《移動通信》復(fù)習資料

概論隨著社會的發(fā)展，人們對通信的需求也日益迫切，對通信的要求也越來越高。理想的目標是：5W（即whoever、wherever、whenever、whomever、what—ever,即任何人可在任何時候、任何地方與任何人進行任何形式的通信），沒有移動通信無法實現(xiàn)5W。移動通信：指通信雙方至少有一方能在移動中進行信息交換的通信方式。移動體之間的通信只能依靠無線電傳輸。那什么是無線通信呢？無線通信指利用電磁波的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式.電磁波是它的載體。移動通信的發(fā)展1G（模擬系統(tǒng)）70年代，代表：美國的AMPS、英國的TACS等2G（數(shù)字系統(tǒng)）80年代末，代表：泛歐的GSM、美國的DAMPS、IS-95CDMA等3G90年代末，標準:基于GSM的WCDMA、基于IS-95CDMA的cdma2000、TD-SCDMA、WiMAX等4G、5G……為使2G系統(tǒng)能平滑過渡到3G，采用2.5G技術(shù)，代表：GPRS（GSM向WCDMA過渡）移動通信發(fā)展史111?198019902000■模擬通信到數(shù)字通信演進的原因模擬移動通信的缺陷各個系統(tǒng)之間沒有公共接口，難于實現(xiàn)漫游無法與固定網(wǎng)向數(shù)字化推進相適應(yīng)?頻譜利用率比較低?安全保密性比較差?業(yè)務(wù)種類受限?移動設(shè)備成本高、體積大?網(wǎng)絡(luò)的管理控制存在問題數(shù)字移動通信的優(yōu)點?抗干擾能力強頻譜利用率高?可方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)?易于加密便于網(wǎng)絡(luò)的管理和控制

?便于設(shè)備的集成為什么要發(fā)展第三代？現(xiàn)有第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)的不足頻譜利用率不夠高一容量問題傳輸速率較低一業(yè)務(wù)單一存在多個標準一無法實現(xiàn)全球漫游個人通信的目標5W無法實現(xiàn)一“任何人，在任何地點、任何時間與其他任何人進行任何方式的通信?！薄鰹槭?G系統(tǒng)能平滑過渡到3G，采用2.5G技術(shù)，代表:GPRS(GSM向WCDMA過渡):GPRS(GeneralPacketRadioService)簡稱為通用分組無線業(yè)務(wù)。它基于分組數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和信道的統(tǒng)計復(fù)用，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從9.6Kbps飛躍到了100Kbps以上；同時，用戶只須為他們實際使用的通信數(shù)據(jù)總量付費。EDGE的英文全稱為EnhancedDataRateforGSMEvolution，中文含義為改進數(shù)據(jù)率GSM服務(wù)，是一種增強型的速率標準，可以提供384Kbps的廣域數(shù)據(jù)通信服務(wù)和大約2Mbps的局域數(shù)據(jù)通信服務(wù)。高速電路交換數(shù)據(jù)(HSCSD：High-SpeedCircuit-SwitchedData)，是適用于移動用戶的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，人們只需撥打一個電話便可獲得想要的信息。通過使用時間復(fù)用技術(shù)，能夠提供高達57.6Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。■移動通信系統(tǒng)的組成市話網(wǎng)(PSTN)移動網(wǎng)(PLMN)固定電話機固定電話機市話局中繼線(MSC)有線連接/■車載臺/(MS)I基站*(BS))-基站七市話網(wǎng)(PSTN)移動網(wǎng)(PLMN)固定電話機固定電話機市話局中繼線(MSC)有線連接/■車載臺/(MS)I基站*(BS))-基站七(BSS)f基站'、U(w卜\手持機(MS)手持機\.(MS)>--'移動業(yè)務(wù)交換中心載臺(MS)手持機/(MS)/GSM組成：MS(移動臺)、NSS(網(wǎng)絡(luò)與交換子系統(tǒng))、BSS(基站子系統(tǒng))、OSS(操作維護子系統(tǒng))移動臺：?能夠接入公眾陸地移動通信網(wǎng)PLMN，并得到通信服務(wù)的用戶設(shè)備。?