[工程科技]移動通信概述課件

1、移動通信概述葛夢君2001年2月14日7/23/20221目錄第一章 移動通信的發(fā)展簡史 第二章 幾種移動通信制式概述第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構第四章 無線傳播特性的分析第五章 天線系統(tǒng)概述 第六章 移動通信發(fā)展趨勢 附錄一 幾種常用的天線7/23/20222第一章 移動通信的發(fā)展簡史本章要求和目的：要求：了解根據(jù)蜂窩系統(tǒng)的設計目標比較與傳統(tǒng)和蜂窩系統(tǒng)的差異了解蜂窩系統(tǒng)從模擬轉(zhuǎn)化到數(shù)字系統(tǒng)所作的各項努力和發(fā)展階段著重了解GSM系統(tǒng)技術的發(fā)展歷史、背景和主要技術指標目的：為理解第二章數(shù)字蜂窩系統(tǒng)打基礎7/23/20223第一章 移動通信的發(fā)展簡史1897年，M.G.馬克尼所完成的無線通信實驗， 宣告了

2、移動通信的誕生7/23/20224第一章 移動通信的發(fā)展簡史一、移動通信的發(fā)展軌跡第一階段從本世紀初到40年代，為早期發(fā)展階段第二階段從40年代中期到60年代初期第三階段從60年代中期到70年代中期7/23/20225第一章 移動通信的發(fā)展簡史第四階段從70年代中期到80年代中期，這是移動通信蓬勃發(fā)展時期7/23/20226第一章 移動通信的發(fā)展簡史第五階段從80年代中期開始。這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時期7/23/20227第一章 移動通信的發(fā)展簡史二、蜂窩（移動通信）系統(tǒng)產(chǎn)生的背景和歷史傳統(tǒng)移動通信蜂窩移動通信發(fā)射機類型單基站發(fā)射機社在高處，使得移動臺接收電平明顯地高于環(huán)境噪聲一蜂窩系

3、統(tǒng)有多個發(fā)射機，每發(fā)射機位于基站，蜂窩系統(tǒng)的運行受限于同信道干擾發(fā)射機功率高功率200-500W低功率，規(guī)定每信道限于100W覆蓋范圍在無干擾情況下2050英里1030英里全范圍300至幾千平方英里75700平方英里干擾若兩發(fā)射機相距60100英里內(nèi)，則在離發(fā)射機20英里外的地方明顯受另一發(fā)射機的干擾利用頻率配置和小區(qū)劃分可減少同信道干擾信道數(shù)少量的固定頻率信道數(shù)（在紐約市有12個信道），當系統(tǒng)在全負荷情況，增長容量是不可能的在美國，兩個非重疊25MHZ帶寬等分為832個信道；在原有的兩非重疊20MHZ帶寬的配置666個信道7/23/20228第一章 移動通信的發(fā)展簡史三、GSM數(shù)字蜂窩移動通

4、信1、GSM產(chǎn)生的背景自1981年以來，蜂窩系統(tǒng)用戶量的增長速度與無線射頻頻譜之間的矛盾激化世界發(fā)達國家的最具有代表性和比較成熟的制式：泛歐的GSM美國的ADC（常稱D-AMPS）日本的JDC（現(xiàn)稱PDC）7/23/20229第一章 移動通信的發(fā)展簡史2、GSM發(fā)展的歷程1982年成立了“移動通信特別小組”（GSM）1985年GSM提出了系統(tǒng)的基本要求1986年在巴黎對八大建設系統(tǒng)進行了現(xiàn)場實驗1987年選定數(shù)字TDMA、RPE-LTP話音編碼、GMSK1988年達成GSM諒解備忘錄（MOU）1989年GSM標準生效1991年GSM系統(tǒng)正式在歐洲問世，網(wǎng)絡開通運行1992年我國在嘉興建立和開通

