[工程科技]移动通信概述课件

1、移动通信概述葛梦君2001年2月14日7/23/20221目录第一章 移动通信的发展简史 第二章 几种移动通信制式概述第三章 数字网络结构第四章 无线传播特性的分析第五章 天线系统概述 第六章 移动通信发展趋势 附录一 几种常用的天线7/23/20222第一章 移动通信的发展简史本章要求和目的：要求：了解根据蜂窝系统的设计目标比较与传统和蜂窝系统的差异了解蜂窝系统从模拟转化到数字系统所作的各项努力和发展阶段着重了解GSM系统技术的发展历史、背景和主要技术指标目的：为理解第二章数字蜂窝系统打基础7/23/20223第一章 移动通信的发展简史1897年，M.G.马克尼所完成的无线通信实验， 宣告了

2、移动通信的诞生7/23/20224第一章 移动通信的发展简史一、移动通信的发展轨迹第一阶段从本世纪初到40年代，为早期发展阶段第二阶段从40年代中期到60年代初期第三阶段从60年代中期到70年代中期7/23/20225第一章 移动通信的发展简史第四阶段从70年代中期到80年代中期，这是移动通信蓬勃发展时期7/23/20226第一章 移动通信的发展简史第五阶段从80年代中期开始。这是数字移动通信系统发展和成熟时期7/23/20227第一章 移动通信的发展简史二、蜂窝（移动通信）系统产生的背景和历史传统移动通信蜂窝移动通信发射机类型单基站发射机社在高处，使得移动台接收电平明显地高于环境噪声一蜂窝系

3、统有多个发射机，每发射机位于基站，蜂窝系统的运行受限于同信道干扰发射机功率高功率200-500W低功率，规定每信道限于100W覆盖范围在无干扰情况下2050英里1030英里全范围300至几千平方英里75700平方英里干扰若两发射机相距60100英里内，则在离发射机20英里外的地方明显受另一发射机的干扰利用频率配置和小区划分可减少同信道干扰信道数少量的固定频率信道数（在纽约市有12个信道），当系统在全负荷情况，增长容量是不可能的在美国，两个非重叠25MHZ带宽等分为832个信道；在原有的两非重叠20MHZ带宽的配置666个信道7/23/20228第一章 移动通信的发展简史三、GSM数字蜂窝移动通

4、信1、GSM产生的背景自1981年以来，蜂窝系统用户量的增长速度与无线射频频谱之间的矛盾激化世界发达国家的最具有代表性和比较成熟的制式：泛欧的GSM美国的ADC（常称D-AMPS）日本的JDC（现称PDC）7/23/20229第一章 移动通信的发展简史2、GSM发展的历程1982年成立了“移动通信特别小组”（GSM）1985年GSM提出了系统的基本要求1986年在巴黎对八大建设系统进行了现场实验1987年选定数字TDMA、RPE-LTP话音编码、GMSK1988年达成GSM谅解备忘录（MOU）1989年GSM标准生效1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行1992年我国在嘉兴建立和开通

5、第一个GSM系统7/23/202210第一章 移动通信的发展简史3、GSM数字蜂窝系统的基本特点特色依据ETSI制定的GSM TS主要特点兼容性、抗干扰、灵活性与扩容、使用标准化开放式接口、增加了安全性和保密性、灵活的切换处理、兼容ISDN、具有广泛的业务工作频段GSM900：890915MHZ(上行），935960MHZ（下行）DCS1800：17101785MHZ(上行），18051880MHZ（下行）7/23/202211第二章 几种移动通信制式概述本章要求和目的：要求：了解三种移动通信制式的简单原因了解三种移动通信系统的优缺点着重了解GSM系统的工作频段目的：承接第一章的理论，对数字蜂

6、窝系统展开更进一步介绍，着重介绍GSM的TDMA制式7/23/202212第二章 几种移动通信制式概述一、数字移动通信主要技术概述移动通信-数字化、综合化、智能化、宽带化和个人化发展引入了许多数字技术-多址联接技术、话音编码、数字信号不失真传输、窄带数字调制、移动无线信道、信道道地地编码、交织技术、分集接收等7/23/202213第二章 几种移动通信制式概述二、多址技术 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址(CDMA)7/23/202214第二章 几种移动通信制式概述系统特性每载波单路连续传输带宽较窄传输速率低共用设备成本高移动台不需要均衡和复杂的成帧与同步多频道信号互调干扰严

