移动通信-第1章-概论

1、1 移动通信通信工程学院2教学目标 教学目标将以现代移动通信系统为背景，主要讲述移动通信的基本概念和典型移动通信系统的基本原理，而非理论基础，内容新、范围广 教学重点移动通信的基本概念、移动信道的电波传播和信道分析、现代移动通信系统的基本技术和网络构成、GSM系统、窄带CDMA移动通信系统、宽带CDMA（第三代） 教学要求掌握现代移动通信的基本概念、初步了解其发展史和发展现状、掌握移动信道的一些基本概念和初步定量分析方法、了解现代移动通信新技术、了解GSM系统、了解窄带CDMA移动通信系统、了解宽带CDMA（第三代）移动通信系统。3教学内容与学时分配（40学时）4教学参考书 移动通信（第四版）

2、，李建东等，西安：西安电子科技大学大学出版社，2006 无线通信原理与应用（第二版）/ （美）Rappaport,T.S. 著，周文安等译，北京：电子工业出版社，2006,7 移动通信中的关键技术，吴伟陵，北京：北京邮电大学出版社，2001 移动通信原理与应用，啜钢等，北京：北京邮电大学出版社，20025考试问题 课程结束后进行一次闭卷考试（70%） 平时成绩（10%） 学习纪律和作业完成情况 学习环节考察：包含课堂讨论、课堂演讲、资料调研、报告等。 实验（20%）1伪随机序列产生实验了解m序列、GOLD序列、WALSH码的性质和特点；熟悉m序列、GOLD序列、WALSH码的产生方法。2扩频通

3、信基础实验了解直扩（DS）、跳频（FH）的原理和系统组成；了解DS-CDMA的原理和通信过程。3语音变换和性能测试实验了解A/D、D/A变换过程和PCM编译码原理；了解语音压缩和解压方法；了解语音芯片AMBE2000的特性。4GSM/GPRS通信模块了解GSM中短消息的收发过程；了解GSM中的语音呼叫过程；了解计算机和本地移动终端通过串口通信的过程。6为什么学这门课 移动通信和Internet一样热门，是全球关注的焦点天地两大网实现个人通信（5W）的基础 对个人将来的发展有利移动通信的高速发展造就了一个巨大的市场，也为我们创造了许多就业的机会Whoever；Whenever；Wherever；

4、Whomever；Whatever；7基础知识要求 现代通信原理 各种编码技术和调制技术 信号与系统 付氏和拉氏变换 信号的时域和频域表示 卷积 自相关函数、互相关函数、功率谱等 电路原理8第1章 概论1.1 移动通信的主要特点移动通信的主要特点1.2 移动通信系统的分类移动通信系统的分类1.3 常用移动通信系统常用移动通信系统1.4 移动通信的基本技术移动通信的基本技术9基本要求 初步认识与掌握移动通信的概念、特点、工作方式； 了解移动通信的类型、工作频段、常见系统与基本技术。101.1.1 移动通信的基本概念 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

5、因为人的移动而产生的动中通问题 至少有一方能移动（蜂窝网是，而微波中继不是） 一种有线和无线相结合的通信方式 区域内可随时随地进行 移动通信可以是双向的，也可以是单向的（无线寻呼） 为个人通信（5W通信）打下基础111.1.2 移动通信的主要特点 电波传播环境复杂 多径效应和阴影效应造成电波传播的快衰落和慢衰落 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每/2衰落1次 工作于复杂的干扰环境 外部干扰：天电、机电和信道热噪声 系统内部和不同系统之间的干扰：邻道干扰、同信道干扰、互调干扰、多址干扰和远近效应 网络结构多种多样，网络管理复杂 用户注册和登记，鉴权和计费，安全和保密 可利用

