移动通信概论课件-

1.1移动通信的主要特点1.2移动通信系统的分类1.3常用移动通信系统1.4移动通信的基本技术第1章概论1.1移动通信的主要特点第1章概论移动通信的含义理想的通信目标：一般是指通信双方至少有一方在移动的情况下进行的信息传输和交换。在任何时候、在任何地方、与任何人都能及时沟通联系，以及信息交流。移动通信的含义：它也包括通信用户的位置存在变化，但通信过程中用户不处于运动状态的情况。——每个人有唯一的通信号码，通信的个人性代替通信的终端性。移动通信的含义理想的通信目标：一般是指通信双方至少有我们的目标我们的目标移动通信是全球的热点——无线移动通信与IP技术（因特网）是近年来信息技术领域的两大热点。——无线与移动通信正在与IP技术相结合。——通信技术向宽带化、智能化、个人化方向发展，形成统一的综合宽带通信网。移动通信是全球的热点——无线移动通信与IP技术（因特网）是近移动通信发展概况经历了六个阶段：第一阶段：20世纪20年代至40年代第二阶段：20世纪40年代中期至60年代初期第三阶段：20世纪60年代中期至70年代中期第四阶段：从20世纪70年代中期至80年代中期第五阶段：20世纪80年代中期开始第六阶段：从2000年前就已经开始（IMT-2000）移动通信发展概况经历了六个阶段：第一阶段：20世纪20年AMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS-95TDMAIS-136PDC第一代80年代模拟第二代90年代数字第三代IMT-2000UMTSWCDMAcdma2000需求驱动需求驱动模拟技术数字技术语音业务宽带业务TD-SCDMAAMPSTACSNMT其它GSMCDMAIS-95TDMA现代移动通信的起步阶段。☆短波频段☆专用移动通信系统例：1934年，美国警察局采用AM制式的移动通信系统。1946年，美国贝尔系统建立了世界上第一个公用汽车电话网。☆人工交换和人工切换频率第一阶段：20世纪20年代至40年代移动通信发展概况应用：船舶、汽车和飞机等专用无线通信系统及军事通信系统。现代移动通信的起步阶段。例：1934年，美国警察☆美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。特点：从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，网络的容量较小。第二阶段：20世纪40年代中期至60年代初期公用移动通信业务开始问世。☆主要用150MHzVHF频段。移动通信发展概况☆美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。第二阶段：2☆美国推出了IMTS系统；☆采用大区制、中小容量；☆无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。第三阶段：20世纪60年代中期至70年代中期移动通信发展概况第三阶段：20世纪60年代中期至70年代中期移动通信发展概第四阶段：从20世纪70年代中期至80年代中期

＊蜂窝状的小区结构；

＊采用FDMA技术和频率复用；实现越区切换；

＊调制方式为FM；

＊业务种类单一，主要是话音业务；

＊系统保密性差；

＊频谱效率低。☆代表：美国AMPS，英国TACS，北欧NMT。主要特点：蜂窝状移动通信网！☆第一代移动通信系统。（属于模拟通信系统）第四阶段：从20世纪70年代中期至80年代中期☆代表：美国A第五阶段：20世纪80年代中期开始☆代表：欧洲GSM、美国窄带CDMA（N-CDMA）☆第二代移动通信系统。（属于数字通信系统）主要特点：

＊频谱效率高；采用GMSK、QPSK等新的调制技术；

＊业务范围扩大，除话音外还提供数据、图像等业务；

＊抗干扰强；

＊系统安全保密性好；容易实现国际漫游；

＊设备成本降低，用户手机的体积和重量减少。不适合于传输高速数据及多媒体业务！第五阶段：20世纪80年代中期开始☆代表：欧洲GSM、美国窄

与2G系统有根本的不同：3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，实现更高的传输速率——达2Mb/s。2G系统通常采用TDMA技术和电路交换技术。第六阶段：从2000年前开始（IMT-2000）☆第三代移动通信系统话音、网页浏览、收发电子邮件、可视电话、视频点播等多媒体业务。☆提供的业务：☆

