移动通信-最新

1、2011年年7月月移动通信移动通信2【教学目标教学目标】讲授现代移动通信网络的核心网组成，工作原讲授现代移动通信网络的核心网组成，工作原理。理。【教学重点教学重点】现代移动通信的基本概念、移动通信系统的组现代移动通信的基本概念、移动通信系统的组成、现代移动通信系统组网技术；成、现代移动通信系统组网技术；GSM系统、窄带系统、窄带CDMA移动通信系统、移动通信系统、WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA移动通移动通信系统信系统 。【教学要求教学要求】掌握现代移动通信的基本概念、了解其发展历掌握现代移动通信的基本概念、了解其发展历史和发展现状、掌握移动的一些定量分析方法、了解第三代史和发展

2、现状、掌握移动的一些定量分析方法、了解第三代移动通信新技术，如：智能天线、软件无线电、多用户检测移动通信新技术，如：智能天线、软件无线电、多用户检测、MIMO技术、技术、OFDM技术、功率控制和分集技术等。技术、功率控制和分集技术等。3第第1章章 移动通信概论移动通信概论第第2章章 第二代移动通信第二代移动通信第第3章章 第三代移动通信概论第三代移动通信概论第第4章章 WCDMA移动通信系统移动通信系统 第第5章章 cdma2000移动通信系统移动通信系统第第6章章 TD-SCDMA移动通信系统移动通信系统第第7章章 第四代移动通信展望第四代移动通信展望4n现代通信原理现代通信原理n各种调制与

3、编码技术各种调制与编码技术n信号与系统信号与系统n傅里叶变换和傅里叶变换和Z变换变换n信号的时域和频域表示信号的时域和频域表示n数字信号处理数字信号处理nDSP技术技术n快速傅里叶变换（快速傅里叶变换（FFT) )n数字滤波数字滤波n随机过程随机过程n随机信号通过线性系统随机信号通过线性系统5n王华奎、李艳萍等编著，王华奎、李艳萍等编著，移动通信原理与技术移动通信原理与技术，清华大，清华大学出版社，学出版社，2009年年1月第一版月第一版n啜钢、王文博等编著，啜钢、王文博等编著，移动通信原理与系统移动通信原理与系统，北京邮电，北京邮电大学出版社，大学出版社，2005年年9月第一版月第一版n郭梯

4、云，邬国扬等编著，郭梯云，邬国扬等编著，移动通信移动通信，西安电子科技大学，西安电子科技大学出版社，出版社，2007年年3月第三版月第三版n韦惠民编著，韦惠民编著，蜂窝移动通信技术蜂窝移动通信技术 ，西安电子科技大学，西安电子科技大学出版社，出版社，2006年年3月第一版月第一版n吴伟陵，牛凯编著，吴伟陵，牛凯编著，移动通信原理移动通信原理，电子工业出版社，电子工业出版社, ,2005年年1月第一版月第一版67n第第0章章 绪论绪论n第第1章章 移动通信的电波传播移动通信的电波传播n第第2章章 语音编码语音编码 n第第3章章 信道编码信道编码 n第第4章章 调制技术调制技术n第第5章章 扩频通

5、信扩频通信 n第第6章章 分集与均衡技术分集与均衡技术n第第7章章 移动通信组网技术移动通信组网技术 8n第第8章章 GSM/GPRS数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统n第第9章章 IS-95 CDMA数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 n第第10章章 卫星移动通信卫星移动通信n第第11章章 第三代移动通信综述第三代移动通信综述 n第第12章章 WCDMA系统系统n第第13章章 cdma2000系统系统 n第第14章章 TD-SCDMA系统系统 n第第15章章 第三代移动通信中的关键技术第三代移动通信中的关键技术n第第16章章 第四代移动通信技术第四代移动通信技术910n移动通信的

6、基本概念移动通信的基本概念u移动通信系统的组成移动通信系统的组成u移动通信的发展历程移动通信的发展历程u移动通信系统的分类移动通信系统的分类u蜂窝移动通信系统的组成蜂窝移动通信系统的组成u移动通信的电磁环境移动通信的电磁环境u移动通信的主要特点移动通信的主要特点n典型移动通信系统典型移动通信系统u集群通信集群通信u无线寻呼无线寻呼u无绳电话无绳电话u卫星移动通信卫星移动通信u无线网无线网n小区制区域覆盖小区制区域覆盖u蜂窝概念蜂窝概念 u蜂窝小区的形状蜂窝小区的形状u频率复用频率复用u区群的组成区群的组成u中心激励与顶点激励中心激励与顶点激励u小区分裂小区分裂n多址技术多址技术u频分多址频分多

7、址u时分多址时分多址u码分多址码分多址u空分多址空分多址u频分双工频分双工u时分双工时分双工11微波微波网管网管移动移动 微波微波卫星卫星 微波微波 W-LAN机场机场通信中心通信中心微波微波网管网管住宅区住宅区互联网互联网互联网互联网Enterprises长途台长途台旅店旅店局域网局域网市民市民大厦大厦通信中心通信中心ICT大厦大厦商业商业视频会议视频会议国际站国际站城域网城域网通信中心通信中心城域城域网网国家网国家网12通信的双通信的双方或一方方或一方处于移动处于移动中的通信中的通信就叫做移就叫做移动通信。动通信。移动通信移动通信解决了因解决了因为人的移为人的移动而产生动而产生的动中通的动

