概论03:移动通信系统.ppt
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1、一、移动通信系统概述二、移动通信发展简史三、蜂窝移动通信思想四、多址复用技术简介五、模拟移动通信系统六、数字移动通信系统七、3 G 移动通信系统八、WAP 和 GPRS简介,1,一、移动通信技术概述,1、什么是移动通信2、无线信道的主要特点3、电磁波传播方式4、三类不同的损耗5、无线通信三种效应6、多址干扰和其他干扰,2,1、什么是移动通信,通信双方或至少有一方具备或实际在移动中进行信息交换的通信。,3,2、移动无线通信的主要特点,通信的移动性无线方式或无线与有线通信的结合电波传输条件复杂电磁波的反射、绕射、折射等受到干扰相对严重火花噪声、工业噪声等,4,2、移动无线通信的主要特点,系统和网络
2、结构复杂本身是多用户系统,还要与其他通信系统连接要求频带复用率高无线电频率资源紧张,要尽量使资源得到充分使用,5,3、电磁波的传播方式,直射波在视距覆盖区无遮挡传播;反射波从不同物体反射后到达接收点;绕射波从较大的建筑物绕射后到达接收点;,6,4、电磁波的传输损耗,路径传播的损耗电波在自由空间传播所产生的损耗;快衰落损耗由多径传播产生,电磁波到达接收天线的路径不同,造成电信号的减弱,变化率相对较快。慢衰落损耗主要由绕射产生,变化率较慢,衰落的深度取决于信号的频率和障碍物的材料、结构;,7,5、无线传输的三种效应,阴影效应由大型建筑物的遮挡而形成在传播接收区域上的半盲区。远近效应发射机附近接收效
3、果好,远就差;多普勒效应高速运动引起,对快速数据传输影响较大。,8,1、移动用户高速运动和附近建筑物可产生多普勒频移。,2、远处小山、高大建筑物反射,电信号到达基站的路径较长。,3、基站附近建筑物反射,影响天线入射角。,基站,6、多址干扰和其他干扰,多址干扰产生于多个信源用户要求同时通信,而系统不能完全将它们隔离而引起的。其他干扰邻频干扰、工业干扰和太阳黑子干扰。,10,二、移动通信发展简史,1、麦克斯韦(1831-1879)预言了电磁波的存在 电磁场内周期性振动是能够发生的。这样的振动产生电磁波,它可以向宇宙空间延伸、传播。传播速度为30万公里/秒。,11,2、赫兹(1857-1894)证实
4、了电磁波的存在 赫兹利用自己设计的实验装置成功的证实了电磁波的存在,为无线电通信成为现实奠定了基础。物理学中频率的单位 Hz 就是以他的名字命名的。,12,3、无线电通信的问世 马可尼(1874-1937)1895年实现了2英里的无线电收发 1897年5月跨越海峡通信获得成功 1901年实现了跨越大西洋的通信 获得了1909年的诺贝尔物理学奖 波波夫(1859-1906)1894年实验中发现了天线的作用 1895年制作了完整的无线电收报机 1896年传送了第一份无线电报 5月7日被定为“无线电发明日”,13,4、最初的应用(20世纪20年代)船舶上用于海上救援、天气预报 完成飞机之间、飞机与地
5、面联系 警方车载无线电保持与总部联系 消防车替代火灾损坏的通信设备,14,频 段:采用短波频段,话音 质量差 元 件:采用电子管,体积大、设备笨 接续方式:人工交换,人工切换 频率 消耗功率:耗电量大,15,20世纪70年代我军师团级使用的短波电 台(仿美国产品)世纪,5、发展时期(20世纪40-60年代)频段:采用150-400MHz,话音质量较好 元 件:采用晶体管,体积 减小 接续方式:自动交换,自动切换 频率 消耗功率:消耗功率成倍减小,16,发展时期(20世纪70-80年代)个人无线寻呼系统问世 基于集成电路和计算机技术 第一代模拟移动电话问世 贝尔实验室推出蜂窝系统 概念之后,17
6、,6、现在与未来 第二代数字移动电话系统 已推广普及成为公众必备通信工具 第三代数字移动电话(3G)相应的方案、标准已公布,通信系 统已在运营中 第四代移动电话 标准制定、方案论证的试验阶段,18,三、蜂窝移动通信思想 什么是蜂窝系统 蜂窝系统的意义 蜂窝系统带来的技术难点,19,1、蜂窝移动通信思想,20,贝尔实验室提出,蜂窝原理,把移动通信的区域按照蜂窝形状划分成若干小区,而两个小区之间只要相隔一定距离,无线载频就可以重复使用。,背景:频率资源紧缺,无法满足众多用户的需要!,蜂窝移动通信思想,21,f1,f1,f2,f2,f2,f3,f3,f3,2、蜂窝思想的重大意义,频率重复使用一定程度
