《移动通信》复习资料

概论随着社会的发展，人们对通信的需求也日益迫切，对通信的要求也越来越高。理想的目标是：5W（即whoever、wherever、whenever、whomever、what—ever,即任何人可在任何时候、任何地方与任何人进行任何形式的通信），没有移动通信无法实现5W。移动通信：指通信双方至少有一方能在移动中进行信息交换的通信方式。移动体之间的通信只能依靠无线电传输。那什么是无线通信呢？无线通信指利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方式.电磁波是它的载体。移动通信的发展1G（模拟系统）70年代，代表：美国的AMPS、英国的TACS等2G（数字系统）80年代末，代表：泛欧的GSM、美国的DAMPS、IS-95CDMA等3G90年代末，标准:基于GSM的WCDMA、基于IS-95CDMA的cdma2000、TD-SCDMA、WiMAX等4G、5G……为使2G系统能平滑过渡到3G，采用2.5G技术，代表：GPRS（GSM向WCDMA过渡）移动通信发展史111►198019902000■模拟通信到数字通信演进的原因模拟移动通信的缺陷各个系统之间没有公共接口，难于实现漫游无法与固定网向数字化推进相适应♦频谱利用率比较低♦安全保密性比较差♦业务种类受限♦移动设备成本高、体积大♦网络的管理控制存在问题数字移动通信的优点♦抗干扰能力强频谱利用率高♦可方便实现数据业务♦易于加密便于网络的管理和控制

♦便于设备的集成为什么要发展第三代？现有第二代数字移动通信系统的不足频谱利用率不够高一容量问题传输速率较低一业务单一存在多个标准一无法实现全球漫游个人通信的目标5W无法实现一“任何人，在任何地点、任何时间与其他任何人进行任何方式的通信。”■为使2G系统能平滑过渡到3G，采用2.5G技术，代表:GPRS(GSM向WCDMA过渡):GPRS(GeneralPacketRadioService)简称为通用分组无线业务。它基于分组数据包的转发和信道的统计复用，数据业务从9.6Kbps飞跃到了100Kbps以上；同时，用户只须为他们实际使用的通信数据总量付费。EDGE的英文全称为EnhancedDataRateforGSMEvolution，中文含义为改进数据率GSM服务，是一种增强型的速率标准，可以提供384Kbps的广域数据通信服务和大约2Mbps的局域数据通信服务。高速电路交换数据(HSCSD：High-SpeedCircuit-SwitchedData)，是适用于移动用户的数据传输技术，人们只需拨打一个电话便可获得想要的信息。通过使用时间复用技术，能够提供高达57.6Kbps的数据传输速率。■移动通信系统的组成市话网(PSTN)移动网(PLMN)固定电话机固定电话机市话局中继线(MSC)有线连接/■车载台/(MS)I基站*(BS))-基站七市话网(PSTN)移动网(PLMN)固定电话机固定电话机市话局中继线(MSC)有线连接/■车载台/(MS)I基站*(BS))-基站七(BSS)f基站'、U(w卜\手持机(MS)手持机\.(MS)>--'移动业务交换中心载台(MS)手持机/(MS)/GSM组成：MS(移动台)、NSS(网络与交换子系统)、BSS(基站子系统)、OSS(操作维护子系统)移动台：♦能够接入公众陆地移动通信网PLMN，并得到通信服务的用户设备。♦包括移动终端(MS)和用户识别卡(SIM)基站子系统(BSS)：在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。包括基站收发信台(BTS)和基站控制台(BSC)。网络子系统(NSS)：主要完成交换功能、用户数据管理、移动性管理和安全性管理。操作维护子系统OSS：OSS是操作维护人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护■移动通信的特点1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输易产生衰落这种传播媒质允许通信中的用户可以在一定范围内自由活动，其位置不受束缚，不过无线电波的传播特性一般都很差。移动通信所使用的频率范围在甚高频(VHF,30〜300MHz)与特高频(UHF,300〜3000MHz)内，其特点是：传播距离在视距范围内，一般在几十千米电波传播条件恶劣，存在严重的多径衰落。/原因：接收信号由直射波和反射波叠加而成，各信号到达接收点时幅度和相位都不一样，使接收信号电平起伏不定。/要求：在进行移动通信系统的设计时，必须具有一定的抗衰落的能力和储备。＞电波会随着传播距离的增加而发生弥散损耗；＞多卜勒效应：相对速度引起频移。频移与速度和入射波方向有关。＞存在阴影区(盲区)：某些特定区域中，电波被吸收或被反射而使移动台接收不到信息，即阴影效应。＞用户经常移动，与基站间无固定联系。需要采用跟踪交换技术：如位置登记、越区切换、漫游2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行的♦通信质量的好坏不仅取决于设备性能，还和外部噪声与干扰有关。主要噪声：人为噪声，如汽车点火噪声要求：选择抗干扰性强的调制方式；设备具有足够的抗人为噪声能力。主要干扰：互调干扰、邻道干扰、同频干扰上互调干扰，设备中器件的非线性引起，要求设备必须具有良好的选择性;邻道干扰，离基站近的移动台的强信号干扰离基站远的邻道上的移动台的弱信号，要求移动台采用自动功率控制电路。同频干扰是相同载频电台间的干扰，主要由同频复用引起，要求系统在组网时，给予充分的重视。3、移动通信可以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♦如何提高通信系统的通信容量，始终是移动通信发展中的焦点。为了解决这一矛盾，一方面要开辟和启用新的频段;另一方面要研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度和提高频谱利用率。