8、中通问题。问题。13MSC: Mobile Service and Switching Centre, BS: Base Station, MS: Mobile Station , BSC: Base Station ControllerIPPSTNBSBSBSBSBSBSCBSCMSMSCVLR/HLRNMMC1415 Mobile phone today = multipurpose terminal for .Information ClientInternet BrowserE-mail ClientAuthentication DeviceE-purseShare dealing,

9、etc.16Car, Steamship,AircraftOfficeNetworked Home Public building TourismMeetingsSportsSatellite17AMPSTACSNMT其它其它第一代（第一代（1G) )上世纪上世纪 80年代年代模拟模拟模拟技术模拟技术(l) GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第二代（第二代（2G) )上世纪上世纪 90年代年代数字数字数字技术数字技术话音业务话音业务 第三代（第三代（3G) )本世纪初期本世纪初期IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000TD-SCDMA宽带业务宽带业务 183G1G2G

10、2.5Gl话音通信话音通信l主要系统：主要系统：AMPS、TACS、NMT、J-TACS、其它、其它n 1G模拟蜂窝（模拟蜂窝（FDMA）l话音通信、低速数据通信：话音通信、低速数据通信：9.6 kbpsl主要系统：主要系统：GSM、IS-95 CDMA、TDMA IS-136、PDCn 2G数字蜂窝（数字蜂窝（TDMA、CDMA）l话音通信、数据通信：话音通信、数据通信：115kbps / 144kbps / 153 kbpsl主要系统：主要系统：GPRS、cdma2000 1Xn 2.5G数据通信（数据通信（TDMA、CDMA）l话音通信、数据通信、移动多媒体话音通信、数据通信、移动多媒体

11、 ：2Mbpsl主要系统：主要系统：WCDMA、cdma 2000 EV、TD-SCDMAn 3G多媒体数据通信（多媒体数据通信（CDMA-DS/MC/TDD、TDMA）19n根据根据ITU的规定，我国国家无线电管理委员会制定出陆的规定，我国国家无线电管理委员会制定出陆 地移动通信使用的频段如下。地移动通信使用的频段如下。n集群移动通信集群移动通信: 806821 MHz(上行上行); 851866 MHz(下行下行)。n中国人民解放军中国人民解放军: 825845 MHz(上行上行); 870890 MHz(下行下行)。n大容量公用陆地移动通信大容量公用陆地移动通信: 890915MHz(上

12、行上行); 935960MHz(下行下行)。n第三代移动卫星通信第三代移动卫星通信: 19802025 MHz(上行上行); 21602200 MHz(下行下行)。 20n移动卫星通信频段移动卫星通信频段n小低轨道移动卫星通信：小低轨道移动卫星通信： 148149.9MHz (上行上行)； 137138MHz、400.15401MHz (下行下行)。n大低轨道移动卫星通信：大低轨道移动卫星通信： 16101626.25MHz(上行上行)；2483.52500MHz(下行下行)。n第三代移动卫星通信：第三代移动卫星通信： 19802025MHz (上行上行)； 21602200MHz (下行下行

13、)。21n所谓单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发所谓单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频信。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。单工。 单工通信常用于点到点通信。单工通信常用于点到点通信。PTT switch (Push To Talk)22中继方式中继方式转发方式转发方式直接方式直接方式23n所谓双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的所谓双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信。工作方式，有时亦称全双工通信。n所谓半双工通信，是指移动台采用单工的所谓半双工通信，是指移动台采用单工的“

14、按讲按讲”方方式，基站工作情况与双工方式完全相同。式，基站工作情况与双工方式完全相同。 24n噪声噪声n多径多径n衰落衰落n多址干扰多址干扰25n在移动通信中，由于移动体来往于地面的建筑群和各种障碍物之在移动通信中，由于移动体来往于地面的建筑群和各种障碍物之中中, 电波传播会发生直射、折射、绕射等各种情况，从而使电波传电波传播会发生直射、折射、绕射等各种情况，从而使电波传播的路径不同。使接收端收到的信号是这些信号的合成波。播的路径不同。使接收端收到的信号是这些信号的合成波。n移动体移动体(汽车汽车)在不同位置在不同位置, 不同的方向接收到的合成波信号强度会不同的方向接收到的合成波信号强度会有起

15、伏有起伏, 而且相差很大而且相差很大, 可达可达30 dB以上。这种现象称为衰落以上。这种现象称为衰落, 它严它严重地影响着通话质量。重地影响着通话质量。 dB With Respect to RMS Value00.50.5l l1.5-30-20-101001t, in seconds0103020 x, in wavelength接收信号出现接收信号出现严重的衰落现严重的衰落现象，是移动通象，是移动通信电波传播的信电波传播的一个基本特点一个基本特点26n接收机运动接收机运动多普勒频移多普勒频移n信号多条路径传播信号多条路径传播多径效应多径效应u多径信号相位相反多径信号相位相反合成信号的幅

