移动通信导论

移动通信系统导论中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司2010年7月2010年新员工无线专业培训系列胶片1课程要求及主要内容移动通信的基本定义双工和多址方式蜂窝系统信息在系统中的处理移动通信系统发展历程常见的移动通信系统本课程主要介绍移动通信系统的基本概念、发展历史和关键技术。课程结束后，应当了解移动通信系统形成的基本要素和发展的驱动力，并清楚几种常见的移动通信系统的基本特征。课程要求主要内容移动通信基本定义有效性：尽可能少的资源传送尽可能多的信息。可靠性：抵抗各种人为和非人为干扰的能力。安全性：传输中的安全保密能力。衡量通信系统的主要方面追求更高的频谱利用率提供更大的用户容量提供个性化、智能化的服务支持更高速率的新业务降低对人体的危害性提供更高的通信质量移动通信系统的发展目标问题：移动通信相比固定通信的特点是什么？（用户移动、信道开放、信号时变）基本定义：移动通信是指通信双方或至少有一方在运动中所进行的信息交换，如移动体（车辆、船舶、飞行物或行人）与固定体之间，移动体与移动体之间的通信，均属于移动通信范畴。通信的内容：声音、文字、图像、视频。即人类五感当中听觉和视觉，至于触觉、嗅觉、味觉目前通信系统还无法做到传递。移动通信系统：用于完成上述移动用户之间信息传递和交换的全部设备的总和。移动通信系统的组成用户终端接入网核心网接入网用户终端业务承载网（GSM、TD-SCDMA……）传送网（PDH、SDH、PTN）核心网：负责对用户业务进行核心处理，包括用户位置控制、交换、鉴权、设备识别等功能。接入网：负责将业务从用户接入至核心网，或将业务从核心网接出至用户，是核心网与用户之间的通道。接入网只负责业务的接入以及通道资源管理和分配、对业务是不进行处理的。支撑管理网：包括网管系统和BOSS系统，作用是提高电信企业的运营效率支撑管理网（网管、BOSS系统等）空中接口空中接口空中接口—移动通信最特殊最复杂的部分由于移动通信系统的特点，决定了用户与网络之间必须采用自由空间作为信息传递的基本介质。无线信道从本质来讲，是随参信道，其传输函数h(,t)是“时变”的。h(,t)s(t)r(t)n(t)空间选择性衰落时间选择性衰落频率选择性衰落衰落干扰同频干扰邻频干扰阻塞干扰互调干扰多址方式—区分用户的方法SDMAOFDMA……..CDMATDMAFDMA在无线通信中，许多用户同时通话，以不同的无线信道分隔，防止相互干扰的技术方式称为多址方式。问题：多址方式的发展意味着什么?双工方式—没有最佳，只有适宜频分双工（FDD）（FrequencyDivisionDuplex)时分双工（TDD）

(TimeDivisionDuplex)TDD与FDD相比：TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率；TDD适用于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务；TDD上下行工作于同一频率，上下行特性相同;对定时、同步的要求高;上行数据下行数据时分双工/TDD频分双工/

FDD问题：TDD系统比FDD系统频谱利用率高吗？双工方式（duplexmode）：通信双方能够同时进行双向传送消息的一种通信方式。蜂窝系统----用可靠性换取有效性引入蜂窝概念是无线移动通信的重大突破，是一种系统级的概念。其思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大覆盖区），每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。其主要目的是为了在有限的频谱资源上提供更多的移动电话用户服务。－通过控制发射功率使得频谱资源在不同小区间重复利用，－通过将小区划分成更小的小区的方法（小区分裂）来增大系统的容量。蜂窝系统在几何上可以看出由六边形组成。形同蜂窝。频率再用距离：D小区半径：R频率再用因子：Q＝D/R不同多址体制的Q值：FDMA，Q＝7TDMA，Q＝3或4CDMA，Q＝1问题：1、为什么说蜂窝系统是用可靠性换取有效性？2、为何FDMA/TDMA/CDMA的频率再用因子不同？越区切换---因蜂窝系统而存在的概念

当一个移动台正在通话的时候，从一个基站移动到另一个基站，为了使通话不被中断，系统自动地将呼叫转移到新基站的信道上。这种切换操作不仅要识别一个新基站，而且要求将话音和信令信号分派到新基站的信道上，此过程不需要用户的介入。