6、的频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增 用户容量问题，业务容量问题 用户终端成为个人消费品121.1.3 移动通信信号的衰落与干扰131.1.4 移动信道的场强测试曲线相对于中值电平相对于中值电平dB 典型信号衰落特性141.1.5 移动通信环境没有准确的模型15第1章 概论1.1 移动通信的主要特点移动通信的主要特点1.2 移动通信系统的分类移动通信系统的分类1.3 常用移动通信系统常用移动通信系统1.4 移动通信的基本技术移动通信的基本技术161.2.1 移动通信的分类移动通信有以下多种分类方法：移动通信有以下多种分类方法： 按分类-单工、双工、半双工单工、双工、半双工 按分类-FDM

7、A、TDMA、CDMA、SDMA 按分类-模拟网和数字网模拟网和数字网 按分类-城域网、局域网和个域网城域网、局域网和个域网 按分类-电话网、数据网、综合业务网电话网、数据网、综合业务网 按分类-专用网、公用网专用网、公用网 按分类-陆地通信、海上通信、空中通信陆地通信、海上通信、空中通信 按分类-民用系统、军用系统民用系统、军用系统171.2.2 移动通信的工作方式 按照通话的状态和频率的使用方法，可将移动通信按照通话的状态和频率的使用方法，可将移动通信的工作方式分成不同种类：的工作方式分成不同种类： 单工通信 双工通信FDD（频分双工）TDD（时分双工） 半双工通信181.2.3 单工通信

8、 通信双方地进行收信和发信PTT：Push To Talk同频单工和异频单工 优点：设备简单；可直接通话，不需要基站转接；功耗小 缺点：容量小；容易引起频率干扰；频谱利用率低；操作不便 应用：点到点通信，警察、野外作业人员以及宾馆酒楼管理人员使用的对讲机 191.2.4 双工通信(FDD) 通信双方进行收信和发信，亦称全双工通信 优点：收发频率分开可减少干扰；操作方便 缺点：功耗大；移动台之间通话须占用两个频道；设备复杂，价格较贵201.2.5 FDD和TDD 频分双工 FDD：早期的模拟蜂窝系统 适合于大区制的全国系统；对称业务如话音交互式实时数据业务等时分双工 TDD：TD-SCDMA 适

9、合于高密度用户地区、城市及近郊区的局部覆盖；对称及不对称的数据业务如话音实时数据，特别是互联网业务能提供成本低廉的设备TDD反向信道反向信道前向信道前向信道时间分隔时间分隔时间时间反向信道反向信道前向信道前向信道频率分隔频率分隔频率频率FDD211.2.6 半双工通信 中心转信台（基站）采用双工方式工作，而移动台采用单工制式 应用：专用调度网，模拟集群系统等221.2.7 模拟网和数字网 第一代通信产品包括： 模拟蜂窝网、模拟无绳电话、模拟集群调度系统 第二代通信产品包括： 数字蜂窝网、数字无绳电话、移动数据系统、移动卫星通信系统等 数字通信系统的特点 频谱利用率高，有利于提高系统容量信源编码

10、技术、高效数字调制技术、信号处理技术、多址方式、高效动态资源分配 能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性信号是“0”、“1” 抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强纠错编码、交织编码、自适应均衡、分集接收、扩跳频等 能实现更有效、灵活的网络管理和控制有专用控制信道 便于实现通信的安全保密 可降低设备成本和减少用户手机的体积和重量231.2.8 通信业务-话音通信和数据通信 话音通信 传输时延要求高：一般100ms，超过100ms人就会感觉不舒服 接续时间长：通话时间长，且长度比较平均 差错率要求不高 数据通信 传输时延要求不高 接续时间短：平均通信时间短，且所传信息量不确定 差错率要求高 移动通

