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2020/1/151对于通信网络的基本要求：1、连接的任意性（任何一个用户和终端可以随意连接，通信对象从通信网-互联网-物联网）2、方法的灵活性和资源利用的最大化（移动通信迅速发展）3、信息的透明性（话音、数据、图像和视频均可传输，不同编码的适应性）4、连通的快速性（不应限制流量和信息）•质量的一致性；•运行的可靠性；•经济的合理性；第一部分：通信网络的基础理论和发展2、方法的灵活性和资源利用的最大化（移动通信迅速发展）通信网络资源的利用需要最大化•通信网络资源利用的典型是移动通信。移动通信必须的频谱是有限的，为此如何利用有限的资源尽可能满足巨大数量用户的需求，一直是研究的课题。•通信技术，特别是移动通信先后发明了空分复用、时分复用、码分复用、正交频分复用等技术，加上光纤通信网络的波分复用技术，是一系列网络资源利用的典范。2020/1/1532020/1/154资源利用的充分性通信资源包括：空间：无线电波在空间传播，会相互干扰；同时，在同一个设计和使用的空间内，一个频率只能使用一次。因此空间如何充分利用，是一个重要的问题；频率：无线通信的频率范围是有限的，是不可再生的，还要为各种应用，不仅仅是通信服务。所以有限的频谱，必须充分利用；信道：专门规划和建设的通信管道，需要发挥最大的效益；带宽：有限的带宽，应该尽量提高传输的效率。其他还有设备、存储空间、信息等等。2020/1/155移动通信的基本技术•多址技术：多个用户接入同一公共传输媒质实现相互之间通信时，需给每个用户的信号赋予不同的特征，以区分不同的用户，称为多址技术；•多址技术的实现，有不同的方法，如:•空分复用（SDM），空分多址（SDMA）;•频分复用（FDM），频分多址（FDMA）;•时分复用（TDM），时分多址（TDMA）;•码分复用（CDM），码分多址（CDMA）；•正交频分复用（OFDM），正交频分多址（OFDMA）等，移动通信中目前主要是使用FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA及其组合。2020/1/156充分利用资源的通信技术•空分复用（SDM），空分多址（SDMA）：在同一个空间中，使用不同的频率传输同一个（一组）信息；•频分复用FDM、频分多址FDMA：传输使用的频道分割成多个子频道，供不同用户使用。•时分复用TDM、时分多址TDMA：传输使用的时间分割成多个时隙，供不同用户使用。•码分复用CDM、码分多址CDMA：多个码分信道供享载频频道的多址连接方式。•波分复用WDM、波分多址WDMA：光纤中的不同窗口传送不同波长的激光。密集波分复用DWDM。•正交频分复用OFDM：由并行的多分频子载波来传输信息，低数码率传输，各分频载波之间相互正交。2020/1/157移动通信由于频带紧缺，FDM、TDM、CDM、WDM、OFDM等技术均采用频分复用(1G)时分复用(2G/3G)正交频分复用（4G）码分复用01010110010101101011001101111011(2G/3G)2020/1/158移动通信网第一代：模拟话音通信；频分复用；已淘汰。第二代：数字移动通信；两种制式：GSM（频分复用＋时分）、CDMA（码分复用＋时分）。第二代移动通信采用的是数字的时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）实现动态寻址功能。第三代：指能够满足ITUIMT-2000无线接口技术规范（M.1457）要求的移动通信系统，普遍采用码分多址。第四代：可称为宽带(Broadband)接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力，数据率超过UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem），上网速度从2Mb/s提高到100Mb/s，具有不同速率间的自动切换能力。第五代：5G将具有超高的频谱利用率和能效,在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级达到1Gb/s或更高,其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高.2020/1/159空分复用：将通信信号输出的空间分割成多个信道，每个信道分别用于不同用户，称为空分复用。空分复用在有线电话通信中即已经采用，是最初的复用技术。最初的电话网，网络的传输信道中每条线路只能传输一个信号，增加信号通道的方法，是增加信道。这就是空分复用。移动通信由于频谱的有限，然后再有限的频带内尽量安排更多的用户通信，就成为重要的任务。蜂窝小区就是为了实现空分复用而设计的。无线电波在空中的传播，是覆盖全空间的。但是每个空中的无线信道只能供一对用户使用，不能适应移动通信用户数量的发展蜂窝小区的设计和形成将每个移动通信的频带局限在一定的范围之内，然后通过基站与其它的地区连接，可以在不相连接的小区中使用相同的频谱，从而在有限的无线频谱内容纳更多的用户，这就形成了蜂窝小区。蜂窝小区的形状：小区形状应该是规则结构。如果基站使用全向发射天线，基站覆盖区实际是一个圆。但从理论上来说，圆形小区邻接会出现多重覆盖或无覆盖区。正六边形小区的中心间隔最大，覆盖面积也最大；且重叠区域宽度最小，重叠区域的面积最小。2020/1/15102020/1/1511蜂窝移动通信系统：图4蜂窝移动通信系统图2020/1/1512图17小区图形2020/1/1513对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，故所需频率组数也最少。因此，蜂窝式移动通信系统中正六边形组网是最经济的一种方式。空分复用•所以，空分复用的实质是让同一个频段在不同的空间内得到重复利用。历史上通信信道匮乏和传输技术落后的场合，曾经用多根导线传输信号，就是空分复用的实例。由于无线频谱的紧张，目前在移动通信中，也广泛采用空分复用技术。例如采用自适应阵列天线，在不同的用户方向上形成不同的波束，也叫做SDM。•如果把空间的分割来区别不同的用户，就叫做SDMA。•移动通信采用空分复用的技术，典型如蜂窝小区和现在重点研究和推广使用的MIMO技术。2020/1/1514频分复用•频分复用就是把适合某种通信使用的无线频率分割为多个部分，每个用户或设备使用其中的一个部分，以较窄的频率范围完成通信。