包括移動終端(MS)和用戶識別卡(SIM)基站子系統(tǒng)(BSS)：在一定的無線覆蓋區(qū)中由MSC控制，與MS進行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負責完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。包括基站收發(fā)信臺(BTS)和基站控制臺(BSC)。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)：主要完成交換功能、用戶數(shù)據(jù)管理、移動性管理和安全性管理。操作維護子系統(tǒng)OSS：OSS是操作維護人員與系統(tǒng)設(shè)備之間的中介，它實現(xiàn)了系統(tǒng)的集中操作與維護■移動通信的特點1、移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸易產(chǎn)生衰落這種傳播媒質(zhì)允許通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動，其位置不受束縛，不過無線電波的傳播特性一般都很差。移動通信所使用的頻率范圍在甚高頻(VHF,30?300MHz)與特高頻(UHF,300?3000MHz)內(nèi)，其特點是：傳播距離在視距范圍內(nèi)，一般在幾十千米電波傳播條件惡劣，存在嚴重的多徑衰落。/原因：接收信號由直射波和反射波疊加而成，各信號到達接收點時幅度和相位都不一樣，使接收信號電平起伏不定。/要求：在進行移動通信系統(tǒng)的設(shè)計時，必須具有一定的抗衰落的能力和儲備。＞電波會隨著傳播距離的增加而發(fā)生彌散損耗；＞多卜勒效應(yīng)：相對速度引起頻移。頻移與速度和入射波方向有關(guān)。＞存在陰影區(qū)(盲區(qū))：某些特定區(qū)域中，電波被吸收或被反射而使移動臺接收不到信息，即陰影效應(yīng)。＞用戶經(jīng)常移動，與基站間無固定聯(lián)系。需要采用跟蹤交換技術(shù)：如位置登記、越區(qū)切換、漫游2、移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運行的?通信質(zhì)量的好壞不僅取決于設(shè)備性能，還和外部噪聲與干擾有關(guān)。主要噪聲：人為噪聲，如汽車點火噪聲要求：選擇抗干擾性強的調(diào)制方式；設(shè)備具有足夠的抗人為噪聲能力。主要干擾：互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾上互調(diào)干擾，設(shè)備中器件的非線性引起，要求設(shè)備必須具有良好的選擇性;鄰道干擾，離基站近的移動臺的強信號干擾離基站遠的鄰道上的移動臺的弱信號，要求移動臺采用自動功率控制電路。同頻干擾是相同載頻電臺間的干擾，主要由同頻復(fù)用引起，要求系統(tǒng)在組網(wǎng)時，給予充分的重視。3、移動通信可以利用的頻譜資源非常有限，而移動通信業(yè)務(wù)量的需求卻與日俱增?如何提高通信系統(tǒng)的通信容量，始終是移動通信發(fā)展中的焦點。為了解決這一矛盾，一方面要開辟和啟用新的頻段;另一方面要研究各種新技術(shù)和新措施，以壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率。4、移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多種多樣，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效?根據(jù)通信地區(qū)的不同需要，移動通信網(wǎng)絡(luò)可以組成帶狀(如鐵路公路沿線)、面狀(如覆蓋一城市或地區(qū))或立體狀(如地面通信設(shè)施與中、低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的綜合系統(tǒng))等，可以單網(wǎng)運行，也可以多網(wǎng)并行并實現(xiàn)互連互通。5、移動通信設(shè)備(移動臺)必須適于在移動環(huán)境中使用對手機的主要要求是體積小、重量輕、省電、操作簡單和攜帶方便。車載臺和機載臺除要求操作簡單和維修方便外，還應(yīng)保證在震動、沖擊、高低溫變化等惡劣環(huán)境中正常工作。