第一章 移动通信概述

1、1移动通信原理移动通信原理陈月芬陈月芬台州学院物理电子工程学院台州学院物理电子工程学院E-mail:chen_Tel：6602942关于本课程关于本课程为什么选修本课程为什么选修本课程无线移动通信和无线移动通信和IP(因特网因特网)是信息技术领域的是信息技术领域的两大热点两大热点感兴趣想了解一些相关知识感兴趣想了解一些相关知识如何讲课如何讲课非理论基础，注重基本概念和基本原理非理论基础，注重基本概念和基本原理讲授现代移动通信系统的基本概念、基本技术讲授现代移动通信系统的基本概念、基本技术和基本原理。和基本原理。3教学重点教学重点n现代移动通信的现代移动通信的基本概念基本概念、移动、移动信道信道

2、的电波传的电波传播和信道分析、现代移动通信系统的播和信道分析、现代移动通信系统的基本技术基本技术和和网络构成网络构成、GSM系统系统、窄带窄带CDMA移动通信移动通信系统、系统、宽带宽带CDMA（第三代）移动通信系统。（第三代）移动通信系统。4第一章第一章 移动通信概述移动通信概述1.11.1 移动通信发展简述移动通信发展简述1.21.2 移动通信的特点移动通信的特点1.3 1.3 移动通信的工作方式移动通信的工作方式 1.4 1.4 移动通信的分类及应用系统移动通信的分类及应用系统5 1.1 1.1 移动通信的发展概述移动通信的发展概述n移动通信移动通信是指通信的双方，或至少有一方处于移是指

3、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。换句话说，移动动状态下进行信息交换的通信。换句话说，移动通信通信解决解决因为人的移动而产生的因为人的移动而产生的问题。问题。n终端的移动性：手机、车载台终端的移动性：手机、车载台n个人的移动性：个人的移动性：SIM卡方式支持的业务卡方式支持的业务n业务的移动性：业务的移动性：200300n通信网的智能化和无线化使三者统一起来通信网的智能化和无线化使三者统一起来 -个人通信网个人通信网 它与无线通信的关系：被包含与包含关系它与无线通信的关系：被包含与包含关系6移动用户如何与通信网络联系；移动用户如何与通信网络联系；通信网络如何找到移动的用

4、户；通信网络如何找到移动的用户；通信网络如何为移动的用户提供恰当的服务；通信网络如何为移动的用户提供恰当的服务；通信网络如何保证移动的用户通信的可靠性；通信网络如何保证移动的用户通信的可靠性；通信网络如何保证移动的用户通信的连续性。通信网络如何保证移动的用户通信的连续性。移动通信系统的工作需求移动通信系统的工作需求 移动通信旨在解决在固定的点对点通信的移动通信旨在解决在固定的点对点通信的基础上，如何在多点间利用无线电波进行非固基础上，如何在多点间利用无线电波进行非固定位置的通信。定位置的通信。 1.1 1.1 移动通信的发展概述移动通信的发展概述7发发展展最最为为迅迅速速的的通通信信手手段段n

5、过去：难以想象移动通信有什么用处n将来：难以想象没有移动通信怎么生活移动通信进入千家万户珠峰基站海内存知己，天涯若比邻！移动通信的发展史移动通信的发展史8移动通信的发展史移动通信的发展史n19世纪末，赫兹发现电磁波辐射。世纪末，赫兹发现电磁波辐射。n1897年，马可尼在陆地和一艘拖船上完成莫尔斯电码无线通年，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。信实验，标志无线电通信的开始，开创了海上通信业。 -并无话音并无话音n1905年，费森堡首次进行无线电传输话音及音乐的实验。年，费森堡首次进行无线电传输话音及音乐的实验。n1928年，美国年，美国警

6、用警用车辆的车载无线电系统，标志着移动通信车辆的车载无线电系统，标志着移动通信开始进入实用。开始进入实用。 大区制大区制9移动通信的发展史移动通信的发展史n1946年，年，Bell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用公用汽车话网，汽车话网，不久就出现长期的频谱资源短缺问题。不久就出现长期的频谱资源短缺问题。 专用到公用专用到公用n早在早在40年代末，美国年代末，美国Bell实验室提出蜂窝构想；实验室提出蜂窝构想；60年代出年代出台研究计划；台研究计划；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。年正式提出了蜂窝移动通信的概念。 频率复用频率复用n1980s, , 第一代移动通信

