移动通信期末总结1

第一章绪论第一节移动通信的定义和应用一、移动通信的概念1．定义：是指通信双方至少有一方在移动中（或者停留在某一非预定的位置上）所进行的信息传输和交换。移动体与固定点之间、移动体之间信息的交换都可以称为移动通信。移动体可以是人，也可以是车、船、飞机等处在移动状态中的物体。2．移动性的两种类型：用户移动性：用户可以随便走动，服务会跟随。设备便携性：保证设备在移动时仍可进行通信。3、区分：无线通信和移动通信无线通信移动通信举例××台式计算机×√酒店中的笔记本√×历史建筑物的无线局域网√√移动电话二．移动通信的主要特点（1）移动通信必须利用无线电波进行传输（2）移动通信是在复杂的干扰环境中进行的（3）移动通信可以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（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（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三．无线通信的工作方式（1）单工通信：是指通信双方电台交替地进行收信和发信的工作方式。常用于点对点通信。分为：同频单工、异频单工（差异仅仅是收发频点不同）优点：收发信机轮流工作，故收发天线可共用、收发信机中的某些电路也可共用。电台设备简单、省电。缺点：不灵活，一方发送时另一方只能接收，而且无法通知其停止发送（2）双工通信：是指通信双方可同时传输消息的工作方式，也称为全双工通信。基站的发射机和接收机分别使用一副天线，移动台限于尺寸，通过双工器共用一副天线。双工器又称天线共用器，既要将发射和接收相隔离，将微弱信号耦合进来，又要将较大的发射功率馈送出去。结构：2个输入，1个输出优点：工作方式方便（和普通电话类似），接收和发送可同时进行。缺点：发射机总是工作，电源消耗大，这对以电池为能源的移动台是很不利的。此问题的解决方案：要求移动台的接收机始终保持工作状态，而发射机仅在发话时才工作。这样构成的系统称为准双工系统。这种准双工方式目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。（3）半双工通信：移动台采用单工的“按-讲”方式（即按下“按-讲”开关，发射机工作，接收机则一直工作），基站采用双工方式。半双工通信是介于单工通信和全双工通信之间的一种通信方式。移动台的工作情况与单工通信时相似，采用“按-讲”方式，即按下“按讲”开关，发射机才工作，而接收机总是在工作。基站的工作情况与全双工通信时相似，只是可以采用双工器，使收发信机共用一副天线。半双工通信的特点是：设备简单，功耗小，克服了单工通信断断续续的现象，但操作仍不太方便。半双工方式主要用于专业移动通信系统中，如汽车调度等。第二节无线通信简史一、通信的产生二、标准化组织国际电信联盟是联合国的一个专门机构，也是联合国机构中历史最长的一个国际组织，简称“国际电联”或“ITU”，InternationalTelecommunicationUnion。这个国际组织成立于1865年5月17日，起初名为“国际电报联盟”。那今天的“517国际电信日”就是这样来的。国际电信联盟的实质性工作由三大部门承担，它们是：（1）ITU标准化部门（ITU-T），主要职责是完成国际电信联盟有关电信标准化的目标、使全世界的电信标准化。（2）ITU无线电通信部门（ITU-R），主要职责是无线领域的标准化。ITU-R定期召开世界无线电会议，讨论频率规划。