和人造卫星的,GPS,系统为基础，通过汽车交换信息的技术。通过定位系统和无线通信网，向驾驶员和乘客提供交通信息、应付紧急情况的对策、远距离车辆诊断和互联网（金融交易、新闻、电子邮件等）服务。,Telematics,特点在于大部分的应用系统位于网路上如通讯网路、卫星及广播等，而非汽车内。驾驶者可运用无线传输的方式，连结网路传输及接收资讯及服务，以及下载应用系统或更新软体等，所耗的成本较低，主要功能仍以行车安全及车辆保全为主。,10,网络化汽车的优点,采用网络式结构，只需一根通信电缆连接，减少了线束连接，减轻车体质量；,无须配电柜，部件数量减少，可靠性能提高；,可实现实时诊断、测试和报警，实现集中显示、历史查询和自诊断等功能，使汽车具有准黑匣子功能；,电气信号传递性质发生了变化，由功率型转变为“逻辑”型；,系统的扩展性强等。,11,三大移动终端开发系统,特点,:1.Android,是一种以,Linux,为基础的开放源代码操作系统，主要使用于便携设备。系统开放，甚至源代码是开放的；资源多，由于普及率高，开发者多，应用资源也多；创新多，各,Google,、手机厂家和,Rom,开发者都不断推出新的,UI,，引入很多创新功能；界面友好，操作体验不错,2.Windows Phone,是微软发布的一款手机操作系统，它将微软旗下的,Xbox Live,游戏、,Zune,音乐及独特的视频体验整合至手机中，,Windows Phone,具有桌面定制、图标拖拽、滑动控制等一系列前卫的操作体验。,3.,苹果,iOS,是由苹果公司开发的手持设备操作系统，系统专用于,iphone,手机，手机界面一致，可以统一进行升级和更新；系统优化好，效率高，运行流畅，操作体验好，对硬件的要求相对低一些；安全,性高,12,Can,总线存在的问题,(,1),某参数从全局来看实时性较低，一开始分配到的优先权就不高。,(2),就算分配给这个参数的优先权最高，但节点着手发送它的时候，却发现前一个非实时性数据还没有传完，于是必须等到下一次总线空闲时才能通信，实际上这个参数还是被搁置了起来。,(3)CAN,是多主总线，每个节点都能自主建立通信。节点较多的,CAN,一旦用于实时控制，目前只能以事件触发方式工作的,CAN,控制器，根本无法应付“暴风骤雨”式的中断请求。,(4),汽车内联网所涉及的节点种类繁多、通信任务繁忙。以现阶段,CAN,控制器的处理能力，需要大容量的存储器来缓存和保留信息。,13,移动通信系统的分类,按工作方式分类,-,单工双工,(TDD,FDD),半双工,按多址方式分类,-FDMA,TDMA,CDMA,SDMA,按信号形式分类,-,模拟网和数字网,按覆盖范围分类,-,城域网,局域网和个域网,按业务类型分类,-,电话网、数据网、综合业务网、多媒体,按服务特性分类,-,专用网,公用网,按使用环境分类,-,陆地通信、海上通信、空中通信,按使用对象分类,-,民用系统、军用系统,14,信号及系统,信号是消息的表现形式和传输载体，消息是信号的具体内容,:,（,1,）,杀敌时的鼓声就是一个信号，他要传达的信息是冲锋陷阵、奋勇杀敌。,（,2,）,仗打得差不多的时候的锣声也是一个信号，传达的信息是鸣金收兵，咱不打了。,（,3,）,灯塔上的灯光是信号，它要传达的信息可能是此处有暗礁，请绕行！,15,移动通信及无线通信,区别于联系,1.,移动通信是点及点通信，移动通信是基于通信网的通信,2.,无线通信一般是单工，移动通信一般是双工通信,3.,无线通讯信息是开放的，移动通讯信息是定向的,4.,无线通信频率利用率低，移动通信频率利用率高,16,慢衰及快衰,快衰落消耗主要是反映小范围移动的接收电平平均值的起伏变化趋势。快衰引起的电平起伏变化服从瑞利分布、莱斯分布和纳卡伽米分布，它的起伏变化速率比慢衰落要快，所以称为快衰。,（,1,）时间选择性衰落,（,2,）空间选择性衰落,（,3,）频率选择性衰落,17,慢衰落,(,又称阴影衰落）,它是由于在电波传输路径上受到建筑物或山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从对数正态分布。,慢衰落产生的原因：,（,1,）路径损耗，这是慢衰落的主要原因。,（,2,）障碍物阻挡电磁波产生的阴影区，因此慢衰落也被称为阴影衰落。,（,3,）天气变化、障碍物和移动台的相对速度、电磁波的工作频率等有关。