7、重频率利用率低，容量小7/23/202215第二章 几种移动通信制式概述频分多址7/23/202216第二章 几种移动通信制式概述系统特性每载波多路突发脉冲序列传输传输速率和自适应均衡传输开销大对于不断进展的新技术是开放的基站设备的成本降低移动台较复杂抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大7/23/202217第二章 几种移动通信制式概述时分多址7/23/202218第二章 几种移动通信制式概述系统特性话音激活持续期的利用用扇形天线来提高容量柔性容量无需频率管理或分配软越区切换在CDMA中没有保护时间更适合于衰落信道不需要均衡器与窄带用户共享频带适合于微小区和建筑物内部的通信设备简单7/23/

8、202219第二章 几种移动通信制式概述码分多址7/23/202220第三章 数字网络结构本章要求和目的：要求：了解GSM系统组成及特点了解PLMN业务网络组成和信令网络组成，以及GSM网络结构了解无线蜂窝的概念和无线蜂窝结构目的：从移动通信发展史到整体技术情况介绍，这一章着重介绍GSM系统网络结构和无线蜂窝网概念提出7/23/202221第三章 数字网络结构一、数字蜂窝移动网络组成及各部分功能交换子系统（NSS）系统 基站子系统（BSS）操作和维护子系统（OAM）7/23/202222数字网络结构图示数字网络结构移动台移动台基站基站移动业务交换中心设备识别寄存器本地用户位置寄存器外来用户位置

9、寄存器鉴权中心操作和维护中心移动业务交换中心公用电话交换网公共数据网无线接口A接口与固定网络的接口第三章 数字网络结构7/23/202223第三章 数字网络结构 移动业务交换中心(MSC) 本地用户位置登记器(HLR)交换子系统 外来用户位置登记器（VLR） 鉴权中心（AUC） 设备身份登记器(EIR)7/23/202224典型GSM网络结构MSCVLRHLRAUCEIRECIWFXCOMCRBSSOMCS MSPSTNBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSMS第三章 数字网络结构7/23/202225第三章 数字网络结构 基站控制器(BSC)基站子系统 基站（BTS）7/23/20

10、2226第三章 数字网络结构典型的GSM频率复用模式643复用模式152915261091073847113114812122610371148121592610159481237117/23/202227OMC功能结构安全管理配置管理统计管理故障管理事件/告警管理人机接口操作系统通信管理管理第三章 数字网络结构操作与维护中心7/23/202228第三章 数字网络结构 移动台设备 移动台 用户识别卡（SIM）7/23/202229移动本地网的网络结构二、网络结构、移动业务本地网的网络结构MSC/VLRMSC/VLRLSTS3TS1LSHLRTS2LS第三章 数字网络结构长途编号区2长途编号区3

11、长途编号区17/23/202230省内数字公用陆地蜂窝移动通信网 、省内数字公用陆地蜂窝移动通信网省内二级汇接中心HLRTMSC/VLRTMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLR第三章 数字网络结构7/23/202231、全国数字公用陆地蜂窝移动通信网的网络结构 一级汇接中心二级汇接中心移动端局基站第三章 数字网络结构PSTNPLMNPSTN7/23/202232第三章 数字网络结构通信网LE SP SP SP No.7信令网HLRVLRTETEMSCBSMSCBS信令网结构（a）三、信令网结构信令网结构（a）7/23/202233第三章 数字网络结构信令网结构（b）通信网 L

12、E No.7信令网TETE SP SP SPHLRVLRMSCBSVLRMSCBS信令网结构（b）7/23/202234第三章 数字网络结构信令网结构（c） SP SP SP SPNo.7信令网LE通信网HLRVLRMSCBSHLRVLRMSCBSHLRVLRMSCBSTETE信令网结构（c）7/23/202235第三章 数字网络结构大区、省市信令网的转接点结构LSTPLSTPHSTPHSTP一级信号转换点 （大区）二级信号转换点 （省、市）四级电话网大区、省市信令网的转接点结构C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C87/23/202236第三章 数字网络结构三、蜂窝网络结构蜂窝结构的拟

