移動通信導論

移動通信系統(tǒng)導論中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司2010年7月2010年新員工無線專業(yè)培訓系列膠片1課程要求及主要內(nèi)容移動通信的基本定義雙工和多址方式蜂窩系統(tǒng)信息在系統(tǒng)中的處理移動通信系統(tǒng)發(fā)展歷程常見的移動通信系統(tǒng)本課程主要介紹移動通信系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展歷史和關鍵技術。課程結束后，應當了解移動通信系統(tǒng)形成的基本要素和發(fā)展的驅(qū)動力，并清楚幾種常見的移動通信系統(tǒng)的基本特征。課程要求主要內(nèi)容移動通信基本定義有效性：盡可能少的資源傳送盡可能多的信息。可靠性：抵抗各種人為和非人為干擾的能力。安全性：傳輸中的安全保密能力。衡量通信系統(tǒng)的主要方面追求更高的頻譜利用率提供更大的用戶容量提供個性化、智能化的服務支持更高速率的新業(yè)務降低對人體的危害性提供更高的通信質(zhì)量移動通信系統(tǒng)的發(fā)展目標問題：移動通信相比固定通信的特點是什么？（用戶移動、信道開放、信號時變）基本定義：移動通信是指通信雙方或至少有一方在運動中所進行的信息交換，如移動體（車輛、船舶、飛行物或行人）與固定體之間，移動體與移動體之間的通信，均屬于移動通信范疇。通信的內(nèi)容：聲音、文字、圖像、視頻。即人類五感當中聽覺和視覺，至于觸覺、嗅覺、味覺目前通信系統(tǒng)還無法做到傳遞。移動通信系統(tǒng)：用于完成上述移動用戶之間信息傳遞和交換的全部設備的總和。移動通信系統(tǒng)的組成用戶終端接入網(wǎng)核心網(wǎng)接入網(wǎng)用戶終端業(yè)務承載網(wǎng)（GSM、TD-SCDMA……）傳送網(wǎng)（PDH、SDH、PTN）核心網(wǎng)：負責對用戶業(yè)務進行核心處理，包括用戶位置控制、交換、鑒權、設備識別等功能。接入網(wǎng)：負責將業(yè)務從用戶接入至核心網(wǎng)，或?qū)I(yè)務從核心網(wǎng)接出至用戶，是核心網(wǎng)與用戶之間的通道。接入網(wǎng)只負責業(yè)務的接入以及通道資源管理和分配、對業(yè)務是不進行處理的。支撐管理網(wǎng)：包括網(wǎng)管系統(tǒng)和BOSS系統(tǒng)，作用是提高電信企業(yè)的運營效率支撐管理網(wǎng)（網(wǎng)管、BOSS系統(tǒng)等）空中接口空中接口空中接口—移動通信最特殊最復雜的部分由于移動通信系統(tǒng)的特點，決定了用戶與網(wǎng)絡之間必須采用自由空間作為信息傳遞的基本介質(zhì)。無線信道從本質(zhì)來講，是隨參信道，其傳輸函數(shù)h(,t)是“時變”的。h(,t)s(t)r(t)n(t)空間選擇性衰落時間選擇性衰落頻率選擇性衰落衰落干擾同頻干擾鄰頻干擾阻塞干擾互調(diào)干擾多址方式—區(qū)分用戶的方法SDMAOFDMA……..CDMATDMAFDMA在無線通信中，許多用戶同時通話，以不同的無線信道分隔，防止相互干擾的技術方式稱為多址方式。問題：多址方式的發(fā)展意味著什么?雙工方式—沒有最佳，只有適宜頻分雙工（FDD）（FrequencyDivisionDuplex)時分雙工（TDD）

(TimeDivisionDuplex)TDD與FDD相比：TDD能使用各種頻率資源，不需要成對的頻率；TDD適用于不對稱的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率，特別適用于IP型的數(shù)據(jù)業(yè)務；TDD上下行工作于同一頻率，上下行特性相同;對定時、同步的要求高;上行數(shù)據(jù)下行數(shù)據(jù)時分雙工/TDD頻分雙工/

