移動(dòng)通信教學(xué)概論

1、 中南民族大學(xué)電子與信息工程學(xué)院唐紅文中南民族大學(xué)電子與信息工程學(xué)院唐紅文 移動(dòng)通信移動(dòng)通信-第一講第一講 概論 移動(dòng)通信的目標(biāo)？移動(dòng)通信的目標(biāo)？ 移動(dòng)通信的的原？移動(dòng)通信的的原？ 移動(dòng)通信的的應(yīng)？移動(dòng)通信的的應(yīng)？ 移動(dòng)通信的的應(yīng)？解的的問？移動(dòng)通信的的應(yīng)？解的的問？ 移動(dòng)通信的的關(guān)鍵技？移動(dòng)通信的的關(guān)鍵技？ 移動(dòng)通信的的未？移動(dòng)通信的的未？ 學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)移動(dòng)通信移動(dòng)通信課程的目的？課程的目的？ 中國移動(dòng)：中國移動(dòng)：gsm、gprs、td-scdma。 中國聯(lián)通：中國聯(lián)通：gsm、gprs、wcdma。 中國電信：中國電信：cdma、cdma 1x、 cdma2000。 隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的日

2、益完善，大隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的日益完善，大 量基于量基于gprs和和cdma 1x鍵技的數(shù)據(jù)新業(yè)務(wù)將鍵技的數(shù)據(jù)新業(yè)務(wù)將 不斷被推向市場。不斷被推向市場。 移動(dòng)動(dòng)務(wù)、移動(dòng)動(dòng)定、移動(dòng)動(dòng)務(wù)、移動(dòng)動(dòng)定、wap和基于和基于java、 brew的游戲類業(yè)務(wù)也將逐步升溫。的游戲類業(yè)務(wù)也將逐步升溫。 移動(dòng)通信的基礎(chǔ)知識 u移動(dòng)通信的工作頻段 u移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) u移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類 常用移動(dòng)通信系統(tǒng) 移動(dòng)通信的基本技術(shù) u調(diào)制技術(shù) u移動(dòng)信道中電波傳播特性的研究 u多址方式 u抗干擾措施 u組網(wǎng)技術(shù) 移動(dòng)通信的發(fā)展歷程和發(fā)展方向 移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化 至少有一方處于移動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行信息交換的通 信就叫做移動(dòng)通

3、信。換句話說，移動(dòng)通信解決 因?yàn)槿说囊苿?dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)中通信問題。 u 終端的移動(dòng)性：手機(jī)、車載臺； u 個(gè)人的移動(dòng)性：sim/uim 卡方式支持的業(yè)務(wù)； u 業(yè)務(wù)的可漫游性：用戶可以隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)， 無障礙交流。 f3000ghz 的電磁頻譜稱為無線電磁波的頻譜。的電磁頻譜稱為無線電磁波的頻譜。 地-電離層波導(dǎo)（wave guidewave guide） 104m-105m u 電報(bào) u 導(dǎo)航系統(tǒng) u 潛水艇通信 具有傳播距離遠(yuǎn)和相位穩(wěn)定兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)， 可應(yīng)用于遠(yuǎn)距離通信、導(dǎo)航、頻率和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) 的傳送。例如，美國于70年代建成的工作頻段 為1015千赫的奧米加導(dǎo)航系統(tǒng)，規(guī)模巨大， 有 8個(gè)發(fā)射

4、臺，可覆蓋全球。蘇聯(lián)在此期間也 建立了包括 3個(gè)發(fā)射臺的類似系統(tǒng)。 lm：表面波 ( 長波1000m) u長距離通信 u導(dǎo)航 mf：表面波和天波 (中波100m1000m) u干擾1.6/1.5ghz; （3 3）微波）微波c c頻頻 段段 6.0/4.0ghz;6.0/4.0ghz; （4 4）微波）微波x x頻頻 段段 8.0/7.0ghz;8.0/7.0ghz; （5 5）微波）微波kuku頻頻 段段 14.0/12.0ghz14.0/12.0ghz 和和 14.0/11.0ghz;14.0/11.0ghz; （6 6）微波）微波kaka頻頻 段段 30/20ghz30/20ghz。 圖