16、度快速变化合成信号的幅度快速变化u多径信号传播路径不同多径信号传播路径不同时延散布时延散布n无线电波散射无线电波散射路径损耗路径损耗n建筑物阻挡建筑物阻挡阴影效应阴影效应n强信号抑制弱信号强信号抑制弱信号远近效应远近效应27多径传输多径传输28多普勒效应：多普勒效应：运动中的移动运动中的移动台所接收的信号频率将随运动台所接收的信号频率将随运动速度而变化，产生不同的频移，速度而变化，产生不同的频移，称为称为“多普勒效应多普勒效应”。29移动通信是在运动过程移动通信是在运动过程中进行的，移动台之间中进行的，移动台之间会出现近处移动台干扰会出现近处移动台干扰远处移动台的现象，称远处移动台的现象，称为

17、远近效应。因此，一为远近效应。因此，一般要求移动台的发射功般要求移动台的发射功率具有自动调整的能率具有自动调整的能力，同时移动台的接收力，同时移动台的接收机需要具有自动增益控机需要具有自动增益控制的能力，当通信距离制的能力，当通信距离迅速改变时能自动进行迅速改变时能自动进行信号调整。信号调整。MS1MS2BSDistanceDistance0d2d1Received signal strengthMS1MS2BS30RPTPRTReffective24PPAR 2effective4Al l From EM Theory:We have:Therefore,22RTT44cPPPRRfl lH

18、igher frequencies loose more powerT31n自由空间自由空间路径损耗计算公式：路径损耗计算公式： 1010dB32.4520log(MHz)20log(km)fcLfd 1500 MHz1500 MHz150 MHz150 MHz32n移动通信环境下场强变化剧烈移动通信环境下场强变化剧烈n场强变化的平均值随距离增加而衰减场强变化的平均值随距离增加而衰减路径损耗路径损耗n由地形引起，场强特性曲线呈慢速变化由地形引起，场强特性曲线呈慢速变化慢衰落（阴影效应）慢衰落（阴影效应）n由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，引起由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，引起场

19、强特性曲线场强特性曲线的瞬时值呈快速变化的瞬时值呈快速变化快衰落（多径效应）快衰落（多径效应）shadow fadingRayleigh fadingpath losslog (distance)Received Signal Power (dB)33n移动信道中噪声移动信道中噪声(简称噪声简称噪声)的来源是多方面的，的来源是多方面的， 一般可一般可分为：分为： 内部噪声；自然噪声；内部噪声；自然噪声； 人为噪声。人为噪声。 内部内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声。不能预测的噪声噪声是系统设备本身产生的各种噪声。不能预测的噪声统称为随机噪声。自然噪声及人为噪声为外部噪声，它统称为随机噪声。自

20、然噪声及人为噪声为外部噪声，它们也属于随机噪声。依据噪声特征又可分为脉冲噪声和们也属于随机噪声。依据噪声特征又可分为脉冲噪声和起伏噪声。脉冲噪声是在时间上无规则的突发噪声，例起伏噪声。脉冲噪声是在时间上无规则的突发噪声，例如，汽车发动机所产生的点火噪声，这种噪声的主要特如，汽车发动机所产生的点火噪声，这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度较大，而持续时间较短；从频谱点是其突发的脉冲幅度较大，而持续时间较短；从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽频带；热噪声、散弹噪声及上看，脉冲噪声通常有较宽频带；热噪声、散弹噪声及宇宙噪声是典型的起伏噪声。宇宙噪声是典型的起伏噪声。3435n邻道干扰邻道干扰 ，是相邻的

21、或邻近频道的信号相互干扰。目前，移动，是相邻的或邻近频道的信号相互干扰。目前，移动通信系统广泛使用的通信系统广泛使用的VHF、UHF电台，频道间隔是电台，频道间隔是25kHz。然。然而，调频信号的频谱是很宽的，理论上说，调频信号含有无穷而，调频信号的频谱是很宽的，理论上说，调频信号含有无穷多个边频分量，当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内，多个边频分量，当其中某些边频分量落入邻道接收机的通带内，就会造成邻道干扰。就会造成邻道干扰。n同道干扰，也称同频干扰，是指相同载频电台之间的干扰，是同道干扰，也称同频干扰，是指相同载频电台之间的干扰，是移动通信在组网中出现的一种干扰。在移动台密集之处，若

22、频移动通信在组网中出现的一种干扰。在移动台密集之处，若频率管理或系统设计不当，就会造成同频干扰。在移动通信中，率管理或系统设计不当，就会造成同频干扰。在移动通信中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用相同的为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用相同的频率，称为同信道复用。显然，同信道小区相距愈远，同频道频率，称为同信道复用。显然，同信道小区相距愈远，同频道干扰就愈小，但频率利用率降低。因此，两者要兼顾考虑。干扰就愈小，但频率利用率降低。因此，两者要兼顾考虑。n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

23、生有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成上，产生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。干扰的现象。36f1f2Channel1Channel2FrequencyPower同同道道干干扰扰邻邻道道干干扰扰37nSNR . Signal to Interference Ratio in dB SNR =received power of reference user in dBm/received power of all interferers in dBmnC/I . Carrier over Interference in dB Carrier Power (dB