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♦根据通信地区的不同需要，移动通信网络可以组成带状(如铁路公路沿线)、面状(如覆盖一城市或地区)或立体状(如地面通信设施与中、低轨道卫星通信网络的综合系统)等，可以单网运行，也可以多网并行并实现互连互通。5、移动通信设备(移动台)必须适于在移动环境中使用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。车载台和机载台除要求操作简单和维修方便外，还应保证在震动、冲击、高低温变化等恶劣环境中正常工作。■移动通信有以下多种分类方法：①按使用对象可分为民用设备和军用设备；②按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；③按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；④按覆盖范围可分为广域网和局域网；⑤按业务类型可分为电话网、数据网和多媒体网；⑥按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；⑦按服务范围可分为专用网和公用网；⑧按信号形式可分为模拟网和数字网。工作方式1.单工通信所谓单工通信，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单工。单工通信常用于点到点通信♦同频单工是指通信双方使用相同的频率fl工作，发送时不接收，接收时不发送。2、双工通信所谓双工通信，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，如图1-2所示。图中，基站的发射机和接收机分别使用一副天线，而移动台通过双工器共用一副天线。♦双工通信一般使用一对频道，以实施频分双工(FDD)工作方式。这种工作方式使用方便，同普通有线电话相似，接收和发射可同时进行。3、半双工通信移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。数字通信系统的主要优点可归纳如下：(1)频谱利用率高，有利于提高系统容量。(2)能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。(3)抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强。(4)能实现更有效、灵活的网络管理和控制。(5)便于实现通信的安全保密。(6)可降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量通信业务移动通信的传统业务是电话通信。对数据传输的需求也与日俱增。移动通信基本上围绕着两种主干网络在发展，这就是基于话音业务的通信网络和基于分组数据传输的通信网络。越区切换：为了保证通信的连续性，正在通话的移动台从一个小区进入另一相邻的小区时，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，而通话不中断，这一过程称为越区切换硬切换：移动台越区过界时进行的切换，在切换时，移动台要先中断与原通信基站的联系，再建立与目标基站间的通信；软切换：移动台在切换时，先不中断与原通信基站的联系，而与目标基站先建立通信，两个基站可同时为一个用户提供服务，当与目标基站取得可靠通信后，再切断与原基站间的通信多址技术：多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。常用的使信号多路化的方法基本上有三种，频分多址FDMA、时分多址TDMA和码分多址CDMA三种接入方式。GSM系统采用了FDMA、TDMA方式功率控制：当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站较近时，需要降低发射功率，减少对其它用户的干扰，当它离基站较远时，就应该增加功率，克服增加了的路径衰耗。频率复用：指处在不同地理位置(不同的小区)上的用户可以同时使用相同频率的信道.频率复用系统可以极大地提高频谱效率■■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、分组无线网移动通信的电波传输研究任何无线通信系统首先要遇到的问题：电波传播的特性传播特性影响，关系到通信设备的能力、天线高度的确定、通信距离的计算、为实现优质可靠的通信所必须采用的技术措施等一系列系统设计问题移动信道是最为复杂的一种不同频段的无线电波，其传播方式和特点是不相同的。VHF和UHF频段，电波传播的方式主要是空间波即直射波、折射波、散射波以及它们的合成波。无线信道多变且难以控制.移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域，其天线将接收从多条路径传来的信号。移动台本身的运动。对移动信道进行研究的基本方法有三种：1、理论分析：即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用各种数学模则来描述移动信道。2、现场电波传播实测：即在不同的传播环境中，做电波传播的实测试验。测试参数包括接收信号幅度、延时以及其它反映信道特征的参数3、移动信道的计算机模拟，计算机技术的发展。理论分析的限制。现场实测，较为费时、费力。移动通信电波传播特性电波传播的方式:根据媒质对电波的影响不同，无线电波具有反射、折射和散射几种主要传播方式。电波衰落：由于移动通信中，移动台处在运动之中，电波传播的条件随移动发生较大的变化，接收信号的场强起伏很大，衰落可达几十分贝，出现严重的衰落现象，是移动通信电波传播的一个基本特点。衰落可分为快衰落和慢衰落，具体到实际的衰落现象来讲可以分为这样几类：1、自由空间的传播损耗2、多径效应3、阴影效应多径效应：陆地移动信道的主要特征是多径传播。