第1章 无线通信概述

无线通信授课教师：刘劲乔布斯传奇人生开场白

教学目标参考书目教学计划考试问题教学目标

教学目标：讲授移动无线通信的基本概念、基本技术和移动无线通信系统基本构成和工作原理。教学要求：掌握现代无线通信的基本概念、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、了解现代移动通信的关键技术、了解重要的移动无线通信系统。教材《无线通信》[美]MischaSchwartz著，许希斌、李云洲译，电子工业出版社“国外电子与通信教材系列”价格：39元参考书目1《无线通信与网络》

李锵、郭继昌等译，电子工业出版社全书将蜂窝移动通信与网络的基本内容（信号设计，信道特性，接收机结构，多址接入技术，移动蜂窝网，系统容量的增加，移动性管理，无线/有线网络互联）融合交织在一起，进行了统一且系统的讲述，并附有大量的说明性实例。价格：28.0参考书目2《无线通信原理与应用》第二版；周文安、付秀花等译，电子工业出版社特点：国外电子与通信教材系列(（美）拉帕波特（Rappaport,T.S.），本书是一本高等学校无线通信课程的权威教材。全书深入浅出地讨论了无线通信技术与系统设计方面的内容，包括无线网络涉及的所有基本课题（特别是3G系统和无线局域网），并且讲解了无线网络技术的最新发展和全球主要的无线通信标准。价格：49.0参考书目3《蜂窝通信》

邬国扬、孙献璞编著，西安电子科技大学出版社特点：系统地阐述了蜂窝网通信的基本原理、关键技术和典型的蜂窝网通信系统，较充分地反映了当代蜂窝网通信的现状和发展趋向。价格：23.0考试问题

平时成绩30分：出勤15分作业15分试卷成绩70分：开卷考试移动无线通信基础第一章概述主要内容

研究对象

移动无线通信的基础知识

-定义

-发展概况

-特点

-分类

-常用移动无线通信系统与频谱资源管理

-基本技术标准化组织

本书概述思考题研究对象

无线蜂窝网络：局域网、个域网返回定义

无线通信

-以“无线电波”作为媒体进行信息交换的通信称为无线通信。

-例如：无线电波、红外线、激光等。

移动无线通信

-通信的一方或双方在运动状态中进行信息传递的通信方式。换句话说，移动通信要解决因为人的移动而产生的动中通信问题。

-终端的移动性：手机、车载台第一章概述返回发展概况——发端塞缪尔·莫尔斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872）1837年，莫尔斯发明了第一台电报机。1876年，贝尔发明了有线电话。贝尔（1847-1922）发展概况——发端麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。麦克斯韦(JamesClerkMaxwel1831～1879)英国物理学家发展概况——发端第一章概述1887年，赫兹建立了第一个无线电实验室。赫兹（1857-1894）德国物理学家发展概况——发端第一章概述马可尼（1874-1937）意大利科学家马可尼正在调试无线电装置

马可尼在1899年和1901年分别实现了横跨英吉利海峡和大西洋的通信。这些成功使无线电被广泛用于船只和船只之间以及船只海岸之间利用莫尔斯电码进行的通信。人们称其为“无线电之父”。发展概况——发端

早期的无线系统使用的是原始但功率很强的间歇放电发射器，它仅适用于无线电报。德福雷斯特(DoForest)在1906年发明了真空三极管，它允许对连续波信号进行调制，并可用于语音传输。1920年商业化的无线广播在美国和加拿大开始运营。早期的无线发射器过于笨重，不便于安装在运输工具上。第一章概述发展概况——发端1.第一阶段：起步阶段（20~40年代）

1928年，美国底特律警察使用的车载无线电系统（单向），工作频率为2MHz，标志着移动无线通信的开始。

30年代初，第一个双向移动系统在新泽西的贝尼尔警察局投入运行（半双工）。1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中第一个大分水岭，大大提高了灵敏度，具有“捕获效应”能更有效地对抗“快衰落”或波动性，因此很快便取代了AM方式，获得广泛应用。特点：主要使用短波频段，电子管设备，专用系统第一章概述发展概况——发展史2.第二阶段：公用网初期阶段（40中-60初）在此阶段，移动电话需求强烈，专用移动无线电话系统广泛应用于警察、出租车、新闻、调度等方面，并开始出现公用汽车移动无线电话系统。1946年，Bell实验室在圣路易斯建立第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”，频率150MHz。特点：专用网过渡至公用移动网；半双工方式；人工接续；网络容量小。1947年，Bell实验室提出了蜂窝的构想。第一章概述发展概况——发展史3.第三阶段：公用网改善与完善阶段（60中~70中）60年代中期，美国推出了先进移动电话业务——IMTS，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制，实现了无线频道自动选择，并能够自动接续到公用电话，是模拟FM技术达到了30年发展的顶峰。德国也推出了具有相同技术水平的B网。特点：大区制、中小容量、自动选频、自动接续第一章概述发展概况——发展史4.第四阶段：公用网蓬勃发展的阶段（70中~80中）1978年底，Bell实验室研制成功了模拟蜂窝移动通信系统-“高级移动电话业务AMPS”，大大提高了系统的容量。第一代移动通信系统：1983年美国芝加哥的AMPS，1980年北欧的NMT，1979年日本东京、神户、大阪的HAMTS、1985年英国伦敦的TACS等。使用频段为800/900MHz。第一章概述发展概况——发展史4.第四阶段：公用网蓬勃发展的阶段（70中~80中）特点：蜂窝网、大容量、模拟网缺点：各系统间没有公共接口；业务种类单一；频谱利用率低；安全保密性差