•在模拟通信和数字通信中都使用了频分复用技术。•蜂窝小区的技术则是空分复用和频分复用的结合。2020/1/15152020/1/1516第二代移动通信GSM(GlobalSystemforMobileCommnication)：欧洲为主，亚洲等国家应用。CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）：美国、亚洲的一些国家开通。2020/1/1517频率分配：上行：890－915MHz（手机－基站）中国移动：903－909MHz中国联通：909－915MHz下行：935－960MHz（基站－手机）中国移动：948－954MHz中国联通：954－960MHz码分多址CDMA（CodeDivitionMultiplexAccess）；由中国联通开通运营，后出售给中国电信经营。2020/1/1518由于用户的扩大，900MHz频率的用户已经不能满足需要，所以又增加了1800MHz和2400MHz的频段。2020/1/1519GSM:基站的25MHz带宽分为124个频道（双工），频道之间的间隔为200KHz，每一频道由8个用户共享。因此这是一种FDD+TDD的模式。即每一用户仅仅使用一个频道的一个时隙通话。所以，信号的发送和接收都是突发的，不是连续的。每个系统的容量为124×8＝992用户。时分复用•时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。•时分多路复用适用于数字信号的传输。由于信道的位传输率超过每一路信号的数据传输率,因此可将信道按时间分成若干片段轮换地给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号单独占用,在规定的时间内,多个数字信号都可按要求传输到达,从而也实现了一条物理信道上传输多个数字信号。假设每个输入的数据比特率是9.6kbit/s,线路的最大比特率为76.8kbit/s,则可传输8路信号。2020/1/15202020/1/1521具体的通信信号组织为，每8bit为一时隙，32个时隙为一帧，每16帧组成一复帧，其速率为：1帧：64Kb/S×32＝2048Kb/S＝2.048Mb/S，称为2M，俗称一次群。一次群是电信传输的一种基本组织方法。在一次群以上，还有二次群、三次群、四次群等。二次群：4组一次群，2.048Mb/S×4＝8.192Mb/S；三次群：4组二次群，8.192Mb/S×4＝32.768M/S；这种信息组织的方法，在数据传输速率大大提高的今天，已经不再向上发展，而是改为光同步传输系统（SDH）；2020/1/1522PCM30/32系统的帧结构F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15TS0TS16TS311001101100001A21111A111111abcdabcd16帧为一复帧,125μs×16=2ms每帧32时隙,125μs偶数帧，帧同步时隙奇数帧，帧对告码复帧同步码+失步告警码在F0帧中在F1~F15帧中线路标志码PCM30/32系统的帧结构-时分复用2020/1/1523第三代移动通信网：3G1、全球范围高度的兼容性，无线接口具有高度共同性；2、支持高质量的多种业务，与固定网兼容；3、手机具全球漫游能力；4、全球使用同样频率；IMT－2000于2000年5月举行的ITU－R2000年会上通过。IMT－2000规范包括CDMA（码分多址）、TDMA（时分多址）两大类共5种技术。其中CDMA为主流技术。第四代移动通信网：4G1、通信速率高：上行速率可达100-150Mb/s，下行速率达50Mb/s；2、带宽高，频谱利用率高；3、兼容性能更平滑，全球漫游，接口开放，异构网络的互联容易，3G的过渡叫平稳；4、容量大，除FDMA、TDMA和CDMA技术以外，引入SDMA（空分多址，通过MIMO实现）和正交频分复用OFDM技术；5、终端的智能更加突出；2020/1/1524第五代移动通信网：5G1、5G研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验,网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量5G系统性能的关键指标。2、与传统的移动通信系统理念不同,5G系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码等经典技术作为核心目标,而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点,力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高。3、室内移动通信业务已占据应用的主导地位,5G室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统优先设计目标,从而改变传统移动通信系统“以大范围覆盖为主、兼顾室内”的设计理念.。2020/1/1525第五代移动通信网：5G4、高频段频谱资源将更多地应用于5G移动通信系统,但由于受到高频段无线电波穿透能力的限制,无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用。5、可“软”配置的5G无线网络将成为未来的重要研究方向,运营商可根据业务流量的动态变化实时调整网络资源,有效地降低网络运营的成本和能源的消耗。2020/1/15262020/1/1527移动通信由于频带紧缺，FDM、TDM、CDM、WDM、OFDM等技术均采用频分复用(1G)时分复用(2G/3G)4G码分复用01010110010101101011001101111011(2G/3G)2020/1/1528移动通信的基本技术•频分多址（FDMA）FDMA是把使用的频带划分成若干较窄的、频域上互不重叠的频带，每个频带就是一个通信信道，供一个用户在接入时使用。模拟的频分技术依靠带通滤波器实现，对设备的要求较高，其技术与固定电话网中的技术类似。目前在2G和3G中，已经不单独使用FDMA技术，而是与其它多址技术结合使用。2020/1/1529移动通信的基本技术•时分多址（TDMA）TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干时隙，各用