传播过程中会遇到各种建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反射、散射及绕射等。这样，移动信道是充满了反射波的传播环境.多径衰落：在移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。各个路径的距离不同，到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时同相迭加而增强，有时反相迭加而减弱。接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由于多径现象所引起的，故称为多径衰落阴影效应：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。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(370km/h)车载通信时。移动通信关键技术扩展频谱通信（看课件，注意一下计算例题）多址技术的引入:移动通信系统中基站的多路工作和移动台单路工作形成了移动通信的一大特点。基站以怎样的信号传输方式发送信号，使各移动台能从中识别发送给本移动台的信号?（下行）基站如何识别来自各个不同移动台的信号？（上行）多址方式是移动通信网体制范畴，关系到系统容量，小区构成，频谱和信道利用率以及系统复杂性。多址接入概念：实现不同地点、不同用户接入网络的技术分类：频分多址（FDMA），频道划分，频带独享，时间共享；时分多址（TDMA），时隙划分，时隙独占，频率共享；码分多址（CDMA），码型划分，时隙，频率共享；空分多址（SDMA），空间角度划分，频率/时隙/码共享FDMA例：如Bt为12.5MHz，B保护为10KHz，Bc为30KHz，求FDMA系统的有效信道数。解：N=（Bt—2B保护）/Bc将上述数值代入即有N=416TDMA例：GSM系统，总带宽25MHz，一个信道200KHz，具有8个TDMA用户，未设保护带宽，求总用户数。解：Bc=200/8=25KHzN=25x106/25x103=1000CDMA:采用扩频通信技术;每个用户具有特定的地址码（相当于扩频中的PN码）,利用地址码相互之间的正交性（或准正交性）完成信道分离的任务.CDMA在频率、时间、空间上重叠。优点：系统容量大，抗干扰，抗多径能力高。CDMA技术的分类:直扩码分多址（DS-FHMA）、跳频码分多址（FH-CDMA）、混合码分多址（Hybrid-CDMA）DS-FHMA直接序列扩频多址：用PN码进行乘法调制，窄带调制信号与伪随机序列（PN码）直接相乘跳频码分多址（FH-CDMA）：在发送端用PN码控制频率合成器，发射频率随PN序列在一定带宽跳变；在接收端实现本振的同步跳频，然后还原成某个固定中频，进行解调。空分多址技术（SDMA）:依靠智能天线技术，控制用户的空间辐射能量，使用定向波束天线服务于不同用户，扇形天线是一种基本方式；语音编码：移动通信数字化的基础，第1/2代蜂窝系统的根本区别语音编码的意义：提高通话质量（数字化+信道编码纠错），提高频谱利用率（低码率编码），提高系统容量（低码率、语音激活技术）移动通信对语音编码的要求：编码速率低，语音质量好；有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能；编译码延时小、总延时在65ms以内；编译码器复杂度低，便于大规模集成化；功耗小，便于应用于手持机语音编码技术分类：波形编码：将时域模拟话音的波形信号经过采样、量化和编码形成数字语音信号参量编码：基于人类语音的产生机理建立数学模型，根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。混合编码：波形编码+参量编码（LPAS），包括GSM的RPE-LPC编码和VSELP编码线性预测编码的基本原理原理:模型化人类语音信号产生的机制，提取模型参数，并且只传输模型的参数.语音信号的产生模型:语音的产生，声带和声道；不同语音产生的原因:声音激励源和声道不同声音分类:浊音和清音RPE-LTP（GSM）：规则脉冲激励长期预测LPC（RPE-LTP）

北美CDMA数字蜂窝标准（IS-95）中，话音编码采用的是QCELP（Qualcomm码激励线性预测）话音编码技术，使用与脉冲激励线性预测编码相同的原理自适应多速率语音编码（AMR）分类:调制信号:模拟调制和数字调制；相位连续:相位不连续调制和相位连续调制；信号恒定:恒包络调制和非恒包络调制调制解调的主要功能：频谱搬移：实现基带信号搬移到相应的频段，实现可以分为两步:首先进行基带信号调制，然后上变频到所需的频段抗干扰性：主要体现通信系统的质量指标，即可靠性；调制信号具有较小的功率谱占有率;要求:功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量具有快速滚降特性，带外衰落大,旁瓣小频谱有效性：主要体现通信系统的数量指标，即有效性；频带利用率:bit/s/Hz二进制信息2FSK符间■■符间■■脉冲成型可以减少ISI和调制信号的带宽。移动通信中的脉冲成型技术：升余弦滚降滤波，高斯脉冲成型滤波器恒包络调制（调频方式FM）-FSK,CPFSK（连续相位移频键控）,MSK（最小移频键控）,GMSK（高斯最小移频键控）调相方式PM:移相键PSK,BPSK（二相移相键控）和QPSK四相移相键控，偏移QPSK（OQPSK），n/4QPSK调幅方式AM：正交幅度调制技术（QAM）数字调制技术：目的是使传输的数字信号与信道特性相匹配，便于有效的进行信息传输。信道编码:从消息到信道波形或矢量的映射.信道编码的目的是解决移动通信信道中造成的差错问题，常见的差错的控制有前向纠错（FEC）、反馈重传（ARQ）、混合纠错（HEC）■信道编码的实质:利用冗余降低差