移动通信概论

第1章概论移动通信概论电子与信息学院第1章概论参考书1、李建东.移动通信（第四版）西安电子科技大学出版社2、郭俊强.移动通信北京大学出版社3、罗文兴.移动通信技术西南交通大学出版社4、姚美菱.移动通信原理与系统北京邮电大学出版社5、啜钢.移动通信原理电子工业出版社第1章概论第1章绪论1.1通信发展的历史1.2移动通信的主要特点1.3移动通信系统的分类1.4常用移动通信系统1.5移动通信的基本技术思考题与习题第1章概论通信（Communication）是把消息（message）从一地有效地传递到另一地，即信息（information）传递的全过程。移动通信:是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息交换方式。第1章概论消息、信息和信号（signal）–1.消息：语音、文字、图形、图像…–2.信息：消息的有效内容不同消息可有相同内容–3.信号：传输消息的手段（媒介）通信系统中传输的是信号第1章概论按照通信技术的不同，可以把人类历史划分为5个阶段：1.通信方式是语言2.从发明文字以及邮政通信开始。3.发明印刷术为标志4.从电报、电话和广播的发明开始，此时代也被称为电气通信时代。5.信息时代。特征：对社会信息传递、存储和处理的要求越来越高，包括语言、数据、图像和文本等。第1章概论通信史上的十件大事代表人物：美国画家莫尔斯（研究十年）1843年，莫尔斯在华盛顿向巴尔的摩发了人类历史上的第一份电报:“上帝创造了何等奇迹！”一、“上帝创造了何等奇迹！”——电报的发明。第1章概论代表人物：贝尔1876年3月7日，贝尔获得发明电话专利，专利证号码NO:1746551877建立了贝尔电话公司，也是美国电报电话公司（AT&T）前身。1881年，英籍电气技师皮晓浦在上海架起一对露天电话，付36文制钱可通话一次，这是中国的第一部电话。二、“沃森特先生，快来帮我啊”——电话的发明第1章概论代表人物：麦克斯韦、鲁道夫·赫兹麦克斯韦：在变化的磁场周围会产生变化的电场，在变化的电场周围又将产生变化的磁场。赫兹：得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。他的发现是从“有线电通信”向“无线电通信”的转折点。三、无形的信使——电磁波的发现第1章概论四、“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界”——无线电报的发明代表人物：（俄国）波波夫，（英国）马可尼1896年，波波夫成功地用无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250米，电文内容为“海因里斯·赫兹”。1897年，马可尼在布里斯托尔海峡进行无线电通信取得成功，把信息传播了12公里。第1章概论五、载着声音飞翔的电波——无线电通信的发明代表人物：美国物理学家费森登，史特波斐德1902年，史特波斐德在肯塔基州穆雷市进行了第一次无线电广播（距离较近）。但他被称为“无线电广播之父”。1906年，费森登通过4年的研究，进行人类历史上真正的第一次无线电广播。第1章概论六、个人通信的发源地——寻呼机的诞生代表公司：摩托罗拉1956年，第一个无线电寻呼机也在该公司问世了。1983年，上海用150MHz频段开通了我国第一个模拟寻呼系统，1984年5月1日，广州用150MHz频段开通了我国第一个数字寻呼系统。1991年11月15日，上海首先用150MHz频段开通了汉字寻呼系统。第1章概论七、实现个人电话的梦想——蜂窝式移动电话的诞生代表公司：贝尔实验室1983年12月AMPS制模拟蜂窝式移动电话系统在美国投入商用。1987年，我国开始在广州使用模拟式蜂窝电话通信系统。第1章概论八、让手机走近每一个人——GSM手机的出现代表公司：诺基亚、爱立信1982年，欧洲成立了GSM（移动通信特别组），任务是制订泛欧移动通信漫游的标准。随着GSM的迅猛发展，GSM自然而然成为全球移动通信系统的代名词。1994年10月，第一个省级数字移动通信网在广东省开通。第1章概论九、辉煌的失败——全球“铱”星系统代表公司：摩托罗拉“铱”星系统是由美国摩托罗拉公司卫星通信部设计、筹建，共计72颗通信卫星（66颗组网卫星和6颗在轨的备用卫星）。