移动通信原理与系统第1章

移动通信MobileCommunication2先修课程、教材先修课程：通信原理、信号与系统、数字通信、概率论教材：《移动通信原理与系统》参考教材1：《现代移动通信系统》人民邮电出版社，祈玉生等编著2：《数字蜂窝移动通信系统》电子工业出版社，赵荣黎编著3：《移动通信》西安电子科技大学出版社，郭梯云等编著西安电子科技大学出版社，章坚武编著3考试出勤：10％（注：迟到影响出勤率）作业：10％期末考试：80％（闭卷）4教学目标本课程是通信工程专业本科生专业课。通过学习本课程，使学生掌握移动通信系统的基本概念、基本原理、关键技术；理解工程技术中的有关问题；了解移动通信的发展趋势；建立移动通信系统的整体概念，为在该领域进一步学习、研究和开发奠定一定的基础。5目录第一章概述（4学时）第二章移动通信组网原理（8学时）第三章移动信道中的电波传播（8学时）第四章数字移动通信关键技术（8学时）第五章GSM/GPRS数字蜂窝移动通信系统（8学时）第六章窄带CDMA数字蜂窝移动通信系统（6学时）第七章第三代(3G)数字蜂窝移动通信系统（8学时）第八章移动数据传输（4学时）第九章未来移动通信展望（2学时）习题讲解与课堂练习（6学时）复习（2学时）6第一章概述1.1移动通信的定义、特点1.1.1移动通信的定义1.1.2移动通信的特点1.2移动通信的工作方式1.2.1移动通信的分类1.2.2移动通信的双向传输、双工方式、工作方式、多址方式1.3移动通信的工作频段与标准化组织1.3.1移动通信的工作频段1.3.2移动通信的标准化组织71.4几种典型的移动通信系统1.4.1无线电寻呼系统1.4.2无绳电话系统1.4.3集群移动通信系统1.4.4蜂窝移动通信系统1.4.5卫星移动通信系统1.4.6无线局域网1.4.7无线个域网81.5移动通信关键技术1.5.1多址技术1.5.2组网技术1.5.3无线电波传播特性1.5.4语音编码1.5.5调制技术1.5.6抗衰落技术1.6移动通信的发展91.1移动通信的定义、特点1.1.1移动通信的定义移动通信：通信双方或至少其中一方在移动中进行信息传输和交换的通信方式应用最为广泛的陆地移动通信系统包括：无线寻呼系统、无绳电话系统、集群移动通信系统和蜂窝移动通信系统等。101.1.2移动通信的特点移动通信与有线通信相比具有以下特点电波传播环境十分恶劣多普勒频移产生调频噪声受噪声和多种干扰的影响对设备的要求更为苛刻通信系统复杂通信容量有限111.2移动通信的工作方式1.2.1移动通信的分类按工作方式分类：单工，双工（FDD,TDD)，半双工按多址方式分类：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA按信号形式分类：模拟网和数字网按覆盖范围分类：城域网、局域网、个域网按业务类型分类：电话网、数据网、综合业务网、多媒体网按服务特性分类：专用网、公用网按使用环境分类：陆地通信、海上通信、空中通信按使用对象分类：民用系统、军用系统12一、双向传输、双工方式双向传输·上行链路（uplink）·下行链路（downlink）双工模式·频分双工（FDD）·时分双工（TDD）f2f1ttFDDf3t上下上下TDD下行链路上行链路上/下行链路1.2.2移动通信的双向传输、双工方式、工作方式、多址方式13二、工作方式单工制：通信双方电台交替地进行收信和发信。分为：同频单工和异频单工Play发射机f1(f1)接收机送受话器f1(f2)PTT发射机接收机PTTf1(f1)f1(f2)电台甲电台乙送受话器14双工制：是指通信双方收发信机均同时工作。收信和发信必须采用不同的工作频率play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f1f215半双工制：是指通信双方中，一方使用双频双工方式，即收发信机同时工作；另一方使用双频单工方式，即收发信机交替工作。