3G的三大标准：＊欧洲的WCDMA；＊美国高通公司CDMA2000；＊中国大唐电信的TD-SCDMA；与2G系统有根本的不同：第六阶段：从2000年前开始（IMT-2000的基本要求

──频谱利用率高──服务质量好──高速传输支持多媒体业务室内环境至少2Mbps步行环境至少384kbps车速环境至少144kbps卫星移动环境至少9.6kbps──传输速率按需分配──支持上、下行链路的不对称需求──易于从第二代系统过渡──支持全球无缝漫游IMT-2000的基本要求3G体制

WCDMA核心网络：基于MAP和GPRS无线传输技术：WCDMA－FDD/TDD

TD-SCDMA核心网络：基于MAP无线传输技术：TD-SCDMA

cdma2000核心网络：基于ANSI41和MIP无线传输技术：cdma2000CDMA技术是3G的核心！3G的核心——CDMA技术3G体制WCDMA核心网络：基于第二代向第三代移动通信过渡（1）GPRS（通用分组无线业务）＊基于分组交换可接入基于TCP/IP的因特网和X.25网络。＊可提供收发电子邮件、浏览网页等业务。（2）EDGE（增强型数据速率的GSM演化方案）（3）CDMA2000-1X技术第二代向第三代移动通信过渡（1）GPRS（通用分组无线业务TD－SCDMA发展历程TD－SCDMA发展历程WCDMA发展历程WCDMA发展历程宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），提供信息通信以外的定位定时、数据采集和远程控制等综合功能。多功能集成的宽带移动通信系统和宽带接入系统。4G的概念可称为广带接入（broadband）和分布网络，具有超过2Mb/s的非对称数据传输能力。4G标准4G标准比3G标准具有更多的功能：4G的概念可称为广带接入（broadband）和分布我国移动通信发展概况（1）A网和B网（模拟网）的发展（2）G网的发展（3）D网的发展（4）GPRS网的发展（5）C网的发展（6）3G的发展我国移动通信发展概况（1）A网和B网（模拟网）的发展我国移动通信发展概况（1）A网和B网（模拟网）的发展＊

1987年，采用爱立信和摩托罗拉移动电话系统，形成A网、B网两个系统；

＊

1996年实现全国联网；＊

2001年底，我国关闭了模拟网。＊全国只有700户用户，到了1995年跃升到520万户。我国移动通信发展概况（1）A网和B网（模拟网）的发展＊我国移动通信发展概况（2）G网的发展＊1993年，开始建“全球通（GSM）”数字移动通信网＊工作于900MHz。（3）D网的发展指DCS1800系统，它的基本体制与GSM900完全一致，但工作于1800MHz频段。（4）GPRS网的发展＊2002年5月，中国移动正式开通GPRS网络；＊采用分组交换技术。（1）A网和B网（模拟网）的发展我国移动通信发展概况（2）G网的发展＊1993年，开始我国移动通信发展概况（5）C网的发展

CDMA网几乎与G网同时建设的，早期称为长城网。＊2001年5月，联通开始建设IS-95B系统；＊2002年1月，正式放号开通；＊2002年6月，又开始了1X的升级。我国移动通信发展概况（5）C网的发展CDMA网几乎与G我国移动通信发展概况（6）3G的发展＊我国2000年初开始3G的标准化工作，包括WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA。＊中国大唐电信集团提出的TD-SCDMA无线传输技术是我国第一项ITU接纳的标准建议；＊2007年1月在上海，我国第一个4G试验网进入第三阶段，即外场试验和预商用计划。

＊

2009年1月7日，工业和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张3G牌照。我国移动通信发展概况（6）3G的发展＊我国2000年初开中国移动：TD-SCDMA中国电信：CDMA2000中国联通：WCDMA2009年1月随着3G牌照的发放，中国电信业正式进入3G时代。（6）3G的发展我国移动通信发展概况中国移动：TD-SCDMA2009年1月随着3G牌照的发核心频段120MHz：三家运营商的3G频段补充频段100MHz：2300~2400MHz。①基于FDD模式（cdma2000和WCDMA）1755~1785MHz，1850~1880MHz。②基于TDD模式（TD-SCDMA）核心频段55MHz：1880~1920MHz，2110~2125MHz；补充频段60MHz：1920~1980MHz，2110~2170MHz；核心频段120MHz：三家运营商的3G频段☆多普勒频移：1.1移动通信的主要特点1.移动通信必须利用无线电波进行信息传输