5、第一個GSM系統(tǒng)7/23/202210第一章 移動通信的發(fā)展簡史3、GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)的基本特點特色依據(jù)ETSI制定的GSM TS主要特點兼容性、抗干擾、靈活性與擴容、使用標準化開放式接口、增加了安全性和保密性、靈活的切換處理、兼容ISDN、具有廣泛的業(yè)務工作頻段GSM900：890915MHZ(上行），935960MHZ（下行）DCS1800：17101785MHZ(上行），18051880MHZ（下行）7/23/202211第二章 幾種移動通信制式概述本章要求和目的：要求：了解三種移動通信制式的簡單原因了解三種移動通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點著重了解GSM系統(tǒng)的工作頻段目的：承接第一章的理論，對數(shù)字蜂

6、窩系統(tǒng)展開更進一步介紹，著重介紹GSM的TDMA制式7/23/202212第二章 幾種移動通信制式概述一、數(shù)字移動通信主要技術概述移動通信-數(shù)字化、綜合化、智能化、寬帶化和個人化發(fā)展引入了許多數(shù)字技術-多址聯(lián)接技術、話音編碼、數(shù)字信號不失真?zhèn)鬏?、窄帶?shù)字調(diào)制、移動無線信道、信道道地地編碼、交織技術、分集接收等7/23/202213第二章 幾種移動通信制式概述二、多址技術 頻分多址（FDMA） 時分多址（TDMA） 碼分多址(CDMA)7/23/202214第二章 幾種移動通信制式概述系統(tǒng)特性每載波單路連續(xù)傳輸帶寬較窄傳輸速率低共用設備成本高移動臺不需要均衡和復雜的成幀與同步多頻道信號互調(diào)干擾嚴

7、重頻率利用率低，容量小7/23/202215第二章 幾種移動通信制式概述頻分多址7/23/202216第二章 幾種移動通信制式概述系統(tǒng)特性每載波多路突發(fā)脈沖序列傳輸傳輸速率和自適應均衡傳輸開銷大對于不斷進展的新技術是開放的基站設備的成本降低移動臺較復雜抗干擾能力強，頻率利用率高，系統(tǒng)容量大7/23/202217第二章 幾種移動通信制式概述時分多址7/23/202218第二章 幾種移動通信制式概述系統(tǒng)特性話音激活持續(xù)期的利用用扇形天線來提高容量柔性容量無需頻率管理或分配軟越區(qū)切換在CDMA中沒有保護時間更適合于衰落信道不需要均衡器與窄帶用戶共享頻帶適合于微小區(qū)和建筑物內(nèi)部的通信設備簡單7/23/

8、202219第二章 幾種移動通信制式概述碼分多址7/23/202220第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構本章要求和目的：要求：了解GSM系統(tǒng)組成及特點了解PLMN業(yè)務網(wǎng)絡組成和信令網(wǎng)絡組成，以及GSM網(wǎng)絡結構了解無線蜂窩的概念和無線蜂窩結構目的：從移動通信發(fā)展史到整體技術情況介紹，這一章著重介紹GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡結構和無線蜂窩網(wǎng)概念提出7/23/202221第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構一、數(shù)字蜂窩移動網(wǎng)絡組成及各部分功能交換子系統(tǒng)（NSS）系統(tǒng) 基站子系統(tǒng)（BSS）操作和維護子系統(tǒng)（OAM）7/23/202222數(shù)字網(wǎng)絡結構圖示數(shù)字網(wǎng)絡結構移動臺移動臺基站基站移動業(yè)務交換中心設備識別寄存器本地用戶位置寄存器外來用戶位置

9、寄存器鑒權中心操作和維護中心移動業(yè)務交換中心公用電話交換網(wǎng)公共數(shù)據(jù)網(wǎng)無線接口A接口與固定網(wǎng)絡的接口第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構7/23/202223第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構 移動業(yè)務交換中心(MSC) 本地用戶位置登記器(HLR)交換子系統(tǒng) 外來用戶位置登記器（VLR） 鑒權中心（AUC） 設備身份登記器(EIR)7/23/202224典型GSM網(wǎng)絡結構MSCVLRHLRAUCEIRECIWFXCOMCRBSSOMCS MSPSTNBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSBTSMS第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構7/23/202225第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構 基站控制器(BSC)基站子系統(tǒng) 基站（BTS）7/23/20