Play发射机f1接收机受话器f2基站送话器f1f2发射机接收机PTTf1f2送受话器移动台16三、多址方式多址方式：解决如何使移动用户同时共享有限的无线频谱资源多址方式涉及到两个问题一是多路复用，即把一条通路变成多个物理信道二是信道分配，即将单个用户分配到某一具体信道上去17常用的多址方式：1、频分多址（FDMA）2、时分多址（TDMA）3、码分多址（CDMA）PowerFrequencyTimeFDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TDMAFrequencyCDMAPowerTime184、空分多址（SDMA）191.3移动通信的工作频段与标准化组织1.3.1移动通信的工作频段一、确定移动通信工作频段的依据电波传播特性、天线尺寸环境噪声及干扰的影响服务区域范围、地形和障碍物尺寸、对建筑物的渗透性设备小型化与已开发的频段的协调和兼容性20无线电频谱分配300MHz~300GHz1m~1mmf31081051010(m)(Hz)3103231063109-13101210-43101510-73101810-10无线电波光波宇宙射线视频射频微波红外线可见光紫外线x射线射线21波段名称波长范围频率范围频段名称极长波100~107m3~30Hz极低频（ELF）甚长波105~104m3~30kHz甚低频（VLF）长波104~103m30~300kHz低频（LF）中波103~102m300~3000kHz中频（MF）短波102~10m3~30MHz高频（HF）超短波10~1m30~300MHz甚高频（VHF）微波分米波100~10cm300~3000MHz特高频（UHF）微波厘米波10~1cm3~30GHz超高频（SHF）微波毫米波10~1mm30~300GHz极高频（EHF）亚毫米波1~0.1mm300~3000GHz至高频（THF）无线电频谱的划分和命名)()/(103)(8Hzfsmfcm22二、蜂窝移动通信系统的频谱分配较早移动通信使用甚高频(VHF)、特高频(UHF)的范围现在移动通信使用特高频（UHF）、超高频（SHF）的范围VHF：30-300MHzUHF：300-3000MHzSHF：3-30GHz23目前的2G蜂窝移动通信系统均使用800MHz频段（IS-95CDMA）；900MHz频段（AMPS、TACS、GSM）；1800MHz频段（GSM1800），该频段用于微蜂窝系统。第三代移动通信系统（3G）主要工作在2000MHz频段上，世界各国和地区频率分配的方式各不相同。241.3.2移动通信的标准化组织一、移动通信的标准化内容技术体制标准化网络设备标准化测试方法标准化25二、移动通信的标准化组织1、国际标准化组织-国际电信联盟(ITU)1993年3月ITU组织调整为：ITU-R工作组负责无线电通信ITU-T工作组负责非无线电标准ITU-D工作组负责电信发展2、欧洲的标准化组织:欧洲电信标准协会(ETSI)定义欧洲的无线电系统的技术指标成立于1987年，GSM、DECT、HiperLAN等技术规范的制定者263、北美地区的标准化组织电子工业协会(EIA)电信工业协会(TIA)蜂窝电信工业协会(CTIA)美国国家标准协会(ANSI)4、IEEE对标准开发起着重要作用的科学组织，如IEEE802271.4几种典型的移动通信系统无线电寻呼系统无绳电话系统集群集群移动通信系统蜂窝移动通信系统卫星移动通信系统无线局域网无线个域网(Bluetooth,ZigBeeRadios,UWB）28公共电话网PSTN自动寻呼终端寻呼数据处理中心发射塔无线寻呼系统29无绳电话系统市话程控制交换机FixedPort(BS)30集群通信系统中央控制器基地台分调度台移动台总调度台公共电话网PSTN31蜂窝移动通信系统BSBSMSCPSTNMSCBSSanFranciscoNewYorkInternet33无线局域网01011011InternetAccessPoint（AP）0101101134无线个域网351.5移动通信关键技术1.5.1多址技术移动通信中常用的多址方式有三种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。