由于切换受到衰落和干扰的影响，可能会不成功，如果不成功会导致掉话，因此切换成功率是无线网络的重点考核指标之一。

目前移动通信系统中的切换有：硬切换（GSM、WCDMA、TD-SCDMA）、软切换（WCDMA）接力切换（TD-SCDMA）信息在系统中的处理信源编码信道编码交织数据调制扩频调制跳频分集接收将信息变成码，关键是可靠型与有效性的均衡。增加差错冗余码，不同的差错敏感度采用办法不同。克服较长的突发误码，实际是克服时间选择性衰落。是将需要传输的信息编码搬移到适合传送的频带内。对数据调制后的编码进行扩频和加扰。射频跳变，实际是克服频率选择性衰落。利用不同多径分量信号的不相干性克服快衰落扩频通信定义扩频通信，即扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。香农公式：C＝B（1＋S/N），C为信道容量，B为信号带宽，S/N为信躁比。扩频通信利用了此公式的结论，在信道容量C不变的情况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换，即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件下获得比较满意的传输质量。问题：扩频通信牺牲了什么？换取了什么？移动通信的发展历史AMPSTACSNMT其它第一代80年代模拟模拟技术第二代90年代数字需求驱动GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC数字技术语音业务第三代IMT-2000WCDMACDMA2000需求驱动宽带业务TD-SCDMA麦克斯韦方程组——赫兹实验——马可尼无线电通信实验（1897）——1921年单工汽车无线电台——双工无线电台——蜂窝系统概念的出现WIMAX第一代蜂窝移动通信系统代表：欧洲的TACS和北美的AMPS多址方式：FDMA/FDD信道带宽：30KHz（AMPS）、25KHz（TACS）使用频率：800－900MHz语音调制：PM基站有效辐射功率：最大100W移动台发射功率：3W（AMPS），7-10W（TACS）控制信号调制方式：FSK控制信号码型：曼彻斯特编码缺少公共接口频谱利用率低保密性差不适合数据传送模拟蜂窝系统缺点第二代蜂窝移动通信系统第二代（2.5G）移动通信系统以数字传输、时分多址TDMA或码分多址CDMA为主体技术，采用FDD双工。是当前移动通信的主流。目前我国已进入商用的数字蜂窝系统主要有欧洲的GSM（2.5G加上了GPRS）、美国的CDMA。其中GSM采用TDMA，标准化程度高，进入市场早，已经非常的成熟目前被应用的最广泛；CDMA具有容量大、覆盖好、话音质量高的优点，（话音容量超过GSM系统3-4倍），但标准化程度较低，进入市场晚，没有GSM成熟。

代表：欧洲的GSM和北美的IS-95。使用频率：800－900MHz。多址方式：TDMA/FDMA/FDD(GSM)，CDMA/FDMA/FDD(IS-95)。传输速率：270.833kbps(GSM)，1.2288Mbps(IS-95)。调制方式：GMSK(GSM)，QPSK/OQPSK(IS－95)。语音编码：13kbpsRPE-LTP(GSM)，1200/2400/4800/9600bps变速率CELP(IS-95)。信道编码：1/2卷积码(GSM)，1/2卷积码/维特比译码（IS-95)。特点：具有数字传输的优点，话音质量提高，保密性提高，可以自动省际、省内漫游。

缺点：通信带宽有限，限制了数据业务的发展，也无法实现移动的多媒体业务，各国标准不统一，无法实现全球漫游。第三代移动通信系统(IMT-2000)IMT-2000(国际移动通信-2000)，意即该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kb/s，预期在2000年左右得到商用。最高传输速率：144kb/s（高速运动），384kb/s（步行速度），2Mb/s（室内环境）。四种代表性技术方案：欧洲和日本的WCDMA方案，北美的CDMA2000方案，中国CATT提出的TD-SCDMA方案、IEEE的WiMAX(全球微波互联接入)开环，闭环(最高200Hz)，外环开环，闭环(最高800Hz)，外环开环，闭环(最高1500Hz)，外环功率控制自适应多速率可变速率(basedonvoiceactivity)自适应多速率(basedonRFcondition)语音编码硬切换或接力切换软切换，频间切换，与IS-95间的切换软切换，频间切换，与GSM间的切换切换QPSKQPSK(前向)，BPSK(后向)QPSK(前向)，BPSK(后向)调制方式5ms子幀20ms等10ms幀长同步同步(需GPS)异步(不需GPS)or同步基站同步方式1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps码片速率TDDFDDFDD双工方式TDMA+CDMA单载波宽带直接序列扩频cdma单载波宽带直接序列扩频cdma接入方式1.6MHz1.25MHz5MHz信道间隔TD-SCDMAcdma20001XUMTSWimax全称为WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess,即全球微波互联接入。WiMAX的另一个名字是802.16。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMax四大优势优势之一，实现更远的传输距离。WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。优势之二，提供更高速的宽带接入。WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。优势之三，提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将Wi－Fi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。WiMax可为50公里线性区域内提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。优势之四，提供多媒体通信服务。由于WiMax较之Wi－Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。HSDPAHSUPAHSPA+和LTE3G4GHSDPA充分参考了cdma20001XEV-DO的设计思想与经验，新增加一条高速共享信道(HS-DSCH)，同时采用了一些更高效的自适应链路层技术。共享信道使得传输功率、PN码等资源可以统一利用，根据用户实际情况动态分配，从而提高了资源的利用率。自适应链路层技术根据当前信道的状况对传输参数进行调整，如快速链路调整技术、结合软合并的快速混合重传技术、集中调度技术等，从而尽可能地提高系统的吞吐率。应用新技术提高系统容量共享信道传输，快速调度快速重传和软合并