7、上解决了频率资源紧张问题,可以满足大容量的要求。容量可以通过配置调整用户密集的地方采用更小的蜂窝。可以缩短传输距离效果更有保证,发射功率可以减小;,22,3、蜂窝系统技术难点,定位与跟踪移动中用户通话、待机,如何更新位置。从关机到开机,系统怎样才能很快获得移动用户的位置?保持最佳接入系统必须对目前的连接作连续的质量评估,同时必须不断的测量相邻接入点的质量。,23,24,通常用户处于多个基站包围之中,那么最基本的问题:如何找到最佳接入点。,移动终端同时处于多个基站的监控之中,四、多址复用技术,频分多址技(FDMA)时分多址技(TDMA)码分多址技(CDMA),25,频分多址技术定义,当以传输信号
8、的载波频率 不同来区分信道建立多址 接入时,称为频分多址。,26,27,MSC,BS,MS1,MS2,f2,Fn,f,f3,频段概念:收音机和电视机,FDMA系统工作原理示意图,FDMA系统工作原理图,MSC,BS,MS1,MS2,MSn,频段概念:收音机和电视机,老式收音机电视机,28,时分多址技术定义,当以传输信号存在的时间不同来区分信道建立多址接入时称为时分多址。,29,30,时钟的重要性:只有严格同步才能完成分路的作用,TDMA系统工作原理示意图,MSC,BS,MS1,MSN,时隙,帧,码分多址技术定义,当以传输信号的码型不同来区分建立信道建立多址接入时,称为码分多址。,31,32,C
9、DMA通信系统既不分频道又不分时隙,无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。,CDMA系统工作示意图,MSC,MS1,MS2,MS3,BS,C1,C2,C3,C1,C2,C3,三种多址技术的比较,技 术 复用效率 抗干扰性 保密性FDMA 简 单 较 低 较 差 较 差TDMA 较复杂 较 高 较 好 较 好CDMA 复 杂 最 高 最 好 最 好,33,五、模拟移动通信系统,1、产生历史2、通信体制3、发展时期4、主要缺点,34,1、产生历史,初步构想产生于四十年代,但是由于当时的技术条件难以达到,只能作为一种设想。正式建议1971年12月,贝尔实验室向美国联邦通信委员会提出了蜂窝移
10、动通信系统HCMTS的建议,并获得批准。,35,2、三种通信体制,共同点:小区蜂窝、频分多址(FDMA)美国标准:1983年,AMPS系统,频率824894MHz欧洲标准:1985年,ETACS系统,频率900MHz日本标准:1988年,JTACS,频率860925MHz,36,3、发展时期,1981年:世界上只有五个国家建立蜂窝系统1985年:经过4、5年已经发展至十几个国家1987年:我国引进了TACS移动通信系统,37,手机照片,38,4、主 要 缺 点,通信制式复杂系统间没有公共接口,不能自动漫游;业务功能单一很难开展数据业务(用于话音);频谱效率低频谱利用率低,容量小(FDMA);安
11、全保密性差易被窃听,易做“假机”。,39,六、GSM移动通信系统,1、GSM移动通信系统的产生2、GSM移动通信系统的组成3、GSM移动通信系统关键技术4、GSM系统的主要电信业务5、GSM移动通信系统工作过程,40,1、GSM移动通信系统的产生,GSM系统(欧洲电信制定):Global System of Mobile,1990年开放性标准:没有设立专利障碍;100多个国家采用、能够国际漫游。复用方式时分多址复用TDMA;,41,2、GSM移动通信系统的组成,基站子系统(BSS)Base Station Subsystem 网络交换子系统(NSS)Net Switching Subsyste
12、m 移动台(MS)Mobile Station操作维护子系统 Operation and Maintenance Subsystem,42,2、GSM移动通信系统的组成(续),43,基站控制器(BSC),基站收发信台(BTS),基站子系统(BSS),负责无线传输含收发信机天线单元,进行无线信道分配开关机和越区管理,44,网络交换子系统(NSS),移动交换中心(MSC),归属位置寄存器(HLR),拜访移位寄存器(VLR),鉴权中心(AUC),交换并对移动网络管理,与VLR完成登记、切换,与HLR完成登记、切换,负责用户数据安全等,45,移动台(MS),手 机,SIM卡,存有认证客户身份所需的所有
