移动通信第一章.ppt

《移动通信第一章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《移动通信第一章.ppt（91页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、参考教材,1、李建东等，移动通信（第4版）.西安电子科技大学出版社,2、Rappaport T S，Wireless Communications Principles&Practice.Prentice Hall 电子工业出版社,3、吴伟陵等，移动通信原理（第2版）.电子工业出版社,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,移动通信的含义,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。,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。,未来通信目标,在全球范围内逐步实

2、现全球一网（统一的网络结构），每人一号（一个身份号码），在任何时间、任何地点（海、陆、空）以任何通信方式与任何对象（人或机器）进行任何业务（语音、数据、图像等）的无缝隙、不间断通信。,全球性骨干核心网络平台；,无时无处不在的灵活接入手段；,实现它主要包含：,我们的目标,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：从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）,正式开始算代,现代移动

3、通信的起步阶段。短波频段（工作于2MHz）;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。,美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。特点：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150MHz VHF频段;,移动通信发展概况,美国推出IMTS系统；采用大区制、中小容量

4、；无线频道自动选择并能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,第四阶段：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）。,正式开始算代,第五阶段：20世纪80年代中期开始,第二代移动通信系统（属于数字通信系统）代表：欧洲GSM、美国窄带CDMA（N-CDMA）,主要特点：频谱效率高；采用GMSK、QPSK等调

5、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！,3G系统与2G的根本不同在于：3G：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：采用电路交换技术。,第六阶段：从2000年前开始（IMT-2000）,第三代移动通信系统：可提供移动宽带多媒体业务！,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。,3G的业务：,3G的标准：,WCDMA,欧洲；CDMA2000,美国高通公司；TD-SCDMA,中国大唐电信；,IMT-2000 的基

6、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。,TDSCDMA发展历程,WCDMA发展历程,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,AMPS,TACS,NMT,其它,GSM,CD

7、MA,IS-95,TDMA,IS-136,PDC,第一代 80年代,模拟,第二代 90年代,数字,第三代,IMT-2000,WCDMA,cdma,2000,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-SCDMA,4G 标 准 LTE,任何达到或超过100Mbps的无线数据网络系统都可称为4G。,4G核心优势：高速率、低时延、大容量！,国外4G发展情况,诺西打通第一个准4G2009年5月18电信设备商诺基亚-西门子通过下一代移动通讯技术打了世界上第一个LTE电话。,全球首个正式商用4G网络2010年 北欧TeliaSonera率先完成了4G网络的建设

8、，并宣布开始在瑞典首都斯德哥尔摩、挪威首都奥斯陆提供4G服务，这也是全球正式商用的第一个4G网络。,日本在2009年就把4G牌照分发给日本几大移动运营商NTT Docomo、软银移动、KDDI和e-Mobile公司。,欧洲英国和法国正计划4G LTE无线网络的实验测试。而且法国已经完成价值12.6亿美元的首批4G牌照拍卖。,美国4G发展状况,国际上4G的发展以美国最为快速，看看这美国4G试点的分布图，涵盖了重点发达城市。,关于5G,5G与4G、3G、2G不同，5G并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术（4G后向演进技术）集成后的解

9、决方案总称。从某种程度上讲，5G是一个真正意义上的融合网络，是传输速率可以达到10Gbps的移动通信技术。与4G网络相比，5G网络不仅传输速率更高，而且在传输中呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点，低功耗能更好地支持物联网应用。关于5G的研究全球是从2012年开始，中国于2013年4月启动。5G何时能商用？2020年！日本运营商NTT DoCoMo 2013年10月表示，考虑在2020年东京奥运会前商用5G。,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7）4G的发展,我国移动通信发展概况,（1）A网和

10、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用户，到了1995年跃升到520万户。,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,（5）C 网的发展,C

11、DMA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,（6）3G的发展,2000年初开始3G的标准化工作;,TD-SCDMA无线传输技术是我国第一项ITU接纳的标准建议；,2009年1月7日，工业和信息化部发放 3 张 3G 牌照。,TD-SCDMA：中国移动 CDMA2000：中国电信 WCDMA：中国联通,核心频段120MHz：,我国三家运营商的3G频段,补充频段100MHz：2300-2400MHz。,基于FDD模式（cdma2000 和 WCDMA）,1