11、信的两个主干网络 基于话音业务的通信网络 基于数据业务的通信网络24补 充移动通信中的一些基本移动通信中的一些基本概念和基础知识概念和基础知识25移动通信使用的频段（中国） 移动通信主要使用VHF/UHF（甚高频/超高频） 160MHz频段：139149.9MHz 150.050167MHz 450MHz频段：403420MHz 450470MHz 350MHz (公安、武警、消防、安全等) 800MHz频段：数字集群，CDMA 900MHz频段：AMPS，TACS、GSM 1800MHz频段：DCS1800/GSM1800 2000MHz频段：第三代移动通信IMT200026为什么要使用VH

12、F/UHF? 传播特性：视距传播，几到几十公里，覆盖区域可控 天线较短，便于携带和移动。 /4鞭状天线 150MHz长度为50cm, 450MHz为17cm, 900MHz为8cm 抗干扰能力强：工业火花及天电等脉冲干扰，随频率增高而幅度减小 工作于VHF/UHF频段的设备，可用较小的 功率获得较好的信噪比27移动通信各频段的收发间隔 发送和接收信道频率至少要间隔标称频率的5% 150MHz：5.7MHz 450MHz：10MHz 900MHz：45MHz 1800MHz：95MHz 3500MHz：100MHz问题：问题：为什么要规定收发信间隔？为什么要规定收发信间隔？组网中如何设置基站的收

13、发频率？组网中如何设置基站的收发频率？28信道、基站和移动台 信道 是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻 移动台 顾名思义，移动台是移动的终端，它是接收无线信号的接收机，在移动通信中，它以各种不同的形式出现，包括手机，呼机，无绳电话等等 基站 在移动通信中是必不可少的，它是与移动台联系的第一个固定收发机，移动台脱离了基站自然就无法工作，基站与移动台之间的联系靠天线收发无线电波 组网 把对基站位置的规划称为组网 交换中心 所谓交换中心指的是交换各种信息的中心29第1章 概论1.1 移动通信的主要特点移动通信的主要特点1.2 移动通信系统的分类移动通信系统的分类1.3 常用移动通信

14、系统常用移动通信系统1.4 移动通信的基本技术移动通信的基本技术301.3.1 常用移动通信系统 无绳电话-家用、公共、无线接入点家用、公共、无线接入点 无线寻呼-数显、汉显、单向数显、汉显、单向 集群通信-警察、出租车、调度警察、出租车、调度 分组无线交换网 卫星移动通信- “铱铱”、全球星等、全球星等 蜂窝移动通信系统-车载、手持机车载、手持机311.3.2 无线寻呼系统 大功率、低速率、单向通信系统 广播方式工作 用户设备为袖珍接收机，俗称“BB机”)1 (log2NSBC321.3.3 无绳电话系统 简单无绳电话把普通电话单机分为座机和手机，一个座机可以带多个手机（室内使用） 发射功率

15、小(30m) 具有网络结构简单，频道数目少，无需无线交换，直接与PSTN相连 信号传输损耗，通信距离有限 大区系统的局限性 覆盖范围有限 服务的用户容量有限 服务性能较差 频谱利用率低401.3.11 蜂窝移动通信 频率（或时隙或码字）可在空间间隔一定距离时获得复用 复用距离最小频谱效率最大 系统容量受干扰限制411.3.12 蜂窝系统的频率复用 区群：把相邻的小区按一定的数目划分成区群，并把可供使用的无线频道分成若干组，组数等于区群中的小区数，各小区使用不同的频率 频率复用：任一小区所使用的频率组，在其它区群相应的小区中还可以使用 小区分裂：把小区分割成更小的蜂窝小区，以提高单位面积可服务的

16、用户数 频率再用距离：使用相同频率的小区之间的最小距离421.3.13 蜂窝的特点 特点： 频谱利用率较高 基站功率减小，相互间的干扰也减小 服务性能较好，用户容量大 终端小巧且电池使用时间长，辐射小 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43漫 游 移动台的漫游也称出游，它的意义是移动台脱离了本管区的范围，而移动到其他管区中去了，当其他用户呼叫这个漫游的移动台的时候，仍拨它原来的局号和电话号码。441.3.14 蜂窝系统的越区切换 概念：当移动台从一个小区进入另一相邻小区时，其工作频率及基站与移动交换中心所用的接续链路必须从它离开的小区转换到正在进入的小区，

