物联网通信技术 机械工业 课后习题总结

1.1 数据通信系统一般包括发送端、接收端以及收发两端之间的信道三部分。

1.3 信道编码是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰，而专门设计的一类抗干扰的技术和方法。

特点：根据一定的（监督）规律在待发送的信息码元中加入一些必要的（监督）码元，在接收端利用这些监督码元与信息码元之间的（监督）规律，发现和纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。

1.4 在单一的媒体上承载多路信号，称为多路复用。

1.5 调制技术是一种将信源产生的信号转换为适宜无线传输的形式的过程。常见的调制技术有模拟调制和数字调制。

 

2.1 无线通信的特点

1)   无线频谱是稀缺资源

2)  无限信道随机多变

3)  无线电波的全向传输特性

技术难题：多径效应造成信号衰落、无线通信系统容量小

 

2.2 无线信道分为恒参信道和随参信道。

随参信道的特点：

1)   对信号的衰耗随时间变化。

2)   传输的时延随时间而变。

3)   多径传播。

恒参信道对信号的影响不随时间变化或基本不变，影响是固定的或变化极为缓慢。

 

2.3 改进无线信道的传输特性的方法：抗快衰落的调制解调技术、抗衰落的接收技术和扩普技术、分集接收。扩普技术包括扩普通信技术、跳频扩普通信技术、直频扩普通信技术。

 

2.9 使用多个频率来传输信号被称为扩展频谱技术。目的：抗干扰和提高安全性。

 

3.1 蓝牙的拓扑结构：微微网和分布式网络。

微微网的建立由两台设备的连接开始。最多由8台设备构成。分布式网络由多个独立、非同步的微微网形成的，靠跳频顺序识别每个微微网。

3.2 蓝牙协议体系结构：底层硬件模块、核心协议层、高端应用层。

物理硬件部分：链路管理器（LM）、基带（BB）和蓝牙射频（RF）构成。

核心协议：Core 和Profiles两大部分。Core是蓝牙的核心，主要定义蓝牙的技术细节；Profiles部分定义在蓝牙的各种应用中协议栈的组成，并定义相应的实现协议栈。

 

3.3 ZigBee设备：ZigBee协调器、ZigBee路由器、ZigBee终端设备

FFD 全功能设备  RFD 简化功能设备

3.4 ZigBee网络拓扑结构：星型结构、网状结构、簇-树状结构。

3.6 MAC子层数据帧由MAC子层帧头、MAC子层载荷和MAC子层帧尾组成。MAC子层帧头由2个字节的帧控制域，1字节的帧序列号域和最多20字节的地址域组成。

 

3.7 ZigBee路由发现过程：

1)   路由发现过程的发起

2)   接收到路由请求命令帧

3)   接收到路由回复命令帧

 

3.8 RFID基本工作原理：标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或者被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签）。阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

 

4.1 无线局域网组成：无线网卡和无线网桥。

4.2 无线局域网接入点是否是必备的基础设施？（否）

4.3服务集标识符SSID和基本服务集标识符BSSID区别： 所谓SSID最多可以有32个字符,用来标识接入点AP,区分不同的无线网络；而BSSID是48bit数值,用来对BSS区域内的主机进行标识,每个主机在这个较小的区域里进行通信。

4.4无线局域网的MAC协议特点？为什么不能用CSMA/CD协议而必须使用CMSA/CA协议？

MAC层在物理层的上面包括有两个子层分别是分步协调功能DCF子层和点协调功能PCF。

第一，在无线局域网的适配器上，接收信号的强度往往会小于发送信号的强度，因此若要实现碰撞检测，那么在硬件上需要的花费就会过大。

第二、在无线局域网中，并非所有的站点都能够听见对方，而“所有站点都能听见对方”正是实现CSMA/CD协议所必须具备的基础。

 

4.5 RTS帧和CTS帧的作用。是强制使用还是选择使用？

源站在发送数据帧之前发送RTS帧，若信道空闲，则目的站响应CTS帧，当源站收到CTS帧后就可发送其数据帧，实际上就是在发送数据帧前先对信道预约一段时间。RTS／CTS是选择使用的。

4.6 为什么在无线局域网上发送数据帧后要对方必须发回确认帧，而以太网就不需要对方发回确认帧？

答：无线局域网可能出现检测错误的情况：检测到信道空闲，其实并不空闲，而检测到信道

忙，其实并不忙，因此需要接收方发回确认帧来确定信道是否空闲。

4.7 无线局域网的MAC协议中的SIFS，PIFS和DIFS的作用是什么？ 

答：SIFS，即短帧间间隔。SIFS是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧；PIFS，即点协调功能帧间间隔（比SIFS长），是为了在开始使用PCF方式时（在PCF方式下使用，没有争用）优先获得接入到媒体中；DIFS，即分布协调功能帧间间隔（最长的IFS），在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。

 

4.8 无线信道的传播特性：

 

4.9 WLAN的调制方式：补码键控调制（CCK）、分组二进制卷积编码（PBCC）调制、OFDM调制、脉冲位置调制（PPM）。

 

4.10 FHSS工作原理： FHSS是一种载频不断随机改变的扩频技术，载频的变化规律受一串伪随机码的控制，发送端和接收端用相同的伪随机码控制频率的变化规律。

4.11 DHSS工作原理：DSSS采用固定载波频率，将信号用伪随机码扩展到一个很宽的频带上，在接受端用相同的伪随机码对接收的扩频信号进行解析。　

4.12 WIMAX含义及技术标准。

 

