第五章移动通信(48张).

通信概论第五章移动通信通信工程系第六章移动通信6.1移动通信概述6.2移动通信的基本技术6.3数字蜂窝移动通信系统6.4第三代移动通信系统现代移动通信网络技术2移动通信——“动中通”通信双方或至少其中一方在移动环境下进行信息传递的通信方式，包括移动体之间或移动体与固定体之间的通信。1、什么是移动通信6.1移动通信概述模拟移动通信系统，接续工作由人工操作完成，采用电子管，体积庞大、笨重且昂贵，使用短波段。第一阶段交换系统为自动交换，接续效率高，采用晶体管，体积大为减小，使用甚高频。第二阶段第一代移动通信系统（蜂窝系统）第三阶段第二代移动通信系统广泛应用和第三代移动通信系统的具体的设计、规划和实施阶段。第四阶段3、移动通信的发展历程6.1移动通信概述1980s，第一代移动通信系统，1983年美国的AMPS，1980年北欧的NMT，1979年日本的NAMTS,1985年英国TACS系统1990s，第二代移动通信系统，1992年商用的GSM，1991年北美的IS-54，1993年日本的PDC,1993年美国提出的IS-95（N-CDMA）2000s，第三代移动通信系统，欧洲、日本的WCDMA，北美的CDMA-2000，中国的TD-SCDMA6.1移动通信概述3、移动通信的发展历程系统间没有公共接口。无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。频率利用率低，无法适应大容量的要求。安全性差，易于被窃听，易做“假机”。第一代移动通信系统特点6.1移动通信概述3、移动通信的发展历程频谱利用率，系统容量大。用户能获得多种服务（以话音业务为主，并提供低速率以电路型为主的数据业务）。能自动漫游。话音质量比第一代好。保密性好。可以与ISDN、PSTN等网络互连。第二代移动通信系统优点6.1移动通信概述3、移动通信的发展历程数据功能差，不能支持多媒体业务。如使用GSM手机上网，理论上只能达到9.6k的上网速度。全球不同的第二代移动通信系统彼此间不能兼容，使用的频率也不一样，全球漫游比较困难。第二代移动通信系统缺点6.1移动通信概述3、移动通信的发展历程具有全球标准使用全球公共频带具有全球使用的小型终端具有全球漫游能力从媒体（Media）→多媒体（Multi-media）微蜂窝结构提高改良的频率使用效率具有高速的分级数据速率在固定位置环境下能达到2Mbps对步行用户能达到384kbps对车载用户能达到144kbps第三代移动通信系统特点6.1移动通信概述①移动台使用无线信道，在电波传播的过程中，由于多径衰落、建筑物阻挡造成的阴影效应、移动台运动引起的多普勒频移等，使接收信号极不稳定。信号起伏幅度可达30dB以上。6.1移动通信概述4、移动通信的特点②强干扰情况下工作移动通信除受到汽车发动机的火花干扰及工业干扰以外，主要的干扰有互调干扰、邻道干扰及同频干扰。互调干扰：由于部件的非线性引起；非线性部件的输出信号中，会包含输入信号所没有的新的频率成分，如果这些新的频率成分落入其他信号的频率范围之内，就会对该信道造成干扰，称为互调干扰；邻道干扰：相邻或邻近信道之间，由于信道隔离度不够造成的干扰；同频干扰：相同频率的无用信号造成的干扰。6.1移动通信概述③移动通信的可用频率范围有限，而移动通信的用户数却在猛增，故有效地利用频率资源是移动通信系统的一个重要研④由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线通道，同时需支持位置登记、越区切换及漫游存取的跟踪技术，这使其信令种类比固定网要复杂得多。此外，在入网和计费方式也有其特殊的要求。所以移动通信系统相当的复杂。6.1移动通信概述移动通信工作方式单向通信方式双向通信方式单工通信方式双工通信方式半双工通信方式6.1移动通信概述5、移动通信的工作方式双工通信方式通信双方在通话时收发信机同时工作，即任意一方在发话的同时，也能收听到对方的信息，与普通有线电话的使用情况类似；通信双方通过双工器来完成双工通信；分为频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。