位置不受束缚，但无线电波的传播特性一般都很差。☆弥散损耗：☆阴影效应：地形、地物的遮蔽。☆

多径效应：☆多普勒频移：1.1移动通信的主要特点1.移动图电波传播路径损耗和多径衰落阴影效应、多径效应图电波传播路径损耗和多径衰落阴影效应、多径效应当发射源与接收体之间存在相对运动时,接收体接收的发射源发射信息的频率与发射源发射信息频率不相同。多普勒效应与多普勒频移多普勒效应：多普勒频移：:接收频率与发射频率之差。当发射源与接收体之间存在相对运动时,接收体接收的发射源2.移动通信是在复杂的干扰环境中运行的常见的外部干扰，有天电干扰、工业干扰和信道噪声。☆邻道干扰☆互调干扰☆共道干扰☆多址干扰

①由大气放电现象产生的天电干扰；

②由各种能够产生电火花或电弧的工业设备所造成的工业用电干扰。除此，还会有：☆远近效应2.移动通信是在复杂的干扰环境中运行的常见的外部干扰，有天☆研究各种新技术和新措施，提高频谱利用率。3.可利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增。☆开辟和启用新的频段；☆研究各种新技术和新措施，提高频谱利用率。3.可利用的频4.移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效。☆用户登记、定位，通信链路的建立和拆除，信道的分配和管理，通信的计费、鉴权、安全保密管理及用户过境切换和漫游控制等。☆带状网、面状网、立体状网；4.移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效。5.移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用。☆对车载台和机载台还应保证在震动、冲击、高低温变化等恶劣环境中正常工作。☆对手机的主要要求是体积小、重量轻、省电、操作简单和携带方便。5.移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用。1.2移动通信系统的分类单向传输双向传输广播式（无线电寻呼系统）应答式单工双工半双工1.2移动通信系统的分类单向传输双向传输广播式（无线电寻1.2.1工作方式1.单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信。特点：设备简单、功耗小，但操作不方便，会出现断断续续的现象。因此，适用于用户少、专业性强的移动通信系统中。1.2.1工作方式1.单工通信是指通信双方电台交替地进移动台采用单工的“按讲”方式，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。

2.半双工通信f1f1f2f2特点：设备简单、功耗小，克服了通话断断续续的现象，但操作仍不太方便。因此属于专业移动通信系统，如汽车调度系统。移动台采用单工的“按讲”方式，而接收机总是工作的。基3.双工通信：指通信双方可同时进行传输消息的工作方式。双工器：特点：使用方便，无须收发控制。由于收发信机同时工作，故电源耗电量较大。相当于一个滤波器，主要用来隔离收信机和发信机间的能量。3.双工通信：指通信双方可同时进行传输消息频分双工（FDD）和时分双工（TDD）反向链路前向链路fBSMSMSBS频率分隔FDD