24、m) / received power of all interferers in dBm381 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 nEye Diagram: Analysis tool to measure ISI oscilloscope generates persistent trace if there is no ISI edge transitions are aligned “eye” is open as ISI increases edge transitions become misaligned “eye starts to close”39n必须利用无线电波传输

25、信息，传播特性差；必须利用无线电波传输信息，传播特性差；u传播环境复杂：多径效应和阴影效应造成幅度衰落和时延扩展；传播环境复杂：多径效应和阴影效应造成幅度衰落和时延扩展；u用户高速移动：多普勒频移造成电波传播特性的快速随机变化。用户高速移动：多普勒频移造成电波传播特性的快速随机变化。n工作于复杂的干扰环境；工作于复杂的干扰环境；u外部干扰：天电、机电和信道热噪声外部干扰：天电、机电和信道热噪声 ；u系统内部和不同系统之间的干扰：邻道、同道、互调和多址干扰。系统内部和不同系统之间的干扰：邻道、同道、互调和多址干扰。n网络结构多种多样，网络管理等网络结构多种多样，网络管理等都比较复杂，技术难度大；

26、都比较复杂，技术难度大；u用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密 。n可利用的频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增可利用的频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增 ；u用户容量问题，业务容量问题用户容量问题，业务容量问题 。n移动通信设备移动通信设备(主要是移动台主要是移动台)必须适于在移动环境中使用，必须适于在移动环境中使用，对设备的可靠性和工作条件要求高。对设备的可靠性和工作条件要求高。40n移动通信的基本概念移动通信的基本概念u移动通信系统的组成移动通信系统的组成u移动通信的发展历程移动通信的发展历程u移动通信系统的分类移动通信系统的分类u蜂窝移

27、动通信系统的组成蜂窝移动通信系统的组成u移动通信的电磁环境移动通信的电磁环境u移动通信的主要特点移动通信的主要特点n典型移动通信系统典型移动通信系统u集群通信集群通信u无线寻呼无线寻呼u无绳电话无绳电话u卫星移动通信卫星移动通信u无线网无线网n小区制区域覆盖小区制区域覆盖u蜂窝概念蜂窝概念 u蜂窝小区的形状蜂窝小区的形状u频率复用频率复用u区群的组成区群的组成u中心激励与顶点激励中心激励与顶点激励u小区分裂小区分裂n多址技术多址技术u频分多址频分多址u时分多址时分多址u码分多址码分多址u空分多址空分多址u频分双工频分双工u时分双工时分双工41n集群通信集群通信-警察、出租车调度警察、出租车调度

28、 n蜂窝移动电话蜂窝移动电话-车载、手持机车载、手持机n无线寻呼无线寻呼-数显、汉显、双向数显、汉显、双向n无绳电话无绳电话-家用、公共无线接入点家用、公共无线接入点n卫星移动通信卫星移动通信-铱、全球星等铱、全球星等n无线局域网无线局域网(WLAN)-802.11、UWBn个人无线接入系统个人无线接入系统(WPAN/WVAN)n固定无线接入系统固定无线接入系统(WMAN)-LMDSn无线广播系统无线广播系统-DAB、DVB42n集群系统（集群系统（Trunking System）是一种新型的无线电调度系统。）是一种新型的无线电调度系统。所谓集群（所谓集群（Trunking）是指无线电信道不是

29、仅供某一用户群专用，）是指无线电信道不是仅供某一用户群专用，而是由若干个用户群共同使用。所以，集群通信系统其实就是一而是由若干个用户群共同使用。所以，集群通信系统其实就是一种共用信道的无线电调度系统。种共用信道的无线电调度系统。n由于它的功能多、频谱利用率高、成本较低（约为同等规模的移由于它的功能多、频谱利用率高、成本较低（约为同等规模的移动系统的动系统的4/5），因此受到许多用户的青睐，专门用于移动通信调），因此受到许多用户的青睐，专门用于移动通信调度与指挥。度与指挥。n集群系统可在集群系统可在VHF和和UHF波段上工作。由于不能与蜂窝网的频率波段上工作。由于不能与蜂窝网的频率相干扰，因此国

30、际上规定相干扰，因此国际上规定800MHz的集群系统应在的集群系统应在806821MHz（移动台发），（移动台发），851866MHz（基台发）工作，收发频率间隔为（基台发）工作，收发频率间隔为45MHz，信道间隔为，信道间隔为25kHz，因此总共有，因此总共有600个信道。个信道。43集群是针对调度集群是针对调度通话简洁的情况通话简洁的情况设计的，如果用设计的，如果用作较长时间的通作较长时间的通话，就会减弱甚话，就会减弱甚至失去它的优点至失去它的优点集群系统属于专用集群系统属于专用调度移动通信，它调度移动通信，它的工作方式为半双的工作方式为半双工（异频单工）、工（异频单工）、大区制，可以覆盖

31、大区制，可以覆盖较大范围。较大范围。44n信道利用率高。系统的空闲信道自动分配、利用了讲话信道利用率高。系统的空闲信道自动分配、利用了讲话间歇。这可以增加系统容量、提高服务等级。间歇。这可以增加系统容量、提高服务等级。n通话保密性好。用户一次通话不是在一个信道上完成，通话保密性好。用户一次通话不是在一个信道上完成，而是随机地切换到好几个信道上完成的。而是随机地切换到好几个信道上完成的。n接续速度较快。在一个系统中所有信道同时都占用的概接续速度较快。在一个系统中所有信道同时都占用的概率很小，尤其在信道数目多的大系统中，信道全忙的概率很小，尤其在信道数目多的大系统中，信道全忙的概率更小，因此集群系

