资料移动通信之概论

移动通信之概论本文由huadashao502贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第1章移动通信概论章第1章移动通信概论章1.1移动通信概述1.2常用移动通信系统1.3移动通信发展概况和发展方向1.1移动通信概述1.1.11.1.21.1.31.1.41.1.51.1.61.1.7基本概念移动通信系统的组成移动通信的特点移动通信的分类移动通信的工作频段移动通信的工作方式移动通信的组网1.1.1基本概念移动通信，移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息传输和交换的通信方式。于运动中进行信息传输和交换的通信方式。移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电通信，因此，无线电通信，因此，无线通信是移动通信的基础，的基础，而无线通信技术的发展将推动移动通信的发展。动通信的发展。1.1.2移动通信系统的组成移动通信系统是移动体之间、移动通信系统是移动体之间、移动体和固定用户之间以及固定用户与移动体之间，定用户之间以及固定用户与移动体之间，能够建立许多信息传输通道的通信系统。能够建立许多信息传输通道的通信系统。移动通信包括无线传输、有线传输，移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收集、处理和存储等，的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备。动终端设备。1.1.2移动通信系统的组成图1-1移动通信系统的组成1.1.2移动通信系统的组成移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网（信网（PSTN、ISDN、PDN）互联。、、）互联。移动通信系统包括移动交换子系统（）、移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、操作维护管理子系统（）、基站子系操作维护管理子系统（OMS）、基站子系）、），是一个完整统（BSS）和移动台（MS），是一个完整）和移动台（），的信息传输实体。的信息传输实体。1.1.2移动通信系统的组成移动通信中建立一个呼叫是由BSS和SS共和共移动通信中建立一个呼叫是由同完成的；提供并管理MS和之间的同完成的；BSS提供并管理和SS之间的提供并管理无线传输通道，负责呼叫控制功能负责呼叫控制功能，无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所有的呼叫都是经由SS建立连接的建立连接的；有的呼叫都是经由建立连接的；OMS负负责管理控制整个移动网。责管理控制整个移动网。1.1.2移动通信系统的组成MS也是一个子系统。它实际上是由移动终也是一个子系统。也是一个子系统端设备和用户数据两部分组成的，端设备和用户数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备；端设备称为移动设备；用户数据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模块称为用户识别卡（据模块称为用户识别卡（SIM）。）。1.1.3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2．移动通信是在复杂的干扰环境中运行．3．随着移动通信业务量的需求与日俱增，．随着移动通信业务量的需求与日俱增，移动通信可以利用的频谱资源非常有限4．对移动台的要求高．5．通道容量有限．6．通信系统复杂．1.1.4移动通信的分类按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用对象可分为民用设备和军用设备；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；按多址方式可分为频分多址（）、时分多址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；）和码分多址（）按覆盖范围可分为广域网和局域网；按覆盖范围可分为广域网和局域网；按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；按业务类型可分为电话网、数据网和综合业务网；按工作方式可分为同频单工、异频单工、按工作方式可分为同频单工、异频单工、异频双工和半双工；按服务范围可分为专用网和公用网；按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模拟网和数字网。拟网和数字网。1.1.5移动通信的工作频段早期的移动通信主要使用VHF和UHF频段。和频段。