7、。第一代移动通信。19831983年，美国年，美国AMPSAMPS，19801980年北年北欧的欧的NMTNMT，19791979年日本的年日本的NAMTSNAMTS，19851985年英国的年英国的TACSTACS。10移动通信的发展移动通信的发展n1990s，第二代移动通信。，第二代移动通信。19921992年商用的年商用的GSM.1991GSM.1991年美年美国国IS-54. 1993IS-54. 1993年日本的年日本的PDC.1993PDC.1993年美国的年美国的IS-95.IS-95.n2000s, ,第三代移动通信第三代移动通信. DS-CDMA, MC-CDMA, TD-S

8、CDMA, . DS-CDMA, MC-CDMA, TD-SCDMA, UMC-136, E-DECT.UMC-136, E-DECT.11第一代移动通信系统第一代移动通信系统n以以模拟通信模拟通信为特征的移动通信为第一代移为特征的移动通信为第一代移动通信。动通信。n主要代表：美国的主要代表：美国的AMPS 英国的英国的TACS特点：特点： 优点优点 - 技术简单技术简单 缺点缺点 - 技术落后技术落后“手机之父手机之父”之称马丁之称马丁库珀库珀 12第一代移动通信的特点第一代移动通信的特点n蜂窝小区系统设计蜂窝小区系统设计-频率复用频率复用n解决大容量需求与有限频谱资源的矛盾解决大容量需求与

9、有限频谱资源的矛盾n模拟系统模拟系统-语音信号语音信号nFM传输传输nFDMAn缺点：频谱利用率低、容量有限、制式缺点：频谱利用率低、容量有限、制式相互不兼容、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13第一代移动通信技术参数第一代移动通信技术参数14移动通信的发展移动通信的发展数字化数字化n模拟移动通信系统频谱利用率低、设备复杂、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、保密性差价格昂贵、业务种类受限、保密性差n80年代中期年代中期90年代末，欧洲、美国、日本等年代末，欧洲、美国、日本等

10、发达国家和地区先后推出了数字移动通信系发达国家和地区先后推出了数字移动通信系统统第二代第二代移动通信系统：移动通信系统：n1992年欧洲推出商用的年欧洲推出商用的GSMn1991美提出的美提出的IS-54（DAMPS）n1993日本提出的日本提出的PDCn1993美国提出的美国提出的IS-95(N-CDMA)15第二代移动通信的特点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数量微蜂窝小区结构：更优的空分复用提高用户数量n数字化技术：语音信号数字化数字化技术：语音信号数字化n新的调制方式：新的调制方式：GMSK、QPSK等等nTDMA、CDMAn频谱利用率高、系统容量大频谱利用

11、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可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量16第二代移动通信未完成的目标第二代移动通信未完成的目标n没有形成全球统一的标准系统没有形成全球统一的标准系统n业务单一业务单一n无法实现全球漫游无法实现全球漫游n通信容量不足通信容量不足17nIMT-2000:International M

12、obile Telecommunication 2000“未来公众陆地移动通信系统未来公众陆地移动通信系统”第三代移动通信的特点第三代移动通信的特点nIMT-2000: 工作在工作在2000MHz频段频段 在在2000年左右商用年左右商用支持最高速率支持最高速率2000kbpsn3G的商用在的商用在2001年年10月面世（日本）月面世（日本）18第三代移动通信的特点第三代移动通信的特点n微蜂窝结构（分层小区）微蜂窝结构（分层小区）n宽带宽带CDMA技术技术n调制方式调制方式QPSK/自适应调制自适应调制nFDMA/TDMA/CDMAn电路交换电路交换分组交换分组交换n从媒体从媒体( (medi

13、a) 多媒体多媒体( (Multimedia) )19第四代移动通信第四代移动通信n随着人们对移动通信系统的各种需求与随着人们对移动通信系统的各种需求与日俱增，日俱增，2G和和3G也不能满足现代移动也不能满足现代移动通信系统日益增长的高速多媒体数据业通信系统日益增长的高速多媒体数据业务，许多国家投入到对务，许多国家投入到对4G的研究和开发的研究和开发204G特点n高速率高速率n以数字带宽技术为主以数字带宽技术为主n良好的兼容性良好的兼容性n较强的灵活性较强的灵活性n多类型用户共存多类型用户共存n多种业务的融合多种业务的融合n先进的技术应用先进的技术应用n高度自组织、自适应的网络高度自组织、自适