■移動通信有以下多種分類方法：①按使用對象可分為民用設(shè)備和軍用設(shè)備；②按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；③按多址方式可分為頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等；④按覆蓋范圍可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)；⑤按業(yè)務(wù)類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和多媒體網(wǎng)；⑥按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；⑦按服務(wù)范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；⑧按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。工作方式1.單工通信所謂單工通信，是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(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。單工通信常用于點到點通信?同頻單工是指通信雙方使用相同的頻率fl工作，發(fā)送時不接收，接收時不發(fā)送。2、雙工通信所謂雙工通信，是指通信雙方可同時進行傳輸消息的工作方式，有時亦稱全雙工通信，如圖1-2所示。圖中，基站的發(fā)射機和接收機分別使用一副天線，而移動臺通過雙工器共用一副天線。?雙工通信一般使用一對頻道，以實施頻分雙工(FDD)工作方式。這種工作方式使用方便，同普通有線電話相似，接收和發(fā)射可同時進行。3、半雙工通信移動臺采用單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機才工作，而接收機總是工作的。數(shù)字通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點可歸納如下：(1)頻譜利用率高，有利于提高系統(tǒng)容量。(2)能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，提高通信系統(tǒng)的通用性。(3)抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落的能力強。(4)能實現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。(5)便于實現(xiàn)通信的安全保密。(6)可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機的體積和重量通信業(yè)務(wù)移動通信的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)是電話通信。對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠才c日俱增。移動通信基本上圍繞著兩種主干網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展，這就是基于話音業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)和基于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。越區(qū)切換：為了保證通信的連續(xù)性，正在通話的移動臺從一個小區(qū)進入另一相鄰的小區(qū)時，其工作頻率及基站與移動交換中心所用的接續(xù)鏈路必須從它離開的小區(qū)轉(zhuǎn)換到正在進入的小區(qū)，而通話不中斷，這一過程稱為越區(qū)切換硬切換：移動臺越區(qū)過界時進行的切換，在切換時，移動臺要先中斷與原通信基站的聯(lián)系，再建立與目標基站間的通信；軟切換：移動臺在切換時，先不中斷與原通信基站的聯(lián)系，而與目標基站先建立通信，兩個基站可同時為一個用戶提供服務(wù)，當與目標基站取得可靠通信后，再切斷與原基站間的通信多址技術(shù)：多址技術(shù)使眾多的用戶共用公共的通信線路。常用的使信號多路化的方法基本上有三種，頻分多址FDMA、時分多址TDMA和碼分多址CDMA三種接入方式。GSM系統(tǒng)采用了FDMA、TDMA方式功率控制：當手機在小區(qū)內(nèi)移動時，它的發(fā)射功率需要進行變化。當它離基站較近時，需要降低發(fā)射功率，減少對其它用戶的干擾，當它離基站較遠時，就應(yīng)該增加功率，克服增加了的路徑衰耗。頻率復(fù)用：指處在不同地理位置(不同的小區(qū))上的用戶可以同時使用相同頻率的信道.