早期的移动通信主要使用频段目前，大容量移动通信系统均使用800MHz目前，大容量移动通信系统均使用频段（），900MHz频段（AMPS、频段（频段（CDMA），），频段、TACS、GSM），并开始使用800MHz频），并开始使用、），并开始使用1频），该频段用于段（GSM1800/DCS1800），该频段用于），微蜂窝（微蜂窝（Microcell）系统。第三代移动通）系统。信使用2.4GHz频段。频段。信使用频段1.1.6移动通信的工作方式从传输方式的角度来看，从传输方式的角度来看，无线通信分为单向传输（广播式）和双向传输（应答式）。向传输（广播式）和双向传输（应答式）。单向传输只用于无线电寻呼系统。单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。输有单工、双工和半双工三种工作方式。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，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。分为同频单工和异频单工。1.1.6移动通信的工作方式图1-2单工通信1.1.6移动通信的工作方式图1-3双工通信1.1.6移动通信的工作方式半双工通信的组成与图1-3相似，半双工通信的组成与图相似，移动台采相似用类似单工的“按讲”方式，用类似单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，开关，发射机才工作，而接收机总是工作基站工作情况与双工方式完全相同。的。基站工作情况与双工方式完全相同。1.1.7移动通信的组网蜂窝式组网的目的是解决常规移动通信系统的频谱匮乏，容量小，服务质量差，统的频谱匮乏，容量小，服务质量差，频谱利用率低等问题。谱利用率低等问题。蜂窝式组网理论为移动通信技术的发展和新一代多功能设备的产生奠定了基础1．无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射．蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。称为蜂窝小区。一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户。在较小的区域内设置相当数量的用户。根据不同制式系统和不同用户密度挑选不同类型的小区。同类型的小区。1．无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射．基本的小区类型如下。基本的小区类型如下。超小区：小区半径r超小区：小区半径>20km，适于人口稀少的农村地区。，适于人口稀少的农村地区。宏小区：小区半径r宏小区：小区半径=1km～20km，适于高速公路和人口～，稠密的地区。稠密的地区。微小区：小区半径r微小区：小区半径=0.1km～1km，适于城市繁华区段。～，适于城市繁华区段。微微小区：小区半径r微微小区：小区半径<0.1km，适于办公室、家庭等移，适于办公室、动应用环境。动应用环境。当蜂窝小区用户数增大到一定程度而使准用频道数不够用采用小区分裂将原蜂窝小区分裂为更小的蜂窝小区，时，采用小区分裂将原蜂窝小区分裂为更小的蜂窝小区，低功率发射和大容量覆盖的优势十分明显。低功率发射和大容量覆盖的优势十分明显。2．频率覆盖．蜂窝系统的基站工作频率，蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度，够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。重复使用同一组工作频率，称为频率复用。采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，采用频率复用大大地缓解了频率资源紧缺的矛盾，增加了用户数目或系统容量。增加了用户数目或系统容量。频率复用所带来的问题是同频干扰。频率复用所带来的问题是同频干扰。同频干扰的影响并不与蜂窝之间的绝对距离有关，同频干扰的影响并不与蜂窝之间的绝对距离有关，而是和蜂窝间距离与小区半径比值有关。而是和蜂窝间距离与小区半径比值有关。3．多信道共用和越区切换．由若干无线信道组成的移动通信系统，由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量的用户共同使用仍能满足服务质量的信道利用技术，称为多信道共用技术。信道利用技术，称为多信道共用技术。为了保证通话的连续性，为了保证通话的连续性，当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，动台进入相邻无线小区时，移动通信系统必须具备业务信道自动切换到相邻小区基站的越区切换功能，即切换到新的信道上，站的越区切换功能，即切换到新的信道上，从而不中断通信过程。从而不中断通信过程。4．无线通信优势与有线网络优势的理想互．