第1章概论十、山雨欲来风满楼——新一代手机的诞生代表公司：爱立信、摩托罗拉、诺基亚、西门子从1994年开始研究蓝牙技术：爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝、微软、朗讯和摩托罗拉。从2000年起，第三代移动通信标准CDMA、W-CDMA、TD-SCDMA手机的开发。它们的共同点都是采用码分多址技术。第1章概论通信的发展目标---个人通信目标是实现：个人通信系统(PCN)–无论任何人(Whoever)–在任何时候(Whenever)–在任何地方(Wherever)–与另一个人(Whomever)–进行任何类型(Whatever)第1章概论移动通信发展简述A/D接入方式典型代表第一代（1G）模拟蜂窝系统FDMA美国AMPS系统，欧洲TACS系统第二代（2G）数字蜂窝系统TDMAGSM系统CDMAN-CDMA系统目标典型代表过渡代（2.5G）高速传输GPRS,CDMA20001X系统第三代（3G）全球漫游，高质量多媒体业务，系统容量、管理能力、保密性和服务质量均有很大改善欧洲WCDMA系统，北美CDMA2000系统，中国TD-SCDMA系统第四代（4G）高速率，各种数据话音业务，全IP，多协议，新技术目前还没有一个4G网络的标准结构先驱者：1946年第一个推出移动电话AT&T第1章概论1.2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这种传播媒质允许通信中的用户可以在一定范围内自由活动，其位置不受束缚，不过无线电波的传播特性一般都很差。首先，移动通信的运行环境十分复杂，电波不仅会随着传播距离的增加而发生弥散损耗,并且会受到地形、地物的遮蔽而发生“阴影效应”。第1章概论会从多条路径到达接收地点，这种多径信号的幅度、相位和到达时间都不一样，它们相互叠加会产生电平衰落和时延扩展；其次，移动通信常常在快速移动中进行，这不仅会引起多普勒（Doppler）频移，产生随机调频，而且会使得电波传播特性发生快速的随机起伏，严重影响通信质量。因此，移动通信系统必须根据移动信道的特征，进行合理的设计。第1章概论2.移动通信是在复杂的干扰环境中运行的除去一些常见的外部干扰，如天电干扰、工业干扰和信道噪声外，系统本身和不同系统之间，还会产生这样或那样的干扰。因为在移动通信系统中，常常有多部用户电台在同一地区工作，基站还会有多部收发信机在同一地点上工作，这些电台之间会产生干扰。第1章概论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如何提高通信系统的通信容量，始终是移动通信发展中的焦点。为了解决这一矛盾，一方面要开辟和启用新的频段；另一方面要研究各种新技术和新措施，以压缩信号所占的频带宽度和提高频谱利用率。第1章概论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根据通信地区的不同需要，移动通信网络可以组成带状(如铁路公路沿线)、面状(如覆盖一城市或地区)或立体状(如地面通信设施与中、低轨道卫星通信网络的综合系统)等，可以单网运行，也可以多网并行并实现互连互通。第1章概论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。车载台和机载台除要求操作简单和维修方便外，还应保证在震动、冲击、高低温变化等恶劣环境中正常工作。第1章概论1.3移动通信系统的分类移动通信有以下多种分类方法：①按使用对象可分为民用设备和军用设备；②按使用环境可分为陆地通信、海上通信和空中通信；③按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等；第1章概论④按覆盖范围可分为广域网和局域网；⑤按业务类型可分为电话网、数据网和多媒体网；⑥按工作方式可分为单工、双工和半双工；⑦按服务范围可分为专用网和公用网；⑧按信号形式可分为模拟网和数字网。第1章概论1.2.1工作方式1.单工通信所谓单工通信，是指通信双方电台交替地进行收信和发信。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。