6.1移动通信概述5、移动通信的工作方式信道间隔：200kHz1710178518051880双工距离:95MHz890915935960双工距离:45MHzGSM900:GSM1800:6.1移动通信概述5、移动通信的工作方式频分双工通信方式（FDD）收、发信机所用频率不同，一般双工频差为几MHZ到几十MHZ，即从频率上来区分收发信道。优点：使用方便，收发信机自身的干扰较小。缺点：需占用两个频段才能工作，占用频谱资源多，MS在通信中发射机经常处于发射状态，耗电大。6.1移动通信概述时分双工通信方式（TDD）信号的接收和传送在同一频率的信道即载波的不同时隙，用保证时间来分离接收与传输信道。我国的3G技术标准TD-SCDMA中就采用了此技术。与FDD模式相比具有以下五个方面优势：频谱灵活性高频谱利用率高支持不对称数据业务有利于采用新技术成本低6.1移动通信概述蜂窝移动通信系统无线寻呼系统无绳电话系统6、常见的移动通信系统集群移动通信系统6.1移动通信概述蜂窝移动通信系统把整个服务区划分成若干个较小的区域（小区），各小区均用小功率的基站发射机覆盖，许多小区像蜂窝一样覆盖任意形状的服务地区。6.1移动通信概述通信塔通信塔通信塔公用电话网无线电寻呼控制中心及主发射台用户回路市话中心要呼叫某一“袖珍玲”用户，可拨寻呼中心的专用号码，寻呼中心的话务员记录所要寻找的用户号码及要代传的号码及要代传的消息，并自动在无线信道上发出呼叫.被呼用户的袖珍接收机发出呼叫声，并在液晶屏上显示主呼用户的电话号码及简单消息。袖珍玲用户利用邻近市话电话机与主呼用户通话。无线寻呼系统6.1移动通信概述普通话机座机市话局用户线无绳电话系统普通的电话单机分成座机和手机两部分座机与有线电话网连接，手机与座机间用无线电连接。因手机与座机间不用电线相连，故称为“无绳”电话。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普通的电话单机分成座机和手机两部分座机与有线电话网连接，手机与座机间用无线电连接。因手机与座机间不用电线相连，故称为“无绳”电话。6.1移动通信概述集群移动通信系统用于集团调度指挥；可用信道为系统的全体用户共用，具有自动选择信道功能，是共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。6.1移动通信概述6.2.2移动通信的组网技术6.2.1移动信道特征及抗衰落方法6.2移动通信的基本技术6.2.1移动信道特征及抗衰落方法移动信道电波传播原理移动信道特征抗衰落方法蜂窝无线移动通信系统中，电磁波传播机理多种多样，但总体上可归结为：反射、绕射和散射。在城区，发射机和接收机之间一般无直射路径，而高层建筑产生强烈的绕射损耗。另外，由于不同物体的多路径反射，经过不同长度路径的电磁波相互作用引起多径损耗。同时，随着发射机和接收机之间距离的不断增加，引起电磁波强度的衰减。移动信道电波传播原理接收信道统计分析曲线移动环境的场强特性•移动通信环境下场强变化剧烈•场强变化的平均值随距离增加而衰减•场强特性曲线的中值呈慢速变化（慢衰落）•场强特性曲线的瞬时值呈快速变化（快衰落）移动信道电波传播原理•空间传播损耗------路径损耗•阴影效应------由地形结构引起，表现为慢衰落•多径效应------由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落•多普勒效应------由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下将引起多普勒频谱展宽移动信道特征分集接收技术：接收端对它收到的多个衰落特性互相独立（携带同一信息）的信号进行待定的处理，以降低信号的电平起伏。抗衰落方法空间分集技术---用2个以上的天线接收同一个信号频率分集技术---用2个以上的载波频率传输时间分集技术---在不同时间接收同一个信号极化分集技术---接收垂直和水平极化信号常用的分集技术抗衰落方法6.2.2移动通信的组网技术区域覆盖技术多址技术蜂窝系统---“小区制”系统将所要覆盖的地区划分为若干个小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1-10km左右,在每个小区设立一个基站为本小区范围内的用户服务。