联移动信息通过基站和移动业务交换中心进入公众电信网或其他移动网，入公众电信网或其他移动网，实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户，户与市话用户、移动用户与移动用户，以及移动用户与长途用户之间的通信。及移动用户与长途用户之间的通信。互联使移动无线网适应公众网的质量标准，互联使移动无线网适应公众网的质量标准，突破业务区域限制，突破业务区域限制，也使公众网的服务范围得到扩大和延伸。围得到扩大和延伸。1.2常用移动通信系统1.2.11.2.21.2.31.2.41.2.5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1.2.1蜂窝移动通信系统早期的移动通信系统是在其覆盖区域中心设置大功率的发射机，设置大功率的发射机，采用高架天线把信号发送到整个覆盖地区（号发送到整个覆盖地区（半径可达几十公里）。这种系统的主要矛盾是同时能提供给用户使用的信道数极为有限，使用的信道数极为有限，远远满足不了移动通信业务迅速增长的需要。动通信业务迅速增长的需要。1.2.1蜂窝移动通信系统图1-4大区覆盖与小区覆盖1.2.1蜂窝移动通信系统蜂窝通信网络把整个服务区域划分成若干个较小的区域（个较小的区域（cell，在蜂窝系统中称为小，），各小区均用小功率的发射机各小区均用小功率的发射机（区），各小区均用小功率的发射机（即基站发射机）进行覆盖，站发射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一即覆盖）任意形状的服务地区，样能布满（即覆盖）任意形状的服务地区，如图1-4（）所示。如图（b）所示。1.2.1蜂窝移动通信系统相邻小区不允许使用相同的频道，相邻小区不允许使用相同的频道，否则会发生相互干扰，称同道干扰。发生相互干扰，称同道干扰。蜂窝通信既能满足大的无线覆盖区和高速移动用户的要求，又能满足高密度、移动用户的要求，又能满足高密度、低速移动用户的要求，移动用户的要求，同时还可满足室内用户的要求，从而使蜂窝通信向个人通信发展。的要求，从而使蜂窝通信向个人通信发展。1.2.1蜂窝移动通信系统表1-1系统名称无线频段/MHz收发间隙/MHz频带宽度/MHz频率间隙/kHz基站发射功率（W）小区半径（km）车台手机市区郊区AMPS美国9004525×2304030.62～710～20FMFSK10kbit/s几种模拟蜂窝移动通信系统的性能参数TACS英国9004525×2251004～100.6～1.61～4<15FMFSK8kbit/s450104.5×22550152420FMFSK1.2kbit/sNMT北欧NMT-450NMT-9009004525×212.525,6,1.562210FMFSK1.2kbit/s450104.4×2202015－>225FMFSK5.28kbit/s8005525×212.525.5112～35～10FMFSK2.4kbit/sC-450德国NTT日本语音调制方式数字信令调制方式及速率1.2.2无绳电话系统无绳电话是一种以有线电话网为依托的通信方式，是有线电话网的无线延伸。信方式，是有线电话网的无线延伸。无绳电话具有发射功率小、省电、无绳电话具有发射功率小、省电、设备简价格低廉、使用方便等优点，单、价格低廉、使用方便等优点，因而发展十分迅速，展十分迅速，目前已经形成了多种数字式无绳电话系统。无绳电话系统。1.2.2无绳电话系统图l-5无绳电话系统示意图1.2.2无绳电话系统欧洲数字无绳电话系统（欧洲数字无绳电话系统（DECT））个人手持电话系统（个人手持电话系统（PHS））个人接入通信系统（个人接入通信系统（PACS））在我国应用比较广泛的“小灵通”在我国应用比较广泛的“小灵通”采用了PHS协议，是属于无绳电话衍生的通信手协议，协议段。1.2.3集群移动通信系统集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。集群移动通信系统属于调度系统的专用通信网。集群移动通信系统采用的基本技术是频率公用技术。集群移动通信系统采用半双工工作方式。集群移动通信系统采用半双工工作方式。集群移动通信系统主要以无线用户为主，集群移动通信系统主要以无线用户为主，即以调度台与移动台之间的通话为主。度台与移动台之间的通话为主。集群移动通信系统属于专用移动通信网，集群移动通信系统属于专用移动通信网，适用于在各个行业（或几个行业合用）在各个行业（或几个行业合用）中间进行调度和指挥，指挥，对网中的不同用户常常赋予不同的优先等级。1.2.4移动卫星通信系统卫星通信具有全球范围的覆盖区，卫星通信具有全球范围的覆盖区，信道稳可靠及系统容量大等优点，定、可靠及系统容量大等优点，从诞生至得到了迅猛发展。今，得到了迅猛发展。通过卫星为移动台及手机提供移动通信服务而构成移动卫星通信系统（MSS）。）。MSS是以是以VAST和地面蜂窝移动通信为基础，和地面蜂窝移动通信为基础，是以和地面蜂窝移动通信为基础结合空间卫星多波束技术及星上处理、结合空间卫星多波束技术及星上处理、计算机等高新技术而构成的超越时空的全球个人通信网。