頻率復(fù)用系統(tǒng)可以極大地提高頻譜效率■■常用移動通信系統(tǒng)：無線電尋呼系統(tǒng)、蜂窩移動通信系統(tǒng)、無繩電話系統(tǒng)、集群移動通信系統(tǒng)、移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)、分組無線網(wǎng)移動通信的電波傳輸研究任何無線通信系統(tǒng)首先要遇到的問題：電波傳播的特性傳播特性影響，關(guān)系到通信設(shè)備的能力、天線高度的確定、通信距離的計算、為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)可靠的通信所必須采用的技術(shù)措施等一系列系統(tǒng)設(shè)計問題移動信道是最為復(fù)雜的一種不同頻段的無線電波，其傳播方式和特點是不相同的。VHF和UHF頻段，電波傳播的方式主要是空間波即直射波、折射波、散射波以及它們的合成波。無線信道多變且難以控制.移動臺處于城市建筑群之中或處于地形復(fù)雜的區(qū)域，其天線將接收從多條路徑傳來的信號。移動臺本身的運動。對移動信道進行研究的基本方法有三種：1、理論分析：即用電磁場理論或統(tǒng)計理論分析電波在移動環(huán)境中的傳播特性，并用各種數(shù)學模則來描述移動信道。2、現(xiàn)場電波傳播實測：即在不同的傳播環(huán)境中，做電波傳播的實測試驗。測試參數(shù)包括接收信號幅度、延時以及其它反映信道特征的參數(shù)3、移動信道的計算機模擬，計算機技術(shù)的發(fā)展。理論分析的限制?，F(xiàn)場實測，較為費時、費力。移動通信電波傳播特性電波傳播的方式:根據(jù)媒質(zhì)對電波的影響不同，無線電波具有反射、折射和散射幾種主要傳播方式。電波衰落：由于移動通信中，移動臺處在運動之中，電波傳播的條件隨移動發(fā)生較大的變化，接收信號的場強起伏很大，衰落可達幾十分貝，出現(xiàn)嚴重的衰落現(xiàn)象，是移動通信電波傳播的一個基本特點。衰落可分為快衰落和慢衰落，具體到實際的衰落現(xiàn)象來講可以分為這樣幾類：1、自由空間的傳播損耗2、多徑效應(yīng)3、陰影效應(yīng)多徑效應(yīng)：陸地移動信道的主要特征是多徑傳播。傳播過程中會遇到各種建筑物、樹木、植被以及起伏的地形，會引起能量的吸收和穿透以及電波的反射、散射及繞射等。這樣，移動信道是充滿了反射波的傳播環(huán)境.多徑衰落：在移動傳播環(huán)境中，到達移動臺天線的信號不是單一路徑來的，而是許多路徑來的眾多反射波的合成。各個路徑的距離不同，到達時間不同，相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端迭加，有時同相迭加而增強，有時反相迭加而減弱。接收信號的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落。這種衰落是由于多徑現(xiàn)象所引起的，故稱為多徑衰落陰影效應(yīng)：由大型建筑物和其它物體的阻擋，在電波傳播的接收區(qū)域中產(chǎn)生傳播半盲區(qū)。多普勒效應(yīng):它是由于接收用戶處于高速移動中比如車載通信時傳播頻率的擴散而引起的，其擴散程度與用戶運動速度成正比。這一現(xiàn)象只產(chǎn)生在高速(370km/h)車載通信時。移動通信關(guān)鍵技術(shù)擴展頻譜通信（看課件，注意一下計算例題）多址技術(shù)的引入:移動通信系統(tǒng)中基站的多路工作和移動臺單路工作形成了移動通信的一大特點。基站以怎樣的信號傳輸方式發(fā)送信號，使各移動臺能從中識別發(fā)送給本移動臺的信號?（下行）基站如何識別來自各個不同移動臺的信號？（上行）多址方式是移動通信網(wǎng)體制范疇，關(guān)系到系統(tǒng)容量，小區(qū)構(gòu)成，頻譜和信道利用率以及系統(tǒng)復(fù)雜性。多址接入概念：實現(xiàn)不同地點、不同用戶接入網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)分類：頻分多址（FDMA），頻道劃分，頻帶獨享，時間共享；時分多址（TDMA），時隙劃分，時隙獨占，頻率共享；碼分多址（CDMA），碼型劃分，時隙，頻率共享；空分多址（SDMA），空間角度劃分，頻率/時隙/碼共享FDMA例：如Bt為12.5MHz，B保護為10KHz，Bc為30KHz，求FDMA系統(tǒng)的有效信道數(shù)。解：N=（Bt—2B保護）/Bc將上述數(shù)值代入即有N=416TDMA例：GSM系統(tǒng)，總帶寬25MHz，一個信道200KHz，具有8個TDMA用戶，未設(shè)保護帶寬，求總用戶數(shù)。