北京郵電移動(dòng)通信第三版第一章概述

1移動(dòng)通信原理與系統(tǒng)葉燕婷

147591674292課程教學(xué)基本要求理解和掌握無(wú)線信道和傳播、傳播損耗模型；掌握移動(dòng)通信中的信源編碼的基本概念和調(diào)制解調(diào)技術(shù)；理解和掌握移動(dòng)通信中的各種抗衰落抗干擾技術(shù)；掌握移動(dòng)通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)；掌握GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)、理解GPRS系統(tǒng)的基本原理以及EDGE的基本原理；掌握基于CDMA20001X系統(tǒng)、WCDMA系統(tǒng)和TD－SCDMA系統(tǒng)的基本原理和應(yīng)用；了解未來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展。3移動(dòng)通信第一章概述4參考書《移動(dòng)通信原理與應(yīng)用》，啜鋼等編著，北京郵電大學(xué)出版社。（主要參考書）《現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)》，祁玉生等著，通信工程叢書，人民郵電出版社?！稊?shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)》，趙榮黎編著，電子工業(yè)出版社?！稛o(wú)線通信原理與應(yīng)用》，蔡濤等譯，電子工業(yè)出版社?！禛SM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)》，駱健霞等譯，電子工業(yè)出版社?！禖DMA系統(tǒng)工程手冊(cè)》，許希斌等著，人民郵電出版社?！兑苿?dòng)蜂窩通信，模擬和數(shù)字系統(tǒng)》（第二版），[美]李建業(yè)著，人民郵電出版社《CDMA擴(kuò)頻通信原理》，[美]A.J.維特比著，李世鶴等譯，人民郵電出版社《第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)原理與工程設(shè)計(jì)，IS-95CDMA和cdma2000》，[美]VijayK.Garg等，于鵬等譯，電子工業(yè)出版社《數(shù)字移動(dòng)通信》（修訂本），郭梯云編，人民郵電出版社《第三代移動(dòng)通信技術(shù)》，孫立新等編，人民郵電出版社5主要內(nèi)容移動(dòng)通信的基本概念移動(dòng)通信的發(fā)展史第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）個(gè)人移動(dòng)通信移動(dòng)通信工作頻段移動(dòng)通信的工作方式移動(dòng)通信的分類及應(yīng)用系統(tǒng)6移動(dòng)通信的基本概念移動(dòng)通信是指通信的雙方，或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)通信。換句話說(shuō)，移動(dòng)通信解決因?yàn)槿说囊苿?dòng)而產(chǎn)生的“動(dòng)中通”問(wèn)題。7移動(dòng)通信的基本概念移動(dòng)通信系統(tǒng)包括無(wú)繩電話，無(wú)線尋呼，陸地蜂窩移動(dòng)通信，衛(wèi)星移動(dòng)通信等。移動(dòng)體之間的通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無(wú)線電通信，因而無(wú)線通信是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)。除依靠無(wú)線通信技術(shù)之外，還依賴有線通信網(wǎng)絡(luò)的支持，如公眾電話網(wǎng)PSTN，公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN。1、移動(dòng)通信利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸復(fù)雜的無(wú)線傳播環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)衰落移動(dòng)通信中基站至用戶間必須靠無(wú)線電波來(lái)傳送信息，然而無(wú)線傳播環(huán)境十分復(fù)雜，導(dǎo)致無(wú)線電波傳播特性一般很差。表現(xiàn)在傳播的電波一般是直射波和隨時(shí)間變化的繞射波、反射波、散射波的疊加，造成所接收信號(hào)的電場(chǎng)強(qiáng)度起伏不定。多普勒頻移移動(dòng)臺(tái)不斷運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定速度時(shí)，固定點(diǎn)接收到的載波頻率將隨運(yùn)動(dòng)速度的不同產(chǎn)生不同的頻移。8移動(dòng)通信的特點(diǎn)9移動(dòng)通信的特點(diǎn)2、移動(dòng)臺(tái)受噪聲影響，并在強(qiáng)干擾下工作1）互調(diào)干擾

所謂互調(diào)干擾是指兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)作用在通信設(shè)備的非線性器件上，產(chǎn)生同有用信號(hào)頻率相近的組合頻率，從而對(duì)通信系統(tǒng)構(gòu)成干擾的現(xiàn)象。2）鄰道干擾

