移动通信教学概论

1、 中南民族大学电子与信息工程学院唐红文中南民族大学电子与信息工程学院唐红文 移动通信移动通信-第一讲第一讲 概论 移动通信的目标？移动通信的目标？ 移动通信的的原？移动通信的的原？ 移动通信的的应？移动通信的的应？ 移动通信的的应？解的的问？移动通信的的应？解的的问？ 移动通信的的关键技？移动通信的的关键技？ 移动通信的的未？移动通信的的未？ 学学学学移动通信移动通信课程的目的？课程的目的？ 中国移动：中国移动：gsm、gprs、td-scdma。 中国联通：中国联通：gsm、gprs、wcdma。 中国电信：中国电信：cdma、cdma 1x、 cdma2000。 随着移动数据业务产业链的日

2、益完善，大随着移动数据业务产业链的日益完善，大 量基于量基于gprs和和cdma 1x键技的数据新业务将键技的数据新业务将 不断被推向市场。不断被推向市场。 移动动务、移动动定、移动动务、移动动定、wap和基于和基于java、 brew的游戏类业务也将逐步升温。的游戏类业务也将逐步升温。 移动通信的基础知识 u移动通信的工作频段 u移动通信的主要特点 u移动通信系统的分类 常用移动通信系统 移动通信的基本技术 u调制技术 u移动信道中电波传播特性的研究 u多址方式 u抗干扰措施 u组网技术 移动通信的发展历程和发展方向 移动通信的标准化 至少有一方处于移动状态下进行信息交换的通 信就叫做移动通

3、信。换句话说，移动通信解决 因为人的移动而产生的动中通信问题。 u 终端的移动性：手机、车载台； u 个人的移动性：sim/uim 卡方式支持的业务； u 业务的可漫游性：用户可以随时随地接入网络， 无障碍交流。 f3000ghz 的电磁频谱称为无线电磁波的频谱。的电磁频谱称为无线电磁波的频谱。 地-电离层波导（wave guidewave guide） 104m-105m u 电报 u 导航系统 u 潜水艇通信 具有传播距离远和相位稳定两个突出优点， 可应用于远距离通信、导航、频率和时间标准 的传送。例如，美国于70年代建成的工作频段 为1015千赫的奥米加导航系统，规模巨大， 有 8个发射

4、台，可覆盖全球。苏联在此期间也 建立了包括 3个发射台的类似系统。 lm：表面波 ( 长波1000m) u长距离通信 u导航 mf：表面波和天波 (中波100m1000m) u干扰1.6/1.5ghz; （3 3）微波）微波c c频频 段段 6.0/4.0ghz;6.0/4.0ghz; （4 4）微波）微波x x频频 段段 8.0/7.0ghz;8.0/7.0ghz; （5 5）微波）微波kuku频频 段段 14.0/12.0ghz14.0/12.0ghz 和和 14.0/11.0ghz;14.0/11.0ghz; （6 6）微波）微波kaka频频 段段 30/20ghz30/20ghz。 图

5、 1-14 铱系统卫星轨道示意图 分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的通 信网络， 即网络中传送的信息要以分组或称信 包(有时简称“包”)为基本单元。分组是由若干比特 组成的信息段，通常包含包头和正文两部分。 包头中含有该分组的源地址(起始地址)、 宿地址(目的 地址)和有关的路由信息等；正文是真正需要传送的信 息。 图 1-15 aloha系统简图 数据终端 分组无线电台 中继站 集中器 计算中心 世界上各国都在致力于发展移动数据通信网络，其中大 都以分组传输键技为基础。 例如： (1) ardis系统(先进的无线电数据信息设备)。 (2) mobitex系统(全国性互连的集群无线电网

6、络)。 (3) cdpd系统(蜂窝数字分组数据)。 (4) tetra系统(全欧集群无线电)。 (5) 第二代北美数字蜂窝is-54和is-95系统。 表表 1-5 1-5 几种移动数据设备的特性和参数几种移动数据设备的特性和参数 移动通信的基础知识 u移动通信的工作频段 u移动通信的主要特点 u移动通信系统的分类 常用移动通信系统 移动通信的基本技术 u调制技术 u移动信道中电波传播特性的研究 u抗干扰措施 u多址方式 u组网技术 移动通信的发展历程和发展方向 移动通信的标准化 目标：高数据速率，低成本、低能耗实现，抗干扰、抗 衰落能力强 u 线性与非线性； u 恒包络与非恒包络； u 相干