13、合7/23/202237第三章 数字网络结构有12个小区组成的频率复用区簇A2C3B1A1B2D1B2A1D2A2C1B3A1C2A3D2B1C3C2B1C3C2D2D2D3D1C3C1A1D3C1A3B3D37/23/202238第四章 无线传播特性的分析本章目的：了解无线传播的电波特性了解无线传播的理论分析方法7/23/202239第四章 无线传播特性的分析一、移动环境中的电波传播1、概述具有非常的复杂性：由于移动台的移动性、移动台天线仅离地面110m、收信信号强度或传播损耗是具有变动特性的随机量了解移动环境中的电波传播的特性是蜂窝无线网络设计与优化的基础7/23/202240第四章 无线

14、传播特性的分析2、影响电波传播特性的因素主要受到以下因素的影响：电波频率、传播距离、天线极化方式、天线高度、地形、地物、地面及各种散射与反射物体的电特性参数、随着时间、季节等多种因素的影响。如果移动通信的具体环境一旦确定，则电波传播就主要取决于电波传播、传播距离和天线高度与特性7/23/202241第四章 无线传播特性的分析7/23/202242第四章 无线传播特性的分析二、为解决移动通信系统的规划设计问题，必须搞清三个问题1. 无线电信号在移动通信中可能发生的变化以及发生这些变化的原因。2. 对于特定的无线传输技术，这些变化对传输质量和系统性能有什么影响。3. 有哪些方法和技术可供用来克服这

15、些不利影响。7/23/202243第四章 无线传播特性的分析三、对移动通信进行研究的基本方法1. 理论分析2. 现场电波传播测试3. 计算机模拟7/23/202244第四章 无线传播特性的分析四、给出移动环境中电波传播研究的结果的方式第一：对移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。第二：建立电波传播模型。7/23/202245第四章 无线传播特性的分析五、无线信号的理论分析移动通信的传播：总体平均值随距离减弱，但信号电平经历快慢衰落的影响distanceVariation due to shadowingGlobal meansSS at Rx-antennaVariations due to

16、 Rayleigh fading7/23/202246第四章 无线传播特性的分析无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中最基本、最简单的一种。TxpwrTxpwrDistance覆盖距离Signal Strength信号功率DCS Signal Acceptance LevelDCS信号干扰水平GSM Signal Acceptance Level GSM信号干扰水平GSM900GSM1800 (DCS) 6dB7/23/202247第四章 无线传播特性的分析基站至移动台的直射波以及地面发射波的两径模型是最简单的传播模型Mobileh1h2Based7/23/202248第四章 无线传播特性的

17、分析无线通信工程上的做法是，在大量场强测试的基础上，经过对数据的分析与统计处理，找出各种地形地物下的传播损耗（或接受信号场强）与距离、频率以及天线高度的关系，给出传播特性的各种图表和计算公式，建立传播预测模型7/23/202249第四章 无线传播特性的分析Okumura-Hata经验模式L(市区）69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)L(郊区=64.15+26.16lgf-2lg(f/28)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(乡村公路)=46.38+35.33lgf-lg(f/28)-2

18、.39(lgf)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(开阔区)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(林区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)7/23/202250第四章 无线传播特性的分析COST-231-Walfisch-lkegami模式该模式分视距（LOS和非视距（NLOS）两种情况（1）视距情况基本传输损耗采用下式计算L42.6+26lgd+20lgf（2）非视距情况基本传输损耗由三项组成LLo+Lm

19、sd+Lrts7/23/202251第五章 天线系统概述本章目的：了解天线的基本组成了解天线的特点了解天线的基本性能和参数了解天线的各种类型7/23/202252第五章 天线系统概述概述移动蜂窝通信系统的特殊性决定了对天线的特别要求、同时蜂窝系统的双工性要求天线在发射和接收两个方向提供同样的性能天线可以控制：天线类型、增益、覆盖方向图、可用的驱动天线的功率、简单或复杂的天线配置和天线极化等天线无法控制因素：小区基站天线间的地理状况、移动台运动速度和方向、天线在移动台上的位置7/23/202253第五章 天线系统概述天线设计时考虑的因素环境传播系统天线分集集成结构增益 带宽 方向图邻近效应人体效