鄰道干擾是指相鄰或鄰近的信道或頻道之間的干擾，是由于一個(gè)強(qiáng)信號(hào)串?dāng)_弱信號(hào)而造成的干擾。3）同頻干擾

同頻干擾是指相同載頻電臺(tái)之間的干擾，由于蜂窩式移動(dòng)通信采用同頻復(fù)用來(lái)規(guī)劃小區(qū)，這就使系統(tǒng)中相同頻率電臺(tái)之間的同頻干擾成為其特有的干擾。10移動(dòng)通信的特點(diǎn)3、通道容量有限頻率資源緊張?jiān)陬l率資源一定，信噪比一定的前提下，通信容量有限增加用戶容量是移動(dòng)通信的重要研究課題11移動(dòng)通信的特點(diǎn)4、通信系統(tǒng)復(fù)雜移動(dòng)性使得系統(tǒng)需要對(duì)無(wú)線信道進(jìn)行頻率和功率的控制。提供相鄰基站之間的越區(qū)切換網(wǎng)絡(luò)提供歸屬位置寄存器（HLR）和訪問(wèn)位置寄存器（VLR）紀(jì)錄用戶的行蹤提供不同地區(qū)和不同運(yùn)營(yíng)者之間的漫游用戶安全與網(wǎng)絡(luò)安全鑒權(quán)12移動(dòng)通信的特點(diǎn)5、對(duì)移動(dòng)臺(tái)的要求高要求移動(dòng)臺(tái)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力；要求性能可靠、攜帶方便，小型，低功耗，及耐高、低溫；要求操作使用方便，可適應(yīng)不同人群使用13移動(dòng)通信的發(fā)展史---萌芽階段1880年，貝爾發(fā)明了最初的無(wú)線傳輸設(shè)備“光話機(jī)”——將反射光耦合到光電硒接收器.通話距離700英尺，比無(wú)線電方式早25年。后經(jīng)過(guò)改進(jìn)，通話距離長(zhǎng)達(dá)15km。缺點(diǎn)：光線易受雨、霧、建筑物等障礙物的阻擋。19世紀(jì)末，赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波輻射。14移動(dòng)通信的發(fā)展史---萌芽階段1897年，馬可尼在陸地和一艘拖船上完成莫爾斯電碼無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志無(wú)線電通信的開(kāi)始，開(kāi)創(chuàng)了海上通信業(yè)。1909年馬可尼獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，后來(lái)享有“無(wú)線電之父”的美譽(yù)。1906年圣誕夜晚，費(fèi)森堡從實(shí)驗(yàn)室用無(wú)線電波進(jìn)行了首次廣播，他從實(shí)驗(yàn)播送的一些圣經(jīng)、朗誦節(jié)目被行使在大西洋上的輪船報(bào)務(wù)員接受到，一般認(rèn)為這是廣播的第一次發(fā)射成功，標(biāo)志著人類利用無(wú)線電直接傳送語(yǔ)言和音樂(lè)的開(kāi)端。15移動(dòng)通信的發(fā)展史---開(kāi)拓階段1928年，美國(guó)底特律警察局率先裝備AM接收機(jī)的警用車輛無(wú)線電移動(dòng)系統(tǒng)（單向），標(biāo)志移動(dòng)通信的開(kāi)始。20世紀(jì)30年代初，第一個(gè)雙向移動(dòng)通信系統(tǒng)在新澤西的貝尼爾警察局投入運(yùn)行。1935年，阿姆斯特朗發(fā)明了FM方式無(wú)線電，是移動(dòng)通信中地第一個(gè)大分水嶺。大大提高靈敏度或動(dòng)態(tài)范圍（3倍）具有“捕獲效應(yīng)”能更有效地對(duì)抗“快衰落”或波動(dòng)性16移動(dòng)通信的發(fā)展史---商業(yè)階段1946年，Bell實(shí)驗(yàn)室在圣路易斯建立第一個(gè)公用汽車話網(wǎng)，用于汽車移動(dòng)電話。60年代中期，貝爾系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出了“IMTS——改進(jìn)的移動(dòng)電話服務(wù)”系統(tǒng)，使模擬FM技術(shù)達(dá)到了30年發(fā)展的頂峰。17移動(dòng)通信的發(fā)展——蜂窩思想1978年底，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功模擬蜂窩第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)——先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS）。該系統(tǒng)于1983年正式投入商用。這是移動(dòng)通信發(fā)展史上的重大發(fā)明。