FDD問題：TDD系統(tǒng)比FDD系統(tǒng)頻譜利用率高嗎？雙工方式（duplexmode）：通信雙方能夠同時進行雙向傳送消息的一種通信方式。蜂窩系統(tǒng)----用可靠性換取有效性引入蜂窩概念是無線移動通信的重大突破，是一種系統(tǒng)級的概念。其思想是用許多小功率的發(fā)射機（小覆蓋區(qū)）來代替單個的大功率發(fā)射機（大覆蓋區(qū)），每一個小覆蓋區(qū)只提供服務范圍內(nèi)的一小部分覆蓋。其主要目的是為了在有限的頻譜資源上提供更多的移動電話用戶服務。－通過控制發(fā)射功率使得頻譜資源在不同小區(qū)間重復利用，－通過將小區(qū)劃分成更小的小區(qū)的方法（小區(qū)分裂）來增大系統(tǒng)的容量。蜂窩系統(tǒng)在幾何上可以看出由六邊形組成。形同蜂窩。頻率再用距離：D小區(qū)半徑：R頻率再用因子：Q＝D/R不同多址體制的Q值：FDMA，Q＝7TDMA，Q＝3或4CDMA，Q＝1問題：1、為什么說蜂窩系統(tǒng)是用可靠性換取有效性？2、為何FDMA/TDMA/CDMA的頻率再用因子不同？越區(qū)切換---因蜂窩系統(tǒng)而存在的概念

當一個移動臺正在通話的時候，從一個基站移動到另一個基站，為了使通話不被中斷，系統(tǒng)自動地將呼叫轉(zhuǎn)移到新基站的信道上。這種切換操作不僅要識別一個新基站，而且要求將話音和信令信號分派到新基站的信道上，此過程不需要用戶的介入。

由于切換受到衰落和干擾的影響，可能會不成功，如果不成功會導致掉話，因此切換成功率是無線網(wǎng)絡的重點考核指標之一。

目前移動通信系統(tǒng)中的切換有：硬切換（GSM、WCDMA、TD-SCDMA）、軟切換（WCDMA）接力切換（TD-SCDMA）信息在系統(tǒng)中的處理信源編碼信道編碼交織數(shù)據(jù)調(diào)制擴頻調(diào)制跳頻分集接收將信息變成碼，關鍵是可靠型與有效性的均衡。增加差錯冗余碼，不同的差錯敏感度采用辦法不同?？朔^長的突發(fā)誤碼，實際是克服時間選擇性衰落。是將需要傳輸?shù)男畔⒕幋a搬移到適合傳送的頻帶內(nèi)。對數(shù)據(jù)調(diào)制后的編碼進行擴頻和加擾。射頻跳變，實際是克服頻率選擇性衰落。利用不同多徑分量信號的不相干性克服快衰落擴頻通信定義擴頻通信，即擴展頻譜通信(SpreadSpectrumCommunication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數(shù)據(jù)。香農(nóng)公式：C＝B（1＋S/N），C為信道容量，B為信號帶寬，S/N為信躁比。擴頻通信利用了此公式的結論，在信道容量C不變的情況下，信號頻帶寬度B與信噪比S/N完全可以互相交換，即可以通過增大傳輸系統(tǒng)的帶寬以在較低信噪比的條件下獲得比較滿意的傳輸質(zhì)量。問題：擴頻通信犧牲了什么？換取了什么？移動通信的發(fā)展歷史AMPSTACSNMT其它第一代80年代模擬模擬技術第二代90年代數(shù)字需求驅(qū)動GSMCDMAIS95TDMAIS-136PDC數(shù)字技術語音業(yè)務第三代IMT-2000WCDMACDMA2000需求驅(qū)動寬帶業(yè)務TD-SCDMA麥克斯韋方程組——赫茲實驗——馬可尼無線電通信實驗（1897）——1921年單工汽車無線電臺——雙工無線電臺——蜂窩系統(tǒng)概念的出現(xiàn)WIMAX第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)代表：歐洲的TACS和北美的AMPS多址方式：FDMA/FDD信道帶寬：30KHz（AMPS）、25KHz（TACS）使用頻率：800－900MHz語音調(diào)制：PM基站有效輻射功率：最大100W移動臺發(fā)射功率：3W（AMPS），7-10W（TACS）控制信號調(diào)制方式：FSK控制信號碼型：曼徹斯特編碼缺少公共接口頻譜利用率低保密性差不適合數(shù)據(jù)傳送模擬蜂窩系統(tǒng)缺點第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)第二代（2.5G）移動通信系統(tǒng)以數(shù)字傳輸、時分多址TDMA或碼分多址CDMA為主體技術，采用FDD雙工。是當前移動通信的主流。目前我國已進入商用的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)主要有歐洲的GSM（2.5G加上了GPRS）、美國的CDMA。其中GSM采用TDMA，標準化程度高，進入市場早，已經(jīng)非常的成熟目前被應用的最廣泛；CDMA具有容量大、覆蓋好、話音質(zhì)量高的優(yōu)點，（話音容量超過GSM系統(tǒng)3-4倍），但標準化程度較低，進入市場晚，沒有GSM成熟。