（3）ITU电信发展部门三、发展历程总结（每个阶段代表体制及特点）第一阶段：20世纪20年代至40年代现代移动通信的起步阶段第二阶段：20世纪40年代中期至60年代初期，各种公用移动通信系统相继建立第三阶段：20世纪60年代中期至80年代中期改进和完善的阶段第四阶段：20世纪80年代中期至20世纪末2G发展和成熟的时期第五阶段：20世纪末至今3G时代到来运营商合并方式：为了迎接到来的3G实施，08年中国电信运营商实施了第三次历史性的重组中国铁通并入中国移动——中国移动中国电信购买中国联通的C网，并将卫通并入——新电信中国联通与中国网通合并——新联通牌照发放时间：2009年1月7日下午2：30，工业和信息化部在内部举办小型牌照发放仪式，即中国移动——获得国产3G标准TD-SCDMA运营牌照新联通——获得欧美大规模成功实施的WCDMA运营牌照新电信——获得日韩成功实施过的cdma2000运营牌照第二章无线传输第一节无线传输的频谱无线传输可以使用许多不同的频段，每一个频段都有其有利和不利的因素。频谱划分（从300Hz——略高于300THz）信号的传输、检测和干扰范围和有线网络一样，无线网络也有发射机和接收机。但是一旦和信号传播相联系，这两种网络就会有明显的区别。传输范围：接收机可以检测到信号，并且可以通信（达到了通信允许的低误码率）检测范围：接收机可以检测出信号，但难以通信（误码率太高）干扰范围：接收机检测不到信号（但夹杂在背景噪声中，干扰其他信号）由此产生“蜂窝”概念，接收机到达传输范围外时要切换到新的基站自由空间传播——大尺度路径损耗直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射、散射和吸收。但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而引起的解释：（发射机以一定能量发射信号，以光速传播，作为一种波信号又具有球的形状。随着传输距离的增大，球体体积不断增大。如果没有障碍物，发射能量均匀分布在这个不断扩大的球面上。接收机在某一点收到的能量是衰减）——称自由空间传播损耗三、无线电波传播的小尺度衰落1、三种基本传播机制存在多种波的特性和机制，发生与频率/波长相关（1）反射：障碍物尺寸远大于电磁波波长时，发生在地表、建筑物和墙壁表面。（2）散射：障碍物尺寸接近于或小于电磁波波长，并且单位体积内障碍物个数非常巨大时。（3）绕射：收发信机之间无线路径被尖锐的边缘阻挡时将发生绕射2、多径传播——小尺度衰落三种基本机制无法避免，最终导致了无线传播中最严重的无线信道损耗，称为多径传播，也是无线通信的特色。（1）定义：沿不同路径传输的信号由于经历不同长度，因而在不同时间到达接收机的现象。（2）时域观点——时延扩展定义：假设发射端发射的是一个时间宽度极窄的脉冲信号，经过多径信道后，由于各信道时延的不同，接收端接收到的信号为一串脉冲，即接收信号的波形比原脉冲展宽了。这种由于信道时延引起的信号波形的展宽称为时延扩展。（3）频域观点——多径引起频率选择性衰落从频域观点而言，多径现象将导致频率选择性衰落，即信道对不同频率成分有不同的响应。3、终端移动性——多普勒频移（计算）小区形状的讨论（1）带状网：只能用于覆盖铁路、公路和海岸线等（2）正多边形在服务区域一定的情况下，用正六边形小区所需的基站最少。蜂窝网：小区形状为正六边形的移动通信网第三节蜂窝网频率规划（2）区群：若干相邻的小区按一定的数目划分成区群，区群内各小区使用不同的频率，此频率在其它区群相应的小区中还可以再用。并称之为“频率复用”。区群内的小区数计算公式：i，j分别是正整数，可以包括零，但不能同时为零（3）同频小区的确定方法从某一个小区A出发，先沿边的垂线方向跨j个小区，再向左/右转60度（相对于行进方向），再跨i个小区，就到达同频小区。以此类推每个边6个边找到6个小区（4）小区分裂：服务区的区群大小相同时，适应均匀密度。例如城市中心商业区用户密度高，可以采用小区分裂。更小的区域，更低功率的基站。第四节数字调制和模拟调制一、概念数字调制和模拟调制模拟调制的目的1）保证天线的有效性天线要想有效就必须有近似于信号波长数量级的尺寸。2）频分复用模拟调制将基带信号搬移到不同的载频上，载频越高就可以为许多基带信号提供更大的带宽3）媒质的特征链路损耗、障碍物穿透能力等都由信号波长决定，需要根据应用来选择具有相应特性的正确载频。