移動通信概論

1、移動通信技術(shù),有關(guān)課程的幾個(gè)問題,為什么選本課程 無線移動通信和IP技術(shù)是近年來信息技術(shù)領(lǐng)域的兩大熱點(diǎn)。 感興趣想了解一些有關(guān)知識。 如何聽課 一般不用筆記，講課內(nèi)容會發(fā)給大家。 盡量多閱讀參考文獻(xiàn)。 如何講課 非理論基礎(chǔ)，注重基本概念和基本原理。 目標(biāo)：“內(nèi)容最新，范圍廣泛,教學(xué)目標(biāo),教學(xué)目標(biāo)】以現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)為背景，主要講述蜂窩移動通信的基本概念和典型移動通信系統(tǒng)的基本原理。 【教學(xué)重點(diǎn)】移動通信中的基本概念，蜂窩移動通信的額組網(wǎng)原理，移動通信中的關(guān)鍵相關(guān)技術(shù)和移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 【教學(xué)要求】強(qiáng)調(diào)基本概念，基本原理，內(nèi)容新，范圍廣，主要為現(xiàn)有、正在發(fā)展和未來技術(shù)為主,教學(xué)內(nèi)容,第一章移動

2、通信概論 第二章 移動通信信道的電波傳播 第三章 蜂窩移動通信的組網(wǎng)技術(shù) 第四章 抗衰落技術(shù) 第五章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 第六章 CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng) 第七章 第三代移動通信系統(tǒng)（3G,第1章 移動通信概論,本章提示,移動通信系統(tǒng)構(gòu)成，既有有線系統(tǒng)，也有無線系統(tǒng)；移動通信課程主要研究無線通信系統(tǒng)。 移動通信既有海上移動通信、空中移動通信，也有陸上移動通信；移動通信課程主要研究公用陸上移動通信系統(tǒng)（PLMTS）。 移動通信是無線電通信，但不是研究點(diǎn)對點(diǎn)無線電通信，而是研究多用戶多信道共用無線電通信,本章提示,本章將介紹許多新的技術(shù)概念，如無線小區(qū)、移動信道（無線信道）、基站（BS）、

3、移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、頻率復(fù)用（或頻率再用）、區(qū)群（Cluster）、前向信道（下行信道）、反向信道（上行信道）、移動臺（移動終端）、公用交換電話網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）等,第1章 移動通信概論,1.1 移動通信概述 1.2 常用移動通信系統(tǒng) 1.3 移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向,1.1 移動通信概述,1.1.1 基本概念 1.1.2 移動通信系統(tǒng)的組成 1.1.3 移動通信的特點(diǎn) 1.1.4 移動通信的分類 1.1.5 移動通信的工作頻段 1.1.6 移動通信的工作方式 1.1.7 移動通信的組網(wǎng),1.1.1 基本概念,移動通信，是指通信雙方或至少

4、有一方處于運(yùn)動中進(jìn)行信息傳輸和交換的通信方式。 移動通信系統(tǒng)包括無繩電話、無線尋呼、陸地蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信等。 移動體之間通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無線電通信，因此，無線通信是移動通信的基礎(chǔ)，而無線通信技術(shù)的發(fā)展將推動移動通信的發(fā)展,1.1.2 移動通信系統(tǒng)的組成,移動通信系統(tǒng)是移動體之間、移動體和固定用戶之間以及固定用戶與移動體之間，能夠建立許多信息傳輸通道的通信系統(tǒng)。 移動通信包括無線傳輸、有線傳輸，信息的收集、處理和存儲等，使用的主要設(shè)備有無線收發(fā)信機(jī)、移動交換控制設(shè)備和移動終端設(shè)備,1.1.2 移動通信系統(tǒng)的組成,圖1-1 移動通信系統(tǒng)的組成,1.1.2 移動通信系統(tǒng)的組成,移

5、動通信無線服務(wù)區(qū)由許多正六邊形小區(qū)覆蓋而成，呈蜂窩狀，通過接口與公眾通信網(wǎng)（PSTN、ISDN、PDN）互聯(lián)。 移動通信系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng)（SS）、操作維護(hù)管理子系統(tǒng)（OMS）、基站子系統(tǒng)（BSS） 和移動臺（MS），是一個(gè)完整的信息傳輸實(shí)體,1.1.2 移動通信系統(tǒng)的組成,移動通信中建立一個(gè)呼叫是由BSS和SS共同完成的；BSS提供并管理MS和SS之間的無線傳輸通道，SS負(fù)責(zé)呼叫控制功能，所有的呼叫都是經(jīng)由SS建立連接的；OMS負(fù)責(zé)管理控制整個(gè)移動網(wǎng),1.1.2 移動通信系統(tǒng)的組成,MS也是一個(gè)子系統(tǒng)。它實(shí)際上是由移動終端設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)兩部分組成的。 移動終端設(shè)備稱為移動設(shè)備； 用戶數(shù)據(jù)