,18,移动通信信道的三大损耗,路径损耗俗称路损,慢衰落损耗俗称慢衰,快衰落损耗,俗称快衰,19,信道衰落,移动信道三大效应形成三大衰落：,阴影效应,：建筑物或地形起伏等的阻挡，使接收信号幅度降低,多径效应,：经过直射、散射、反射等多种传播路径的信号在接收端进行叠加，造成多径衰落,多谱勒效应,：频率偏移或收发信机的随机移动性造成的谱扩展,抗衰落三大措施：,分集,均衡,信道编码,20,软容量,及,软切换,软容量：蜂窝系统的全部用户共享一个无线信道，用户信号的区分只靠所用码型的不同，因此当蜂窝系统的负荷满载时，另外增加少数用户只会引起话音质量的轻微下降，而不会出现阻塞现象。蜂窝系统的这种特征，使系统容量及用户数之间存在一种“软”的关系，这就是蜂窝系统的“软容量”。,软切换是指切换初始阶段，新旧基站同时为移动台提供服务，直到移动台及新的基站建立起良好的通信链路，才中断及旧基站之间的连接。,21,空闲信道选取方式及特点,（,1,）专用呼叫信道方式；,处理呼叫速度快,但占用专门呼叫信道,信道利用率低,适合大容量系统。,900MHz,蜂窝移动电话采用此种方式。（,2,）标明空闲信道方式：,所有信道都可用于通话,信道利用率高,主呼、被呼在同一信道,处理呼叫快。但多个用户发起同时呼叫的同抢概率大。适合小容量系统。,22,多址技术,FDMA,频分多址,TDMA,时分多址,CDMA,码分多址,SDMA,空分多址,OFDMA,正交频分多址,随机多址,(ALOHA),23,无线资源资源的稀缺性,无线资源分类,：,频率资源,时间资源,码域资源,空间资源,功率资源,无线资源不是取之不尽、用之不竭的公共资源，其有限性日益凸显。而人类对无线资源的需求却急剧膨胀，各种无线电技术及应用的竞争愈加激烈，使无线资源的稀缺程度不断加大。,24,分集方法,宏分集：,蜂窝小区的顶点上设立多个基站，从不同方向同时及一个移动台通信。,微分集：,利用信号在空间,频率,极化，场强，角度和时间上的相互独立性来减小快衰落的分集技术。,空间分集,：利用多径信号在空间上的独立性，采用多个天线分别接收各多径信号。,极化分集：利用不同极化的接收信号，采用不同极化天线分别发送和接收信号。是空间分集的特殊情况，但天线距离可以做的比较小。,频率分集：用两个以上载频传输同一个信号。,场分量分集：通过接收电磁波不同场强分量。,角度分集：利用方向性极好的天线从发射和接收两方面实现分集，适合于频率较高的情况。,时间分集：利用信号在时间上的独立性发射和接收时实现分集。,合并技术分类,选择式合并,（,selective combining,）：选择具有最大,SNR,的分支,最大比合并,（,maximum ratio combining,）：所有分支依据其,SNR,进行加权相干合并,等增益合并,（,equal gain combining,）：所有分支等权重相干合并,开关式合并,（,switching combining,）：又称扫描式分集，顺序扫描各支路接收信号的瞬时包络，直到某一支路的瞬时包络高于预定门限。,26,第三代移动通信系统,第三代移动通信系统的目标是：,世界范围内设计上的高度一致性；,及固定网络各种业务的相互兼容；,高服务质量；,全球范围内使用的小终端；,具有全球漫游能力；,支持多媒体功能及广泛业务的终端。,为了实现上述目标，对第三代无线传输技术（,RTT,）提出了支持高速多媒体业务（高速移动环境：,144Kbps,，室外步行环境：,384Kbps,，室内环境：,2Mbps,）、比现有系统有更高的频谱效率等基本要求。,27,第三代移动通信的特点,微蜂窝结构（分层小区）,宽带,CDMA,技术,调制方式,QPSK/,自适应调制,FDMA/TDMA/CDMA,电路交换分组交换,从媒体（,media,）多媒体（,Multimedia,）,28,第三代移动通信的局限性,采用,DS-CDMA,技术难以向更高速业务领域扩展,难以寻找更高速业务所需的正交扩频码集,难以满足更高的传输带宽需求,因而造成业务之间的干扰大。,难以提供具有不同,QoS,和性能需求的全范围多媒体业务。,在,2GHz,频段分配给,IMT-2000,的带宽很快就会饱和，而标准中制定的频分及时分双工相结合的模式也约束了其在不同环境有效地服务。,29,多址技术,纠错编码技术,功率控制技术,软切换技术,调制技术,多用户检测*,RAKE,接收机*,智能天线,（,TD,）,软件无线电*,高速率传输以支持多媒体业务传输,速率能够按需分配,上下行链路能适应不对称要求,提供不同,QoS,要求的多种业务,高频谱利用率,高容量,高抗干扰能力,第三代移动通信关键技术,30,软件无线电技术,软件无线电技术的基本思想是高速模,/,数（,A/D,）和数,/,模（,D/A,）转换器尽可能靠天线处理，所有基带信号处理都用软件方式替代硬件实施。