17、这个过程称为越区切换 控制机理：由基站检测，移动交换中心进行判决 要求：越区切换必须准确可靠，且不影响通信中的话音质量 问题：小区半径过小会导致越区切换过于频繁，从而增加切换控制难度，增加系统的附加开销451.3.15 蜂窝移动通信系统的组成46网络结构471.3.16 蜂窝系统的分类 宏蜂窝(Macro-cell) 220km： 适合于高速公路和人口稠密地区 微蜂窝(Micro-cell) 0.42 km ： 适合于城市繁华区段 微微蜂窝(Pico-cell) 400m ： 适合于办公室、家庭等应用环境 分层蜂窝(由多种蜂窝组成) 481.3.16 分组无线交换网 分组无线交换网：利用无线信

18、道进行分组交换的网络利用无线信道进行分组交换的网络 传送的信息以“分组”或“信包”为基本单元。 分组传输属于存储转发，有传输延迟 分组传输能适应不同的网络结构： 以分组传输技术为基础的典型网络 ARDIS系统（先进的无线电数据信息设备） Mobitex系统（全国性互连的集群无线电网络） CDPD系统（蜂窝数字分组数据） TETRA系统（全欧集群无线电） GPRS系统 第二代北美数字蜂窝IS-54和IS-95，既有电路模式，也有分组模式49第1章 概论1.1 移动通信的主要特点移动通信的主要特点1.2 移动通信系统的分类移动通信系统的分类1.3 常用移动通信系统常用移动通信系统1.4 移动通信的

19、基本技术移动通信的基本技术501.4.1 移动通信的基本技术 调制技术 移动信道中电波传播特性的研究 多址技术 抗干扰技术 组网技术511.4.2 移动通信的调制技术 移动通信对调制的要求 抗干扰能力强，能适用于快衰落信道; 占有较小的带宽以提高频谱利用率; 带外辐射要小，以减小对邻近波道的干扰 移动通信采用的调制技术 模拟调制：调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM） 数字调制： 线性调制：PSK、QPSK、DOPSK、OK-QPSK、/4-DQPSK、多电平PSK，IS-95采用QPSK和O-QPSK（四相移键控和交错四相移键控） 恒定包络（连续相位）调制：MSK、GMSK、GFSK、TF

20、M 振幅和相位联合调制QAM：4-QAM、16-QAM、64-QAM、256-QAM，VR-QAM（可变速率），MC-QAM（多载波）521.4.3 移动信道中电波传播特性的研究 移动信道中电波传播特性 多径衰落：信号的多径传播使接收端的合成信号在幅度、相位和到达时间上发生随机变化，表现为快衰落 慢衰落：由阴影效应所引起 理论分析方法 射线法 电磁波理论 实测分析法 现场测试 建立预测模型 在进行分析时，一定要注意“特定的传播环境”531.4.4 多址方式 基本类型 频分多址（FDMA）如FM模拟蜂窝系统 时分多址（TDMA）如GSM采用FDMA/TDMA 码分多址（CDMA）如IS-95 频谱效率 FDMA TDMA：约3倍于模拟蜂窝的容量 CDMA：810倍于模拟蜂窝的容量541.4.5 抗干扰措施 利用信道编码进行检错和纠错 采用分集技术、自适应均衡技术和调制技术，克服多径衰落 采用扩频和跳频技术提高系统综合抗干扰能力 采用扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列，减少蜂窝网中的共道干扰 在CDMA系统中，为了减少多址干扰而使用干扰抵消和多用户信号检测器技术551.4.6 组网技术 移动通信组网涉及的技术问题很多，大致可分为： 网络结构 网络接口 网络的控制和管理 功率管理 信道和承载 移动性管理 拥塞控制 分组数据管理 561.