6、存放在一個(gè)與移動設(shè)備可分離的數(shù)據(jù)模塊中，此數(shù)據(jù)模塊稱為用戶識別卡（SIM,1.1.3 移動通信的特點(diǎn),1移動通信必須利用無線電波進(jìn)行信息傳輸 2移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運(yùn)行 3隨著移動通信業(yè)務(wù)量的需求與日俱增，移 動通信可以利用的頻譜資源非常有限 4對移動臺的要求高 5通道容量有限 6通信系統(tǒng)復(fù)雜,1.1.4 移動通信的分類,按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備； 按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信； 按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等； 按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)； 按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)； 按工作方式可分為

7、同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工； 按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)； 按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng),1.1.5 移動通信的工作頻段,早期的移動通信主要使用VHF和UHF頻段。 目前，大容量移動通信系統(tǒng)均使用800MHz頻段（CDMA），900MHz頻段（AMPS、TACS、GSM），并開始使用1 800MHz頻段（GSM1800/DCS1800），該頻段用于微蜂窩（Microcell）系統(tǒng)。 第三代移動通信使用2.4GHz頻段,1.1.6 移動通信的工作方式,從傳輸方式的角度來看，無線通信分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應(yīng)答式）。 單向傳輸只用于無線電尋呼系統(tǒng)。雙向傳輸有單工、雙工和半

8、雙工三種工作方式。 單工通信是指通信雙方電臺交替地進(jìn)行收信和發(fā)信，根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工,1.1.6 移動通信的工作方式,圖1-2 單工通信,1.1.6 移動通信的工作方式,圖1-3 雙工通信 雙工通信：通信雙方可同時(shí)進(jìn)行傳輸消息的工作方式,1.1.6 移動通信的工作方式,半雙工通信的組成與圖1-3相似，移動臺采用類似單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作，而接收機(jī)總是工作的?；竟ぷ髑闆r與雙工方式完全相同,1.1.7 移動通信的組網(wǎng),蜂窩式組網(wǎng)的目的是解決常規(guī)移動通信系統(tǒng)的頻譜匱乏，容量小，服務(wù)質(zhì)量差，頻譜利用率低等問題。 蜂窩式組網(wǎng)理論為移動通信技術(shù)的發(fā)

9、展和新一代多功能設(shè)備的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ),1無線蜂窩式小區(qū)覆蓋和小功率發(fā)射,蜂窩式組網(wǎng)放棄了點(diǎn)對點(diǎn)傳輸和廣播覆蓋模式，將一個(gè)移動通信服務(wù)區(qū)劃分成許多以正六邊形為基本幾何圖形的覆蓋區(qū)域，稱為蜂窩小區(qū)。 一個(gè)較低功率的發(fā)射機(jī)服務(wù)一個(gè)蜂窩小區(qū)，在較小的區(qū)域內(nèi)設(shè)置相當(dāng)數(shù)量的用戶,1.無線蜂窩式小區(qū)覆蓋和小功率發(fā)射,根據(jù)不同制式系統(tǒng)和不同用戶密度挑選不同類型的小區(qū)?；镜男^(qū)類型如下。 超小區(qū)：小區(qū)半徑r 20km，適于人口稀少的農(nóng)村地區(qū)。 宏小區(qū)：小區(qū)半徑r = 1km20km，適于高速公路和人口稠密的地區(qū)。 微小區(qū)：小區(qū)半徑r = 0.1km1km，適于城市繁華區(qū)段。 微微小區(qū)：小區(qū)半徑r 0.1km，

