移动通信概述课件

1、移动通信概述移动通信原理与设备移动通信原理与设备北京邮电大学出版社移动通信概述第一章第一章 移动通信概述移动通信概述1.1 移动通信的基本概念移动通信的基本概念l移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发展前途的一种通信方式。它是当今信息社会中最具有个性化特征的通信手段。它的发展与普及改变了社会也改变了人类的生活方式，它让人们领悟到现代化与信息化的气息。l移动通信，顾名思义其最本质的特色是“移动”二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式通信，而是动态的移动式通信。移动通信概述l移动通信的定义： 通信双方至少有一方是处于移动状态，并且其中的一部分传输介质是无线的通信方式。不仅指双方的通信，还包括数

2、据、传真、图像等通信业务。 换句话说，移动通信解决因为人的移动产生的动中通信问题u 终端的移动性：手机/车载体u 个人的移动性：SIM/UIM卡方式支持 的业务移动通信概述 l 传统的固定式通信，又称为有线通信。它的最大特点是静态的，信道是封闭的，且是人造的，从而是优质的。 它的最大缺点是缺乏动态性，不适应现代人快节奏的生活需求，特别是快速移动的需求。l无线通信针对上述静态的缺点，以开放式传播来传递信息，它的代价是牺牲了全封闭式的优质人造信道，换取了无需采用固体介质专用线路的开放式传输的灵活性，但是信道的开放性必然引起了信道的时变性和随机性，从而大大降低了通信容量和质量。移动通信概述移动通信系

3、统的组成移动通信系统的组成l 移动通信系统的组成部分： 移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）、移动台（MS）和中继线等部分组成。 移动通信系统的示意图： 移动通信概述各部分的作用各部分的作用l MSC：对位于其服务区内的MS进行交换和控制，同时提供移动网和固定公众电信网之间的接口，作为交换设备，具有呼叫接续与控制的功能，作为移动交换中心，MSC又具有无线资源管理和移动性管理（越区切换、漫游）等功能。l MS: 移动台（MS）即便携台（手机）或车载台。移动台是物理设备，它还必须包含用户识别模块（SIM），SIM卡和硬件设备一起组 成移动台。 移动台有便携式、手提式、车载式3种。移动通信概述l

4、 BS: （基站子系统）由基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）组成。l 中继线：连接各设备 MSC到 BS之间传输主要采用小微波或光缆（有线或无线）等方式 MSC到市话局之间传输采用有线方式移动通信概述移动通信的特点：移动通信的特点：l设备性能要求高l电波传播有严重的衰落现象 由于多径传播形成的瑞利衰落，衰落可达30dB左右l存在远近效应 要求移动台有自动调整发射功率，移动台的收发信机有良好的自动增益控制能力。l强干扰条件下工作 有城市噪声（主要是车辆噪声），也有电台干扰（同频干扰、互调干扰），因此要求移动通信具有很强的抗干扰能力。移动通信概述l存在多普勒效应 多普勒效应：由于移动体的运

5、动速度和方向引起多径条件下的多普勒频谱展宽。 多普勒效应引起的附加频移 - 多普勒频移 频移值d与移动速度v，工作波长（频率），电波入射角 之间的关系： 移动产生的多普勒频偏为l技术复杂 移动性管理技术（位置登记，过境切换等），交换机技术，计算机技术，传输技术等 cosvfd移动通信概述1.2 移动通信的发展移动通信的发展一、前言l资源：无线频率、政策法规(行业标准)l业务：能提供的服务、所需要的服务l技术：传输能力、接入手段、网络基础l不同时期、不同系统、不同应用重点要面对的问题和受到的驱动力是不同的。移动通信概述l 移动通信的发展大致经历了几个阶段年代年代典型移动工具或系统典型移动工具或系