20、应多路径衰落延迟距离区域7/23/202254第五章 天线系统概述一、天线的基本性能和参数水平方向图波瓣宽度、垂直方向图波瓣宽度输入阻抗驻波比垂直极化和水平极化功率容限频带宽度7/23/202255第五章 天线系统概述二、移动通信中使用的各种类型天线全向天线在水平方向图上为360度的均匀辐射、垂直方向图上表现为有一定宽度的波束定向天线在水平方向图上为一定角度范围辐射（即方向性）、垂直方向图上为有一定宽度的波束泄漏天线通过电缆或馈线开缝，发射少量的射频信号，达到覆盖的目的微蜂窝天线根据微蜂窝的特性（如覆盖区域小或室内覆盖），它的天线增益较小（一般小于10DB），也分全向和定向7/23/20225

21、6第五章 天线系统概述 全向天线 定向天线移动通信中使用天线 各种类型天线 泄漏电缆 微蜂窝天线7/23/202257第五章 天线系统概述三、移动天线产品技术走向 双极化技术节省空间、方便安装。电调技术通过调节振子相位自适应多波束天线属智能天线范畴7/23/202258第六章 移动通信发展趋势本章目的：了解移动通信发展的前景了解目前列入实施和讨论的IMT-2000的状况和发展阶段7/23/202259第六章 移动通信发展趋势一、概述第二代蜂窝移动通信系统在世界范围获得巨大成功，GSM截止1999年4月底，我国的GSM网络覆盖96%以上、移动用户3000多万话音仍是第二代移动通信的主流业务GSM

22、的标准数据速率9.6kbpsIMT-2000在ITU中正在完善中WCDMA在实验阶段7/23/202260第二代移动通信系统：话音业务（主流）短消息业务（SMS）低速率数据业务电子邮件（E-mail）语音信箱第三代移动通信系统：话音业务移动接入互联网电子商务高速率数据业务移动计算业务 图象及多媒体业务其它高速数据业务第六章 移动通信发展趋势7/23/202261二、IMT-2000:所有网络系统及多种移动通信技术融为一体: 蜂窝系统无绳系统卫星通信系统要求:多速率多环境多业务实现特点:全球化能力综合化能力个人化能力第六章 移动通信发展趋势7/23/202262三、GSM系统应向第三代移动通信系

23、统平滑过渡“家族”概念：尽可能利用第二代系统的基础网络设施和接口协议，能支持第二代系统业务，可实现两代系统的互通、漫游和软切换，并支持现有第二代系统向第三代系统演进发展。优点：投资少：充分利用前期对第二代系统的投入见效快：迅速开展第三代系统业务ETSI方案：发展标准IMT-2000 RTT提案WCDMA，采用全新的空中接口技术和工作频段采取分阶段演进，保留GSM空中接口的时隙结构和频段第六章 移动通信发展趋势7/23/202263平滑演进：第一阶段： HSCSD高速电路交换数据（High-Speed Circuit-Switched Data）GPRS通用分组无线业务（General Pack

24、et Radio Service）第二阶段：EDGE演进增强数据速率（Enhanced Data Rate for GSM Evolution GSM）包括：ECSD（Enhanced Circuit-Switched Data） 、EGPRS（Enhanced GPRS）第六章 移动通信发展趋势7/23/202264GSM系统向第三代系统的演进第六章 移动通信发展趋势 GSM 9.6kbit/sGSM9.6kbit/s GSM 2+ 115kbit/s EDGE WCDMA现有频段新的频段GSM系统向第三代系统的演进7/23/202265四、发展第三代移动通信系统IMT-2000的现状及前景IMT-2000系统的技术特性:全球高度通用性固定网络业务的兼容性业务的多样性高质量的业务要求；全球漫游功能小型便携式终端第六章 移动通信发展趋势7/23