北京邮电移动通信第三版第一章 概述

1、1 移动通信原理与系统 叶燕婷2 课程教学基本要求 n 理解和掌握无线信道和传播、传播损耗模型； n掌握移动通信中的信源编码的基本概念和调制解调技术； n理解和掌握移动通信中的各种抗衰落抗干扰技术； n掌握移动通信系统的组网技术； n掌握GSM移动通信系统、理解GPRS系统的基本原理以及EDGE的基 本原理； n掌握基于CDMA20001X系统、WCDMA系统和TDSCDMA系统的 基本原理和应用； n了解未来移动通信的发展。 3 移动通信 第一章 概述 4 参考书 n移动通信原理与应用，啜钢等编著，北京邮电大学出版社。（主要 参考书） n现代移动通信系统，祁玉生等著

2、，通信工程丛书，人民邮电出版社。 n数字蜂窝移动通信系统，赵荣黎编著，电子工业出版社。 n无线通信原理与应用，蔡涛等译，电子工业出版社。 nGSM数字移动通信系统，骆健霞等译，电子工业出版社。 nCDMA系统工程手册，许希斌等著，人民邮电出版社。 n移动蜂窝通信，模拟和数字系统（第二版），美李建业著，人民 邮电出版社 nCDMA扩频通信原理，美A. J. 维特比著，李世鹤等译，人民邮电 出版社 n第三代移动通信系统原理与工程设计， IS-95 CDMA和cdma2000， 美Vijay K. Garg等，于鹏等译，电子工业出版社 n 数字移动通信（修订本），郭梯云编，人民邮电出版社 n 5 主

3、要内容 n移动通信的基本概念 n移动通信的发展史 n第一代移动通信系统 n第二代移动通信系统 n第三代移动通信系统（3G） n第四代移动通信系统（4G） n个人移动通信 n移动通信工作频段 n移动通信的工作方式 n移动通信的分类及应用系统 6 移动通信的基本概念 n移动通信是指通信的双方，或至少有一方处于 移动状态下进行信息交换的通信就叫做移动通 信。换句话说，移动通信解决因为人的移动而 产生的“动中通”问题。 7 移动通信的基本概念 n移动通信系统包括无绳电话，无线寻呼，陆地 蜂窝移动通信，卫星移动通信等。 n移动体之间的通信联系的传输手段只能依靠无 线电通信，因而无线通信是移动通信的基础。

4、 n除依靠无线通信技术之外，还依赖有线通信网 络的支持，如公众电话网PSTN，公众数据网 PDN， 综合业务数字网ISDN。 1、移动通信利用无线电波进行信息传输 n复杂的无线传播环境导致信号衰落信号衰落 移动通信中基站至用户间必须靠无线电波来传送信息，然而 无线传播环境十分复杂，导致无线电波传播特性一般很差。 表现在传播的电波一般是直射波和随时间变化的绕射波、反 射波、散射波的叠加，造成所接收信号的电场强度起伏不定电场强度起伏不定。 n多普勒频移多普勒频移 移动台不断运动，当达到一 定速度时，固定点接收到的载波 频率将随运动速度的不同产生 不同的频移。 8 移动通信的特点 9 移动通信的特点

5、 2、移动台受噪声影响，并在强干扰下工作 n1）互调干扰 所谓互调干扰是指两个或多个信号作用在通信设备的非线性 器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对通信 系统构成干扰的现象。 n2）邻道干扰 邻道干扰是指相邻或邻近的信道或频道之间的干扰，是由于 一个强信号串扰弱信号而造成的干扰。 n3）同频干扰 同频干扰是指相同载频电台之间的干扰，由于蜂窝蜂窝式移动通 信采用同频复用来规划小区，这就使系统中相同频率电台之 间的同频干扰成为其特有的干扰。 10 移动通信的特点 3、通道容量有限 n频率资源紧张 n在频率资源一定，信噪比一定的前提下，通 信容量有限 n增加用户容量是移动通信的重要研究课

6、题 11 移动通信的特点 4、通信系统复杂 n移动性使得系统需要对无线信道进行频率和 功率的控制。 n提供相邻基站之间的越区切换 n网络提供归属位置寄存器（HLR）和访问位 置寄存器（VLR）纪录用户的行踪 n提供不同地区和不同运营者之间的漫游 n用户安全与网络安全鉴权 12 移动通信的特点 5、对移动台的要求高 n要求移动台具有很强的适应能力； n要求性能可靠、携带方便，小型，低功耗，及耐高、 低温； n要求操作使用方便，可适应不同人群使用 13 移动通信的发展史-萌芽阶段 n1880年，贝尔发明了最初的无线传输设 备“光话机”将反射光耦合到光电 硒接收器. n通话距离700英尺，比无线电方

