第2讲 移动通信概述(二) 06级

1第1章概论1.1移动通信的发展历史1.2移动通信系统的分类1.3常用的移动通信系统1.4移动通信的基本技术21.2移动通信系统的分类（全）双工通信（full-duplex）：频分双工(FDD，FrequencyDivisionDuplexing)时分双工（TDD,TimeDivisionDuplexing）单工通信半双工通信3全双工系统：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，接收和发射可同时进行。允许二台设备间同时进行双向资料传输。一般的电话、手机就是全双工的系统因为一方在讲话的同时，另一方也可以讲话。（边说边听）全双工的系统：用一般的双向车道形容。两个方向的车辆因使用不同的车道，因此不会互相影响。双工通信4图3双工通信发射机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双工通信5FDD(FrequencyDivisionDuplexing)890MHz915MHz935MHz960MHz双工间隔45MHz图4FDD频分双工（FDD）:是利用频率分隔技术来区分发送与接收的信号。上行的话音（或数据）与下行的话音（或数据）使用一对不同频率的信道，两个信道相差一定的频率间隔（称为“双工间隔”）。用户1：用户2：用户发送，基站接收频段：用户接收，基站发送频段：f1F1f30F30……例：6TDD(TimeDivisionDuplexing)890960周期性的帧（帧长4.615ms）图4TDD上行时隙下行时隙时分双工（TDD）:是利用时间分隔技术来区分发送与接收的信号。上行的话音（或数据）与下行的话音（或数据）均使用某个频率上的一帧中的不同时隙作为信道，两个信道相差一定的时间间隔（称为“时隙”）。8个时隙/帧时隙(ts,timeslot)使用频率f1使用频率f30f30f1用户1：用户2：例：9159357单工通信单向通信：只支持数据在一个方向上传输。如无线电广播、电视广播、寻呼机都是单向通信。单工通信：用户按动PTT(PutToTalk，按讲开关)开关，双方电台交替地进行收信和发信。按下PTT发信（讲话），释放PTT收信（听话）。同频/异频单工：根据收、发频率的异同实际应用：单工制一般适用于专业性强的通信系统。如出租车（或保安）使用的对讲机系统、交通指挥等公安系统。8图5单工通信发射机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)电台甲电台乙单工通信9半双工半双工系统：基站采用双工，移动台采用单工的“按讲”方式，即按下PTT开关，发射机才开始工作，而接收机总是工作的。在九十年代中期的全双工集群通信系统中，号称“小大哥大”的跨段集群半双工手持对讲机和车载机曾经有过短暂的风光，后随大哥大的普及，很快淘汰。10半双工通信发话器受话器发射机接收机ATRf1f2TRf1f2B天线共用器图6半双工方式11第1章概论1.1移动通信的发展历史1.2移动通信系统的分类1.3常用的移动通信系统1.4移动通信的基本技术121.2常用无线通信系统无线寻呼无绳电话集群移动通信系统移动卫星系统蜂窝移动通信系统13无线电寻呼系统定义：无线电寻呼系统是一种单向通信系统。无线电寻呼系统的用户设备是袖珍式接收机，俗称“BB机”。公用电话网无线电寻呼控制中心及主发射台用户回路发射台发射台图7无线电寻呼系统示意图141.2常用无线通信系统无线寻呼无绳电话集群移动通信系统移动卫星系统蜂窝移动通信系统15无绳电话无绳电话(CT,CordlessTelephone)：PSTN交换机座机手柄…电缆(绳)MS手机BS座机几十～几百米小功率：10mw公共电话交换网(PSTN，PublicSwitchingTelephoneNetwork)基站(BS，BaseStation)移动台(MS，MobileStation)图8无绳电话系统16CT2.4GHzDECT数字无绳电话:DECT（DigitalEnhancedCordlessTelecommunication)系统是由欧洲电信标准协会（ETSI）制定的增强型数字无绳电话系统标准，也是唯一入选3G的数字无绳通信标准.DECT系统在应用频段上，原来使用1880-1900ＭHz（由于3G的使用，该频段要让位于3G移动通信），现已较多地使用2400～2483.5ＭHz的ISM（工业、科学和医学）频段。我国国家无线电管理局于2001年８月发布通知，从2003年起将数字无绳电话系统工作频段放在2400～2483.5ＭHz的ISM频段。该频段属于开放频段，无需付费即可使用17小灵通PHS（PersonalHandyphoneSystem，小灵通）发射功率：小灵通手机10mW基站10--200mW所用频率范围：1900MHz—1920MHz图9小灵通基站A图10小灵通基站B18小灵通通常10mw的小灵通基站覆盖范围在50-150米;20mw的覆盖范围在100-300米;300mw的基站覆盖范围在300-1000米;500mw的基站覆盖范围在500-1500米。小灵通采用微蜂窝结构，普通小型基站平均输出功率为1毫瓦，相当于家里电视遥控器的发射功率。目前我国暂行的微波卫生标准为38微瓦/平方厘米，小灵通基站天线的电磁波辐射功率仅为我国微波卫生标准阀值的1/15，因此不仅对人体无害，对一般电子仪器、设备也均无影响。191.2常用无线通信系统无线寻呼无绳电话集群移动通信系统移动卫星系统蜂窝移动通信系统20集群移动通信系统MS2TRXTRX调度台MS1…同频单工、一呼百应TRX专用调度移动通信网（属于专网）：单位内部用于调度指挥。例(1)出租车调度网(2)交警对讲通信网图10简单调度网21移动通信网的分类公用移动电话网：直接向社会公众提供移动通信业务，与公共交换电话网（PSTN）联系密切，需经过专门的线路进入PSTN的移动通信网。