10、適于辦公室、家庭等移動應(yīng)用環(huán)境。 當(dāng)蜂窩小區(qū)用戶數(shù)增大到一定程度而使準(zhǔn)用頻道數(shù)不夠用時(shí)，采用小區(qū)分裂將原蜂窩小區(qū)分裂為更小的蜂窩小區(qū)，低功率發(fā)射和大容量覆蓋的優(yōu)勢十分明顯,2頻率覆蓋,蜂窩系統(tǒng)的基站工作頻率，由于傳播損耗提供足夠的隔離度，在相隔一定距離的另一個(gè)基站可以重復(fù)使用同一組工作頻率，稱為頻率復(fù)用。 采用頻率復(fù)用大大地緩解了頻率資源緊缺的矛盾，增加了用戶數(shù)目或系統(tǒng)容量。 頻率復(fù)用所帶來的問題是同頻干擾。 同頻干擾的影響并不與蜂窩之間的絕對距離有關(guān)，而是和蜂窩間距離與小區(qū)半徑比值有關(guān),3多信道共用和越區(qū)切換,由若干無線信道組成的移動通信系統(tǒng)，為大量的用戶共同使用仍能滿足服務(wù)質(zhì)量的信道利用技

11、術(shù)，稱為多信道共用技術(shù)。 多信道共用技術(shù)利用信道占用的間斷性，使許多用戶能夠任意地、合理地選擇信道，以提高信道的使用效率。 為了保證通話的連續(xù)性，當(dāng)正在通話的移動臺進(jìn)入相鄰無線小區(qū)時(shí)，移動通信系統(tǒng)必須具備業(yè)務(wù)信道自動切換到相鄰小區(qū)基站的越區(qū)切換功能，即切換到新的信道上，從而不中斷通信過程,4無線通信優(yōu)勢與有線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的理想互聯(lián),移動信息通過基站和移動業(yè)務(wù)交換中心進(jìn)入公眾電信網(wǎng)或其他移動網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)移動用戶與市話用戶、移動用戶與移動用戶，以及移動用戶與長途用戶之間的通信。 互聯(lián)使移動無線網(wǎng)適應(yīng)公眾網(wǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，突破業(yè)務(wù)區(qū)域限制，也使公眾網(wǎng)的服務(wù)范圍得到擴(kuò)大和延伸,1.2 常用移動通信系統(tǒng),1.2.1

12、 蜂窩移動通信系統(tǒng) 1.2.2 無繩電話系統(tǒng) 1.2.3 集群移動通信系統(tǒng) 1.2.4 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng) 1.2.5 分組無線網(wǎng),1.2.1 蜂窩移動通信系統(tǒng),早期的移動通信系統(tǒng)是在其覆蓋區(qū)域中心設(shè)置大功率的發(fā)射機(jī)，采用高架天線把信號發(fā)送到整個(gè)覆蓋地區(qū)（半徑可達(dá)幾十公里），如圖1-4（a）所示。 這種系統(tǒng)的主要矛盾是同時(shí)能提供給用戶使用的信道數(shù)極為有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了移動通信業(yè)務(wù)迅速增長的需要,1.2.1 蜂窩移動通信系統(tǒng),圖1-4 大區(qū)覆蓋與小區(qū)覆蓋,1.2.1 蜂窩移動通信系統(tǒng),蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成若干個(gè)較小的區(qū)域（cell，在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū)），各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)（即基

13、站發(fā)射機(jī)）進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿 （即覆蓋）任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖1-4（b）所示,1.2.1 蜂窩移動通信系統(tǒng),相鄰小區(qū)不允許使用相同的頻道，否則會發(fā)生相互干擾，稱同道干擾。 蜂窩通信既能滿足大的無線覆蓋區(qū)和高速移動用戶的要求，又能滿足高密度、低速移動用戶的要求，同時(shí)還可滿足室內(nèi)用戶的要求，從而使蜂窩通信向個(gè)人通信發(fā)展,1.2.1 蜂窩移動通信系統(tǒng),1.2.2 無繩電話系統(tǒng),無繩電話是一種以有線電話網(wǎng)為依托的通信方式，是有線電話網(wǎng)的無線延伸。 無繩電話具有發(fā)射功率小、省電、設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展十分迅速，目前已經(jīng)形成了多種數(shù)字式無繩電話系統(tǒng),1.2.2 無

14、繩電話系統(tǒng),圖l-5 無繩電話系統(tǒng)示意圖,1.2.2 無繩電話系統(tǒng),歐洲數(shù)字無繩電話系統(tǒng)（DECT） 個(gè)人手持電話系統(tǒng)（PHS） 個(gè)人接入通信系統(tǒng)（PACS） 在我國應(yīng)用比較廣泛的“小靈通”采用了PHS協(xié)議，是屬于無繩電話衍生的通信手段,1.2.3 集群移動通信系統(tǒng),集群移動通信系統(tǒng)屬于調(diào)度系統(tǒng)的專用通信網(wǎng)。 集群移動通信系統(tǒng)采用的基本技術(shù)是頻率公用技術(shù)。 集群移動通信系統(tǒng)采用半雙工工作方式。 集群移動通信系統(tǒng)主要以無線用戶為主，即以調(diào)度臺與移動臺之間的通話為主。 集群移動通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)，適用于在各個(gè)行業(yè)（或幾個(gè)行業(yè)合用）中間進(jìn)行調(diào)度和指揮，對網(wǎng)中的不同用戶常常賦予不同的優(yōu)先等級,