10、2226第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構典型的GSM頻率復用模式643復用模式152915261091073847113114812122610371148121592610159481237117/23/202227OMC功能結構安全管理配置管理統(tǒng)計管理故障管理事件/告警管理人機接口操作系統(tǒng)通信管理管理第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構操作與維護中心7/23/202228第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構 移動臺設備 移動臺 用戶識別卡（SIM）7/23/202229移動本地網(wǎng)的網(wǎng)絡結構二、網(wǎng)絡結構、移動業(yè)務本地網(wǎng)的網(wǎng)絡結構MSC/VLRMSC/VLRLSTS3TS1LSHLRTS2LS第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構長途編號區(qū)2長途編號區(qū)3

11、長途編號區(qū)17/23/202230省內(nèi)數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng) 、省內(nèi)數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)省內(nèi)二級匯接中心HLRTMSC/VLRTMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLR第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構7/23/202231、全國數(shù)字公用陸地蜂窩移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡結構 一級匯接中心二級匯接中心移動端局基站第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構PSTNPLMNPSTN7/23/202232第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構通信網(wǎng)LE SP SP SP No.7信令網(wǎng)HLRVLRTETEMSCBSMSCBS信令網(wǎng)結構（a）三、信令網(wǎng)結構信令網(wǎng)結構（a）7/23/202233第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構信令網(wǎng)結構（b）通信網(wǎng) L

12、E No.7信令網(wǎng)TETE SP SP SPHLRVLRMSCBSVLRMSCBS信令網(wǎng)結構（b）7/23/202234第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構信令網(wǎng)結構（c） SP SP SP SPNo.7信令網(wǎng)LE通信網(wǎng)HLRVLRMSCBSHLRVLRMSCBSHLRVLRMSCBSTETE信令網(wǎng)結構（c）7/23/202235第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構大區(qū)、省市信令網(wǎng)的轉(zhuǎn)接點結構LSTPLSTPHSTPHSTP一級信號轉(zhuǎn)換點 （大區(qū)）二級信號轉(zhuǎn)換點 （省、市）四級電話網(wǎng)大區(qū)、省市信令網(wǎng)的轉(zhuǎn)接點結構C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C87/23/202236第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構三、蜂窩網(wǎng)絡結構蜂窩結構的擬

13、合7/23/202237第三章 數(shù)字網(wǎng)絡結構有12個小區(qū)組成的頻率復用區(qū)簇A2C3B1A1B2D1B2A1D2A2C1B3A1C2A3D2B1C3C2B1C3C2D2D2D3D1C3C1A1D3C1A3B3D37/23/202238第四章 無線傳播特性的分析本章目的：了解無線傳播的電波特性了解無線傳播的理論分析方法7/23/202239第四章 無線傳播特性的分析一、移動環(huán)境中的電波傳播1、概述具有非常的復雜性：由于移動臺的移動性、移動臺天線僅離地面110m、收信信號強度或傳播損耗是具有變動特性的隨機量了解移動環(huán)境中的電波傳播的特性是蜂窩無線網(wǎng)絡設計與優(yōu)化的基礎7/23/202240第四章 無線

14、傳播特性的分析2、影響電波傳播特性的因素主要受到以下因素的影響：電波頻率、傳播距離、天線極化方式、天線高度、地形、地物、地面及各種散射與反射物體的電特性參數(shù)、隨著時間、季節(jié)等多種因素的影響。如果移動通信的具體環(huán)境一旦確定，則電波傳播就主要取決于電波傳播、傳播距離和天線高度與特性7/23/202241第四章 無線傳播特性的分析7/23/202242第四章 無線傳播特性的分析二、為解決移動通信系統(tǒng)的規(guī)劃設計問題，必須搞清三個問題1. 無線電信號在移動通信中可能發(fā)生的變化以及發(fā)生這些變化的原因。2. 對于特定的無線傳輸技術，這些變化對傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)性能有什么影響。3. 有哪些方法和技術可供用來克服這