32、统的服务等级要比常规系统的好。率更小，因此集群系统的服务等级要比常规系统的好。n成本较低。按每用户计，由于容量增大，因此成本明显成本较低。按每用户计，由于容量增大，因此成本明显地低于常规调度系统。地低于常规调度系统。45n无线寻呼系统（无线寻呼系统（Radio Paging System）是一种单向传输）是一种单向传输指令的选择呼叫系统，属于一种费用低廉，使用方便，指令的选择呼叫系统，属于一种费用低廉，使用方便，易于普及的个人移动通信业务系统。易于普及的个人移动通信业务系统。“寻呼寻呼”的英文原的英文原文是文是“Paging”，它有多种译法，国际无线电咨询委员，它有多种译法，国际无线电咨询委员

33、会定义为会定义为“传送呼叫信号的单向个人选呼系统传送呼叫信号的单向个人选呼系统”；香港；香港特区称为特区称为“BB机机”，因为它的振铃声接近，因为它的振铃声接近“BiBi”的的声音；我国则称为声音；我国则称为“寻呼寻呼”。n由于这种寻呼系统作为在移动中寻人、通知简短信息、由于这种寻呼系统作为在移动中寻人、通知简短信息、而且价格低廉，因此，虽然它仅能单向传送简短信息，而且价格低廉，因此，虽然它仅能单向传送简短信息，但作为电话的一种补充，特别是当被寻呼人外出、有线但作为电话的一种补充，特别是当被寻呼人外出、有线电话无法找到、蜂窝电话尚未普及的时候，这种服务还电话无法找到、蜂窝电话尚未普及的时候，这

34、种服务还是非常实用和有效的。是非常实用和有效的。4647多区制本地无线寻呼网结构多区制本地无线寻呼网结构48全自动接续寻呼系统全自动接续寻呼系统无线寻呼系统为我国的通信事业做出过不可磨灭的贡献，但无线寻呼系统为我国的通信事业做出过不可磨灭的贡献，但是随着移动通信系统的飞速发展，移动通信的使用成本不断是随着移动通信系统的飞速发展，移动通信的使用成本不断下降，寻呼通信渐渐丧失了原有的优势，从鼎盛时期开始走下降，寻呼通信渐渐丧失了原有的优势，从鼎盛时期开始走向没落。目前，无线寻呼系统已基本退出历史舞台。向没落。目前，无线寻呼系统已基本退出历史舞台。49n几种无绳电话系统的主要参数几种无绳电话系统的主

35、要参数 50nPACS（ Personal Access Communication Systems)51n小灵通又叫无线市话，小灵通又叫无线市话， 英文简称为英文简称为PHS(Personal Handphone System)， 是一种个人无线接入系统。是一种个人无线接入系统。 在不在不少城市，少城市， “小灵通小灵通”已成为人们日常生活中不可缺少的已成为人们日常生活中不可缺少的通信工具。通信工具。 “小灵通小灵通”采用的是微蜂窝技术，采用的是微蜂窝技术， 将用户将用户终端以无线的方式接入固定电话网，终端以无线的方式接入固定电话网， 使传统意义上的电使传统意义上的电话不再固定在某个位置，话

36、不再固定在某个位置， 用户可在小灵通网络覆盖范围用户可在小灵通网络覆盖范围内自由移动实现通信。内自由移动实现通信。 正是由于无线市话小巧、正是由于无线市话小巧、 价廉、价廉、 环保的特点，环保的特点， 人们亲切地称之为人们亲切地称之为“小灵通小灵通”。 52nDECT（Digital Enhanced Cordless Telecommunications ）PSTNData storagePrinterAnsweringmachineVoice/textmail machineCordlessphoneCordless phonewith mail servicePersonalcomput

37、erFax machineFax machinePersonalcomputerRegulartelephoneDECT Home-Based SystemDECTBase StationDECT Home-Based System5354卫星移动通信系统卫星移动通信系统是指利用人造地球是指利用人造地球通信卫星上的转发通信卫星上的转发器作为空间链路的器作为空间链路的一部分进行移动业一部分进行移动业务的通信系统。根务的通信系统。根据通信卫星轨道的据通信卫星轨道的位置可分为覆盖大位置可分为覆盖大面积地域的同步卫面积地域的同步卫星通信系统和由多星通信系统和由多个卫星组成的中低个卫星组成的中低轨道卫星

38、通信系统轨道卫星通信系统DOWNLINKUPLINK5556nWAN:Wide Area NetworknMAN:Metrolitan Area NetworknLAN:Local Area NetworknPAN:Personal Area NetworksnWAP ：Wireless Application ProtocolMANLANPAN57standardTransmit distancePANBluetooth (IEEE 802.15.1)Ultra Wideband(IEEE 802.15.3) 110 m；(UWB data rate较较快快)LANWi-Fi (802.11