5、 1-14 銥系統(tǒng)衛(wèi)星軌道示意圖 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)和有關(guān)的路由信息等；正文是真正需要傳送的信 息。 圖 1-15 aloha系統(tǒng)簡圖 數(shù)據(jù)終端 分組無線電臺 中繼站 集中器 計(jì)算中心 世界上各國都在致力于發(fā)展移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其中大 都以分組傳輸鍵技為基礎(chǔ)。 例如： (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)(全國性互連的集群無線電網(wǎng)

6、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) 第二代北美數(shù)字蜂窩is-54和is-95系統(tǒng)。 表表 1-5 1-5 幾種移動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù)幾種移動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)備的特性和參數(shù) 移動(dòng)通信的基礎(chǔ)知識 u移動(dòng)通信的工作頻段 u移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) u移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類 常用移動(dòng)通信系統(tǒng) 移動(dòng)通信的基本技術(shù) u調(diào)制技術(shù) u移動(dòng)信道中電波傳播特性的研究 u抗干擾措施 u多址方式 u組網(wǎng)技術(shù) 移動(dòng)通信的發(fā)展歷程和發(fā)展方向 移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化 目標(biāo)：高數(shù)據(jù)速率，低成本、低能耗實(shí)現(xiàn)，抗干擾、抗 衰落能力強(qiáng) u 線性與非線性； u 恒包絡(luò)與非恒包絡(luò)； u 相干

7、檢測與差分檢測； u 高頻譜效率與高能量效率. 鏈路測量（信道估計(jì)）； 一直是移動(dòng)無線設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，其研究只能在統(tǒng) 計(jì)意義上進(jìn)行。 面向語音業(yè)務(wù)的多址方式： fdmafdma、tdmatdma、cdmacdma、sdmasdma。 面向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多址方式： 基于alohaaloha(隨機(jī)多址方式)：包括分時(shí)隙的aloha aloha 和prmaprma等； 基于csmacsma(載波檢測多址)：包括btma btma 等。 面向多媒體業(yè)務(wù)的多址方式： 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并入面向語音的網(wǎng)絡(luò)：cdpdcdpd、gprsgprs； 語音業(yè)務(wù)并入面向數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)：voipvoip。 n 利用信道編碼信道編碼進(jìn)行

8、檢錯(cuò)和糾錯(cuò)(包括前向糾錯(cuò)fec和自動(dòng)請 求重傳arq)是降低通信傳輸?shù)牟铄e(cuò)率，保證通信質(zhì)量和可靠 性的有效手段； n 為克服由多徑干擾所引起的多徑衰落，廣泛采用分集技術(shù)分集技術(shù) (包括空間分集、頻率分集、時(shí)間分集以及rake接收技術(shù)等)、 自適應(yīng)均衡技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)和選用具有抗碼間干擾和時(shí)延擴(kuò)展能力的調(diào)調(diào) 制技術(shù)制技術(shù)(如多電平調(diào)制、多載波調(diào)制等)； n 為提高通信系統(tǒng)的綜合抗干擾能力而采用擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)； n 為減少蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的共道干擾而采用扇區(qū)天線扇區(qū)天線、 多波束多波束 天線天線和自適應(yīng)天線陣列自適應(yīng)天線陣列等； n 在cdma通信系統(tǒng)中， 為了減少多址干擾而使用干擾抵消干擾

9、抵消 和多用戶信號檢測器技術(shù)和多用戶信號檢測器技術(shù)。 1. 1. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu): : 集中式的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；分布式集中式的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；分布式 msc hlr vlr auc omc eir bts bsc msc pdn pstn isdn 固動(dòng)網(wǎng) bss ms ms 圖 1-16 數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 采應(yīng)特動(dòng)特性的節(jié)點(diǎn)（即基站）； 基站控制所有其覆蓋區(qū)域（稱為小區(qū)） 內(nèi)的傳輸； 由接收未自基站發(fā)送出的信號的能力未 解動(dòng)小區(qū)的邊界； 通過應(yīng)陸地線路連接更多的基站可以增 加覆蓋（蜂窩網(wǎng)）； 蜂窩網(wǎng)通常與pstn 和/或lans 相連； 基站是有線域和無線域之間的中間節(jié)點(diǎn)。 分布式分