1980北歐的NMT1979日本東京、神戶、大阪的NAMTS1985英國(guó)倫敦的TACS(我國(guó)的模擬系統(tǒng))18第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸?shù)臒o(wú)線信號(hào)為模擬量蜂窩小區(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)----頻率復(fù)用解決大容量需求與有限頻譜資源的矛盾模擬系統(tǒng)---語(yǔ)音信號(hào)FM傳輸FDMA（頻分多址）缺點(diǎn)：頻譜利用率低、容量有限、制式相互不兼容、不利于漫游、覆蓋受限、業(yè)務(wù)受限、易被竊聽(tīng)、不能于ISDN兼容19移動(dòng)通信的發(fā)展——數(shù)字化模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜利用率低、設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴、業(yè)務(wù)種類受限、保密性差80年代中期～90年代末，歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)先后推出了數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)——第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)：1992年歐洲推出商用的GSM1991美提出的IS-541993日本提出的PDC1993美國(guó)提出的IS-95(N-CDMA)20第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)21第二代移動(dòng)通信的特點(diǎn)微蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)：更優(yōu)的空分復(fù)用提高用戶數(shù)數(shù)字化技術(shù)：語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化新的調(diào)制方式：GMSK、QPSK等TDMA、CDMA頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大能提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，提高通信系統(tǒng)的通用性抗噪聲、抗干擾和抗多徑衰落能力強(qiáng)能實(shí)現(xiàn)更有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制便于實(shí)現(xiàn)通信安全保密可降低設(shè)備成本和減小用戶手機(jī)的體積和重量第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)所提供的以話音為主的業(yè)務(wù)已不能滿足人們的需要了，為此移動(dòng)通信業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍者們努力開(kāi)發(fā)研究了適用于數(shù)據(jù)通信的移動(dòng)系統(tǒng)----第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)當(dāng)前3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有歐洲的WCDMA北美的cdma-2000中國(guó)的TD-CDMA23第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)24第三代移動(dòng)通信的特點(diǎn)微蜂窩結(jié)構(gòu)（分層小區(qū)）寬帶CDMA技術(shù)調(diào)制方式QPSK/自適應(yīng)調(diào)制FDMA/TDMA/CDMA電路交換→分組交換從媒體（media）→多媒體（Multimedia）25第三代移動(dòng)通信的局限性難以向更高速業(yè)務(wù)領(lǐng)域擴(kuò)展難以尋找更高速業(yè)務(wù)所需的正交擴(kuò)頻碼集難以滿足更高的傳輸帶寬需求因而造成業(yè)務(wù)之間的干擾大。難以提供具有不同QoS和性能需求的全范圍多媒體業(yè)務(wù)。這是IMT-2000空中接口標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)加給核心網(wǎng)的在2GHz頻段分配給IMT-2000的帶寬很快就會(huì)飽和，而標(biāo)準(zhǔn)中制定的頻分與時(shí)分雙工相結(jié)合的模式也約束了其在不同環(huán)境有效地服務(wù)。26第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)4G的概念可分為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱的超過(guò)2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無(wú)線固定接入、寬帶無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)比第三代標(biāo)準(zhǔn)具有更多的功能。第四代移動(dòng)通信可以在不同的固定、無(wú)線平臺(tái)和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無(wú)線服務(wù)，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。此外，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)是集成多功能的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。