15、些不利影響。7/23/202243第四章 無線傳播特性的分析三、對移動通信進行研究的基本方法1. 理論分析2. 現(xiàn)場電波傳播測試3. 計算機模擬7/23/202244第四章 無線傳播特性的分析四、給出移動環(huán)境中電波傳播研究的結果的方式第一：對移動環(huán)境中電波傳播特性給出某種統(tǒng)計描述。第二：建立電波傳播模型。7/23/202245第四章 無線傳播特性的分析五、無線信號的理論分析移動通信的傳播：總體平均值隨距離減弱，但信號電平經(jīng)歷快慢衰落的影響distanceVariation due to shadowingGlobal meansSS at Rx-antennaVariations due to

16、 Rayleigh fading7/23/202246第四章 無線傳播特性的分析無線電波在自由空間的傳播是電波傳播研究中最基本、最簡單的一種。TxpwrTxpwrDistance覆蓋距離Signal Strength信號功率DCS Signal Acceptance LevelDCS信號干擾水平GSM Signal Acceptance Level GSM信號干擾水平GSM900GSM1800 (DCS) 6dB7/23/202247第四章 無線傳播特性的分析基站至移動臺的直射波以及地面發(fā)射波的兩徑模型是最簡單的傳播模型Mobileh1h2Based7/23/202248第四章 無線傳播特性的

17、分析無線通信工程上的做法是，在大量場強測試的基礎上，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計處理，找出各種地形地物下的傳播損耗（或接受信號場強）與距離、頻率以及天線高度的關系，給出傳播特性的各種圖表和計算公式，建立傳播預測模型7/23/202249第四章 無線傳播特性的分析Okumura-Hata經(jīng)驗模式L(市區(qū)）69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)L(郊區(qū)=64.15+26.16lgf-2lg(f/28)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(鄉(xiāng)村公路)=46.38+35.33lgf-lg(f/28)-2

18、.39(lgf)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(開闊區(qū))=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(林區(qū))=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)7/23/202250第四章 無線傳播特性的分析COST-231-Walfisch-lkegami模式該模式分視距（LOS和非視距（NLOS）兩種情況（1）視距情況基本傳輸損耗采用下式計算L42.6+26lgd+20lgf（2）非視距情況基本傳輸損耗由三項組成LLo+Lm

19、sd+Lrts7/23/202251第五章 天線系統(tǒng)概述本章目的：了解天線的基本組成了解天線的特點了解天線的基本性能和參數(shù)了解天線的各種類型7/23/202252第五章 天線系統(tǒng)概述概述移動蜂窩通信系統(tǒng)的特殊性決定了對天線的特別要求、同時蜂窩系統(tǒng)的雙工性要求天線在發(fā)射和接收兩個方向提供同樣的性能天線可以控制：天線類型、增益、覆蓋方向圖、可用的驅(qū)動天線的功率、簡單或復雜的天線配置和天線極化等天線無法控制因素：小區(qū)基站天線間的地理狀況、移動臺運動速度和方向、天線在移動臺上的位置7/23/202253第五章 天線系統(tǒng)概述天線設計時考慮的因素環(huán)境傳播系統(tǒng)天線分集集成結構增益 帶寬 方向圖鄰近效應人體效

20、應多路徑衰落延遲距離區(qū)域7/23/202254第五章 天線系統(tǒng)概述一、天線的基本性能和參數(shù)水平方向圖波瓣寬度、垂直方向圖波瓣寬度輸入阻抗駐波比垂直極化和水平極化功率容限頻帶寬度7/23/202255第五章 天線系統(tǒng)概述二、移動通信中使用的各種類型天線全向天線在水平方向圖上為360度的均勻輻射、垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束定向天線在水平方向圖上為一定角度范圍輻射（即方向性）、垂直方向圖上為有一定寬度的波束泄漏天線通過電纜或饋線開縫，發(fā)射少量的射頻信號，達到覆蓋的目的微蜂窩天線根據(jù)微蜂窩的特性（如覆蓋區(qū)域小或室內(nèi)覆蓋），它的天線增益較?。ㄒ话阈∮?0DB），也分全向和定向7/23/20225