7、式早25年。 n后经过改进，通话距离长达15km。 n缺点：光线易受雨、雾、建筑物等障碍物的阻挡。 n19世纪末，赫兹发现电磁波辐射。 14 移动通信的发展史-萌芽阶段 n1897年，马可尼在陆地和一艘拖船上完 成莫尔斯电码无线通信实验，标志无线 电通信的开始，开创了海上通信业。 n1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖，后来享有“无 线电之父”的美誉。 n1906年圣诞夜晚，费森堡从实验室用无 线电波进行了首次广播，他从实验播送 的一些圣经、朗诵节目被行使在大西洋 上的轮船报务员接受到，一般认为这是 广播的第一次发射成功，标志着人类利 用无线电直接传送语言和音乐的开端。 15 移动通信的发展史-

8、开拓阶段 n1928年，美国底特律警察局率先装备AM接收 机的警用车辆无线电移动系统（单向），标志 移动通信的开始。 n20世纪世纪30年代初，第一个双向移动通信系统在 新泽西的贝尼尔警察局投入运行。 n1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电， 是移动通信中地第一个大分水岭。 n大大提高灵敏度或动态范围（3倍） n具有“捕获效应” n能更有效地对抗“快衰落”或波动性 16 移动通信的发展史-商业阶段 n1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一 个公用汽车话网，用于汽车移动电话。 n60年代中期，贝尔系统开发出了 “IMTS改进的移动电话服务”系统， 使模拟FM技术达到了30年发展的顶峰

9、。 17 移动通信的发展蜂窝思想 n1978年底，贝尔实验室研制成功模拟蜂 窝第一代移动通信系统先进移动电 话系统（AMPS）。该系统于1983年正 式投入商用。这是移动通信发展史上的 重大发明。 n1980北欧的NMT n1979日本东京、神户、大阪的NAMTS n1985英国伦敦的TACS(我国的模拟系统我国的模拟系统) 18 第一代移动通信系统 n传输的无线信号为模拟量 n蜂窝小区系统设计-频率复用 n解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾 n模拟系统-语音信号 nFM传输 nFDMA（频分多址）（频分多址） n缺点：缺点：频谱利用率低、容量有限、制式频谱利用率低、容量有限、制式 相互不兼容

10、、不利于漫游、覆盖受限、相互不兼容、不利于漫游、覆盖受限、 业务受限、易被窃听、不能于业务受限、易被窃听、不能于ISDN兼容兼容 19 移动通信的发展数字化 n模拟移动通信系统频谱利用率低、设备复杂、 价格昂贵、业务种类受限、保密性差 n80年代中期90年代末，欧洲、美国、日本等 发达国家和地区先后推出了数字移动通信系 统第二代移动通信系统： n1992年欧洲推出商用的GSM n1991美提出的IS-54 n1993日本提出的PDC n1993美国提出的IS-95(N-CDMA) 20 第二代移动通信系统 n数字移动通信系统 21 第二代移动通信的特点 n微蜂窝小区结构：更优的空分复用提高用户

11、数 n数字化技术：语音信号数字化 n新的调制方式：GMSK、QPSK等 nTDMA、CDMA n频谱利用率高、系统容量大 n能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性 n抗噪声、抗干扰和抗多径衰落能力强 n能实现更有效、灵活的网络管理和控制 n便于实现通信安全保密 n可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量 第三代移动通信系统 n移动通信网所提供的以话音为主的业务 已不能满足人们的需要了，为此移动通 信业内的领军者们努力开发研究了适用 于数据通信的移动系统-第三代移动通 信系统 n当前3G 技术标准主要有 欧洲的WCDMA 北美的cdma-2000 中国的TD-CDMA 23 第三代移动通信系统

12、 24 第三代移动通信的特点 n微蜂窝结构（分层小区） n宽带CDMA技术 n调制方式QPSK/自适应调制 nFDMA/TDMA/CDMA n电路交换分组交换 n从媒体（media） 多媒体 （Multimedia） 25 第三代移动通信的局限性 n难以向更高速业务领域扩展 n难以寻找更高速业务所需的正交扩频码集 n难以满足更高的传输带宽需求 n因而造成业务之间的干扰大。 n难以提供具有不同QoS和性能需求的全范围多 媒体业务。 n这是IMT-2000空中接口标准强加给核心网的 n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与时分双工相结合 的模式也约束了其在不

13、同环境有效地服务。 26 第四代移动通信系统 n4G的概念可分为宽带接入和分布网络，具有非 对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽 带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带 系统和交互式广播网络。 n第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的 功能。 n第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台 和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可 以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通 信和平流层通信），能够提供定位定时、数据 采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移 动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统， 是宽带接入IP系统。 27 第四代移动通信的特点 n具有很高的传输速率和传输质量具有很高