6、统调制方式调制方式/工作方式工作方式使用频段使用频段20世纪20 - 40警车无线电调度系统调幅2MHz20世纪40 - 60 人工接线的移动电话FM调幅，单工 150MHz-450MHz20世纪60 - 70自动拨号移动电话全双工150MHz-450MHz20世纪70 - 80AMPS、TACS在美国、英国投入使用。全自动拨号全双工，越区切换，自动漫游800/900 MHz20世纪80中期GSM,卫星移动通信，窄带CDMA(IS-95A)-21世纪WCDMA，TD-SCDMACDMA2000-1885-2025MHz2110-2200MHz移动通信概述移动通信的发展趋势：移动通信的发展趋势：

7、u第一代移动通信：希望在移动中通话，在通话中移动业务驱动 模拟蜂窝移动通信系统 主要接入技术：FDMA 美国的AMPS制式和英国TACS制式，我国采用TACS制式 技术特点：l蜂窝小区结构，解决了无线资源不够和区域覆盖问题l位置管理，解决了用户移动下的主叫和被叫问题l自动漫游和越区切换，解决了在移动中通话的问 题 20世纪60年代70年代80年代移动通信概述 u第二代移动通信 数字蜂窝移动通信系统 (双频) （GSM、GPRS（2.5G）、窄带CDMA） 主要接入技术：TDMAl数字信号处理技术的有效应用和发展技术驱动l标准化初期到应用，主要是通话，业务没明显改变。 技术特点：l数字化：信号数

8、字处理、业务数字处理、信令数字处理 高效调制，信道均衡，多信道并行l小型化：手机，从1kg 500g 200g 基站，从墙式柜式挂壁式l多用户：宏区、小区、微区、微小区覆盖、时分、码分。(效率提高) 20世纪80年代90年代21世纪前10年移动通信概述u第三代移动通信 数字蜂窝移动通信系统 (多频) IMT-2000 (CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA) 主要接入技术：CDMAIP网业务和多媒体业务的发展和应用业务驱动数字业务、IP业务、音视频业务会逐步成为主流业务 技术特点：l自适应技术：调制自适应，编码自适应，接入自适应，网络自适应。l网络技术：分组连接，多网连接。l业务技术

9、：业务分类，编码组帧，数据压缩。静止状态下 提供2Mbit/s的数据传输速率。 目前商用的3G系统，频谱利用率不高，传输速率不高，支持新业务能力不够。移动通信概述u第四代移动通信 未来移动通信(4G) 接入技术：OFDM 高速、高效、高信息量的新型移动通信技术驱动l高效传输，提高频谱效率l高效覆盖，提高功率效率l高效接入，提高网络效率具有非对称超过2Mbit/s的数据传输能力，对全速移动用户提供150Mbit/s的高质量影响服务。高速：100Mbps以上，高效：1020bit/Hz/s高信息量：音视频同时提供。移动通信概述1.3 移动通信的分类移动通信的分类l按适用对象可分：民用设备和军用设备

10、l按使用环境可分：陆地通信、海上通信和空中通信l按多址方式可分：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）l按使用要求和场合分：集群移动通信、蜂窝移动通信、移动卫星通信和无绳电话l按工作方式分为：单工制、双工制和半双工制l按覆盖范围可分：广域网和局域网l按业务类型分为：电话网、数据网和多媒体网l按工作方式分为：单工（同频单工、异频单工）、异频双工和半双工l按服务范围分为：专用网和公用网l按信号形式分为：模拟网和数字网移动通信概述移动通信概述移动通信概述移动通信概述移动通信概述移动通信概述移动通信概述移动通信概述移动通信概述1.4 移动通信的电波传播移动通信的电波传播l移动

11、信道属于无线信道，它既不同于传统的固定式有线信道，也与一般具有可移动功能的无线接入的无线信道有所区别。它是移动的动态信道。l移动通信信道的主要三个特点 1)传播的开放性 2)接收地点地理环境的复杂性与多样性 3)通信用户的随机移动性移动通信概述l移动通信信道中的电磁波传播 若从移动信道中的电磁波传播上看可分为：l直射波l反射波 (天波)l绕射波（地波）l另外，还有穿透建筑物的传播以及空气中离子受激后二次发射的漫反射产生的散射波但是它们相对于直射波、反射波、绕射波都比较弱，所以从电磁波传播上看：直射、反射、绕射是主要的，但是有时，穿透的直射波与散射波的影响是需要进一步考虑的。移动通信概述接收信号