TDD

反向链路前向链路时间分隔：在同一时间提供两条单工信道。：在同一频率提供两条单工信道。t频分双工（FDD）和时分双工（TDD）反向链路前向链双工技术比较5MHz时间频率下行上行下行上行下行信道时间频率5MHz5MHz上行信道频分双工技术时分双工技术双工技术比较5MHz时间频率下上下上下行信道时间频率5MHz1.3常用移动通信系统无线电寻呼系统蜂窝移动通信系统无绳电话系统集群移动通信系统移动卫星通信系统分组无线网1.3常用移动通信系统无线电寻呼系统无线电寻呼系统是一种单向通信系统。1.3.1无线电寻呼系统无线电寻呼系统示意图无线电寻呼系统是一种单向通信系统。1.3.1无线电寻呼1.3.2蜂窝移动通信系统1.早期的移动通信系统：大区覆盖★大功率的发射机；★采用高架天线；★覆盖半径可达几十公里；例如，20世纪70年代美国纽约开通的IMTS系统。仅能提供12对信道。★只适用于小容量通信网。1.3.2蜂窝移动通信系统1.早期的移动通信系统：大区覆盖2.蜂窝通信网络小区覆盖大区覆盖2.蜂窝通信网络小区覆盖大区覆盖小区覆盖的相关概念区群与频率再用：把若干相邻小区按一定数目划分成区群，并把可供使用的无线频道分成若干个频率组，区群内各小区均使用不同的频率组，而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再用，这就是频率再用。小区覆盖的相关概念区群与频率再用：把若干相邻小区按一定数目划越区切换的概念当MS从一个小区进入另一相邻的小区时，其工作频率及BS与MSC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，这个过程称为越区切换。1、越区切换的定义越区切换的概念当MS从一个小区进入另一相邻的小区时，其工越区切换的概念2、对越区切换的要求必须准确可靠，且不影响通信中的话音质量。是移动通信系统利用众多小区实现大面积覆盖的必要条件。3、越区切换的重要性越区切换的概念2、对越区切换的要求必须准确可靠，且不影响通信蜂窝移动通信系统的示意图MSC:在网中起控制和管理作用，具体有：MSC是移动通信网和PSTN网的接口单元，既保证网中移动用户之间的通信，又保证移动用户和有线用户之间的通信。1）对所在地区已注册登记的用户实施频道分配；2）建立呼叫；3）进行频道切换；4）提供系统维护和性能测试；5）存储计费信息等。蜂窝移动通信系统的示意图MSC:在网中起控制和管理作用，几种模拟蜂窝移动通信系统几种模拟蜂窝移动通信系统1.3.3无绳电话系统早期无绳电话机：俗称子母机。

无绳电话的手机、座机与电信点所发射的功率均在10mW以下，无线覆盖半径约在100m左右。1、无绳电话系统示意图是一种以市话网为基础的低功率小范围传输系统。1.3.3无绳电话系统早期无绳电话机：俗称子母机。朝着网络化的方向发展。★CT1、CT1+模拟式的，属第一代系统；★CT2、CT2+、DECT、PHS、PACS数字式的，属于第二代系统；★我国用以PHS技术为基础的“小灵通”系统。2、无绳电话系统的发展朝着网络化的方向发展。★CT1、CT1+★CT2、CT23、公用无绳电话系统示意图无绳电话的特点：设备复杂性较低、话音传输质量好，适用于步行等低速移动的用户。缺点：所需基站数量多，且微小区制不能支持高速移动。3、公用无绳电话系统示意图无绳电话的特点：设备复杂性几种无绳电话系统的主要参数几种无绳电话系统的主要参数①把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管理，并动态地利用分配给它们的有限个频道，以容纳数目更多的用户；1.3.4集群移动通信系统1.集群的概念②改进频道共用的方式。基本技术是频率共用技术。其主要做法是：集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。①把一些由各部门分散建立的专用通信网集中起来，统一建网和管2、集群系统示意图2、集群系统示意图3、集群方式消息集群：传输集群：准传输集群：按通信占用频道的方式，分为：3、集群方式消息集群：传输集群：准传输集群：按通信占用频道的4.集群系统的用途和特点①属专用移动通信网；②具有一定的限时功能；③主要业务是无线用户和无线用户之间的通信；④一般采用半双工(现已有全双工产品)方式；⑤主要是以改进频道共用技术来提高系统的频率利用率的。4.集群系统的用途和特点①属专用移动通信网；②具集群移动通信系统蜂窝移动通信系统用途专用网，生产调度指挥用公众网网络种类大区制，一般半径为20~30km小区制，一般半径为0.5~10km工作频段以800MHz为主除800/900MHz，还有1.8GHz通信方式单工、半双工全双工业务种类电话、传真、数据等电话为主、低速数据，3G移动通信可提供多媒体业务联网方式以本网为主，可与PSTN、PABX连接与PSTN连接，可实现全国、全球漫游调度功能有级别优先、组呼、群呼、紧急呼叫、强拆、强插等无调度功能越区、漫游功能无越区切换功能，不联网时无需自动漫游功能必须有越区、漫游功能集群移动通信系统蜂窝移动通信系统用途专用网，生产调1.3.5移动卫星通信系统利用卫星中继，在海上、空中和地形复杂而人口稀疏的地区中实现移动通信。1.3.5移动卫星通信系统利用卫星中继，在海上、1.3.5移动卫星通信系统第一类：同步轨道移动卫星系统即卫星在运行中和地球的自转保持同步的一种方式。三颗卫星实现全球覆盖。☆