39、 a/b/g)100mMANWiMAX (802.16)50kmWANMobile Fi (802.20) WiMAX58IEEE 802.15 BluetoothWANMANLANPANETSI HiperPANIEEE 802.11 WirelessLANETSI HiperLANIEEE 802.16 Fixed/PortableMANWiMaxETSI HiperMAN & HIPERACCESSIEEE 802.20MobileWANFlash-OFDM 3GPP(2), (GSM, CDMA)59WWAN15 km802.20 (proposed)Wireless Wide

40、Area NetworkWMAN5 km70 Mbit/s802.16a/eWireless MetropolitanArea NetworkWLAN100 m11-54 Mbit/s802.11a/b, e, gWireless LocalArea NetworkWPAN30m) ;u通信距离有限通信距离有限;u网络结构简单；网络结构简单；u直接与直接与PSTN相连相连 。n大区系统的局限性大区系统的局限性 u覆盖范围有限，覆盖范围有限，u用户容量有限用户容量有限 ；u服务性能较差服务性能较差 ；u频谱利用率低。频谱利用率低。95n 大区制频谱利用率低，容量小。所以，可以通过频率的大区制频谱

41、利用率低，容量小。所以，可以通过频率的复用来解决。服务区划成半径复用来解决。服务区划成半径2-20km的小区。每个小区的小区。每个小区一个基站，负责与本小区的移动用户的通信。一个基站，负责与本小区的移动用户的通信。96u带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。带状网主要用于覆盖公路、铁路、海岸等。u基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的基站天线若用全向辐射，覆盖区形状是圆形的(图图b)。u带状网宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆形带状网宜采用有向天线，使每个小区呈扁圆形(图图a)。图图3.34 带状网带状网97n1974年，年，Bell实验室提出蜂窝概念实验室提出蜂窝概念 n蜂窝系统蜂窝系统-“

42、小区制小区制”系统系统 u将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视 用户的分布密度在用户的分布密度在110km左右。在每个小区设立一个基站左右。在每个小区设立一个基站 为本小区范围内的用户服务。并可通过小区分裂进一步提高为本小区范围内的用户服务。并可通过小区分裂进一步提高 系统容量。系统容量。 u“频率复用频率复用”的概念：同频干扰的强弱与同频复用小区间距的概念：同频干扰的强弱与同频复用小区间距和和 小区半径的比值有关，信干比可控。小区半径的比值有关，信干比可控。 u特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户特点：用户容

43、量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户 终端小巧且电池使用时间长，辐射小等。终端小巧且电池使用时间长，辐射小等。 u新的问题：系统复杂、越区切换、漫游、位置登记、更新和新的问题：系统复杂、越区切换、漫游、位置登记、更新和 管理、以及系统鉴权等。管理、以及系统鉴权等。98n 全向天线辐射的覆盖区是个圆形。为了不留空隙地覆盖全向天线辐射的覆盖区是个圆形。为了不留空隙地覆盖整个平面的服务区，一个个圆形辐射区之间一定含有很整个平面的服务区，一个个圆形辐射区之间一定含有很多的交叠。在考虑了交叠之后，实际上每个辐射区的有多的交叠。在考虑了交叠之后，实际上每个辐射区的有效覆盖区是一个多边形。根据交叠情况不

44、同，若在每个效覆盖区是一个多边形。根据交叠情况不同，若在每个小区相间小区相间120设置三个邻区，则有效覆盖区为正三角设置三个邻区，则有效覆盖区为正三角形；若每个小区相间形；若每个小区相间90设置四个邻区，则有效覆盖区设置四个邻区，则有效覆盖区为正方形；若每个小区相间为正方形；若每个小区相间60设置六个邻区，则有效设置六个邻区，则有效覆盖区为正六边形；小区形状如下图所示。可以证明，覆盖区为正六边形；小区形状如下图所示。可以证明，要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面的区域，要用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面的区域，可取的形状只有这三种。可取的形状只有这三种。99n那么这三种形状中哪一种最

45、好呢那么这三种形状中哪一种最好呢? 在辐射半径在辐射半径 r 相同的条件下，计算出三种形状小区的邻区距离、相同的条件下，计算出三种形状小区的邻区距离、小区面积、交叠区宽度和交叠区面积如下表小区面积、交叠区宽度和交叠区面积如下表 所所示。示。n由表可见，在服务区面积一定的情况下，正六边由表可见，在服务区面积一定的情况下，正六边形小区的形状最接近理想的圆形，用它覆盖整个形小区的形状最接近理想的圆形，用它覆盖整个服务区所需的基站数最少，也就最经济。正六边服务区所需的基站数最少，也就最经济。正六边形构成的网络形同蜂窝，因此把小区形状为六边形构成的网络形同蜂窝，因此把小区形状为六边形的小区制移动通信网称

46、为蜂窝网。形的小区制移动通信网称为蜂窝网。100小区形状小区形状正三角形正三角形正方形正方形正六边形正六边形邻区距离邻区距离rrr小区面积小区面积1.3r22r22.6r2交叠区宽度交叠区宽度r20.59r20.27r2交叠区面积交叠区面积1.2r20.73r20.35r2101n蜂窝的分类蜂窝的分类u宏蜂窝宏蜂窝(Macro-cell)： 220kmu微蜂窝微蜂窝(Micro-cell)： 0.42km u皮蜂窝皮蜂窝(Pico-cell)： 400m u分层蜂窝分层蜂窝(由多种蜂窝由多种蜂窝 组成组成) u多维小区多维小区102n 各种蜂窝网移动通信系统均具有下列主要功能：各种蜂窝网移动通