,第三代移动通信系统需要很多关键性技术，软件无线电技术基于同一硬件平台，通过加载不同的软件，就可以获得不同的业务特性，这对于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行情况来讲，相对简单容易、成本低廉，因此对于第三代移动通信系统的多模式、多频段、多速率、多业务、多环境的特殊要求特别重要。,31,智能天线技术,(TD-SCDMA,已运用,),智能天线阵技术是基于自适应天线阵列原理，利用天线阵列的波束合成和指向，产生多个独立的波束，自适应地调整其方向图以跟踪信号变化；对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，提高接收信号的载干比（,C/I,），以增加系统的容量和频谱效率。其特点在于以较低的代价换得无线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和掉话等性能的显著提高。,智能天线阵由,N,单元天线阵、,A/D,转换器、波束形成器（,Beam-former,）、波束方向估计及跟踪器等几部分组成。,32,第三代移动通信的业务及其特征,3G,业务实现的演进,3G,的业务完全包含,2G,的业务，对于,2G,上原有的电路交换型业务初期主要在,CS,域实现，而,PS,域上主要实现数据业务。随着网络的演进，各种业务逐步在,PS,域上实现。,3G,业务特征,对于,语音等实时业务，普遍有,QoS,的要求；,向后兼容,2G,上所有的业务；,引入多媒体业务的概念。,33,4G,移动通信技术特点,4G,是多功能集成宽带移动通信系统，比,3G,更接近于个人通信。是能够传输高质量视频图像以及图像传输质量及高清晰度电视不相上下的技术。,4G,的概念可称为广带（,Broad-band,）接入和分布网络，具有超过,2Mbps,的非对称数据传输能力，对全速移动用户能提供,150Mbps,的高质量的影像服务，并首次实现三维图像的高质量传输。,其特点主要有：高速率；灵活性强；兼容性好；用户共存性；业务多样性；技术基础较好；随时随地的移动接入；自治的网络结构；,34,4G,通信系统的关键技术,正交频分复用（,OFDM,）技术,软件无线电,智能天线（,SA,）,MIMO,技术（多输入多输出技术）,基于,IP,的核心网,多用户检测技术,35,4G,的发展趋势,（,1,）交互干扰抑制和多用户识别：待开发的交互干扰抑制和多用户识别技术应成为,4G,的组成部分。这种组合将满足更大用户容量和覆盖范围，大大减少网络基础设施的部署，确保服务质量。,（,2,）可重构性自愈网络：,4G,无线网络中将采用智能处理器，可处理节点故障或基站超载。,（,3,）微微无线电接收器：未来,4G,中要研究的另一重点，它是嵌入式无线电。采用此技术，功耗是采用现有技术的,l/10,1/100,。,（,4,）无线接入网（,RAN,）：,4G,系统,RAN,的发展趋势是电路交换向基于,IP,分组交换发展，设备分集向网络分集发展。,36,某个小区共,100,个用户，,每一用户每天平均呼叫次数为,C=5,次,/,天，每次呼叫的平均占用信道时间为,T=180,秒,/,次，集中系数为,k=0.15,，为保证呼损率小于,5%,，则共需几个信道？,解：,每用户忙时话务量,小区流入话务量,A=,100*a=3.75,为保证呼损率小于,5%,，查表,5-2,，得信道数,n=8,37,蜂窝网天线,天线如何放置：中心激励及顶点激励,中心激励：在每个小区中，基站设在小区的中央，用全向天线形成圆形覆盖区。,顶点激励：将基站设计在每个小区六边形的三个顶点上，每个基站采用三副,120,扇形辐射的定向天线，分别覆盖三个相邻小区的各三分之一区域，每个小区由三副,120,扇形天线共同覆盖。,38,（,a,）中心激励 （,b,）顶点激励,39,7,号信令网络是及现在,PSTN,平行的一个独立网络。它由三个部分组成：信令点,(SP),、信令链路和信令转移点,(STP),。信令点,(SP),是发出信令和接收信令的设备，它包括业务交换点,(SSP),和业务控制点,(SCP),。,SSP,是电话交换机，它们由,SS7,链路互连，完成在其交换机上发起、转移或到达的呼叫处理。移动网中的,SSP,称为移动交换中心,(MSC),。,7,号信令的,网络结构,40,越区切换的准则,在决定何时需要进行越区切换时，通常根据移动台处接收的平均信号强度来确定，也可以根据移动台处的信噪比,(,或信号干扰比,),、误比特率等参数来确定。,判定何时需要越区切换的四种准则：,(1),相对信号强度准则：在任何时间都选择具有最强接收信号的基站。