5.1 移动通信系统为什么要引入多址接入技术？通常采用哪些多址方式，这此多址方式是如何区分用户的？

正确答案：多址技术可以使用众多的用户共同使用公共的通信信道。

频分多址（FDMA）方式、时分多址（TDMA）方式和码分多址（CDMA）方式。

FDMA是以不同的频率信道实现通信的，把整个可分配的频谱划分成许多个无线信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路业务或控制信号。在系统的控制下，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。

TDMA是以不同的时隙实现通信的，即在一个较宽频带的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号。

CDMA是以不同的代码序列实现通信的，即信号在传输以前要进行特殊的编码，且每一个用户的编码序列是相互正交的，多个用户信号可同时用同一载波传送，在接收端进行正交解码恢复信号。

 

5.2 快衰落损耗又可分为空间选择性快衰落、频率选择性快衰落与时间选择性快衰落

5.3 移动通信的多址接入方式：FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）、CDMA（码分多址）。

5.4 语音压缩编码大致可以分为以下三类：波形编码、参量编码、混合编码.

5.5 移动通信中为什么要使用MSK/GMSK调制?

MSK调制都是恒包络调制，不存在相位跃变点，在限带系统中，能保持恒包络特性。GMSK是MSK的进一步优化方案，能够进一步提高频谱利用效率。

5.6 信道编码作用：为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰，而专门设计的一类抗干扰的技术和方法。纠正差错，以提高信息码元传输的可靠性。

 

信道编码：外编码（分组循环码）、内编码（卷积码）、重排和交织。

5.7 分集技术的基本原理：通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同。接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。

5.8 OFDM基本原理：将信道分为若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。

5.9 4G关键技术                     

1) 接入方式和多址方案

2) 调制与编码技术

3) 高性能的接收机

4)智能天线技术

5) MIMO技术

6) 软件无线电技术

7) 基于IP的核心网

8) 多用户检测技术

 

5G关键技术（6大）：

1) 高频段传输

2) 新型多天线传输技术

3)  同时同频全双工技术

4)  D2D技术

5)  密集和超密集组网技术

6)  新型网络架构

 

5.11 卫星通信系统是由空间分系统、地球站群、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统四大部分组成。

 

6.1 通信网是各种通信结点及连接结点的传输链路互相依存的有机结合体，以实现两点及多个规定点间的通信体系。通信网是由终端设备、交换设备及传输链路三大要素组成。

6.2 现代通信网的构成:

1)       业务网

2)       支撑网

l  信令网

l  同步网

l  管理网

 

6.3 支撑网是使业务网正常运行、增强网络功能、提供全网服务质量以及满足用户要求的网络。

 

6.11 分组交换的特点：

1)    信息传送的最小单位是分组

2)    面向连接（逻辑连接）和无连接两种工作方式

3)    统计时分复用（动态分配带宽）

4)    信息传送为有差错控制

5)    信息传送不具有透明性

6)    基于呼叫延迟制的流量控制

和电路交换比较的优点：提高了线路的利用率。

 

6.12 IP多媒体子系统（IMS）用来解决如何向移动数据用户提供IP多媒体业务的问题。它负责完成移动终端所有基于IP的业务，包括语音、数据及语音与数据混合的无线实时业务。

 

7.1 自组织网络定义：一个移动Ad Hoc 网络可以看作一个独立的自治系统或者是一个对因特网的多跳无线扩展。

Ad Hoc 网络特点

1)    无中心节点

2)    自组织

3)    多跳路由

4)    动态变化的网络拓扑结构

 

7.2 自组织网络一般有平面结构和分级结构。 --网络拓扑

 

7.3 自组织网络协议栈

                                   应用层

                                   传输层

                                   网络层

                                   数据链路层

                                   物理层

 

7.4 自适应编码和调制的原理？

自适应调制与编码简称为AMC，是一种基于物理层的链路自适应技术。AMC技术的基本原理是在发送功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，确保链路的传输质量。当信道条件较差时，选择较小的调制方式与编码速率；当信道条件较好时，选择较大的调制方式，从而最大化了传输速率。

 

7.5 MIMO 多入多出。MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。

 

7.9 为什么CSMA不适用于无线通信系统？

CSMA边传输边进行信道检测，而无线环境下，天线是单方向的，即要不发送要不接受，无法同时检测信道中是否存在冲突，从而采用ACK机制。

 

7.10 自组织网络的MAC层控制协议分为竞争协议、分配协议和和混合协议三类。

 

7.13 自组织网络单播路由协议分为主动式路由协议和按需路由协议。

主动式路由协议尽力维护网络中每个节点至所有其他节点的一致最新路由信息，要求网络中的每个节点都建立和维护一个或多个存储路由信息的表格，网络拓扑一旦变化，则向整个网络传播路由更新信息。

按需路由协议只有在源节点需要的时候，才创建路由。一旦创建了一条路由，就立即维护该条路由，直到路由异常中断或不再需要才停止该路由的维护。

 

9.1 异构网络模型特点：不同的物联网应用系统通过网关连接到核心网，最后连接到Internet网络上，最终融合成为一个整体。

9.2 异构网络资源管理：

1)       接入控制

2)       网络选择

•   基于接收信号强度的网络选择算法
•   基于历史信息的网络选择算法
•   基于模糊逻辑和神经网络的网络选择算法
•   基于博弈论的网络选择算法
•   基于优化理论的网络选择算法

 基于策略的网络选择算法

3)       垂直切换

• 切换发起
• 切换判决
• 切换执行

4)       协同频谱感知  --协同通信最关键的支撑技术

5)       负载均衡