解：Bc=200/8=25KHzN=25x106/25x103=1000CDMA:采用擴頻通信技術(shù);每個用戶具有特定的地址碼（相當于擴頻中的PN碼）,利用地址碼相互之間的正交性（或準正交性）完成信道分離的任務(wù).CDMA在頻率、時間、空間上重疊。優(yōu)點：系統(tǒng)容量大，抗干擾，抗多徑能力高。CDMA技術(shù)的分類:直擴碼分多址（DS-FHMA）、跳頻碼分多址（FH-CDMA）、混合碼分多址（Hybrid-CDMA）DS-FHMA直接序列擴頻多址：用PN碼進行乘法調(diào)制，窄帶調(diào)制信號與偽隨機序列（PN碼）直接相乘跳頻碼分多址（FH-CDMA）：在發(fā)送端用PN碼控制頻率合成器，發(fā)射頻率隨PN序列在一定帶寬跳變；在接收端實現(xiàn)本振的同步跳頻，然后還原成某個固定中頻，進行解調(diào)?？辗侄嘀芳夹g(shù)（SDMA）:依靠智能天線技術(shù)，控制用戶的空間輻射能量，使用定向波束天線服務(wù)于不同用戶，扇形天線是一種基本方式；語音編碼：移動通信數(shù)字化的基礎(chǔ)，第1/2代蜂窩系統(tǒng)的根本區(qū)別語音編碼的意義：提高通話質(zhì)量（數(shù)字化+信道編碼糾錯），提高頻譜利用率（低碼率編碼），提高系統(tǒng)容量（低碼率、語音激活技術(shù)）移動通信對語音編碼的要求：編碼速率低，語音質(zhì)量好；有較強的抗噪聲干擾和抗誤碼的性能；編譯碼延時小、總延時在65ms以內(nèi)；編譯碼器復(fù)雜度低，便于大規(guī)模集成化；功耗小，便于應(yīng)用于手持機語音編碼技術(shù)分類：波形編碼：將時域模擬話音的波形信號經(jīng)過采樣、量化和編碼形成數(shù)字語音信號參量編碼：基于人類語音的產(chǎn)生機理建立數(shù)學模型，根據(jù)輸入語音得出模型參數(shù)并傳輸，在收端恢復(fù)。混合編碼：波形編碼+參量編碼（LPAS），包括GSM的RPE-LPC編碼和VSELP編碼線性預(yù)測編碼的基本原理原理:模型化人類語音信號產(chǎn)生的機制，提取模型參數(shù)，并且只傳輸模型的參數(shù).語音信號的產(chǎn)生模型:語音的產(chǎn)生，聲帶和聲道；不同語音產(chǎn)生的原因:聲音激勵源和聲道不同聲音分類:濁音和清音RPE-LTP（GSM）：規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測LPC（RPE-LTP）

北美CDMA數(shù)字蜂窩標準（IS-95）中，話音編碼采用的是QCELP（Qualcomm碼激勵線性預(yù)測）話音編碼技術(shù)，使用與脈沖激勵線性預(yù)測編碼相同的原理自適應(yīng)多速率語音編碼（AMR）分類:調(diào)制信號:模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；相位連續(xù):相位不連續(xù)調(diào)制和相位連續(xù)調(diào)制；信號恒定:恒包絡(luò)調(diào)制和非恒包絡(luò)調(diào)制調(diào)制解調(diào)的主要功能：頻譜搬移：實現(xiàn)基帶信號搬移到相應(yīng)的頻段，實現(xiàn)可以分為兩步:首先進行基帶信號調(diào)制，然后上變頻到所需的頻段抗干擾性：主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標，即可靠性；調(diào)制信號具有較小的功率譜占有率;要求:功率譜主瓣占有盡可能多的信號能量具有快速滾降特性，帶外衰落大,旁瓣小頻譜有效性：主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)量指標，即有效性；頻帶利用率:bit/s/Hz二進制信息2FSK符間■■符間■■脈沖成型可以減少ISI和調(diào)制信號的帶寬。移動通信中的脈沖成型技術(shù)：升余弦滾降濾波，高斯脈沖成型濾波器恒包絡(luò)調(diào)制（調(diào)頻方式FM）-FSK,CPFSK（連續(xù)相位移頻鍵控）,MSK（最小移頻鍵控）,GMSK（高斯最小移頻鍵控）調(diào)相方式PM:移相鍵PSK,BPSK（二相移相鍵控）和QPSK四相移相鍵控，偏移QPSK（OQPSK），n/4QPSK調(diào)幅方式AM：正交幅度調(diào)制技術(shù)（QAM）數(shù)字調(diào)制技術(shù)：目的是使傳輸?shù)臄?shù)字信號與信道特性相匹配，便于有效的進行信息傳輸。信道編碼:從消息到信道波形或矢量的映射.信道編碼的目的是解決移動通信信道中造成的差錯問題，常見的差錯的控制有前向糾錯（FEC）、反饋重傳（ARQ）、混合糾錯（HEC）■信道編碼的實質(zhì):利用冗余降低差