主要分为两大类第二类：中低轨道的移动卫星系统☆“铱”系统1.3.5移动卫星通信系统第一类：同步轨道移动卫星系统☆用三颗卫星来实现全球覆盖用三颗卫星来实现全球覆盖☆“铱”(IRIDIUM)系统美国Motorola公司提出的。开始计划设置7条圆形轨道均匀分布于地球的极地方向，每条轨道上有11颗卫星，总共有77颗卫星在地球上空运行。☆铱系统能实现全球覆盖，能为边远地区提供通信服务，也能为陆海空移动用户提供立体通信服务。低轨道的移动卫星系统——“銥”系统☆2000年3月17日宣布破产☆“铱”(IRIDIUM)系统美国Motorol☆卫星轨道高度：780km，是同步轨道卫星的1/46；☆手持终端在L(1.0-2.0GHz)波段工作，功率0.4W；☆多址方式：TDMA☆双工方式：TDD☆提供业务：话音、数据和寻呼。☆卫星直径1m，高2m，重341kg；平均工作寿命5年，1998年投入运行。低轨道的移动卫星系统——“銥”系统主要参数：☆卫星轨道高度：780km，是同步轨道卫星的1/46；☆手持同步轨道移动卫星系统同步轨道移动卫星系统低轨道移动卫星通信系统低轨道移动卫星通信系统移动通信所涉及的基本技术多址技术调制解调技术信道编译码技术信源编码技术抗干扰技术加密技术组网技术天线技术信道机射频技术分集接收技术…….移动通信所涉及的基本技术多址技术移动通信所涉及的应用技术电波传播与信道建模系统级仿真数字信号处理(DSP)集成电路设计(SOC、FPGA)控制与通信协议软件无线电高频与微波无线资源管理网络设计…………移动通信所涉及的应用技术电波传播与信道建模1.4移动通信的基本技术1.4.1调制技术①线性调制技术②恒定包络(连续相位)调制技术包括PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK、π/4–DQPSK和多电平PSK等。包括MSK、GMSK、GFSK和TFM等。其他有：QAM，OFDM等。要求通信设备从频率变换到放大和发射的过程中保持充分的线性。优点：已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求。不足之处是其频谱利用率通常低于线性调制技术。1.4移动通信的基本技术1.4.1调制技术①线性调制技

1.4.2移动信道中电波传播特性的研究☆理论分析方法☆实测分析方法通常用射线表示电磁波束的传播，在确定收发天线的高度、位置和周围环境的具体特征后，根据直射、折射、反射、散射、透射等波动现象，用电磁波理论计算电波传播的路径损耗及有关信道参数。在典型的传播环境中进行现场测试，并用计算机对大量实测数据进行统计分析，以建立预测模型(如冲击响应模型)，进行传播预测。1.4.2移动信道中电波传播特性的研究☆理论分析方1.4.3多址方式频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)基本类型：混合多址方式：FDMA/TDMAFDMA/CDMATDMA/CDMA未来移动通信系统中，为提高传输速率，可用OFDM和CDMA相结合的多址方式。1.4.3多址方式频分多址(FDMA)基本类型：混合多址1.4.4抗干扰措施☆信道编码；☆分集技术；☆自适应均衡技术；☆采用扩频和跳频技术（☆扇区天线、多波束天线和自适应天线阵列等；☆干扰抵消和多用户信号检测器技术（减少多址干扰）提高综合抗干扰能力）目的是减少共道干扰。1.4