13、信息,并能执行一些与安全保密有关的重要信息,以防止非法客户进入网路。,话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。,46,BSC具有对一个或多个BTS进行控制的功能,负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等。,BTS,BTS,MS,MS,BTS无线接口设备,它完全由BSC控制,主要负责无线传输,完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。,基站,基站控制器,47,鉴权中心,操作维护中心,访问用户位置寄存器,归属用户位置寄存器,交换中心,AC用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的功能实体。,OMC对整个网路进行管理和监控
14、。如各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。,BTS,BTS,MS,MS,48,HLR是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个客户都在HLR注册登记,它主要存储:1、客户参数;2、所处位置,交换中心,归属用户位置寄存器,BTS,BTS,MS,MS,VLR是存储MSC为了处理所管辖区域中MS(统称拜访客户)的来话、去话呼叫所需检索的信息,例如客户的号码,所处位置区域的识别,向客户提供的服务等参数。,GSM移动通信系统网络,49,TMSC1,TMSC1,TMSC1,TMSC2,TMSC2,TMSC2,TMSC2,MSC,MSC,MSC,MSC,一级汇接中心,一级汇接中心,一级汇接中心,二级
15、汇接中心,移动端局,移动端局,3、GSM移动通信系统的关键技术,时分多址技术 空间分集技术 保密安全技术,50,3、关键技术时分多址,TDMA技术多个的用户共用一个信道。多址方案在GSM中,无线路径上是采用TDMA。每一频点上可分成8个时隙,每一时隙为一个信道,因此,一个射频信道最多可有8个移动客户同时使用。,51,52,F1,F2,f2,f1,第一代采用频分多址方案,0 1 2 3 4 5 6 7,GSM采用时分多址方案,FDMA,TDMA,53,分集背景:多径传输的结果造成同样一个射频信号到达接收点时,信号相位不一致。,3、关键技术空间分集,解决方法:即在若干个支路上接收相互间相关性很小的
16、载有同一消息的信号,然后通过合并技术再将各个支路信号合并输出,那么便可在接收终端上大大降低衰落的概率。,3、关键技术保密技术,主要目的保护用户隐私和经济利益;保密方法1:信道中传输的信号和信令进行加密。保密方法2:引入了SIM卡,一卡和用户一一对应。SIM卡特点:客户与设备分离、通信安全可靠、成本低。,54,4、GSM系统主要的电信业务,电话业务 紧急呼叫业务 短消息业务SMS彩信业务MMS数据业务手机电邮业务,55,4、电信业务电话通信,电话业务经过GSM网和PSTN网,能为移动用户与移动用户之间、移动用户与固定网客户之间,提供实时双向通信。业务种类包括各种特服呼叫、各类查询业务和申告业务,
17、以及提供人工、自动无线电寻呼业务。,56,4、电信业务紧急呼叫,紧急呼叫业务119、110或120;可以依据客户所处基站位置,就近接入火警中心(119)、匪警中心(110)、急救中心(120)等。移动位置业务96年美国相关部门规定2001年10月,要求移动电话具备拨出紧急呼叫时,能够提供准确的位置信息。,57,巴萨耶夫,巴萨耶夫夫,4、电信业务短消息,短消息业务发送、接收和小区广播短消息业务。点对点:通常用于移动用户之间户互发 短信。短消息发送或接收可在任何状态 下进行。小区广播:移动通信网某一特定区域内广播具有通用意义的短消息,如道路交通信息、天气预报等。移动台可以收到广播消息,并显示广播短
18、消息。,58,4、电信业务彩信MMS,彩信业务(2002年移动推出)编辑和传送图象、声音、文本、动画等各种信息;手机到手机、手机到互联网、互联网到手机;如果配合摄像头,就可以即时拍照、即时传送,在第一时间与亲朋好友分享精彩动人的画面。,59,4、电信业务电邮业务,移动电子邮件终端(blackberry)相当于一部掌上电脑,利用移动网络收发电子邮件.RIM公司与中国移动合作 费用很高,目前只可能特殊用户使用。,60,5、GSM工作过程,1)客户状态2)周期性登记 3)位置更新 4)越区切换 5)寻呼过程6)手机漫游7)接续流程,61,1)GSM工作过程客户状态,MS开机网路对它作“附着”标记 M
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