47、信系统均具有下列主要功能： (1) 具有与公用电话网进行自动交换的能力。具有与公用电话网进行自动交换的能力。 (2) 双工通信，话音质量接近市话网。双工通信，话音质量接近市话网。 (3) 双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。拨号以及移动台之间的直接拨号。 移动台可采用预拨移动台可采用预拨号方式，在按号方式，在按“发送键发送键”前不占用无线链路，可把被呼前不占用无线链路，可把被呼号码存入寄存器中并在显示屏上显示，有修改功能。号码存入寄存器中并在显示屏上显示，有修改功能。 (4) 采用小区制信道再用技术，采用小区制信

48、道再用技术， 提高频率使用效率。提高频率使用效率。 103n (5) 能适应不同业务密度需要。例如初建时，小区半径能适应不同业务密度需要。例如初建时，小区半径较大，较大， 适合业务密度较低状况。当用户密度增大时，适合业务密度较低状况。当用户密度增大时，通过可增加信道机构以满足较多用户的需要。通过可增加信道机构以满足较多用户的需要。 当用户当用户密度很大时（例如市中心），通过小区分裂（减小小区密度很大时（例如市中心），通过小区分裂（减小小区半径）可以满足高业务密度地区的用户需要。半径）可以满足高业务密度地区的用户需要。 (6) 具有自动功率控制、自动过境切换信道具有自动功率控制、自动过境切换信道

49、 （在（在FDMA方式时即为频道）技术。方式时即为频道）技术。 (7) 设备通用性较强，接口标准规范统一。设备通用性较强，接口标准规范统一。 (8) 各地之间可以联网，具有自动漫游功能。各地之间可以联网，具有自动漫游功能。104n频率再用与同信道干扰频率再用与同信道干扰u将若干相邻小区组成若一个区群，区群各小区内使将若干相邻小区组成若一个区群，区群各小区内使 用不同的频率，用相同频率配置的区群来覆盖整个用不同的频率，用相同频率配置的区群来覆盖整个 服务区，就实现了频率再用。服务区，就实现了频率再用。u因为在一个小区附近使用与此小区相同的载波频率因为在一个小区附近使用与此小区相同的载波频率, ,

50、 相互间会产生干扰，这种干扰称为同信道干扰。相互间会产生干扰，这种干扰称为同信道干扰。n越区切换越区切换u当移动台从一个小区进入相邻小区时，其工作频率当移动台从一个小区进入相邻小区时，其工作频率 和接续服务均不相同的，就需要在一次通话过程中和接续服务均不相同的，就需要在一次通话过程中 将移动台的工作频率和接续控制从其离开的小区交将移动台的工作频率和接续控制从其离开的小区交 换给正在进入的小区，这一过程就称为越区切换。换给正在进入的小区，这一过程就称为越区切换。105106n 在蜂窝系统中，为了便于频率复用，并能保持同频频道在蜂窝系统中，为了便于频率复用，并能保持同频频道之间的距离相等并且最大，

51、发展了许多复用图样，其中之间的距离相等并且最大，发展了许多复用图样，其中由一组频率不同的小区组成一定图样，称为单元无线小由一组频率不同的小区组成一定图样，称为单元无线小区簇。区簇。n 构成簇的基本条件：构成簇的基本条件：u这一图样能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。这一图样能彼此邻接且无空隙地覆盖整个面积。u相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且最大。相邻单元中，同频道的小区间距离相等，且最大。u满足这些条件的簇的形状和簇内小区数（即频率组数）的取满足这些条件的簇的形状和簇内小区数（即频率组数）的取 值不是任意的。值不是任意的。107n如图所示，从某如图所示，从某个小区个小区A 出发，先出发，先

52、沿垂直于六角形的沿垂直于六角形的边的方向前进，越边的方向前进，越过过i 个小区，到达个小区，到达某个小区，然后，某个小区，然后，逆时针方向（或顺逆时针方向（或顺时针方向）越过时针方向）越过j 个小区，到达与个小区，到达与A 同频的小区。同频的小区。n本例中本例中K7。ji108n由上图可知，同频小区之间的距离由上图可知，同频小区之间的距离D应满足：应满足：n而组成小区簇的小区数为：而组成小区簇的小区数为：n从而有：从而有：n所以，簇内小区数越多，同频小区之间的距离就越远，所以，簇内小区数越多，同频小区之间的距离就越远，从而抗同频干扰的能力就越强；但是，簇内小区数越多，从而抗同频干扰的能力就越强

53、；但是，簇内小区数越多，频率利用率也就越低。所以，在满足同频干扰要求的情频率利用率也就越低。所以，在满足同频干扰要求的情况下，应尽可能取小的况下，应尽可能取小的K值。值。22222 222(3 )(3 )2 ( 3 ) cos() 3()3DiRjRijRR iijj 22Kiijj 3DKR 109K = i2 + ij + j2 K = 22 + 2*0 + 02K = 4 + 0 + 0 K = 4D=3K * RD = 3 . 4 6 RiDR1101234111111222223333344444432111nFrequency re-use distance is based on