个人通信网。1.2.5分组无线网分组无线网是一种利用无线信道进行分组交换的通信网络，交换的通信网络，即网络中传送的信息要分组”或称“信包”以“分组”或称“信包”（有时简称为基本单元。“包”）为基本单元。分组是由若干比特组成的信息段，分组是由若干比特组成的信息段，通常包包头”正文”两部分。含“包头”和“正文”两部分。包头中含有该分组的源地址（起始地址）、包头中含有该分组的源地址（起始地址）、宿地址（目的地址）和有关的路由信息，宿地址（目的地址）和有关的路由信息，正文是真正需要传送的信息。正文是真正需要传送的信息。1.2.5分组无线网分组传输方式是存储转发方式的—种分组传输方式是存储转发方式的种，用户终端必须先把要传送的信息存储、分段、户终端必须先把要传送的信息存储、分段、加上包头以构成分组，加上包头以构成分组，才能送上无线信道进行传输。进行传输。这一过程必然要产生额外的时间延迟，这一过程必然要产生额外的时间延迟，因此，分组无线网特别适用于实时性要求不严和短消息比较多的数据通信。严和短消息比较多的数据通信。分组传输能适应不同网络结构的应用。分组传输能适应不同网络结构的应用。常见的网络结构有星状结构和分布式结构。见的网络结构有星状结构和分布式结构。1.2.5分组无线网系统（（1）ARDIS系统（先进的无线电数据信息）系统设备）。设备）。系统（（2）Mobitex系统（全国性互联的集群无）系统线电网络）。线电网络）。系统（（3）CDPD系统（蜂窝数字分组数据）。）系统蜂窝数字分组数据）。系统（（4）TETRA系统（全欧集群无线电）。）系统全欧集群无线电）。（5）第二代北美数字蜂窝）第二代北美数字蜂窝IS-54和IS-95系和系统1.2.5分组无线网表1-2系频段统ARDIS800波段45kHz间隔基站到移动台/MHz移动台到基站/MHz几种移动数据设备的特性和参数Mobitex935～940896～901①CDPD869～894824～849IS-95869～894824～849TETRA400/900波段RF信追间隔/kHz信道接入/多用户接入调制方式信道比特率/（kbit/s）分组长度开放结构专用或公用服务地区覆盖类型25FDMA/DSMAFSK,4-FSK19.2可达256字节（HDLC）否专用主要城市地区室内和移动②12.5FDMA/动态S-ALOHAGMSK8.0可达512字节是专用主要城市地区室内和移动③30FDMA/DSMAGMSK19.224bH～928bH是公用所有AMPS地区移动12.5FDMA/CDMA-SS4-PSK/DSSS9.6（分组业务特定）是公用所有CDMA蜂窝地区移动⑤25FDMA/CDMA④和SAPRπ/4-QDPSKπ/436192bit（短）384bit（长）是公用欧洲集群无线电地区移动注：①美国的频率分配（在英国使用380MHz～450MHz波段）；②DSMA数据检测多址；③S-ALOHA时隙ALOHA；④SAPR时隙ALOHA分组预约；⑤DSSS直接序列扩频。1.3移动通信发展概况和发展方向1.3.1移动通信发展概况1.3.2第三代移动通信1.3.3移动通信的发展方向1.3.1移动通信发展概况第一阶段从20世纪年代至年代，第一阶段从世纪20年代至年代，为早期发展世纪年代至40年代阶段。阶段。第二阶段从20世纪年代中期至60年代初期世纪40年代中期至年代初期。第二阶段从世纪年代中期至年代初期。第三阶段从20世纪年代中期至70年代中期世纪60年代中期至年代中期。第三阶段从世纪年代中期至年代中期。第四阶段从20世纪年代中期至80年代中期世纪70年代中期至年代中期。第四阶段从20世纪70年代中期至80年代中期。第五阶段从20世纪年代中期开始至20世纪末世纪80年代中期开始至世纪末，第五阶段从世纪年代中期开始至世纪末，这是数字移动通信系统发展和成熟的时期。这是数字移动通信系统发展和成熟的时期。第六阶段起自2000年左右，此时伴随着对第三代年左右，第六阶段起自年左右移动通信的大量论述，以及2.5G产品产品GPRS系统移动通信的大量论述，以及产品系统的过渡，走上了通信舞台的前沿走上了通信舞台的前沿。的过渡，3G走上了通信舞台的前沿。1.3.2第三代移动通信第三代移动通信系统是一种能提供多种类高质量的多媒体业务，型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游功能，缝覆盖，具有全球漫游功能，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。任何地点进行任何种类的通信系统。第三代移动通信系统最早于1985年由年由ITU提第三代移动通信系统最早于年由提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统），1996年更名为国际移动通（FPLMTS），），年更名为国际移动通信-2000（IMT-2000）。（）。1.3.2第三代移动通信IMT-2000CDMA-DS，即WCDMA。，。IMT-2000CDM