代表：歐洲的GSM和北美的IS-95。使用頻率：800－900MHz。多址方式：TDMA/FDMA/FDD(GSM)，CDMA/FDMA/FDD(IS-95)。傳輸速率：270.833kbps(GSM)，1.2288Mbps(IS-95)。調(diào)制方式：GMSK(GSM)，QPSK/OQPSK(IS－95)。語音編碼：13kbpsRPE-LTP(GSM)，1200/2400/4800/9600bps變速率CELP(IS-95)。信道編碼：1/2卷積碼(GSM)，1/2卷積碼/維特比譯碼（IS-95)。特點：具有數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)點，話音質(zhì)量提高，保密性提高，可以自動省際、省內(nèi)漫游。

缺點：通信帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展，也無法實現(xiàn)移動的多媒體業(yè)務，各國標準不統(tǒng)一，無法實現(xiàn)全球漫游。第三代移動通信系統(tǒng)(IMT-2000)IMT-2000(國際移動通信-2000)，意即該系統(tǒng)工作在2000MHz頻段，最高業(yè)務速率可達2000kb/s，預期在2000年左右得到商用。最高傳輸速率：144kb/s（高速運動），384kb/s（步行速度），2Mb/s（室內(nèi)環(huán)境）。四種代表性技術方案：歐洲和日本的WCDMA方案，北美的CDMA2000方案，中國CATT提出的TD-SCDMA方案、IEEE的WiMAX(全球微波互聯(lián)接入)開環(huán)，閉環(huán)(最高200Hz)，外環(huán)開環(huán)，閉環(huán)(最高800Hz)，外環(huán)開環(huán)，閉環(huán)(最高1500Hz)，外環(huán)功率控制自適應多速率可變速率(basedonvoiceactivity)自適應多速率(basedonRFcondition)語音編碼硬切換或接力切換軟切換，頻間切換，與IS-95間的切換軟切換，頻間切換，與GSM間的切換切換QPSKQPSK(前向)，BPSK(后向)QPSK(前向)，BPSK(后向)調(diào)制方式5ms子幀20ms等10ms幀長同步同步(需GPS)異步(不需GPS)or同步基站同步方式1.28Mcps1.2288Mcps3.84Mcps碼片速率TDDFDDFDD雙工方式TDMA+CDMA單載波寬帶直接序列擴頻cdma單載波寬帶直接序列擴頻cdma接入方式1.6MHz1.25MHz5MHz信道間隔TD-SCDMAcdma20001XUMTSWimax全稱為WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess,即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX的另一個名字是802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務豐富多樣等優(yōu)點。WiMax四大優(yōu)勢優(yōu)勢之一，實現(xiàn)更遠的傳輸距離。WiMax所能實現(xiàn)的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所不能比擬的，網(wǎng)絡覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，只要少數(shù)基站建設就能實現(xiàn)全城覆蓋，這樣就使得無線網(wǎng)絡應用的范圍大大擴展。優(yōu)勢之二，提供更高速的寬帶接入。WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。對無線網(wǎng)絡來說，這的確是一個驚人的進步。優(yōu)勢之三，提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡接入服務。作為一種無線城域網(wǎng)技術，它可以將Wi－Fi熱點連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴展，實現(xiàn)最后一公里的寬帶接入。WiMax可為50公里線性區(qū)域內(nèi)提供服務，用戶無需線纜即可與基站建立寬帶連接。優(yōu)勢之四，提供多媒體通信服務。由于WiMax較之Wi－Fi具有更好的可擴展性和安全性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務。HSDPAHSUPAHSPA+和LTE3G4GHSDPA充分參考了cdma20001XEV-DO的設計思想與經(jīng)驗，新增加一條高速共享信道(HS-DSCH)，同時采用了一些更高效的自適應鏈路層技術。共享信道使得傳輸功率、PN碼等資源可以統(tǒng)一利用，根據(jù)用戶實際情況動態(tài)分配，從而提高了資源的利用率。自適應鏈路層技術根據(jù)當前信道的狀況對傳輸參數(shù)進行調(diào)整，如快速鏈路調(diào)整技術、結合軟合并的快速混合重傳技術、集中調(diào)度技術等，從而盡可能地提高系統(tǒng)的吞吐率。應用新技術提高系統(tǒng)容量共享信道傳輸，快速調(diào)度快速重傳和軟合并