第一章概述发展概况——发展史5.第五阶段：数字移动通信系统发展和成熟时期（20世纪80年代中至90年代末）特点：传输的所有业务信息均采用数字的形式，并且还发展了一些新的多址方式，如时分多址／频分双工（TDMA/FDD）、CDMA等，提供除话音外的多种业务。第二代数字蜂窝网络（2G）

-2个TDMA标准：

IS-136：D-AMPSGSM：全球移动通信系统

-1个CDMA标准：IS-95第一章概述发展概况——发展史6.第六阶段：3G（2000年至今）2.5G移动通信网络

-特点：更高速的数据传输；无线应用协议WAP-标准：GSM——通用无线分组业务GPRS、高速电路交换数据HSCSD、演进的增强数据传输速率的通用分组无线业务EDGEIS136、PDC——GPRS、EDGEIS-95——IS-95B3G移动通信网络

与2G根本的不同：CDMA与分组交换技术第一章概述发展概况——发展史6.第六阶段：3G（2000年至今）4GorBeyond3G-广带接入(broadband)和分布网络

-超过2Mb/s的非对称数据传输能力

-广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作广播网络第一章概述返回发展概况——发展史移动无线通信的挑战无线信道第一章概述用户的移动性主要特点1.电波传播条件恶劣第一章概述两种衰落模型：大尺度衰落小尺度衰落原因：高层建筑的绕射损耗多径衰落距离影响主要特点2.具有多谱勒效应移动台处于运动中时，接收信号会产生附加频率变化，即多普勒频移。多普勒频移与移动台运动速度、工作频率及电波与移动方向夹角的关系：第一章概述3.噪声与干扰

噪声：内部噪声、人为噪声、环境噪声

同频干扰与邻频干扰第一章概述主要特点主要特点4.频谱资源紧缺频谱管理中国移动通信公司GSM使用的频段

-900MHz（上行905-915；下行950-960）

-1800MHz（1710-1785；1805-1880）解决办法：

-开辟和启用新频段

-研究新技术提高频谱利用率第一章概述主要特点5.建网技术复杂位置登记：归属位置寄存器（HLR）与访问位置寄存器（VLR）记录用户行踪。过区切换提供不同地区、不同运营商网络之间的漫游。用户安全与网络安全的鉴权。6.移动通信设备需适于在移动环境中使用第一章概述返回移动通信的分类按通信工作方式：单工、双工（FDD、TDD）、半双工（同频、异频）按多址方式：FDMA、TDMA、CDMA等按信号形式：模拟网、数字网按组网形式：大区制、小区制按覆盖范围：城域网（MAN）、局域网（LAN）、个域网（PAN）、车域网（VAN）第一章概述移动无线通信的分类按承载业务类型：电话网、数据网、综合业务网、多媒体按服务特性：专用网、公共网按使用环境：陆地、海上、空中按使用对象：民用、军用按系统应用：无线寻呼、无绳电话、公用电话/数字、调度（集群）第一章概述返回单工通信发射机接收机送受话器发射机接收机送受话器电台甲电台乙f1(f1)f1(f2)f1(f1)f1(f2)同频单工和异频单工双工通信f1f2f1f2基站移动台发射机接收机送受话器发射机接收机送受话器双工器双工通信发送接收收发保护频段f频分双工（FDD）时分双工（TDD）发送发送接收接收t保护时间间隔……上下行链路的概念由于移动性的要求，移动台的天线高度和发射功率都要受到限制，为了保证用户之间能够有足够的通信距离，同时也为了便于系统的管理和交换，通常采用基站转发的工作模式。基站上行链路下行链路下行链路上行链路返回大区制与小区制的概念大区制：采用一个基站覆盖整个服务范围基站：高架天线（数十米~数百米）大功率发射机（几十~几百瓦）移动台：几十~几百部、天线低、发射功率小覆盖半径：几十公里问题：上行信号差解决办法：分集接收特点：系统简单、容量小第一章概述BS大区制与小区制的概念大区制：采用一个基站覆盖整个服务范围基站：高架天线（数十米~数百米）大功率发射机（几十~几百瓦）移动台：几十~几百部、天线低、发射功率小覆盖半径：几十公里问题：上行信号差解决办法：分集接收特点：系统简单、容量小第一章概述BSRRRR大区制与小区制的概念小区制：多个基站增大覆盖面积，频率复用基站：小功率发射机（5~10W）形式：带状、面状、立体状特点：系统复杂、容量大返回常用移动通信系统1.蜂窝移动通信系统常用移动通信系统2.无绳电话系统