,越区切换,的准则,41,(2,),具有门限规定的相对信号强度准则,仅允许移动用户在当前基站的信号足够弱,(,低于某一门限,),，且新基站的信号强于本基站的信号情况下，才可以进行越区切换。,(3),具有滞后余量的相对信号强度准则,仅允许移动用户在新基站的信号强度比原基站信号强度强很多,(,即大于滞后余量,(Hysteresis Margin),的情况下进行越区切换。,越区切换,的准则,42,越区切换,的准则,(4),具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则：,仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限并且新基站的信号强度高于当前基站一个给定滞后余量时进行越区切换。,43,位置更新策略,三种动态位置更新策略：,(1),基于时间的位置更新策略,每个用户每隔,T,秒周期性地更新其位置。,(2),基于运动的位置更新策略,在移动台跨越一定数量的小区边界,(,运动门限,),以后，移动台就进行一次位置更新。,(3),基于距离的位置更新策略,当移动台离开上次位置更新后所在小区的距离超过一定的值,(,距离门限,),时，移动台进行一次位置更新。,44,移动通信系统的网络结构,移动用户基站交换机固定网络固定用户 移动用户基站交换机基站移动用户,45,蜂窝小区的系统容量及改善,常见的提高系统容量的方法,小区分裂：降低,r,0,，重组小区，把拥塞的小区分为几个更小的小区。,划分扇区：通过使用定向天线，减少同频干扰。,微小区：既保持,r,0,，又降低同频干扰,46,小区制频率分配方法,小区制频率分配方法,：,固定信道分配,分区分组分配法,等频距分配法,动态信道分配,混合信道分配,47,等频距分配法的特点：,1),可以,100%,利用频率资源；,2),可防护同频干扰,3),能有效避免信道组内的邻道干扰，并能降低小区间邻道干扰。,4),提供足够大的信道间隔，可以设计接收机滤波器抑制互调干扰,48,某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫,10,次，每次占用信道的平均时间为,80,秒，呼损率要求,10,，集中系数为,K,=0.125,，问给定,8,个信道能容纳多少个用户？,(1),根据呼损率,(B),及信道数,(n),，查表求总话务量,A,。查表求得,A=5.597Erl,。,(2),求每个用户忙时话务量,a,：,(4),求系统所容纳的用户数,M,：,(3),求每个信道所能容纳的用户数,m,：,49,某系统有,50,个用户，每个用户平均每小时发出,2,次呼叫，每次呼叫平均保持,3,分钟，则每个用户的话务量：,它表示系统中平均每个用户每小时占用信道的时间为,0.1,小时。,系统总话务量,：,表示,50,个用户在系统中产生的话务量为,5,爱尔兰。,50,如果,GSM,使用每帧包含,8,个时隙的帧结构，每时隙,(slot),含有,156.25,比特，信道中数据率为,270.833kbps.,求：,（,a,）,一比特的时长；,（,b,）,一时隙长；,（,c,）,帧长；,（,d,）占用一个时隙的用户在两次发射之间必须等待的时间。,51,（,a,）一比特时长：,（,b,）一时隙长：,（,c,）帧长：,（,d,）用户必须等待,4.615ms,在新一帧到来之后才可进行下一次发射。,52,等频距分配法,若某蜂窝系统为,FDD,方式，工作频段为,25MHz,，信道间隔为,30kHz,，,N,=7,，即每,7,个小区构成一个区群。如何分配信道？,解：,1.,共有信道总数：,25000/30,取整,833,。,每个小区信道数：,833/7,119,。,53,例：在某系统中，接收机要求的信干比门限为,n,4,，求系统允许的最大,N,。,解：,54,画一个,N=4,的蜂窝系统结构，要求至少包括,3,个区群，将簇中小区所用频率组用,A,B,C,D,标识,55,车联网,车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车,-X,（,X,：车、路、行人及互联网等）之间，进行无线通讯和信息交换的大系统网络，是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络，是物联网技术在交通系统领域的典型应用。提及的更多是车及环境的交互。即车,X,。,例如,V2X,技术是指包括,V2V(,车,-,车,),、,V2I(,车,-,基础设施,),、,V2P(,车,-,行人,),等方式车联网通信技术,即车对外界的信息交换,这是未来智能汽车、自动驾驶、智能交通运输系统的基础和关键技术。,56,谢谢,