27第四代移動(dòng)通信的特點(diǎn)具有很高的傳輸速率和傳輸質(zhì)量靈活多樣的業(yè)務(wù)功能未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能使各類媒體、通信主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行“無(wú)縫”連接，使得用戶能夠自由的在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間無(wú)縫漫游，并覺(jué)察不到業(yè)務(wù)質(zhì)量上的變化，因此新的通信系統(tǒng)要具備媒體轉(zhuǎn)換、網(wǎng)間移動(dòng)管理及鑒權(quán)、Adhoc網(wǎng)絡(luò)(自組網(wǎng))、代理等功能；開(kāi)放的平臺(tái)未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)在移動(dòng)終端、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制上具有“開(kāi)放性”，使得用戶能夠自由的選擇協(xié)議、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)；高度智能化的網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)將是一個(gè)高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，具有很好的重構(gòu)性、可變性、自組織性等，以便于滿足不同用戶在不同環(huán)境下的通信需求。28蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)29移動(dòng)通信的發(fā)展目標(biāo)---5W目標(biāo)是無(wú)論任何人(Whoever)在任何時(shí)候(Whenever)在任何地方(Wherever)與另一個(gè)人(Whomever)進(jìn)行任何類型(Whatever)的個(gè)人通信。30移動(dòng)通信的巨大挑戰(zhàn)任何時(shí)間：要求支持動(dòng)中通－無(wú)線通信是前提，傳輸環(huán)境惡劣任何地點(diǎn)：要求無(wú)縫覆蓋－傳輸能力有限，覆蓋范圍與發(fā)射功率和干擾的矛盾任何人：要求支持巨大的用戶量－頻譜資源短缺任何類型業(yè)務(wù)：要求支持多媒體業(yè)務(wù)－處理能力有限31移動(dòng)通信的工作頻段 移動(dòng)通信的一個(gè)重要基礎(chǔ)是無(wú)線電波的傳播，各個(gè)頻段的電波傳播特性不同。無(wú)線電波通過(guò)多種方式從發(fā)射天線傳播到接收天線，通常按照無(wú)線電波的波長(zhǎng)或頻率人為地把電波進(jìn)行分類。32常見(jiàn)工作頻段的劃分33移動(dòng)通信的工作頻段 我國(guó)移動(dòng)通信的工作頻段（原規(guī)定）160MHz頻段、450MHz頻段、900MHz頻段2001年，無(wú)委會(huì)增加了2000MHz頻段中國(guó)的頻率規(guī)劃頻分雙工（FDD）方式，即1920～1980MHz/2110～2170MHz；時(shí)分雙工（TDD）方式，即1880～1920MHz、2010～2025MHz；補(bǔ)充工作頻率為頻分雙工（FDD）方式，1755～1785MHZ／1850～1880MHz；時(shí)分雙工（TDD）方式，2300～2400MHz，與無(wú)線電定位業(yè)務(wù)共用，均為主要業(yè)務(wù)，共用標(biāo)準(zhǔn)另行制定；衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)工作頻段為1980～2010MHz／2170～2200MHz。目前己規(guī)劃給公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)的825～835MHz／870～880MHz、885～915MHz／930～960MHz和1710～1755MHz／1805～1850MHz頻段，同時(shí)規(guī)劃為第三代公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)FDD方式的擴(kuò)展頻段，上、下行頻率使用方式不變。FDD方式固定無(wú)線接入系統(tǒng)的工作頻段：3400~3600MHz34移動(dòng)通信的工作頻段 第三代移動(dòng)通信的工作頻段ITU（國(guó)際電聯(lián)）的頻率規(guī)劃1992年，WARC劃分給FPLMTS頻率范圍為1885~2025MHz1995年，WARC確定了MSS的新頻段2000年，ITU在WRC上規(guī)定了三個(gè)新的全球頻段805～960MHz1710～1885MHz2500～2690MHz歐洲的頻率規(guī)劃(UMTS)，日本也基本相同。

1900~2025MHz，2110~2200MHZ美國(guó)：1900MHz頻段，PCS35第三代移動(dòng)通信頻譜分配矛盾ITU、歐洲、日本、美國(guó)關(guān)于3G的頻譜分配均不相同會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題？全球漫游的困難第四代移動(dòng)通信的頻率劃分國(guó)際電聯(lián)給LTE劃分四個(gè)頻段：3.4-3.6GHZ的200M帶寬2.3-2.4GHZ的100MHZ帶寬698-806MHZ的108MHZ帶寬450-470MHZ的20MHZ帶寬中國(guó)4G頻段包括TD-LTE頻段和FDDLTE頻段

TD-LTE頻段：中國(guó)移動(dòng)130MHZ帶寬；中國(guó)聯(lián)通40MHZ；中國(guó)電信40MHZFDD