CordlessTelephone（CT）普通话机座机用户线市话局PHS个人手持电话系统常用移动通信系统3.集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网半双工工作方式与有线用户无接口4.移动卫星通信系统MSS

覆盖海上、空中和地形复杂而人口稀疏的地区以低轨道通信卫星（LEO）为主如：Motorola公司的铱星系统、Global-star、Ddyssey、ELLIPSO、Aries等。常用移动通信系统5.分组无线网利用无线信道进行分组交换的通信网络。分组传输方式是一种存储转发方式，网络中传送的信息以“分组”(Packet)为基本单元。适用于实时性要求不高的数据通信。如：ARDIS系统（先进的无线电数据信息系统）

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）

IS-54和IS-95系统（第二代北美数字蜂窝）频谱资源的管理国际电联定义3000GHz以下的电磁频谱为无线电磁波的频谱；ITU当前只划分了9kHz-400GHz范围，实际使用的在几十GHz以下，蜂窝移动通信工作在3GHz以下；今天的移动通信频谱利用率较早期的提高了上100倍。频谱资源的管理

几个代表性系统所占的频谱

1.蜂窝移动电话系统系统上行频率/MHz下行频率/MHzTACS(1G模拟)890~905935~950GSM900905~915950~960DCS18001710~17851805~1880N-CDMA824~849869~894频谱资源的管理2.卫星移动通信系统WARC-92为卫星移动业务划分的频率空到地链路频率/MHz1525~15302170~22002483.5~25002500~25201613.8~1626.5共84.2地到空链路频率/MHz1610~1626.51980~20102670~2690共66.5频谱资源的管理3.无绳电话系统频率/MHz双工方式载频间隔/kHzDECT(欧洲)1880~1990TDD1728PHS(日本)1895~1919TDD300PACS(美国)1850~1910/1930~1990FDD300PHS(中国)1900~1915TDD300频谱资源的管理4.GPRS

GSM900、1800和1900MHz三个频段。5.3G1992年：230MHz1885~2025MHz，2110~2200MHz

其中语音162MHz（71%），非语音65MHz（29%）2000年：世界无线电大会针对未来数据发展需求进行了扩展

806~960MHz，1710~1885MHz，2500~2690MHz返回移动通信基本技术1.移动信道中电波传播特性2.调制技术3.多址技术4.抗干扰措施5.组网技术返回标准化组织1.国际无线电标准化组织国际电信联盟ITU综合秘书处国际频率登记委员会IFRB国际无线电咨询委员会CCIR国际电话电报咨询委员会CCITT1993年改组后的ITU无线通信组（前CCIR和IFRB）ITU-R电信标准化组（前CCITT）ITU-T电信开发组（BDT）标准化组织2.欧洲共同体（EC）的通信标准化组织欧洲邮电管理协会CEPT欧洲电信标准协会ETSI标准化组织3.北美地区的通信标准化组织电子工业协会EIA电信工业协会TIATR45、TR45.3、TR45.5美国国家标准协会ANSI的电信委员会TI返回组网形状第一章概述带状网蜂窝网特点：有向天线，小区形状扁圆形；频率复用（双频制、三频制）；小区呈线状排列特点：小区形状正六边形；网络覆盖类似于蜂窝；频率复用。返回本书概述第1章介绍与综述第2章无线介质中传播现象的特性第3章小区基本概念和信道分配第4章动态信道分配和功率控制第5章调制技术第6章多址接入技术：

FDMA,TDMA,CDMA系统容量比较第一章概述本书概述第7章检错纠错编码第8章第二代数字无线系统帧第9章性能分析：准入控制和切换第10章2.5G/3G无线移动通信：分组数据交换第11章蜂窝系统接入和调度技术第12章无线局域网和个域网络第一章概述思考题简述移动无线通信的特点。简述移动无线通信网络的发展趋势。了解中国移动通信的发展历程。第一章概述邻频干扰与同频干扰

邻频干扰是指相邻频道或邻近频道信号之间的相互干扰。同频干扰：频率再用引起的相互干扰。第一章概述返回我国蜂窝移动通信系统的频率第一章概述系统或使用部门上行频率/MHz下行频率/MHz中国联通CDMA825~835870~880中国移动GSM室内分布系统