14、的传输速率和传输质量 n灵活多样的业务功能灵活多样的业务功能 未来的移动通信网络应能使各类媒体、通信主机及网络之间进行 “无缝”连接，使得用户能够自由的在各种网络环境间无缝漫游， 并觉察不到业务质量上的变化，因此新的通信系统要具备媒体转 换、网间移动管理及鉴权、Adhoc网络(自组网)、代理等功能； n开放的平台开放的平台 未来的移动通信系统应在移动终端、业务节点及移动网络机制上 具有“开放性”，使得用户能够自由的选择协议、应用和网络； n高度智能化的网络高度智能化的网络 未来的移动通信网将是一个高度自治、自适应的网络，具有很好 的重构性、可变性、自组织性等，以便于满足不同用户在不同环 境下的

15、通信需求。 28 蜂窝移动通信的发展趋势 29 移动通信的发展目标-5W n目标是 n无论任何人(Whoever) n在任何时候(Whenever) n在任何地方(Wherever) n与另一个人(Whomever) n进行任何类型(Whatever) 的个人通信。的个人通信。 30 移动通信的巨大挑战 n任何时间：要求支持动中通无线通信是 前提，传输环境恶劣 n任何地点：要求无缝覆盖传输能力有限， 覆盖范围与发射功率和干扰的矛盾 n任何人：要求支持巨大的用户量频谱资 源短缺 n任何类型业务：要求支持多媒体业务处 理能力有限 31 移动通信的工作频段 n移动通信的一个重要基础是无线电波的 传播

16、，各个频段的电波传播特性不同。 n无线电波通过多种方式从发射天线传播 到接收天线，通常按照无线电波的波长 或频率人为地把电波进行分类。 32 常见工作频段的划分 33 移动通信的工作频段 n我国移动通信的工作频段（原规定） n160MHz频段、450MHz频段、900MHz频段 n2001年，无委会增加了2000MHz频段 n中国的频率规划中国的频率规划 n频分双工（FDD）方式，即19201980MHz/21102170MHz； n时分双工（TDD）方式， 即18801920MHz、20102025MHz； n补充工作频率为频分双工（FDD）方式，1755 1785MHZ 18501880M

17、Hz；时分双工（TDD）方式，23002400MHz，与无 线电定位业务共用，均为主要业务，共用标准另行制定； n卫星移动通信系统工作频段为19802010MHz21702200MHz。 n目前己规划给公众移动通信系统的825835MHz870880MHz、 885915MHz930960MHz和17101755MHz1805 1850MHz频段，同时规划为第三代公众移动通信系统FDD方式的扩 展频段，上、下行频率使用方式不变。 nFDD方式固定无线接入系统的工作频段：34003600MHz 34 移动通信的工作频段 n第三代移动通信的工作频段 nITU（国际电联）的频率规划 n1992年，W

18、ARC划分给FPLMTS频率范围为 18852025MHz n1995年，WARC确定了MSS的新频段 n2000年，ITU在WRC上规定了三个新的全球频段 n805960MHz n17101885MHz n25002690MHz n欧洲的频率规划(UMTS)，日本也基本相同。 19002025MHz，21102200MHZ n美国： n1900MHz频段，PCS 35 第三代移动通信频谱分配矛盾 nITU、欧洲、日本、美国关于3G的频谱分配 均不相同 n会导致什么问题？ IMT-2000MSSIMT-2000MSS 电联 欧洲 日本 美国 1850kHz1900kHz1950kHz2000k

19、Hz2050kHz2100kHz2150kHz2200kHz2250kHz UMTSMSSUMTSMSS IMT-2000MSS PCSMSSMSS IMT-2000MSS 全球漫游的困难全球漫游的困难 第四代移动通信的频率划分 n国际电联给LTE划分四个频段： 3.4-3.6GHZ的200M带宽 2.3-2.4GHZ的100MHZ带宽 698-806MHZ的108MHZ带宽 450-470MHZ的20MHZ带宽 n中国4G频段包括TD-LTE频段和FDD LTE频段 TD-LTE频段：频段： 中国移动130MHZ带宽； 中国联通40MHZ； 中国电信40MHZ FDD LTE频段频段：中国电

20、信分配1.8GHZ频段 （1755-1785MHZ/1850-1880MHZ） 中国联通分配2.1GHZ频段 (1955-1980MHZ/2145-2170MHZ) 37 移动通信的工作方式 n依据通话状态和频率使用方法划分 单工通信 通信双方电台交替地进行收信和发信。 方式 同频单工 双频单工 T R f1 f1(f2) B 同频单工：收发均采用 f1 双频单工：收发分别采用 f1和 f2 发话器 受话器 发射机 接收机 A T R f1 f1(f2) 同频（双频）单工方式 移动通信的工作方式 半双工通信 通信双方中，一方使用双频双工方式，即收发信机同时 工作；另一方使用双频单工方式，即收发信机交