12、755-1785MHz，1850-1880MHz。,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；,（6）4G的发展,中国移动，2013.12.4 中国联通，2014.3.18 中国电信，2014.2.14,TD-LTE牌照,2013年12月4日，工信部正式向三大运营商发放TD-LTE 4G牌照，标志着中国4G时代的正式开启。,2015年2月27日工业和信息化部正式向中国电信、中国联通发放了FDD网络制式的4G经营许可。至此，全球TD-LTE和LTE-FD

13、D两种4G网络制式在我国全面铺开，高速网络时代随之到来，同时三大运营商也全面进入4G时代。,LTE-FDD牌照,中国电信,中国联通,2015.2.27,截至2014年底，我国已建成全球最大的4G网络，拥有4G用户达9728万户，其中90%以上是中国移动TD-LTE 4G制式的用户。,蜂窝电话系统的演进过程,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：,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

14、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。,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,由大气放电现象产生的天电干扰；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,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；,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，

15、信道的分配和管理，通信的计费、鉴权、安全保密管理，用户过区切换和漫游控制等。,带状网、面状网、立体状网；,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。,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,1.2.1 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。,移动台采用单

16、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,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。,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。,双工技术比较,频分双工技术,时分双工技术,FDD,TDD,：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。,双向通信，可以以频率分开，也可以一时间分开！,1.3 常用移动通信系统,无线电

17、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,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,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。,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

18、群相应的小区中还可以再用，这就是频率再用。,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,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,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：,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

19、）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。,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100 m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。,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,3、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、

20、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。,几种无绳电话系统的主要参数,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,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。,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：,4.集群系统的用途和特点,属专用移动通信网；,具有一定的限时功能；,主要业务是无线用户和无线用户之间

21、的通信；,一般采用半双工(现已有全双工产品)方式；,主要以改进频道共用技术提高系统的频率利用率。,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,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,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

22、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!,卫星轨道高度：780km，是同步轨道卫星的1/46；,手持终端在 L(1.0-2.0 GHz)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 1 m，高 2 m，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：,同步轨道移动卫星系统,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

23、技术信道机射频技术分集接收技术.,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,1.4 移动通信的基本技术,1.4.1调制技术,线性调制技术,恒定包络(连续相位)调制技术,包括PSK,QPSK,DQPSK,OK-QPSK,/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:其频谱利用率通常低于线性

24、调制技术。,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。,1.4.3 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/TDMA,FDMA/CDMA,TDMA/CDMA,未来移动通信系统中，为提高传输速率，可用OFDM

25、和 CDMA 相结合的多址方式。,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。,什么是分集技术？,为克服由多径干扰所引起的多径衰落，广泛采用分集技术，包括：,空间分集频率分集时间分集RAKE接收技术,1.4.5 组网技术,网络结构,网络接口,网络的控制与管理,移动通信系统结构。,数字蜂窝通信系统的网络结构,1.数字蜂窝通信系统的网络结构,MSC，BSC,BTS，MS，HLR，VLR，EIR，AUC，OMC。,2.网络接口

26、,无线接口,Um是人们最为关注的接口之一，移动通信网靠此接口完成MS和BS之间的无线传输的，它对移动环境中的通信质量和可靠性具有重要的影响。,Um接口协议模型,2.网络接口,第一层：物理层,它为高层信息传输提供无线信道，能支持在物理媒介上传输信息所需要的全部功能，如：,（1）频率配置；（2）信道划分；（3）传输定时；（4）比特或时隙同步（5）功率设定；（6）调制和解调等。,2、网络接口,2.网络接口,它向第三层提供服务，并接受第一层的服务。,第二层：数据链路层,为网络层提供必需的数据传输结构，并对数据传输进行控制。,主要功能：,2.网络接口,主要功能：管理链路连接，控制呼叫过程，支持附加业务和短消息业务，以及进行移动管理和无线资源管理等。,第三层：网络层,3.网络的控制与管理,接续过程,位置管理,无线资源管理,：漫游、越区切换等。,：信道分配方法。,呼叫接续过程,网络为用户呼叫配置所需的控制信道和业务信道；指定和控制发射机的功率；进行设备和用户的识别和鉴权；完成无线链路和地面线路的连接和交换；最终在主呼用户和被呼用户之间建立起通信链路，提供通信服务。,