7、检测与差分检测； u 高频谱效率与高能量效率. 链路测量（信道估计）； 一直是移动无线设计的一个难点，其研究只能在统 计意义上进行。 面向语音业务的多址方式： fdmafdma、tdmatdma、cdmacdma、sdmasdma。 面向数据业务的多址方式： 基于alohaaloha(随机多址方式)：包括分时隙的aloha aloha 和prmaprma等； 基于csmacsma(载波检测多址)：包括btma btma 等。 面向多媒体业务的多址方式： 数据业务并入面向语音的网络：cdpdcdpd、gprsgprs； 语音业务并入面向数据的网络：voipvoip。 n 利用信道编码信道编码进行

8、检错和纠错(包括前向纠错fec和自动请 求重传arq)是降低通信传输的差错率，保证通信质量和可靠 性的有效手段； n 为克服由多径干扰所引起的多径衰落，广泛采用分集技术分集技术 (包括空间分集、频率分集、时间分集以及rake接收技术等)、 自适应均衡技术自适应均衡技术和选用具有抗码间干扰和时延扩展能力的调调 制技术制技术(如多电平调制、多载波调制等)； n 为提高通信系统的综合抗干扰能力而采用扩频和跳频扩频和跳频技术； n 为减少蜂窝网络中的共道干扰而采用扇区天线扇区天线、 多波束多波束 天线天线和自适应天线阵列自适应天线阵列等； n 在cdma通信系统中， 为了减少多址干扰而使用干扰抵消干扰

9、抵消 和多用户信号检测器技术和多用户信号检测器技术。 1. 1. 网络结构网络结构: : 集中式的基础结构网络；分布式集中式的基础结构网络；分布式 msc hlr vlr auc omc eir bts bsc msc pdn pstn isdn 固动网 bss ms ms 图 1-16 数字蜂窝通信系统的网络结构 采应特动特性的节点（即基站）； 基站控制所有其覆盖区域（称为小区） 内的传输； 由接收未自基站发送出的信号的能力未 解动小区的边界； 通过应陆地线路连接更多的基站可以增 加覆盖（蜂窝网）； 蜂窝网通常与pstn 和/或lans 相连； 基站是有线域和无线域之间的中间节点。 分布式分

10、布式: 不存在任何预动结构或基础设施； 服务覆盖和网络连通性由节点的 proximity（以及rf 特性）单独动义； 节点也能起到路由器的应，使相距很远的 节点之间实现通信。 2. 网络接口网络接口 msbsmsc vlr msc vlr eir hlr smumabisa b e c f g d 图 1-17 蜂窝系统所应的接口 3. 网络的控制与管原网络的控制与管原 移动性管理（mmmm）： 位置管理：位置更新、寻呼和位置信息发布。 越区切换：软切换、更软切换技术。 mipmip（mipv6mipv6）：mip mip 中的位置管理和越区切换。 无线资源管理（rrmrrm），包括功率控制管

11、理： rrmrrm：实现功率控制减小系统自干扰，选择最优无线信道建立 连接，支持越区切换。 省电机制：不连续发射（包括语音激活）、移动台的休眠模式。 电源效率：在mac mac 层消除碰撞，使用对休眠模式和广播较好的 协议，在rlc rlc 层使用arqarq，在tcp tcp 层采用适当的拥塞避免机制。 移动通信的基础知识 u移动通信的工作频段 u移动通信的主要特点 u移动通信系统的分类 常用移动通信系统 移动通信的基本技术 u调制技术 u移动信道中电波传播特性的研究 u多址方式 u抗干扰措施 u组网技术 移动通信的发展历程和发展方向 移动通信的标准化 1.6 1.6 移动通信的发展历程和发

12、展方向移动通信的发展历程和发展方向 18971897年，马可尼在陆地和一艘拖船上完成年，马可尼在陆地和一艘拖船上完成无线通信无线通信实验，标志无实验，标志无 线通信的开始；线通信的开始； 19281928年，美国警应车辆车载无线电系统，标志年，美国警应车辆车载无线电系统，标志移动通信移动通信开始；开始； 19461946年，年，bellbell实验室在圣路易斯建立第一个实验室在圣路易斯建立第一个公应汽车电话公应汽车电话； 1960s1960s，实现无线频道自动选择与公应电话网自动拨号连接；，实现无线频道自动选择与公应电话网自动拨号连接； 19741974年，美国年，美国bellbell实验室提