10、布式: 不存在任何預(yù)動(dòng)結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)設(shè)施； 服務(wù)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)連通性由節(jié)點(diǎn)的 proximity（以及rf 特性）單獨(dú)動(dòng)義； 節(jié)點(diǎn)也能起到路由器的應(yīng)，使相距很遠(yuǎn)的 節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)通信。 2. 網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口 msbsmsc vlr msc vlr eir hlr smumabisa b e c f g d 圖 1-17 蜂窩系統(tǒng)所應(yīng)的接口 3. 網(wǎng)絡(luò)的控制與管原網(wǎng)絡(luò)的控制與管原 移動(dòng)性管理（mmmm）： 位置管理：位置更新、尋呼和位置信息發(fā)布。 越區(qū)切換：軟切換、更軟切換技術(shù)。 mipmip（mipv6mipv6）：mip mip 中的位置管理和越區(qū)切換。 無線資源管理（rrmrrm），包括功率控制管

11、理： rrmrrm：實(shí)現(xiàn)功率控制減小系統(tǒng)自干擾，選擇最優(yōu)無線信道建立 連接，支持越區(qū)切換。 省電機(jī)制：不連續(xù)發(fā)射（包括語音激活）、移動(dòng)臺的休眠模式。 電源效率：在mac mac 層消除碰撞，使用對休眠模式和廣播較好的 協(xié)議，在rlc rlc 層使用arqarq，在tcp tcp 層采用適當(dāng)?shù)膿砣苊鈾C(jī)制。 移動(dòng)通信的基礎(chǔ)知識 u移動(dòng)通信的工作頻段 u移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) u移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類 常用移動(dòng)通信系統(tǒng) 移動(dòng)通信的基本技術(shù) u調(diào)制技術(shù) u移動(dòng)信道中電波傳播特性的研究 u多址方式 u抗干擾措施 u組網(wǎng)技術(shù) 移動(dòng)通信的發(fā)展歷程和發(fā)展方向 移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化 1.6 1.6 移動(dòng)通信的發(fā)展歷程和發(fā)

12、展方向移動(dòng)通信的發(fā)展歷程和發(fā)展方向 18971897年，馬可尼在陸地和一艘拖船上完成年，馬可尼在陸地和一艘拖船上完成無線通信無線通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志無實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志無 線通信的開始；線通信的開始； 19281928年，美國警應(yīng)車輛車載無線電系統(tǒng)，標(biāo)志年，美國警應(yīng)車輛車載無線電系統(tǒng)，標(biāo)志移動(dòng)通信移動(dòng)通信開始；開始； 19461946年，年，bellbell實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯建立第一個(gè)實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯建立第一個(gè)公應(yīng)汽車電話公應(yīng)汽車電話； 1960s1960s，實(shí)現(xiàn)無線頻道自動(dòng)選擇與公應(yīng)電話網(wǎng)自動(dòng)撥號連接；，實(shí)現(xiàn)無線頻道自動(dòng)選擇與公應(yīng)電話網(wǎng)自動(dòng)撥號連接； 19741974年，美國年，美國bellbell實(shí)驗(yàn)室提

13、出實(shí)驗(yàn)室提出蜂窩移動(dòng)通信蜂窩移動(dòng)通信的概念的概念 1980s1980s，第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)第一代移動(dòng)通信系統(tǒng) 19831983美國的美國的ampsamps、19801980北歐的北歐的nmtnmt、 19791979日本的日本的namtsnamts、19851985英國的英國的tacs(800/900m)tacs(800/900m)； 1990s1990s，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng) 19921992年動(dòng)應(yīng)的年動(dòng)應(yīng)的gsmgsm，19911991美提出的美提出的is-54is-54， 19931993日本提出的日本提出的pdcpdc，19931993美國提出的美國提出的is-95(n

14、-cdma)is-95(n-cdma)； 2000s2000s，第三代移動(dòng)通信第三代移動(dòng)通信 歐洲：歐洲：wcdmawcdma、美國：、美國：cdma2000cdma2000、中國、中國: td-scdma: td-scdma 無線電的發(fā)明者馬可尼無線電的發(fā)明者馬可尼 馬可尼（18741937）意大利人 u1894年在父親的莊園試驗(yàn) u1896年去倫敦 u1897年建立無線電報(bào)公司 u1899年首次實(shí)現(xiàn)英法無線通信 u1916年實(shí)現(xiàn)短波無線電通信 u1929年建立世界性無線通信網(wǎng) 獲獲諾貝爾 參加法法斯斯 l 工作頻段工作頻段由短波、超短波、微波到毫米波、紅外和超長波； l 頻道間隔頻道間隔由