14、应的网络214G的关键技术n接入方式和多址方案：接入方式和多址方案：OFDMn新的调制与编码技术新的调制与编码技术n软件无线电技术软件无线电技术n高性能的接收机高性能的接收机n智能天线技术智能天线技术nMIMO技术技术22移动通信的发展目标移动通信的发展目标-5Wn目标是目标是n无论任何人无论任何人(Whoever)n在任何时候在任何时候(Whenever)n在任何地方在任何地方(Wherever)n与另一个人与另一个人(Whomever)n进行任何类型进行任何类型(Whatever)的个人通信。的个人通信。231.2 移动通信的特点1、n什么是衰落现象？什么是衰落现象？n什么是阴影效应和多径

15、传播什么是阴影效应和多径传播?24移动通信信号的衰落与干扰移动通信信号的衰落与干扰25移动通信环境的时变性移动通信环境的时变性n衰落衰落(Fading)(Fading) 分为慢衰落和快衰落。分为慢衰落和快衰落。n慢衰落：由阴影效应产生，一般服从正态分布。慢衰落：由阴影效应产生，一般服从正态分布。n快衰落：由多径效应产生，一般服从瑞利分布。快衰落：由多径效应产生，一般服从瑞利分布。n因而要求移动通信系统必须具有因而要求移动通信系统必须具有抗衰落抗衰落性能。性能。26移动通信环境没有准确的模型移动通信环境没有准确的模型n传播损耗采用实验图表计算法传播损耗采用实验图表计算法27移动通信的特点移动通信

16、的特点2 2、多普勒频移多普勒频移导致调制噪声导致调制噪声n 是运动速度，是运动速度， 是波长，是波长， 是夹角是夹角 n运动方向面向接收站，为正值。反之为运动方向面向接收站，为正值。反之为负值。多普勒频移产生频率扩展。负值。多普勒频移产生频率扩展。n采用采用“锁相技术锁相技术”以抵抗多谱勒效应。以抵抗多谱勒效应。c o sdvfv28移动通信的特点移动通信的特点3 3、移动台受噪声影响，并在强、移动台受噪声影响，并在强干扰干扰下工作下工作两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生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，从而构成干扰同有用信号频率相近

17、的组合频率，从而构成干扰相邻或邻近的信道（或频道）之间，由于一个强信号串扰相邻或邻近的信道（或频道）之间，由于一个强信号串扰弱信号而造成的干扰弱信号而造成的干扰相同载频电台之间的干扰相同载频电台之间的干扰29移动通信的特点移动通信的特点4 4、对移动台的要求高、对移动台的要求高n要求移动台具有很强的适应能力；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，要求性能可靠、携带方便，小型，低功耗，及耐高、低温；及耐高、低温；n要求操作使用方便，可适应不同人群使用要求操作使用方便，可适应不同人群使用5 5、通道容量有限、通道容量有限增加用户容量是移动通信的重要研究课题。增加用户

18、容量是移动通信的重要研究课题。306、通信系统复杂、通信系统复杂n移动性移动性使得系统需要对无线信道进行频率和功使得系统需要对无线信道进行频率和功率的控制。率的控制。n提供相邻基站之间的提供相邻基站之间的越区切换越区切换n网络提供归属位置寄存器（网络提供归属位置寄存器（HLR）和访问位置）和访问位置寄存器（寄存器（VLR）记录用户的行踪记录用户的行踪n提供不同地区和不同运营者之间的提供不同地区和不同运营者之间的漫游漫游n用户用户安全安全与网络与网络安全安全鉴权鉴权移动通信的特点移动通信的特点31321.3.1 双工通信双工通信发 话 器受 话 器发 射 机接 收 机ATRf1f2TRf1f2B天 线 共 用 器图 1-4 双 工 方 式331.3.2 半双工通信半双工通信发 话 器受 话 器发 射 机接 收 机ATRf1f2TRf1f2B天 线 共 用 器图 1-5 半 双 工 方 式341.3.3 单工通信单工通信n n 351.3.4 移动中继方式移动中继方式 TRTRTR单工中继f1f2f1f2TRTRTRTR双工中继f1f1f2f2图1-6 同频（双频）单工方式361.4 移动通信的分类及应用系统移动通信的分类及应用系统n 民用