13、出实验室提出蜂窝移动通信蜂窝移动通信的概念的概念 1980s1980s，第一代移动通信系统第一代移动通信系统 19831983美国的美国的ampsamps、19801980北欧的北欧的nmtnmt、 19791979日本的日本的namtsnamts、19851985英国的英国的tacs(800/900m)tacs(800/900m)； 1990s1990s，第二代移动通信系统第二代移动通信系统 19921992年动应的年动应的gsmgsm，19911991美提出的美提出的is-54is-54， 19931993日本提出的日本提出的pdcpdc，19931993美国提出的美国提出的is-95(n

14、-cdma)is-95(n-cdma)； 2000s2000s，第三代移动通信第三代移动通信 欧洲：欧洲：wcdmawcdma、美国：、美国：cdma2000cdma2000、中国、中国: td-scdma: td-scdma 无线电的发明者马可尼无线电的发明者马可尼 马可尼（18741937）意大利人 u1894年在父亲的庄园试验 u1896年去伦敦 u1897年建立无线电报公司 u1899年首次实现英法无线通信 u1916年实现短波无线电通信 u1929年建立世界性无线通信网 获获诺贝尔 参加法法斯斯 l 工作频段工作频段由短波、超短波、微波到毫米波、红外和超长波； l 频道间隔频道间隔由

15、窄带窄带100 khz、50 khz、25 khz到12.5 khz和宽带宽带扩频 信道； l 调制方式调制方式由振幅压扩单边带、 模拟调频模拟调频到数字调制数字调制； l 多址方式多址方式由频分多址(fdma)、时分多址(tdma)、 码分多址(cdma) 到混合多址，以及固定多址和随机多址的结合； l 网络覆盖网络覆盖由蜂窝蜂窝到微蜂窝微蜂窝、 微微蜂窝微微蜂窝和混合蜂窝； l 网络服务范围网络服务范围由局部地区、大中城市到全国、 全世界，并由陆地、 水上、空中发展到陆海空一体化； l 业务类型业务类型由通话为主， 到传送数据、 传真、 静止图像，直到传 送综合业务。 移动通信的发展过程及

16、趋势可概括如下： 宽带接入宽带接入 384k -2mbit/s 广带接入和分布式网络广带接入和分布式网络 220mb/s wimax hspa+ lte lte- advanced wirelessm an- advanced 我国移动通信发展现状我国移动通信发展现状 第一代模拟移动通信系统于第一代模拟移动通信系统于20002000年封网；年封网； 第二代移动通信广泛应用；第二代移动通信广泛应用； 2.52.5代代gprsgprs、cdma 1xcdma 1x还会持续相当长的时间；还会持续相当长的时间； 20032003年底中国完成年底中国完成3g3g的系统实验；的系统实验； 20092009

17、年年1 1月，第三代移动通信在中国的应用开始运月，第三代移动通信在中国的应用开始运 营；营； 3g3g大力发展。大力发展。 中国联通运营：中国联通运营：gsmgsm网网也称为也称为g g网，新建网，新建wcdmawcdma； 中国移动运营：中国移动运营：gsmgsm网网，完善，完善gprsgprs，新建，新建td-scdmatd-scdma; ; 中国电信运行：原联通的中国电信运行：原联通的cdmacdma网网（c c网），完善网），完善cdma cdma 1x1x，新建，新建cdma2000cdma2000; ; 移动通信的基础知识 u移动通信的工作频段 u移动通信的主要特点 u移动通信系统

18、的分类 常用移动通信系统 移动通信的基本技术 u调制技术 u移动信道中电波传播特性的研究 u多址方式 u抗干扰措施 u组网技术 移动通信的发展历程和发展方向 移动通信的标准化 n 标准化工作的重要性 n 通信技术的多样性(看似繁荣，实际阻碍技术发展) n 网络缺乏互联 n 设备缺乏互通 n 无法大规模生产 n 价格昂贵 n 移动通信的标准化内容 n 技术体制标准化 n 网络设备标准化 n 测试方法标准化 国际无线电标准化工作由国际电信联盟（国际电信联盟（ituitu）负责。 itu itu 原由综合秘书处、国际频率登记局（ifrbifrb）、国 际无线电咨询委员会（ccirccir）和国际电话电报咨询委员 会（ccittccitt）四个常设机构组成。 1993 1993 年3 3 月，itu itu 组织调整为： u 无线通信组（ccir+ifrbccir+ifrb），