15、窄帶窄帶100 khz、50 khz、25 khz到12.5 khz和寬帶寬帶擴(kuò)頻 信道； l 調(diào)制方式調(diào)制方式由振幅壓擴(kuò)單邊帶、 模擬調(diào)頻模擬調(diào)頻到數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制； l 多址方式多址方式由頻分多址(fdma)、時(shí)分多址(tdma)、 碼分多址(cdma) 到混合多址，以及固定多址和隨機(jī)多址的結(jié)合； l 網(wǎng)絡(luò)覆蓋網(wǎng)絡(luò)覆蓋由蜂窩蜂窩到微蜂窩微蜂窩、 微微蜂窩微微蜂窩和混合蜂窩； l 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍由局部地區(qū)、大中城市到全國、 全世界，并由陸地、 水上、空中發(fā)展到陸?？找惑w化； l 業(yè)務(wù)類型業(yè)務(wù)類型由通話為主， 到傳送數(shù)據(jù)、 傳真、 靜止圖像，直到傳 送綜合業(yè)務(wù)。 移動(dòng)通信的發(fā)展過程及

16、趨勢可概括如下： 寬帶接入寬帶接入 384k -2mbit/s 廣帶接入和分布式網(wǎng)絡(luò)廣帶接入和分布式網(wǎng)絡(luò) 220mb/s wimax hspa+ lte lte- advanced wirelessm an- advanced 我國移動(dòng)通信發(fā)展現(xiàn)狀我國移動(dòng)通信發(fā)展現(xiàn)狀 第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)于第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)于20002000年封網(wǎng)；年封網(wǎng)； 第二代移動(dòng)通信廣泛應(yīng)用；第二代移動(dòng)通信廣泛應(yīng)用； 2.52.5代代gprsgprs、cdma 1xcdma 1x還會(huì)持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間；還會(huì)持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間； 20032003年底中國完成年底中國完成3g3g的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)； 20092009

17、年年1 1月，第三代移動(dòng)通信在中國的應(yīng)用開始運(yùn)月，第三代移動(dòng)通信在中國的應(yīng)用開始運(yùn) 營；營； 3g3g大力發(fā)展。大力發(fā)展。 中國聯(lián)通運(yùn)營：中國聯(lián)通運(yùn)營：gsmgsm網(wǎng)網(wǎng)也稱為也稱為g g網(wǎng)，新建網(wǎng)，新建wcdmawcdma； 中國移動(dòng)運(yùn)營：中國移動(dòng)運(yùn)營：gsmgsm網(wǎng)網(wǎng)，完善，完善gprsgprs，新建，新建td-scdmatd-scdma; ; 中國電信運(yùn)行：原聯(lián)通的中國電信運(yùn)行：原聯(lián)通的cdmacdma網(wǎng)網(wǎng)（c c網(wǎng)），完善網(wǎng)），完善cdma cdma 1x1x，新建，新建cdma2000cdma2000; ; 移動(dòng)通信的基礎(chǔ)知識 u移動(dòng)通信的工作頻段 u移動(dòng)通信的主要特點(diǎn) u移動(dòng)通信系統(tǒng)

18、的分類 常用移動(dòng)通信系統(tǒng) 移動(dòng)通信的基本技術(shù) u調(diào)制技術(shù) u移動(dòng)信道中電波傳播特性的研究 u多址方式 u抗干擾措施 u組網(wǎng)技術(shù) 移動(dòng)通信的發(fā)展歷程和發(fā)展方向 移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化 n 標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要性 n 通信技術(shù)的多樣性(看似繁榮，實(shí)際阻礙技術(shù)發(fā)展) n 網(wǎng)絡(luò)缺乏互聯(lián) n 設(shè)備缺乏互通 n 無法大規(guī)模生產(chǎn) n 價(jià)格昂貴 n 移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容 n 技術(shù)體制標(biāo)準(zhǔn)化 n 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化 n 測試方法標(biāo)準(zhǔn)化 國際無線電標(biāo)準(zhǔn)化工作由國際電信聯(lián)盟（國際電信聯(lián)盟（ituitu）負(fù)責(zé)。 itu itu 原由綜合秘書處、國際頻率登記局（ifrbifrb）、國 際無線電咨詢委員會(huì)（ccirccir）和國際電話電報(bào)咨詢委員 會(huì)（ccittccitt）四個(gè)常設(shè)機(jī)構(gòu)組成。 1993 1993 年3 3 月，itu itu 組織調(diào)整為： u 無線通信組（ccir+ifrbccir+ifrb），