如：GSM网、CDMA网、3G移动通信网专用的移动通信网：自己组成一个网后，不再进入电话网，或仅仅和电话网保持一定的关系。例如，工业企业中的无线电调度网、公安指挥、交通管理、海关缉私、医疗救护等部门使用的无线电话网。22集群通信系统国际电联(ITU)推荐了一些数字集群通信系统，而在我国的标准中只推荐TETRA和iDEN两个系统。我国的集群通信工作频率开始在800MHz的频段:分配为806-821MHz和851-866MHz,它共有600个信道(信道间隔为25kHz)。随着使用集群通信的部门的增多和范围的扩大，后来国家无线电管理局又分配了350MHz频段(信道间隔也为25kHz)专门供公、检、法、司法、安全、海关、军队和武警等八个部门使用，共有560对频点。23集群通信系统ETRA系统是欧洲电信标准协会(ETSI)推出的，采用TDMA方式，工作频段主要为400MHz(380-400MHz,410-430MHz)，它原先主要是为欧洲一些国家公共安全使用的。自我国规定数字集群通信的频段为800MHz后，SIEMENS等公司都已能提供800MHz的成套系统或设备。iDEN系统是MOTOROLA公司的产品，它原先叫MIRS系统，工作在800MHz频段，也采用TDMA方式。它集指挥调度、双工互联、寻呼和短消息于一体。iDEN系统进入到中国是比较早的，但真正建成，运营是在1999年初，这个网是由珠海新河公司和摩托罗拉公司合作在福建省的沿海地区(福州、泉州、厦门和漳州一线)建的、由福建省集群无线电话公司正式运营的我国第一个数字集群通信共网。241.2常用无线通信系统无线寻呼无绳电话集群移动通信系统移动卫星系统蜂窝移动通信系统255-50km1-5km100m-1km10-100m分层网络移动通信网的覆盖演进大区制小区制微小区制微微小区制宏区制（宏蜂窝）按移动通信网的服务区域覆盖方式可分为：——大区制——小区制——微小区制——微微小区制26节省投资实现大面积覆盖大功率发射高挂高天线小区范围2-20Km(取决于实际环境!)适用于低话务阶段或区域网络建设初期农村交通干线覆盖公路覆盖用全向天线或两扇区定向天线使整体覆盖情况最佳宏蜂窝网络27蜂窝移动通信系统（一）大区制30～200mTX:50～100WTRXBSTRXTX:10～25WMS覆盖半径20～30km图11大区制蜂窝网28例：在20世纪70年代于美国纽约开通的IMTS(ImprovedMobileTelephoneService，改进的移动电话系统)，仅能提供12对信道。例：设大区制系统共有12个频道（信道ch：channel），求系统用户容量。解：系统容量=12(ch)=12个用户大区制特点⑴系统及控制简单⑵容量小为提高系信容量人们研究出小区制即蜂窝网295-50km1-5km100m-1km10-100m分层网络（微蜂窝）移动通信网的覆盖演进大区制小区制微小区制微微小区制宏区制（宏蜂窝）按移动通信网的服务区域覆盖方式可分为：——大区制——小区制——微小区制——微微小区制30容量导向型网络加强宏蜂窝覆盖，同时增加网络容量适用于热点区域通常是扇型小区解决热点话务吸收的有效投资途径典型应用市区郊区热点典型覆盖范围:0,5..2km使网络容量吸收最佳0,5..2km微蜂窝网络31蜂窝移动通信的基本概念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，负责本区移动通信的联络和控制。同时，又可在移动交换局(MSC，MobileSwitchingCenter)的统一控制下，实现小区之间移动用户通信的转接，以及移动用户与市话用户的联系。-特点：用户容量大，服务性能较好，频谱利用率较高，用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小等-问题：系统复杂，越区切换，漫游，位置登记；更新和管理以及系统鉴权等32其他MSCotherBTS´sVLREIRAuCOMC移动通信网的基本结构HLR33蜂窝通信的基本原理小区、区群与频率复用小区形状的确定小区的实际覆盖想象的覆盖理想的覆盖实际的覆盖34实际的覆盖3个规则正六边形一个站点的三个实际小区基站的实际覆盖35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。好处：可以极大地提高频谱利用率带来的问题：如果系统设计得不好，将产生严重的干扰C1C1f1P0f1P0RRD(D/R)2=3×kD—频率复用距离R—小区半径K—频率复用模式频率复用代表频率复用的效率36蜂窝－频率复用方式FDMA频率复用11111111113626221457CDMA频率复用37BSBSBS蜂窝网中区群的划分132123图13区群的划分区群频率再用要很好的实现频率再用，需对蜂窝网中的小区进行规划，即进行区群的划分。38例：设移动通信系统的信道总数为12个,若3个小区为1个区群，共100个区群，求系统用户容量。划分区群后，蜂窝移动通信系统的用户容量的计算:解：而每小区容量＝12/3＝4用户总容量＝100×12＝1200用户蜂窝移动通信系统（二）39频率复用6754321675432167543216754321675432167543216754321图14蜂窝网的频率复用40无线区群构成和形状无线区群构成-区群内每个小区使用不同的频率-区群的形状能够无缝覆盖整个区域-区群间同频小区的距离保持相等区群中的小区数目满足：N=i2+ij+j2无线区群的几种形状N=3N=4N=71321437264532141“频率复用”产生的问题：①同信道干扰67543216754321675432167543216754321675432167543211111111图15蜂窝网的同信道干扰i=1,j=2例：要达到三级话音质量，要求信号是干扰的8倍以上。同信道小区的距离rND342基站