21、6第五章 天線系統(tǒng)概述 全向天線 定向天線移動通信中使用天線 各種類型天線 泄漏電纜 微蜂窩天線7/23/202257第五章 天線系統(tǒng)概述三、移動天線產(chǎn)品技術走向 雙極化技術節(jié)省空間、方便安裝。電調(diào)技術通過調(diào)節(jié)振子相位自適應多波束天線屬智能天線范疇7/23/202258第六章 移動通信發(fā)展趨勢本章目的：了解移動通信發(fā)展的前景了解目前列入實施和討論的IMT-2000的狀況和發(fā)展階段7/23/202259第六章 移動通信發(fā)展趨勢一、概述第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)在世界范圍獲得巨大成功，GSM截止1999年4月底，我國的GSM網(wǎng)絡覆蓋96%以上、移動用戶3000多萬話音仍是第二代移動通信的主流業(yè)務GSM

22、的標準數(shù)據(jù)速率9.6kbpsIMT-2000在ITU中正在完善中WCDMA在實驗階段7/23/202260第二代移動通信系統(tǒng)：話音業(yè)務（主流）短消息業(yè)務（SMS）低速率數(shù)據(jù)業(yè)務電子郵件（E-mail）語音信箱第三代移動通信系統(tǒng)：話音業(yè)務移動接入互聯(lián)網(wǎng)電子商務高速率數(shù)據(jù)業(yè)務移動計算業(yè)務 圖象及多媒體業(yè)務其它高速數(shù)據(jù)業(yè)務第六章 移動通信發(fā)展趨勢7/23/202261二、IMT-2000:所有網(wǎng)絡系統(tǒng)及多種移動通信技術融為一體: 蜂窩系統(tǒng)無繩系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)要求:多速率多環(huán)境多業(yè)務實現(xiàn)特點:全球化能力綜合化能力個人化能力第六章 移動通信發(fā)展趨勢7/23/202262三、GSM系統(tǒng)應向第三代移動通信系

23、統(tǒng)平滑過渡“家族”概念：盡可能利用第二代系統(tǒng)的基礎網(wǎng)絡設施和接口協(xié)議，能支持第二代系統(tǒng)業(yè)務，可實現(xiàn)兩代系統(tǒng)的互通、漫游和軟切換，并支持現(xiàn)有第二代系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)演進發(fā)展。優(yōu)點：投資少：充分利用前期對第二代系統(tǒng)的投入見效快：迅速開展第三代系統(tǒng)業(yè)務ETSI方案：發(fā)展標準IMT-2000 RTT提案WCDMA，采用全新的空中接口技術和工作頻段采取分階段演進，保留GSM空中接口的時隙結構和頻段第六章 移動通信發(fā)展趨勢7/23/202263平滑演進：第一階段： HSCSD高速電路交換數(shù)據(jù)（High-Speed Circuit-Switched Data）GPRS通用分組無線業(yè)務（General Pack

24、et Radio Service）第二階段：EDGE演進增強數(shù)據(jù)速率（Enhanced Data Rate for GSM Evolution GSM）包括：ECSD（Enhanced Circuit-Switched Data） 、EGPRS（Enhanced GPRS）第六章 移動通信發(fā)展趨勢7/23/202264GSM系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)的演進第六章 移動通信發(fā)展趨勢 GSM 9.6kbit/sGSM9.6kbit/s GSM 2+ 115kbit/s EDGE WCDMA現(xiàn)有頻段新的頻段GSM系統(tǒng)向第三代系統(tǒng)的演進7/23/202265四、發(fā)展第三代移動通信系統(tǒng)IMT-2000的現(xiàn)狀及前景IMT-2000系統(tǒng)的技術特性:全球高度通用性固定網(wǎng)絡業(yè)務的兼容性業(yè)務的多樣性高質(zhì)量的業(yè)務要求；全球漫游功能小型便攜式終端第六章 移動通信發(fā)展趨勢7/23