长波用于海底、短波用于手持移动终端、超短波用于卫星传输等。第五节扩展频谱调制（简称扩频）香农公式：C=Blog2（1＋S/N）香农公式给出了连续信道中存在加性高斯噪声时，信号传输的极限速率。它以比特每秒（bps）的形式给出一个链路速度的上限，表示为链路信噪比的一个函数。举例：28.8kbpsmodem的由来通常音频电话连接支持的频率范围为300Hz到3400Hz，则B=3300Hz－300Hz=3100Hz，而一般链路典型的信噪比是30dB，即S/N=1000，因此我们有C=3100×log2（1001），近似等于30Kbps，是28.8Kbps调制解调器的极限。香农公式指出：增加频带可以降低接收的信噪比门限值，这就是扩频通信的基本原理，即用频带来换取信噪比。我们把用扩展频谱的方法来换取信噪比的系统称为扩频通信系统。二、扩频的概念1、定义：扩展频谱（SS，SpreadSpectrum）通信简称为扩频通信。扩频是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于传输信息所必须的带宽，在收端采用相同的扩频码进行解扩以恢复所传数据。2、扩频系统的框图（其实是DS框图）注：扩频和调制的顺序可以互换在0、1时为模二加法器，+1、-1时为乘法器，二者等效三、扩频通信系统的工作方式主要有直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频。（1）发端的信息码元：二进制0、1，宽度Tb（2）扩频码：设码元宽度为Tp，令Tb=6Tp（3）通常在DS系统中，扩频码的速率Rp远远大于信息码速率Rb，也就是说扩频码的宽度Tp远远小于信息码的宽度Tb（4）用扩频码对信息码进行扩频的结果：即“模二和”（5）发端载波相位：对（3）进行调制（6）通常载波速率很高，即载波周期Tc很小，远小于扩频码的宽度Tp，为了画图的方便，令Tc=Tp（7）收端载波相位：根据收端的扩频码产生来解调（8）相关运算，得到中频相位（9）积分、判决，解调出二进制0、12、跳频扩频（FH，FrequencyHopping）所谓跳频，是用扩频码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，要进行一个特殊的FSK，FSK的频率由扩频码序列来控制，使载波频率不断地跳变，因此称为跳频。跳频扩频的基本思想是：在频率域中，不断地改变发射频率，进行收、发双方预先约定好的通信，而对未约定的接收机无法寻找到所使用的工作频率，因此，这种系统很难被截获、窃听和干扰。分类：快速跳频和慢速跳频四、扩频通信系统的性能1、扩频处理增益定义扩频处理增益为抗干扰容限注意：单位的统一扩频通信系统的优点：（1）抗窄带干扰能力强，特别是对付有意的干扰（2）信号的功率谱密度很低，信号隐蔽有利于防止窃听（3）多址通信时频谱利用率高。对于单个用户来说，扩频系统频谱利用率很低，但是当采用码分多址工作时，很多用户在同一个频带中同时工作而不会相互产生明显的干扰，扩频系统的频谱效率就变得较高。（4）抗多径干扰能力强。利用PN码的自相关特性，只要延迟半个PN码片，其相关性就很小，可作为噪声对待；另外采用不同时延的匹配滤波器，可把多径信号分离出来。（5）提供测距能力。测量扩频信号的自相关特性的峰值出现时刻，可以从信号传输时间的大小计算出传输的距离。第一章绪论第三章媒质接入技术第一节多路复用和多址接入的关系（举例）日常生活中的一个例子就是有几条车道的高速公路。很多用户（汽车司机）希望无干扰地（即无事故）使用相同的介质（高速公路）。由于使用了几条车道（空分复用）来分流交通，使这成为可能。另外的例子是，不同的汽车在不同的时间点使用相同的介质（即相同的车道）（时分复用）这个简单的例子描述了日常生活中使用的多路复用，控制多路复用和将媒质分配给用户的机制（交通规则）属于媒质接入控制，即多址接入。三、远近效应（1）终端A和B发送，C接收（2）由于信号的衰减与距离的平方成正比，