此外，在中国提出的3G标准TD-SCDMA中采用了空分多址（SDMA）参考PPT.16-18361.5.2组网技术频率资源的共享问题（即多址技术）区域覆盖和信道配置问题移动通信系统的网络结构问题网络的控制和移动性管理方面的问题干扰问题以及多信道共用技术371.5.3电波传播特性不同频段的无线电波，其传播方式和特点是不同的对于工作于UHF和SHF频段的移动通信来说，电波传播的方式主要是直射波、折射波、反射波、绕射波、散射波以及它们的合成波。381.5.4语音编码技术移动通信中语音编码的目的：编码速率要低、话音质量要高语音编码的分类：波型编码、参数编码、混合编码391.5.4语音编码技术移动通信中语音编码的目的：编码速率要低、话音质量要高语音编码的分类：波型编码、声源编码、混合编码40一、波形编码将时域的模拟话音的电压波型信号经过抽样、量化、编码而形成数字话音信号速率为：16-64kbit/s特点：占用频带较宽，适合有线通信、不适合移动通信常用的波型编码方式：脉冲编码调制、增量调制等41二、声源编码基于人的发声机理，提出产生话音信号的特征参数，对特征参数进行编码速率为：1.2-4.8kbit/s特点：语音质量只能达到中等水平42三、混合编码-适合数字移动通信的语音编码技术既含有若干语音特征参量信息又含有部分波形编码信息。当编码速率在8-16kbit/s时，语音质量达到通信要求常用混合编码方式：规则脉冲激励长期预测编码（RPE-LTP）、矢量和激励线性预测编码（VSELP）GSM采用的语音编码方式：RPE-LTP、编码速率为13kbit/s431.5.5调制技术一、调制的概念调制：使信息载体的某些特征（振幅、频率、相位）随信息变化的过程。其目的：使要传输的信息适合于信道特征，达到有效、可靠的传输二进制数字调制方式：振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）44移动通信对调制方式的要求：窄的功率谱高的频率效率优良的误码性能已调信号的包络恒定能接受差分检测功率效率高45二、数字移动通信系统中广泛使用的调制技术：连续相位调制：也称为恒包络调制，包括平滑跳频（TFM）、最小移频键控(MSK)、高斯预滤波最小移频键控(GMSK)欧洲GSM系统采用GMSK调制。其优点：频谱旁瓣分量低、频谱利用率高、误码性能好线性调制：PSK、QPSK、DQPSK、O-QPSK、π/4-DQPSK和多电平PSK等调制方式。其特点:频谱利用率高、但对调制器和功率放大器的线性要求高46正交振幅调制（QAM），它是一种振幅和相位联合调制技术。正交频分复用（OFDM）471.5.6抗衰落技术一、信道编码发送端按照某种规律在被传输数据中引入冗余来避免数字数据在传输过程中出现差错在移动通信中几乎都采用前向纠错编码FEC。FEC分为分组码和卷积码两大类48分组码、卷积码分组码：将信息码分组，为每组信码附加若干监督码。分组码一般用表示，本码组的个监督元只对本码组起作用卷积码：卷积码编码器把k比特信息段编成n比特码组，但所编的n长码组不仅同当前的k比特信息段有关联，而且还同前面的（N-1）个（N1，整数）信息段有关联。常称这N个信息段中的码元数目nN为该卷积码的约束长度（以比特为单位）；也可称N为码的约束长度（以码组为单位）。一般来说，对于卷积码，k和n是较小的整数。卷积码记作（n,k,N），其编码效率为),(knknrnkRc49二、交织技术卷积编码只能纠正有限连续错误比特，交织的目的就是使误码离散化。交织对慢衰落效果不明显50三、分