单工通信常用于点到点通信，参见图1-1。发射机f1(f1)接收机送受话器f1(f2)PTT发射机接收机送受话器PTTf1(f1)f1(f2)电台甲电台乙第1章概论同频单工是指通信双方(如图1-1中的电台甲和电台乙)使用相同的频率f1工作，发送时不接收，接收时不发送。平常各接收机均处于守候状态，即把天线接至接收机等候被呼。当电台甲要发话时，它就按下其送受话器的按讲开关(PTT)，一方面关掉接收机，另一方面将天线接至发射机的输出端，接通发射机开始工作。当确知电台乙接收到载频为f1的信号时，即可进行信息传输。第1章概论2.双工通信所谓双工通信，是指通信双方可同时进行传输消息的工作方式，有时亦称全双工通信，如图1-2所示。图中，基站的发射机和接收机分别使用一副天线，而移动台通过双工器共用一副天线。双工通信一般使用一对频道，以实施频分双工(FDD)工作方式。这种工作方式使用方便，同普通有线电话相似，接收和发射可同时进行。发射机f1接收机受话器f2发射机接收机受话器基站移动台双工器f2f1送话器送话器f1f2第1章概论3.半双工通信半双工通信的组成与图1-2相似，移动台采用单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。基站工作情况与双工方式完全相同。发射机f1接收机受话器f2发射机接收机受话器基站移动台双工器f2f1送话器送话器f1f2第1章概论1.2.2模拟网和数字网数字通信系统的主要优点可归纳如下：(1)频谱利用率高，有利于提高系统容量。采用高效的信源编码技术、高频谱效率的数字调制解调技术、先进的信号处理技术和多址方式以及高效动态资源分配技术等，可以在不增加系统带宽的条件下增多系统同时通信的用户数。第1章概论(2)能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。数字系统传输的是“1”、“0”形式的数字信号。话音、图像、音乐或数据等数字信息在传输和交换设备中的表现形式都是相同的，信号的处理和控制方法也是相似的，因而用同一设备来传送任何类型的数字信息都是可能的。利用单一通信网络来提供综合业务服务正是未来通信系统的发展方向。第1章概论(3)抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强。这些优点有利于提高信息传输的可靠性，或者说保证通信质量。采用纠错编码、交织编码、自适应均衡、分集接收以及扩跳频技术等，可以控制由任何干扰和不良环境产生的损害，使传输差错率低于规定的阈值。第1章概论(4)能实现更有效、灵活的网络管理和控制。数字系统可以设置专门的控制信道用来传输信令信息，也可以把控制指令插入业务信道的比特流中，进行控制信息的传输，因而便于实现多种可靠的控制功能。(5)便于实现通信的安全保密。(6)可降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量。第1章概论1.2.3通信业务移动通信的传统业务是电话通信。最近10多年来，随着计算机的迅速发展和人们信息交往的日益频繁与多样化，对数据传输的需求也与日俱增。据估计，未来移动通信中的多媒体业务数据量将占总业务量的70%~80%。第1章概论在第二代移动通信系统中，尽管主要业务是话音业务，但也可以提供丰富的数据业务，如短消息、低速率的Internet接入等业务。在第三代移动通信系统中，由于其传输速率的提高，在中等移动速度的情况下，可以达到384kb/s的传输速率，因而人们可以享用中等速率的多媒体业务，包括话音、图像和数据等。第1章概论任何工业的发展都与产生它的背景相适应，移动通信的发展也不例外，它既受技术发展的驱动，也受市场需求的驱动。若干年来，移动通信基本上围绕着两种主干网络在发展，这就是基于话音业务的通信网络和基于分组数据传输的通信网络。根据运行环境和市场需求的不同，前者又分为以蜂窝网为代表的高功率宽（广）域网和以无绳电话网为代表的低功率局域网；后者又可分为宽带LAN之类的高速局域网和移动数据网之类的低速宽（广）域网。图1-3是移动通信网络分类的示意图。第1章概论图1-3移动通信网络的分类无绳(低功率局域网)蜂窝(高功率宽域网)基于话音的网络宽带L