54、 the cluster size KnThe cluster size is specified in terms of the offset of the center of a cluster from the center of the adjacent clusterD = 3K * RD = 4.58R ij1234567K = i2 + ij + j2 K = 22 + 2*1 + 12K = 4 + 2 + 1 K = 7123567DR11212345671234567211234567123456711311112222333344445555666677778888999

55、9101010101111111112121212?114n 在整个服务区中每个区的大小可以是相同的，这只能适在整个服务区中每个区的大小可以是相同的，这只能适应用户密度均匀的情况。事实上服务区内的用户密度是应用户密度均匀的情况。事实上服务区内的用户密度是不均匀的，例如城市中心商业区的用户密度高，居民区不均匀的，例如城市中心商业区的用户密度高，居民区和市郊区的用户密度低。为了适应这种情况，在用户密和市郊区的用户密度低。为了适应这种情况，在用户密度高的市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度低度高的市中心区可使小区的面积小一些，在用户密度低的市郊区可使小区的面积大一些。如下图所示。另外，的市郊区可

56、使小区的面积大一些。如下图所示。另外，对于已设置好的蜂窝通信网，随着城市建设的发展，原对于已设置好的蜂窝通信网，随着城市建设的发展，原来的低用户密度区可能变成了高用户密度区，这时相应来的低用户密度区可能变成了高用户密度区，这时相应地在该地区设置新的基站，将小区面积划小。解决以上地在该地区设置新的基站，将小区面积划小。解决以上问题可用小区分裂的方法。问题可用小区分裂的方法。115116117n用缩小小区半径，用缩小小区半径，增加新的蜂窝小区，增加新的蜂窝小区，并在适当的地方增并在适当的地方增加新的基站的方式加新的基站的方式来增加系统容量的。来增加系统容量的。n为了降低对邻区的为了降低对邻区的干扰

57、，应降低基站干扰，应降低基站发射功率，降低基发射功率，降低基站天线高度。站天线高度。118n基站放在小区中央，采用全方向天线形成圆形覆盖区，称为中心激励方式。基站放在小区中央，采用全方向天线形成圆形覆盖区，称为中心激励方式。n缺点：若小区内有大的障碍物，会造成阴影区。缺点：若小区内有大的障碍物，会造成阴影区。n基站放在正六边形的基站放在正六边形的3个成个成120度角的顶点上，用度角的顶点上，用120度的扇形覆盖的定向天度的扇形覆盖的定向天线，称为顶点激励方式。线，称为顶点激励方式。 n优点：获得较大的前后比，减少向外的干扰，从而可减小同频复用距离。优点：获得较大的前后比，减少向外的干扰，从而可

58、减小同频复用距离。119v具有与公用电话网进行自动交换的能力。具有与公用电话网进行自动交换的能力。v双工通信，话音质量接近市话网。双工通信，话音质量接近市话网。v双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接拨号双向自动拨号，包括移动用户与市话用户间的直接拨号以及移动台之间的直接拨号。以及移动台之间的直接拨号。v能适应不同业务密度需要。能适应不同业务密度需要。v采用小区制信道再用技术，提高频率使用效率。采用小区制信道再用技术，提高频率使用效率。v具有自动功率控制、自动过境切换信道（在具有自动功率控制、自动过境切换信道（在FDMA方式方式时即为频道）技术。时即为频道）技术。v设备通用性较强，接口标

59、准规范统一。设备通用性较强，接口标准规范统一。v各地之间可以联网，具有自动漫游功能。各地之间可以联网，具有自动漫游功能。120n移动通信的基本概念移动通信的基本概念u移动通信系统的组成移动通信系统的组成u移动通信的发展历程移动通信的发展历程u移动通信系统的分类移动通信系统的分类u蜂窝移动通信系统的组成蜂窝移动通信系统的组成u移动通信的电磁环境移动通信的电磁环境u移动通信的主要特点移动通信的主要特点n典型移动通信系统典型移动通信系统u集群通信集群通信u无线寻呼无线寻呼u无绳电话无绳电话u卫星移动通信卫星移动通信u无线网无线网n小区制区域覆盖小区制区域覆盖u蜂窝概念蜂窝概念 u蜂窝小区的形状蜂窝小

60、区的形状u频率复用频率复用u区群的组成区群的组成u中心激励与顶点激励中心激励与顶点激励u小区分裂小区分裂n多址技术多址技术u频分多址频分多址u时分多址时分多址u码分多址码分多址u空分多址空分多址u频分双工频分双工u时分双工时分双工121n在通信中，常常需要解决建立连接的关键问题：在通信中，常常需要解决建立连接的关键问题：网内用户如何从播发的信号中，辨别出发送给本用网内用户如何从播发的信号中，辨别出发送给本用户的信号。解决这一问题的方法，就称为多址技术户的信号。解决这一问题的方法，就称为多址技术v当以传输信号的载波频率不同划分来建立多址接入时，当以传输信号的载波频率不同划分来建立多址接入时，称为频分多址方式（称