15、1.2.4 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),衛(wèi)星通信具有全球范圍的覆蓋區(qū)，信道穩(wěn)定、可靠及系統(tǒng)容量大等優(yōu)點(diǎn)，從誕生至今，得到了迅猛發(fā)展。 通過衛(wèi)星為移動臺及手機(jī)提供移動通信服務(wù)而構(gòu)成移動衛(wèi)星通信系統(tǒng) （MSS）。 MSS是以VAST和地面蜂窩移動通信為基礎(chǔ)，結(jié)合空間衛(wèi)星多波束技術(shù)及星上處理、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)而構(gòu)成的超越時(shí)空的全球個(gè)人通信網(wǎng),1.2.5 分組無線網(wǎng),分組無線網(wǎng)是一種利用無線信道進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息要以“分組”或稱“信包”（有時(shí)簡稱“包”）為基本單元。 分組是由若干比特組成的信息段，通常包含“包頭”和“正文”兩部分。 包頭中含有該分組的源地址（起始地址）、宿地址（目的地址）

16、和有關(guān)的路由信息，正文是真正需要傳送的信息,1.2.5 分組無線網(wǎng),分組傳輸方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的一種，用戶終端必須先把要傳送的信息存儲、分段、加上包頭以構(gòu)成分組，才能送上無線信道進(jìn)行傳輸。 這一過程必然要產(chǎn)生額外的時(shí)間延遲，因此，分組無線網(wǎng)特別適用于實(shí)時(shí)性要求不嚴(yán)和短消息比較多的數(shù)據(jù)通信。 分組傳輸能適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。常見的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星狀結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu),1.2.5 分組無線網(wǎng),1）ARDIS系統(tǒng)（先進(jìn)的無線電數(shù)據(jù)信息 設(shè)備）。 （2）Mobitex系統(tǒng)（全國性互聯(lián)的集群無線 電網(wǎng)絡(luò)）。 （3）CDPD系統(tǒng)（蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)）。 （4）TETRA系統(tǒng)（全歐集群無線電）。 （5）第二代北美

17、數(shù)字蜂窩IS-54和IS-95系統(tǒng),1.3 移動通信發(fā)展概況和發(fā)展方向,1.3.1 移動通信發(fā)展概況 1.3.2 第三代移動通信 1.3.3 移動通信的發(fā)展方向,1.3.1 移動通信發(fā)展概況,1897年: M.G馬可尼在陸地和一艘拖船上完成無線通信實(shí)驗(yàn)。 第一階段從20世紀(jì)20年代至40年代，為早期發(fā)展階段。 主要使用對象是船舶、航空、警車等專用無線電通信及軍事通信。 第二階段：從40年代中期至60年代初期，在此期間，公用移動通信業(yè)務(wù)問世。 1946年，Bell實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯建立第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng)（意味著貝爾實(shí)驗(yàn)室把專用的移動通信系統(tǒng)應(yīng)用到通用的電話網(wǎng)上） 第三階段從20世紀(jì)60年代中期至

18、70年代中期。 推出了自動交換式的三級結(jié)構(gòu)網(wǎng) ，采用大區(qū)制、中小容量的結(jié)構(gòu)方式，信道數(shù)目大大增加，實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)。其代表是美國推出的改進(jìn)型移動電話系統(tǒng)（IMTS,1.3.1 移動通信發(fā)展概況,第四階段：從70年代中期到80年代中期。 1974年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩移動通信的概念。各工業(yè)化國家相繼開發(fā)出模擬蜂窩式公用移動通信網(wǎng)。 第五階段：從20世紀(jì)80年代中期至20世紀(jì)末。這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時(shí)期。 1991年： GSM系統(tǒng)投入商用（歐） 1995年： CDMA IS-95商用（美） 第六階段：從21世紀(jì)開始，移動通信向?qū)拵Ф嗝襟w方向發(fā)展,1.3.2 第三代移動通信,第三代移動通信系統(tǒng)是一種能提供多種類型、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，能實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，具有全球漫