-蜂窝分类宏蜂窝(Macro-cell)2-20km微蜂窝(Micro-cell)0.4－2km微微蜂窝(Pico-cell)400m区域覆盖技术频率复用：处在不同位置(不同小区)上的用户可以同时使用相同频率的信道可以极大地提高频谱利用率如果系统设计得不好，将产生严重的同频干扰C1C1f1P0f1P0RRDD：同频复用距离R：小区半径区域覆盖技术区群？通常由若干个邻接小区构成区群，再由区群披此邻接构成整个服务区；为防止同频干扰，同一区群中的小区，不得使用相同的频率；且邻接区群中的同频小区中心间距相等；区域覆盖技术N=3N=4N=7区域覆盖技术小区分裂随着城市建设的发展，为适应新的用户密度变化，可采用“小区分裂”的方法，即将原有的无线小区进一步细分，以增大系统的容量和密度。图增加新基站的分裂区域覆盖技术多址技术多址技术：在移动通信系统中，有许多用户都要同时通过同一个基站和其他用户进行通信，因而，必须对不同用户和基站发出的信号赋予不同特征，使基站能从众多用户台的信号中区分出是哪一个用户台发出来的信号，而各用户台又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自己的信号。多址方式的类型有：即频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。•频分多址(FDMA)：按频道划分用户，频带独享，时间共享•时分多址(TDMA)：按时隙划分用户，时隙独享，频率共享•码分多址(CDMA)：按码型划分用户，时隙/频率共享•空分多址(SDMA)：按空间角度划分用户，频率/时隙/码型共享多址技术（1）频分多址（FDMA）PowerFrequencyTimeFDMA将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道供不同的用户使用。多址技术（1）频分多址（FDMA）•用户识别：频道号（在频谱域实现了用户的正交分割）；•特点：简单、容易实现，以频道区分用户地址，一个频道传输一路模拟/数字话路；以频率复用为基础，需严格的频率规划，是频率受限和干扰受限系统；对功控的要求不高，硬件设备取决于频率规划和频道设置；•应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统；多址技术（2）时分多址（TDMA）FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA把时间分成周期性的帧，每一帧再分为若干个时隙供用户作信道使用。多址技术（2）时分多址（TDMA）•用户识别：时隙（在时间域实现了用户的正交分割）；•特点：以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户；每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置；系统要求严格的系统定时同步；是时隙受限和干扰受限系统；•应用：GSM系统（载频间隔：200KHz，每频道8个时隙）；多址技术在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。（3）码分多址（CDMA）FrequencyCDMAPowerTime多址技术•用户识别：码型（在码域实现用户的正交分割）；•特点：每个基站只需一个射频系统；每个码传输一路数字信号，每个用户共享时间和频率；是一个多址干扰受限系统；需要严格的功率控制；需要定时同步；软容量、软切换，系统容量大；抗衰落、抗多径能力强；•应用：IS-95CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统；（3）码分多址（CDMA）多址技术（4）空分多址（SDMA）通过空间的分割来区别不同的用户，即通过控制用户的空间辐射能量，使用定向波束天线来服务于不同的用户。依靠智能天线实现。多址技术第六章移动通信6.1移动通信概述6.2移动通信的基本技术6.3数字蜂窝移动通信系统6.4第三代移动通信系统现代移动通信网络技术456.3.2CDMA蜂窝移动通信系统6.3.1GSM系统6.3数字蜂窝移动通信系统GSM原意为“GroupSpecialMobile”