12、中的三类损耗与四种效应l 四种主要效应l阴影效应：由大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与专用仪表可以测试出来。l远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也是在随机变化，若各移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。移动通信概

13、述l多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂性、使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射过来以及绕射过来的多条不同路径信号。而且它们到达时的信号强度，到达时间以及到达时的载波相位都是不一样的。所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多径效应。这类多径干扰是非常复杂的，有时根本收不到主径直射波，收到的是一些连续反射波等等。移动通信概述l多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动中比如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比。这一现象只产生在高速(70km/h)车载通信时，而对于通常慢速移动的步行和准静

14、态的室内通信，则不予考虑。移动通信概述三类主要快衰落三类主要快衰落l空间选择性衰落l频率选择性衰落l时间选择性衰落移动通信概述空间选择性衰落空间选择性衰落l所谓空间选择性衰落是指在不同的地点与空间位置衰落特性不一样。l空间选择性衰落现象、成因与机理可以引用下列直观图形表示移动通信概述频率选择性衰落频率选择性衰落l所谓频率选择性衰落是指在不同频段上衰落特性不一样。其现象、成因与机理如图所示移动通信概述时间选择性衰落时间选择性衰落l所谓时间选择性衰落，是指在不同的时间衰落特性是不一样的。其现象、成因与机理如图所示：移动通信概述l下面将给出几类在不同环境与条件下经常使用的著名经验公式与模型。l1)奥

15、村哈塔(Okumura-Hata)模型l2) Hata模型向个人通信PCS系统的扩展l3)Walfisch-Ikegami模型(WIM)l4)室内传播模型移动通信概述1.5 移动通信噪声与干扰移动通信噪声与干扰l信道对信号传输的限制除了损耗和衰落外，另一重要限制因素是噪声和干扰。移动通信概述噪声的分类：噪声的分类：外部噪声：（环境噪声）分为人为噪声和自然噪声l 人为噪声：指各种电器装置中电流或电压发生急剧变化而形成的电磁辐射，如电动机，电焊机，高频电器装置，电器开关等所产生的火花放电形成的电磁辐射。l 在移动信道中，人为噪声主要是车辆的点火噪声。l 这种噪声大小主要决定于汽车流量。l 外部噪声

16、：大气噪声，太阳噪声，银河噪声，郊区人为噪声，市区人为噪声l 太阳噪声和银河噪声称为宇宙噪声l 大气噪声和宇宙噪声称为自然噪声移动通信概述移动通信的干扰移动通信的干扰 干扰分为：l邻道干扰，l共道干扰，l互调干扰l阻塞干扰 移动通信概述l邻道干扰(邻频干扰)： 相邻的或者相近频道之间的干扰。 为减小邻道干扰，主要是限制发射信号带宽。 原因： 接收滤波器不理想，使得相邻频率的信号泄露到传输带宽内而引起的移动通信概述l共道干扰（同频干扰）：由相同频率的无用信号所造成的干扰 为提高频带利用率，在相隔一定距离后，要重复使用相同的频道，此方法称为同频道再用。 带来的问题：同频道干扰 在用距离越近，同频道干扰越大，再用距离越远，同频道干扰越远，但频带利用率低。 射频防护比： 为了减少同频道干扰的影响和保证接收信号的质量，。单位：d B 射频防护比不仅与调制方式，电波传播特性，通信可靠性有关，而且与无线区的半径和工作方式有关 同频道复用距离：在满足一定通信质量要求的前提下，使用相同频率的小区之间所允许的最小距离。移动通信概述l互调干扰： 由传输信道中非线性部件产生的。 造成互调干扰的3个方面：l发射机互调现象和接收机互调现象